DE102021203634A1

DE102021203634A1 - Microfluidic device and method of operating a microfluidic device

Info

Publication number: DE102021203634A1
Application number: DE102021203634.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Sebastian Podbiel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung zum Extrahieren von Probenmaterial, wobei die Vorrichtung eine Probeneingabekammer (105) zum Aufnehmen zumindest eines Teils einer Probennahmevorrichtung aufweist, wobei die Probeneingabekammer (105) mindestens eine Injektionsöffnung (130) und mindestens eine Kollektionsöffnung (145) aufweist. Zudem umfasst die Vorrichtung einen in die Injektionsöffnung (130) mündenden Injektionskanal (140) zum Injizieren eines Transferfluids in die Probeneingabekammer (105), um ein an die Probennahmevorrichtung angebundenes Probenmaterial von der Probennahmevorrichtung zu extrahieren und ein mit dem Probenmaterial angereichertes Transferfluid zu erhalten, und einen von der Kollektionsöffnung (145) wegführenden Kollektionskanal (150) zum Überführen des mit dem Probenmaterial angereicherten Transferfluids von der Probeneingabekammer (105) in ein Netzwerk der mikrofluidischen Vorrichtung.The invention relates to a microfluidic device for extracting sample material, the device having a sample input chamber (105) for receiving at least part of a sampling device, the sample input chamber (105) having at least one injection opening (130) and at least one collection opening (145). In addition, the device comprises an injection channel (140) opening into the injection opening (130) for injecting a transfer fluid into the sample input chamber (105) in order to extract a sample material connected to the sampling device from the sampling device and to obtain a transfer fluid enriched with the sample material, and a collection channel (150) leading away from the collection opening (145) for transferring the transfer fluid enriched with the sample material from the sample input chamber (105) into a network of the microfluidic device.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einer mikrofluidischen Vorrichtung und einem Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.The invention is based on a microfluidic device and a method for operating a microfluidic device according to the species of the independent claims.

Mikrofluidische Analysesysteme, sogenannte Lab-on-Chips, kurz LoCs, erlauben ein automatisiertes, zuverlässiges, schnelles, kompaktes und kostengünstiges Prozessieren von Patientenproben für die medizinische Diagnostik. Durch die Kombination einer Vielzahl von Operationen für die kontrollierte Manipulation von Fluiden können komplexe molekulardiagnostische Testabläufe auf einer Lab-on-Chip-Kartusche durchgeführt werden. Lab-on-Chip-Kartuschen können beispielsweise kostengünstig aus Polymeren hergestellt werden unter Verwendung von Serienfertigungsverfahren wie Spritzgießen, Stanzen oder Laserdurchstrahl-Schweißen.Microfluidic analysis systems, so-called lab-on-chips, LoCs for short, allow automated, reliable, fast, compact and cost-effective processing of patient samples for medical diagnostics. By combining a multitude of operations for the controlled manipulation of fluids, complex molecular diagnostic test sequences can be performed on a lab-on-chip cartridge. For example, lab-on-chip cartridges can be manufactured inexpensively from polymers using mass production methods such as injection molding, stamping or laser transmission welding.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine mikrofluidische Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a microfluidic device and a method for operating a microfluidic device are presented according to the main claims. Advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim are possible as a result of the measures listed in the dependent claims.

Mit der hier vorgestellten mikrofluidischen Vorrichtung wird vorteilhafterweise eine besonders zuverlässige und effiziente Überführung von an einer Probennahmevorrichtung angebundenem Probenmaterial in das mikrofluidische System ermöglicht. Insbesondere ist dazu einerseits bereits eine besonders geringe Menge an Transferflüssigkeit ausreichend und andererseits kann eine möglichst hohe Kompatibilität zu unterschiedlichen Typen an Probennahmevorrichtungen erzielt werden.With the microfluidic device presented here, a particularly reliable and efficient transfer of sample material connected to a sampling device into the microfluidic system is advantageously made possible. In particular, a particularly small amount of transfer liquid is sufficient for this on the one hand and on the other hand the highest possible compatibility with different types of sampling devices can be achieved.

Es wird eine mikrofluidische Vorrichtung zum Analysieren von Probenmaterial vorgestellt, wobei die Vorrichtung eine Probeneingabekammer zum Aufnehmen zumindest eines Teils einer Probennahmevorrichtung aufweist, wobei die Probeneingabekammer mindestens eine Injektionsöffnung und mindestens eine Kollektionsöffnung aufweist. Zudem umfasst die Vorrichtung einen in die Injektionsöffnung mündenden Injektionskanal zum Injizieren eines Transferfluids in die Probenkammer, um ein an die Probennahmevorrichtung angebundenes Probenmaterial von der Probennamevorrichtung zu extrahieren und ein mit dem Probenmaterial angereichertes Transferfluid zu erhalten, und einen von der Kollektionsöffnung wegführenden Kollektionskanal zum Überführen des mit dem Probenmaterial angereicherten Transferfluids von der Probeneingabekammer in ein Netzwerk der mikrofluidischen Vorrichtung.A microfluidic device for analyzing sample material is presented, the device having a sample input chamber for receiving at least part of a sampling device, the sample input chamber having at least one injection opening and at least one collection opening. In addition, the device comprises an injection channel opening into the injection opening for injecting a transfer fluid into the sample chamber in order to extract a sample material connected to the sampling device from the sampling device and to obtain a transfer fluid enriched with the sample material, and a collection channel leading away from the collection opening for transferring the transfer fluids enriched with the sample material from the sample input chamber into a network of the microfluidic device.

Bei der mikrofluidischen Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Analysevorrichtung zum Analysieren von Patientenproben handeln, die auch als Lab-on-Chip-Kartusche oder LoC bezeichnet werden kann. Dabei kann eine wichtige Funktionalität der Vorrichtung in der Überführung von Probenmaterial von einer in die Kartusche eingegebenen Probensubstanz in das mikrofluidische System bestehen. Bei dem Probenmaterial kann es sich zum Beispiel um eine Flüssigprobe handeln, bei der die nachzuweisenden Spezies, wie beispielsweise Bakterien, Viren, Zellen oder zellfreie DNA, bereits in einer wässrigen Umgebung vorliegen. In einem solchen Fall kann idealerweise ein unmittelbares mikrofluidisches Prozessieren der Probensubstanz und eine Analyse innerhalb des mikrofluidischen Systems möglich sein. Eine besondere Herausforderung kann hingegen beispielsweise bei dem Prozessieren einer Probe mit einer inhomogenen Beschaffenheit bestehen, wie beispielsweise bei Sputum oder Stuhl, sowie bei einer Abstrichprobe, bei der das Probenmaterial mit den nachzuweisenden Spezies an einer Probennamevorrichtung, welche auch als Swab bezeichnet werden kann, angebunden vorliegen kann. Bei einer Extraktion das Probenmaterials aus einer an der Probennamevorrichtung vorliegenden Abstrichprobe und der Überführung in das mikrofluidische Netzwerk einer mikrofluidischen Analysevorrichtung können sich besondere Herausforderungen ergeben. Vorteilhafterweise kann mit der hier vorgestellten mikrofluidischen Vorrichtung auch an einer Probennahmevorrichtung angebundenes Probenmaterial zum Analysieren in das mikrofluidische Netzwerk überführt werden. Hierfür kann die Probennahmevorrichtung in die Probeneingabekammer eingeführt werden und über den Injektionskanal kann Transferfluid in die Probeneingabekammer eingeleitet werden, um das Probenmaterial von der Probennahmevorrichtung abzulösen. Anschließend kann das mit Probenmaterial angereicherte Transferfluid durch den Kollektionskanal abgeleitet werden, umso das Probenmaterial in das Netzwerk zu überführen. Vorteilhafterweise kann das Volumen des Transferfluids, das auch als Transferflüssigkeit, Transportflüssigkeit oder Transportmedium bezeichnet werden kann, mit der hier vorgestellten Vorrichtung limitiert sein, beispielsweise auf eine Menge im Bereich von 350-500 µl. Durch die Anwendung des hier beschriebenen Injektion-Kollektions-Prinzips kann zudem eine effiziente Überführung von Probenmaterial von der in der Probeneingabekammer befindlichen Probennahmevorrichtung in das mikrofluidische Netzwerk für eine weitere Analyse erzielt werden. Dabei ist die auf Grundlage des Injektion-Kollektions-Prinzips zur Verfügung gestellte Funktionalität der mikrofluidischen Vorrichtung in vereinfachtem Sinne vergleichbar mit einer Dusche, wobei das von der Probennahmevorrichtung heruntergelöste Probenmaterial aufgesammelt wird.The microfluidic device can be, for example, an analysis device for analyzing patient samples, which can also be referred to as a lab-on-chip cartridge or LoC. An important functionality of the device can consist in the transfer of sample material from a sample substance introduced into the cartridge into the microfluidic system. The sample material can be, for example, a liquid sample in which the species to be detected, such as bacteria, viruses, cells or cell-free DNA, are already present in an aqueous environment. In such a case, direct microfluidic processing of the sample substance and analysis within the microfluidic system can ideally be possible. On the other hand, a particular challenge can exist, for example, when processing a sample with an inhomogeneous nature, such as sputum or stool, as well as a swab sample in which the sample material with the species to be detected is connected to a sample device, which can also be referred to as a swab may exist. Particular challenges can arise when extracting the sample material from a swab sample present on the sampling device and transferring it into the microfluidic network of a microfluidic analysis device. Advantageously, with the microfluidic device presented here, sample material connected to a sampling device can also be transferred to the microfluidic network for analysis. For this purpose, the sampling device can be introduced into the sample input chamber and transfer fluid can be introduced into the sample input chamber via the injection channel in order to detach the sample material from the sampling device. The transfer fluid enriched with sample material can then be discharged through the collection channel in order to transfer the sample material into the network. The volume of the transfer fluid, which can also be referred to as transfer liquid, transport liquid or transport medium, can advantageously be limited with the device presented here, for example to an amount in the range of 350-500 μl. By using the injection-collection principle described here, an efficient transfer of sample material from the sampling device located in the sample input chamber into the microfluidic network for further analysis can also be achieved. The function provided on the basis of the injection-collection principle nity of the microfluidic device, in a simplified sense, comparable to a shower, with the sample material released by the sampling device being collected.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Probeneingabekammer zum Aufnehmen einer beflockten Spitze eines stäbchenförmigen Tupfers ausgeformt sein. Beispielsweise kann die Probennahmevorrichtung als beflockter stäbchenförmiger Tupfer ausgebildet sein, welcher auch als Swab, Flocked Swab oder beflockter Tupfer bezeichnet werden kann, um damit Abstrichproben zu nehmen. Die Spitze des beflockten Tupfers kann beispielsweise mit Nylon beflockt sein und optional als Mikrospitze ausgeführt sein. Dabei kann es sich insbesondere um eine Vorrichtung zur Probennahme bestehend aus einem länglichen Stab mit einer Länge im Bereich von circa 10-20 cm, zumeist etwa 15 cm, handeln, welche aus einem flexiblen elastischen Grundmaterial bestehen kann und an einem vorderen Ende eine Ummantelung mit einem aufnahmefähigen beziehungsweise saugfähigen Material, zum Beispiel Nylon, aufweist, welches beispielsweise durch mechanisches in Kontakt bringen mit einer Oberfläche des Patienten zur Sammlung von Probenmaterial dienen kann. Der vordere Teil, das heißt die beispielsweise mit Nylon beflockte Spitze des stäbchenförmigen Tupfers oder Swabs, kann auch als Kopf oder Swab-Kopf bezeichnet werden. Die Entnahme der Abstrichprobe kann mittels des beflockten Tupfers beispielsweise an der Oberfläche von Wunden oder Schleimhäuten erfolgen. Abhängig von dem Ort der Probennahme wird beispielsweise unterschieden zwischen einem Nasen-Rachen-Abstrich (Nasopharynx-Abstrich), einem Wundabstrich oder einem Vaginal-Abstrich. Auf der Grundlage molekulardiagnostischer Analysemethoden können derartige Abstrich-Proben beispielsweise auf bakterielle, virale oder parasitäre Krankheitserreger hin untersucht werden. Damit sind derartige Abstrich-Proben insbesondere für einen Einsatz in mikrofluidischen Analysesystemen in Kombination mit molekulardiagnostischen Nachweismethoden interessant. Die Probeneingabekammer kann ausgeformt sein, um nach einem durchgeführten Abstrich den Kopf des beflockten Tupfers aufzunehmen, beispielsweise indem der stäbchenförmige beflockte Tupfer durch eine Probeneingabeöffnung in die Probeneingabekammer eingeführt und dort zum Extrahieren des Probenmaterials zumindest teilweise eingeschlossen werden kann. Das Anpassen der Ausformung der Probeneingabekammer an einen beflockten Tupfer hat den Vorteil, dass in der Diagnostik verwendete Normgrößen von Probennahmevorrichtungen berücksichtigt und damit die Extraktion von Probenmaterial in optimierter Weise umgesetzt werden kann.According to one embodiment, the sample entry chamber may be shaped to receive a flocked tip of a swab stick. For example, the sampling device can be designed as a flocked rod-shaped swab, which can also be referred to as a swab, flocked swab or flocked swab, in order to take swab samples with it. The tip of the flocked swab can be flocked with nylon, for example, and optionally designed as a micro-tip. In particular, this can be a device for sampling consisting of an elongated rod with a length in the range of about 10-20 cm, usually about 15 cm, which can consist of a flexible, elastic base material and a sheath with a front end a receptive or absorbent material, for example nylon, which can serve to collect sample material, for example by bringing it into mechanical contact with a surface of the patient. The front part, ie the tip of the rod-shaped swab or swab, which is flocked with nylon for example, can also be referred to as the head or swab head. The swab sample can be taken using the flocked swab, for example on the surface of wounds or mucous membranes. Depending on where the sample was taken, a distinction is made, for example, between a nose and throat swab (nasopharynx swab), a wound swab or a vaginal swab. On the basis of molecular diagnostic analysis methods, swab samples of this type can be examined for bacterial, viral or parasitic pathogens, for example. Such swab samples are therefore particularly interesting for use in microfluidic analysis systems in combination with molecular diagnostic detection methods. The sample input chamber can be shaped to receive the head of the flocked swab after a swab has been carried out, for example by inserting the rod-shaped flocked swab through a sample input opening into the sample input chamber and at least partially enclosing it there to extract the sample material. Adapting the shape of the sample input chamber to a flocked swab has the advantage that standard sizes of sampling devices used in diagnostics can be taken into account and the extraction of sample material can thus be implemented in an optimized manner.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im betriebsbereiten Zustand der Vorrichtung die Injektionsöffnung bezüglich einer Richtung einer auf das angereicherte Transferfluid wirkenden Kraft vor der Kollektionsöffnung angeordnet sein. Dabei kann die Kraft einer Kraftkomponente verschiedener auf die Probeneingabekammer wirkender Kräfte entsprechen. Bei der Kraft kann es sich zum Beispiel um die Schwerkraft handeln oder um ein beispielsweise durch eine Zentrifugalbewegung der mikrofluidischen Vorrichtung erzeugtes Kraftfeld. Vorteilhafterweise kann dadurch bewirkt werden, dass das Transferfluid von der Injektionsöffnung durch die Probeneingabekammer zur Kollektionsöffnung fließt und auf diesem Weg mit Probenmaterial angereichert werden kann.According to a further embodiment, when the device is ready for operation, the injection opening can be arranged in front of the collection opening with respect to a direction of a force acting on the enriched transfer fluid. The force can correspond to a force component of different forces acting on the sample input chamber. The force can be, for example, gravity or a force field generated, for example, by a centrifugal movement of the microfluidic device. This can advantageously cause the transfer fluid to flow from the injection opening through the sample input chamber to the collection opening and can be enriched with sample material in this way.

Zudem kann im betriebsbereiten Zustand der Vorrichtung die Injektionsöffnung oberhalb der Kollektionsöffnung angeordnet sein. Beispielsweise kann die Injektionsöffnung bezüglich eines vorliegenden Schwerefeldes oberhalb der Kollektionsöffnung angeordnet sein und die Kollektionsöffnung kann am, in Bezug auf das Schwerefeld, unteren Ende der Probeneingabekammer ausgeformt sein. Bei dem Schwerefeld kann es sich beispielsweise um das Gravitationsfeld der Erde handeln. Vorteilhafterweise kann dadurch ein schwerkraftbasiertes Sammeln von Probenflüssigkeit, das heißt beispielsweise der mit Probenmaterial angereicherten Transferflüssigkeit, erzielt werden.In addition, when the device is ready for operation, the injection opening can be arranged above the collection opening. For example, the injection opening can be arranged above the collection opening with respect to a given gravitational field and the collection opening can be formed at the lower end of the sample input chamber with respect to the gravitational field. The gravitational field can be, for example, the earth's gravitational field. Gravity-based collection of sample liquid, that is to say for example the transfer liquid enriched with sample material, can advantageously be achieved as a result.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Probeneingabekammer einen Eingang beziehungsweise eine Probeneingabeöffnung zum Einführen der stäbchenförmigen Probennahmevorrichtung aufweisen, wobei die Kollektionsöffnung an einer dem Eingang gegenüberliegenden Seite der Probeneingabekammer angeordnet sein kann. Die Probeneingabekammer kann zum Beispiel bezüglich einer Oberfläche der Vorrichtung kuppelartig ausgeformt sein und an einer Seite einen Eingang zum Einführen beispielsweise eines Kopfes eines beflockten Tupfers aufweisen. Nach einem Einleiten von Transferfluid in die Probeneingabekammer kann, zum Beispiel mittels einer Neigung der Probeneingabekammer bezüglich eines Schwerekraftfelds, das angereicherte Transferfluid vom Eingang weg und hin zur Kollektionsöffnung geleitet werden, wodurch vorteilhafterweise ein unbeabsichtigtes Austreten von Transferfluid aus dem Eingang verhindert werden kann.According to a further embodiment, the sample input chamber can have an inlet or a sample inlet opening for inserting the rod-shaped sampling device, wherein the collection opening can be arranged on a side of the sample inlet chamber opposite the inlet. The sample input chamber may, for example, be dome-shaped with respect to a surface of the device and have an entrance on one side for the insertion of, for example, a head of a flocked swab. After transfer fluid has been introduced into the sample input chamber, the enriched transfer fluid can be guided away from the inlet and towards the collection opening, for example by means of an inclination of the sample inlet chamber with respect to a gravitational field, which advantageously means that unintentional escape of transfer fluid from the inlet can be prevented.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Probeneingabekammer zumindest eine zweite Injektionsöffnung aufweisen, wobei der Injektionskanal in die Injektionsöffnung und in die zweite Injektionsöffnung münden kann. Dadurch können vorteilhafterweise mittels der mikrofluidischen Vorrichtung gegebenenfalls unterschiedliche Probennahmevorrichtungen mit voneinander verschiedenen Spezifikationen bezüglich des Durchmessers und der Länge des Kopfes beziehungsweise der beflockten Spitze prozessiert werden. Auf diese Weise ist also ein besonders universeller Einsatz der mikrofluidischen Vorrichtung möglich.According to a further embodiment, the sample input chamber can have at least one second injection opening, it being possible for the injection channel to open into the injection opening and into the second injection opening. As a result, different samples can advantageously be used if necessary by means of the microfluidic device be processed with different specifications regarding the diameter and the length of the head or the flocked tip. In this way, a particularly universal use of the microfluidic device is possible.

Zudem können die Injektionsöffnung und die zweite Injektionsöffnung entlang einer Längsachse und zusätzlich oder alternativ entlang einer Querachse und zusätzlich oder alternativ entlang einer Hochachse versetzt zueinander angeordnet sein. Dabei kann die Längsachse einer Einschubrichtung der Probennahmevorrichtung in die Probeneingabekammer entsprechen und die Querachse kann rechtwinklig zur Längsachse angeordnet sein und die Hochachse kann rechtwinklig zur Längsachse und zur Querachse angeordnet sein. Durch eine Anordnung der Injektionsöffnungen an unterschiedlichen Positionen der Probeneingabekammer kann zum Beispiel das Transferfluid an unterschiedlichen Positionen in die Probeneingabekammer eingebracht werden. So kann vorteilhafterweise an unterschiedlichen Stellen der Probennahmevorrichtung eine besonders hohe Flussgeschwindigkeit für ein flussgetriebenes Ablösen von an die Probennahmevorrichtung angebundenem Probenmaterial erzielt werden. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, sofern das Probenmaterial räumlich inhomogen an der Probennahmevorrichtung angebunden vorliegt.In addition, the injection opening and the second injection opening can be offset from one another along a longitudinal axis and additionally or alternatively along a transverse axis and additionally or alternatively along a vertical axis. The longitudinal axis can correspond to an insertion direction of the sampling device into the sample input chamber and the transverse axis can be arranged at right angles to the longitudinal axis and the vertical axis can be arranged at right angles to the longitudinal axis and to the transverse axis. By arranging the injection openings at different positions in the sample input chamber, for example, the transfer fluid can be introduced into the sample input chamber at different positions. A particularly high flow rate for a flow-driven detachment of sample material attached to the sampling device can thus advantageously be achieved at different points of the sampling device. This can be particularly advantageous if the sample material is spatially inhomogeneously connected to the sampling device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Injektionskanal angrenzend an die Injektionsöffnung eine Verjüngung aufweisen. Das Transferfluid kann beispielsweise durch den Injektionskanal, der auch als Zuleitungskanal oder mikrofluidischer Kanal bezeichnet werden kann, und durch die Verjüngung an der Injektionsöffnung in die Probeneingabekammer eingebracht werden. Dabei kann die Verjüngung des Kanalprofils hin zu der Injektionsöffnung als Düsenfunktion fungieren und damit vorteilhafterweise eine besonders hohe Eintrittsgeschwindigkeit der Transferflüssigkeit in die Probeneingabekammer über die wenigstens eine Injektionsöffnung erzielt werden. Das heißt die Flussgeschwindigkeit des über die Injektionsöffnung in die Probeneingabekammer eingebrachten Transferfluids kann erhöht werden. Abhängig von dem angelegten Druck und des genauen räumlichen Profils der Düse kann so die Geschwindigkeit, mit der das Transferfluid in die Probeneingabekammer eingebracht wird, variiert werden. Zusätzlich kann auch gegebenenfalls die Bildung eines Jets, das heißt eines Flüssigkeitsstrahls und zusätzlich oder alternativ eine Zerstäubung des Transferfluids erzielt werden. Eine besonders hohe Eintrittsgeschwindigkeit der Transferflüssigkeit in die Probeneingabekammer kann beispielsweise eingesetzt werden, um besonders hohe fluidische Scherkräfte in der Flüssigkeitsströmung um die Probennahmevorrichtung zu erzeugen und zusätzlich oder alternativ um besonders hohe kinetische Kräfte beim Auftreffen eines Flüssigkeitsstrahls oder von Flüssigkeitspartikeln auf die Probennahmevorrichtung zu bewirken und damit vorteilhafterweise ein besonders effektives Herablösen von Probenmaterial zu ermöglichen. Die Verjüngung kann beispielsweise an allen Injektionsöffnungen in gleicher Weise erfolgen, um eine vergleichbare Einbringung des Transferfluids über alle Injektionsöffnungen und beispielsweise über genau einen mit den Injektionsöffnungen jeweils verbundenen Injektionskanal zu erzielen. Mit anderen Worten können durch die hohe Eintrittsgeschwindigkeit des Transferfluids in die Probeneingabekammer und damit beim in Kontakt treten mit der Probennahmevorrichtung die fluidischen Scherkräfte und kinetischen Kräfte, welche auf an die Probennahmevorrichtung angebundenes Probenmaterial wirken, gesteigert werden, um eine besonders zuverlässige und effiziente Ablösung von Probenmaterial zu erzielen. Ferner kann gegebenenfalls Probenmaterial, welches eine besonders hohe Viskosität und zusätzlich oder alternativ eine inhomogene Beschaffenheit aufweist, mit dem Transferfluid in effizienter Weise vermischt und zusätzlich oder alternativ homogenisiert werden, um es beispielsweise für eine anschließende Mikrofluidik-basierte Analyse der Probensubstanz innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung zugänglich zu machen.According to a further embodiment, the injection channel can have a narrowing adjacent to the injection opening. The transfer fluid can be introduced into the sample input chamber, for example, through the injection channel, which can also be referred to as a feed channel or microfluidic channel, and through the narrowing at the injection opening. The narrowing of the channel profile towards the injection opening can act as a nozzle function and thus advantageously a particularly high entry speed of the transfer liquid into the sample input chamber via the at least one injection opening can be achieved. That is, the flow rate of the transfer fluid introduced into the sample input chamber via the injection port can be increased. Depending on the pressure applied and the precise spatial profile of the nozzle, the speed at which the transfer fluid is introduced into the sample input chamber can be varied. In addition, the formation of a jet, that is to say a jet of liquid, and additionally or alternatively an atomization of the transfer fluid can also be achieved if necessary. A particularly high entry speed of the transfer liquid into the sample input chamber can be used, for example, to generate particularly high fluidic shear forces in the liquid flow around the sampling device and additionally or alternatively to cause particularly high kinetic forces when a liquid jet or liquid particles hit the sampling device and thus advantageously to enable a particularly effective detachment of sample material. The narrowing can, for example, take place in the same way at all injection openings in order to achieve a comparable introduction of the transfer fluid via all injection openings and, for example, via exactly one injection channel connected to each injection opening. In other words, due to the high entry speed of the transfer fluid into the sample input chamber and thus when it comes into contact with the sampling device, the fluidic shearing forces and kinetic forces that act on the sample material connected to the sampling device can be increased in order to ensure a particularly reliable and efficient detachment of sample material to achieve. Furthermore, sample material that has a particularly high viscosity and additionally or alternatively an inhomogeneous nature can be efficiently mixed with the transfer fluid and additionally or alternatively homogenized in order to make it accessible, for example, for a subsequent microfluidic-based analysis of the sample substance within the microfluidic device close.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Probeneingabekammer bezüglich einer Hauptoberfläche der Vorrichtung als Erhöhung ausgeformt sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung aus zwei oder mehr Lagen ausgebildet sein, in denen mittels Vertiefungen und zusätzlich oder alternativ Erhöhungen mikrofluidische Kanäle und zusätzlich oder alternativ Kammern ausgeformt sein können. Dabei kann die Probeneingabekammer als Erhöhung auf einer Hauptoberfläche ausgeformt sein und zum Beispiel einen Eingang zum Einführen der Probennahmevorrichtung an einer zur Hauptoberfläche im Wesentlichen rechtwinklig angeordneten Seite der Probeneingabekammer aufweisen. Das hat den Vorteil, dass die Probennahmevorrichtung, die beispielsweise als stäbchenförmiger beflockter Tupfer ausgeformt sein kann, nach dem Einführen zumindest der Spitze beziehungsweise des Kopfes in die Probeneingabekammer auf der Hauptoberfläche der Vorrichtung positioniert werden kann. Während eines in der Probeneingabekammer durchgeführten Extraktionsvorgangs kann die Probennahmevorrichtung somit in definierter Weise innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung gehalten werden. Insbesondere durch eine geeignete Positionierung einer Mehrzahl von Injektionsöffnungen innerhalb der Probeneingabekammer kann die Probennahmevorrichtung dabei in optimierter Weise mit Transferfluid umspült werden. Zudem hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass einerseits ein Totvolumen innerhalb der Probeneingabekammer, die beispielsweise aus zwei Polymerbauteilen ausgebildet sein kann, vermieden werden kann. Andererseits können beide Polymerbauteile eine geringe Komplexität aufweisen und vorteilhafterweise in besonders einfacher Weise gefertigt werden.According to a further embodiment, the sample input chamber can be formed as an elevation with respect to a main surface of the device. For example, the device can be formed from two or more layers, in which microfluidic channels and additionally or alternatively chambers can be formed by means of depressions and additionally or alternatively elevations. In this case, the sample input chamber can be formed as an elevation on a main surface and, for example, have an entrance for inserting the sampling device on a side of the sample input chamber arranged essentially at right angles to the main surface. This has the advantage that the sampling device, which can be shaped as a rod-shaped flocked swab, for example, can be positioned on the main surface of the device after at least the tip or the head has been inserted into the sample input chamber. During an extraction process carried out in the sample input chamber, the sampling device can thus be held within the microfluidic device in a defined manner. In particular, through a suitable positioning of a plurality of injection openings within the sample input chamber, the sampling device can be flushed with transfer fluid in an optimized manner. In addition, this embodiment has the advantage that on the one hand a dead volume men within the sample input chamber, which can be formed, for example, from two polymer components, can be avoided. On the other hand, both polymer components can have a low level of complexity and can advantageously be manufactured in a particularly simple manner.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Probeneingabekammer ein Aufnahmeelement mit einer halbkreisförmigen Vertiefung zum Aufnehmen der Probennahmevorrichtung aufweisen. Die Probennahmevorrichtung kann zum Beispiel durch einen Eingang beziehungsweise eine Probeneingabeöffnung zumindest teilweise in die Probeneingabekammer eingeführt und anschließend auf dem Aufnahmeelement positioniert werden. Durch das Aufnahmeelement kann vorteilhafterweise eine definierte Position der Probennahmevorrichtung in der Probeneingabekammer erreicht werden. Zudem kann durch das (nahezu) kreisförmige Querschnittsprofil eine besonders gleichmäßige Umströmung der Probennahmevorrichtung ermöglicht werden, insbesondere für den Fall, dass diese ebenfalls ein kreisrundes Querschnittsprofil aufweist und somit fast über die gesamte Querschnittsfläche hinweg eine vergleichbare Breite des von der Transferflüssigkeit durchspülten Raums zwischen der Oberfläche der Probennahmevorrichtung und einer Wand der Probeneingabekammer vorliegt. Zudem kann die Variation der Umströmungsgeschwindigkeit der Transferflüssigkeit um die Probennahmevorrichtung bedingt durch die Geometrie der Probeneingabekammer verringert werden.According to a further embodiment, the sample input chamber can have a receiving element with a semi-circular depression for receiving the sampling device. The sampling device can, for example, be at least partially inserted into the sample input chamber through an inlet or a sample input opening and then positioned on the receiving element. A defined position of the sampling device in the sample input chamber can advantageously be achieved by the receiving element. In addition, the (almost) circular cross-sectional profile enables a particularly uniform flow around the sampling device, especially in the event that it also has a circular cross-sectional profile and thus a comparable width of the space flushed by the transfer liquid between the surface over almost the entire cross-sectional area of the sampling device and a wall of the sample input chamber. In addition, the variation in the flow speed of the transfer liquid around the sampling device can be reduced due to the geometry of the sample input chamber.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die mikrofluidische Vorrichtung mit einer Temperiereinrichtung zum Temperieren der Probeneingabekammer kombiniert werden. Die Temperiereinrichtung kann zum Beispiel ausgebildet sein, um eine Wärmezufuhr zu der Probeneingabekammer mit der Probennahmevorrichtung und des Transferfluids zu ermöglichen, sodass sich beispielsweise die Temperatur des mit der Probennahmevorrichtung wechselwirkenden Transferfluids erhöhen kann. Auf diese Weise können vorteilhafterweise diffusionsgetriebene Extraktionsprozesse beschleunigt werden und die Zeitdauer, die für die Extraktion benötigt wird, kann reduziert werden. Entsprechend kann beispielsweise eine Zufuhr von Wärme zu der Probennahmevorrichtung mit angebundenem Probenmaterial innerhalb der Probeneingabekammer erfolgen. Durch eine Erhöhung der Temperatur kann beispielsweise eine thermisch induzierte Lyse von Bestandteilen des Probenmaterials wie beispielsweise Bakterien erfolgen. Dadurch kann beispielsweise eine nachzuweisende DNA-Substanz freigesetzt und in das Transportmedium überführt werden. Hierbei ist insbesondere von besonderem Vorteil, dass die Bestandteile einer Zelle wesentlich kleiner sind als diese selbst und damit einfacher in das Transfermedium gebracht werden können. Ferner kann durch eine Erhöhung der Temperatur auch die sogenannte Brownsche Molekularbewegung erhöht werden, sodass Diffusionsprozesse zum Herablösen des Probenmaterials signifikant schneller ablaufen können. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise die Zeitdauer, welche für eine Extraktion des Probenmaterials erforderlich ist, signifikant reduziert werden.According to a further embodiment, the microfluidic device can be combined with a temperature control device for temperature control of the sample input chamber. The temperature control device can be designed, for example, to enable heat to be supplied to the sample input chamber with the sampling device and the transfer fluid, so that, for example, the temperature of the transfer fluid interacting with the sampling device can increase. In this way, advantageously, diffusion-driven extraction processes can be accelerated and the length of time required for the extraction can be reduced. Correspondingly, for example, heat can be supplied to the sampling device with attached sample material within the sample input chamber. By increasing the temperature, for example, thermally induced lysis of components of the sample material, such as bacteria, can take place. As a result, for example, a DNA substance to be detected can be released and transferred to the transport medium. In this case, it is particularly advantageous that the components of a cell are significantly smaller than the cells themselves and can therefore be placed in the transfer medium more easily. Furthermore, the so-called Brownian molecular movement can also be increased by increasing the temperature, so that diffusion processes for dissolving the sample material can take place significantly faster. In this way, the time required for an extraction of the sample material can advantageously be significantly reduced.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die mikrofluidische Vorrichtung eine mit dem Kollektionskanal fluidisch verbundene Flüssigkeitsspeicherkammer zum Speichern des angereicherten Transferfluids umfassen. Die Flüssigkeitsspeicherkammer kann zum Beispiel ausgebildet sein, um angereichertes Transportfluid, welches zuvor innerhalb der Probeneingabekammer mit der Probennahmevorrichtung mit angebundenem Probenmaterial in Kontakt getreten ist, zu sammeln. Vorteilhafterweise kann das angereicherte Transferfluid in der Flüssigkeitsspeicherkammer zwischengespeichert werden, bevor es beispielsweise zur Durchführung von Analyseprozessen innerhalb der Vorrichtung weitergeleitet werden kann.According to a further embodiment, the microfluidic device can comprise a liquid storage chamber fluidically connected to the collection channel for storing the enriched transfer fluid. The liquid storage chamber can be designed, for example, to collect enriched transport fluid that has previously come into contact within the sample input chamber with the sampling device with attached sample material. Advantageously, the enriched transfer fluid can be temporarily stored in the liquid storage chamber before it can be forwarded, for example, to carry out analysis processes within the device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die mikrofluidische Vorrichtung ein mit dem Kollektionskanal fluidisch verbundenes Filterelement zum Filtern des angereicherten Transferfluids umfassen. Bei dem Filterelement kann es sich beispielsweise um einen Silika-Filter mit Poren handeln, über welches das Transferfluid nach dem in Kontakt treten mit der Probennahmevorrichtung und der Extraktion von Probenmaterial zum Beispiel für einen darauffolgenden Analyseprozess gepumpt werden kann. Dadurch können vorteilhafterweise in dem Transferfluid enthaltene Spezies wie DNA, RNA, Bakterien oder andere Typen von Zellen auf dem Filterelement angereichert werden. Mit anderen Worten kann auf diese Weise eine weitere Aufkonzentrierung von extrahiertem Probenmaterial auf dem Filterelement erfolgen, welches beispielsweise für eine weitere Analyse der Probe verwendet werden kann. Bei dem Probenmaterial kann es sich beispielsweise um DNA oder RNA, Viren, Bakterien oder andere Typen von Zellen handeln. Das Transferfluid kann zum Beispiel nach dem Pumpen über das Filterelement in einer Flüssigkeitsspeicherkammer verbleiben.According to a further embodiment, the microfluidic device can comprise a filter element fluidically connected to the collection channel for filtering the enriched transfer fluid. The filter element can be, for example, a silica filter with pores, through which the transfer fluid can be pumped after coming into contact with the sampling device and the extraction of sample material, for example for a subsequent analysis process. As a result, species such as DNA, RNA, bacteria or other types of cells that are advantageously contained in the transfer fluid can be enriched on the filter element. In other words, in this way a further concentration of extracted sample material can take place on the filter element, which can be used, for example, for a further analysis of the sample. The sample material can be, for example, DNA or RNA, viruses, bacteria or other types of cells. For example, the transfer fluid may remain in a liquid storage chamber after being pumped over the filter element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die mikrofluidische Vorrichtung eine mit dem Injektionskanal fluidisch verbundene Vorlagerungskammer zum langzeitstabilen Vorlagern des Transferfluids umfassen. Die Vorlagerungskammer kann beispielsweise zum Speichern des Transferfluids vorgesehen sein. Auf diese vorteilhafte Weise kann zum Beispiel Transferfluid so lange in der Vorrichtung gespeichert und in dieser gelagert werden, bis die Vorrichtung für einen Analyseprozess eingesetzt wird. Unter Verwendung von Pumpkammern kann das Transferfluid beispielsweise von der Vorlagerungskammer über den Injektionskanal und die Injektionsöffnung in die Probeneingabekammer eingebracht werden, um Probenmaterial von der in der Probeneingabekammer befindlichen Probennahmevorrichtung zu extrahieren.According to a further embodiment, the microfluidic device can comprise a pre-storage chamber fluidically connected to the injection channel for long-term stable pre-storage of the transfer fluid. The pre-storage chamber can be provided for storing the transfer fluid, for example. In this advantageous manner, for example, transfer fluid can be stored and stored in the device until the device is used for an analysis process becomes. Using pump chambers, the transfer fluid can be introduced, for example, from the pre-storage chamber via the injection channel and the injection opening into the sample input chamber in order to extract sample material from the sampling device located in the sample input chamber.

Zudem wird ein Verfahren zum Betreiben einer Variante der zuvor vorgestellten mikrofluidischen Vorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Einbringens des Transferfluids in die Probeneingabekammer aufweist, um ein an die Probennahmevorrichtung angebundenes Probenmaterial von der Probennahmevorrichtung zu extrahieren und ein mit dem Probenmaterial angereichertes Transferfluid zu erhalten. Des Weiteren umfasst das Verfahren einen Schritt des Abführens des mit dem Probenmaterial angereicherten Transferfluids von der Probeneingabekammer in ein Netzwerk der mikrofluidischen Vorrichtung. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterführungen des Verfahrens werden in den unten beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgestellt.In addition, a method for operating a variant of the microfluidic device presented above is presented, the method having a step of introducing the transfer fluid into the sample input chamber in order to extract a sample material connected to the sampling device from the sampling device and to obtain a transfer fluid enriched with the sample material . Furthermore, the method includes a step of discharging the transfer fluid enriched with the sample material from the sample input chamber into a network of the microfluidic device. Advantageous embodiments and developments of the method are presented in the exemplary embodiments described below.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Zwischenspeicherns des Transferfluids umfassen, nachdem dieses mit der in der Probeneingabekammer vorliegenden Probennahmevorrichtung in Kontakt getreten sein kann und mit Probenmaterial angereichert wurde. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Zwischenspeicherns mehrfach in Kombination mit dem Schritt des Einbringens und dem Schritt des Abführens wiederholt ausgeführt werden. Dadurch kann vorteilhafterweise die in dem Transferfluid vorliegende Menge an Probenmaterial in sukzessiver Weise angereichert werden.According to one embodiment, the method can include a step of temporarily storing the transfer fluid after it has come into contact with the sampling device present in the sample input chamber and has been enriched with sample material. According to a further embodiment, the intermediate storage step can be carried out repeatedly in combination with the introduction step and the removal step. As a result, the amount of sample material present in the transfer fluid can advantageously be successively enriched.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät, welches auch als Analyse- oder Prozessierungsgerät bezeichnet werden kann, implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit, which can also be referred to as an analysis or processing device.

Das Steuergerät ist ausgebildet, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The control device is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. The object on which the invention is based can also be achieved quickly and efficiently by this embodiment variant of the invention in the form of a control unit.

Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control unit can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the Have actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting data that are embedded in a communication protocol. The arithmetic unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, with the memory unit being able to be a flash memory, an EEPROM or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and/or by wire, wherein a communication interface that can read in or output wire-bound data can, for example, read this data electrically or optically from a corresponding data transmission line or can output it to a corresponding data transmission line.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and outputs control and/or data signals as a function thereof. The device can have an interface that can be configured as hardware and/or software. In the case of a hardware design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible for the interfaces to be separate integrated circuits or to consist at least partially of discrete components. In the case of a software design, the interfaces can be software modules which are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.A computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and/or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above, is also advantageous used, especially when the program product or program is run on a computer or device.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1A und 1B eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung;
2 eine perspektivische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer;
3 eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer;
4 eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer mit Probennahmevorrichtung;
5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer mit Probennahmevorrichtung;
6 eine perspektivische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer mit Probennahmevorrichtung;
7 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer mit Probennahmevorrichtung;
8 eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer mit Probennahmevorrichtung;
9 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer mit Probennahmevorrichtung;
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Exemplary embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1A and 1B a schematic plan view representation of an embodiment of a microfluidic device;
2 a top perspective view of an embodiment of a sample input chamber;
3 a cross-sectional view of an embodiment of a sample input chamber;
4 a perspective side view of an embodiment of a sample input chamber with sampling device;
5 a schematic cross-sectional view of an embodiment of a sample input chamber with sampling device;
6 a perspective plan view of an embodiment of a sample input chamber with sampling device;
7 a schematic side view of an embodiment of a sample input chamber with sampling device;
8th a schematic plan view of an embodiment of a sample input chamber with sampling device;
9 a schematic cross-sectional view of an embodiment of a sample input chamber with sampling device;
10 a flowchart of a method for operating a microfluidic device according to an embodiment; and
11 a flowchart of a method for operating a microfluidic device according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable exemplary embodiments of the present invention, the same or similar reference symbols are used for the elements which are shown in the various figures and have a similar effect, with a repeated description of these elements being dispensed with.

1 zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung 100. Dabei ist die hier gezeigte Figur in zwei 1A und 1B unterteilt. Im Einzelnen zeigt 1A eine Darstellung der gesamten mikrofluidischen Vorrichtung 100, wohingegen in 1B ein in 1A durch ein Rechteck markierter Bereich in vergrößerter Weise dargestellt ist. 1 FIG. 1 shows a schematic top view illustration of an exemplary embodiment of a microfluidic device 100. The figure shown here is in two 1A and 1B divided. In detail shows 1A a representation of the entire microfluidic device 100, whereas in 1B a in 1A The area marked by a rectangle is shown in an enlarged manner.

In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 laterale Außenabmessungen von in etwa 118 mm × 78 mm auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die mikrofluidische Vorrichtung Außenabmessungen von 70 mm × 50 mm bis 300 mm × 150 mm, bevorzugt 90 mm × 60 mm bis 200 mm × 100 mm aufweisen. Somit kann die Vorrichtung 100 für eine Lab-on-Chip-Kartusche geeignete Abmessungen aufweisen.In this exemplary embodiment, the device 100 has external lateral dimensions of approximately 118 mm×78 mm. In another embodiment, the microfluidic device can have external dimensions of 70 mm×50 mm to 300 mm×150 mm, preferably 90 mm×60 mm to 200 mm×100 mm. Thus, the device 100 can have suitable dimensions for a lab-on-chip cartridge.

Die mikrofluidische Vorrichtung 100 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel neben der Probeneingabekammer 105 zur Extraktion von Probenmaterial nach dem Injektion-Kollektions-Prinzips ein mikrofluidisches Netzwerk 110 aus Kanälen und Kammern sowie pneumatisch ansteuerbaren aktiven mikrofluidischen Elementen wie mikrofluidischen Ventilen 115 und mikrofluidischen Pumpkammern 120. Die mikrofluidischen Kanäle 121 sind in der hier gezeigten Figur mittels durchgezogenener Linien in schematischer Weise skizziert, wohingegen pneumatische Mikrokanäle 122 mittels gestrichelter Linien dargestellt sind. Mikrofluidische Ventile 115 sind als Kreise dargestellt, mikrofluidische Pumpkammern 120 sind durch linsenförmige Darstellungen illustriert.In this exemplary embodiment, the microfluidic device 100 includes, in addition to the sample input chamber 105 for the extraction of sample material according to the injection-collection principle, a microfluidic network 110 of channels and chambers as well as pneumatically controllable active microfluidic elements such as microfluidic valves 115 and microfluidic pump chambers 120. The microfluidic channels 121 are sketched in the figure shown here by means of solid lines in a schematic manner, whereas pneumatic micro-channels 122 are shown by means of dashed lines. Microfluidic valves 115 are shown as circles, microfluidic pump chambers 120 are illustrated by lenticular representations.

Die mikrofluidische Vorrichtung 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel, typischerweise als Einwegprodukt, durch einen polymeren Mehrschichtaufbau aus Polycarbonat (PC) und Polyurethan (TPU) realisiert. In anderen Ausführungsbeispielen können auch folgende Materialien für die Realisierung der mikrofluidischen Vorrichtung verwendet werden: Polystyrol (PS), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Cycloolefin-Copolymer (COP, COC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polydimethylsiloxan (PDMS) oder weitere thermoplastische Elastomere (TPE) wie Styrol-Blockcopolymer (TPS). Dabei kann die Vorrichtung durch Serienfertigungsverfahren wie Spritzgießen, Thermoformen, Stanzen oder Laserdurchstrahl-Schweißen gefertigt sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist durch die Verwendung einer elastischen Membran, welche durch das Anlegen eines Drucks gezielt in flüssigkeitsführende Strukturen wie Pumpkammern 120 oder Ventilkammern auslenkbar ist, ein gezieltes Verdrängen oder Ansaugen von Flüssigkeiten sowie ein Öffnen oder Sperren von mikrofluidischen Kanälen 121 durchführbar. Dabei besteht in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 eine Druckdifferenz zur Umgebung (Überdruck oder Unterdruck), welche zur Erzeugung des mikrofluidischen Flusses durch Ausdrücken oder Ansaugen mittels einer Pumpkammer 120 verwendet wird, mit lediglich beispielhaft 700 mbar. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Druckdifferenz 100 mbar bis 3000 mbar, bevorzugt 300 mbar bis 1500 mbar, betragen und der Absolutwert der Druckdifferenz des Überdrucks zur Umgebung kann sich von dem Absolutwert der Druckdifferenz des Unterdrucks zur Umgebung unterscheiden.In this exemplary embodiment, the microfluidic device 100 is implemented, typically as a disposable product, by a polymer multi-layer structure made of polycarbonate (PC) and polyurethane (TPU). In other exemplary embodiments, the following materials can also be used for realizing the microfluidic device: polystyrene (PS), styrene-acrylonitrile copolymer (SAN), polypropylene (PP), polyethylene (PE), cycloolefin copolymer (COP, COC), polymethyl methacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS) or other thermoplastic elastomers (TPE) such as styrene block copolymer (TPS). The device can be manufactured using series production processes such as injection molding, thermoforming, stamping or laser transmission welding. In this exemplary embodiment, the use of an elastic membrane, which can be deflected in a targeted manner into liquid-carrying structures such as pump chambers 120 or valve chambers by applying pressure, allows liquids to be displaced or sucked in in a targeted manner and microfluidic channels 121 to be opened or blocked. In the exemplary embodiment of the device 100 shown here, there is a pressure difference to the environment (positive pressure or negative pressure), which is used to generate the microfluidic flow by expressing or sucking in by means of a pump chamber 120, with just 700 mbar, for example. In another embodiment, the pressure difference can be 100 mbar to 3000 mbar, preferably 300 mbar to 1500 mbar, and the absolute value of the pressure difference of the overpressure to the environment can differ from the absolute value of the pressure difference of the underpressure to the environment.

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die mikrofluidische Vorrichtung 100 eine Probeneingabekammer 105, in der lediglich beispielhaft ein Kopf beziehungsweise eine Spitze 124 einer Probennahmevorrichtung 125 angeordnet ist. Die Probennahmevorrichtung 125 ist dabei lediglich beispielhaft durch einen Eingang beziehungsweise eine Probeneingabeöffnung 127 in die Probeneingabekammer 105 eingeführt. Zudem umfasst die Probeneingabekammer 105 in diesem Ausführungsbeispiel eine Injektionsöffnung 130, eine zweite Injektionsöffnung 132, eine dritte Injektionsöffnung 134 und eine vierte Injektionsöffnung 136. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Probeneingabekammer 105 eine abweichende Anzahl von Injektionsöffnungen aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel sind alle dargestellten Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136 ausgebildet, um Transferfluid aus einem Injektionskanals 140 in die Probeneingabekammer 105 einzubringen, um die eingeführte Probennahmevorrichtung 125 mit dem Transferfluid zu umspülen.In this exemplary embodiment, the microfluidic device 100 comprises a sample input chamber 105, in which, merely by way of example, a head or a tip 124 of a sample near measuring device 125 is arranged. The sampling device 125 is inserted into the sample input chamber 105 through an inlet or a sample input opening 127 , merely by way of example. In addition, the sample input chamber 105 in this exemplary embodiment comprises an injection opening 130, a second injection opening 132, a third injection opening 134 and a fourth injection opening 136. In another exemplary embodiment, the sample input chamber 105 can have a different number of injection openings. In this exemplary embodiment, all the injection openings 130, 132, 134, 136 shown are designed to introduce transfer fluid from an injection channel 140 into the sample input chamber 105 in order to flush the inserted sampling device 125 with the transfer fluid.

An einer dem Eingang 127 gegenüberliegend angeordneten Seite der Probeneingabekammer 105 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Kollektionsöffnung 145 angeordnet, welche die Probeneingabekammer 105 über einen Kollektionskanal 150 mit dem mikrofluidischen Netzwerk 110 verbindet. Dabei ist die Kollektionsöffnung 145 lediglich beispielhaft in Bezug auf ein Schwerkraftfeld mit einer in der Ebene der mikrofluidischen Vorrichtung 100 angreifenden Kraft oder Kraftkomponente 155 unterhalb der Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136 angeordnet. Die Kollektionsöffnung 145 ist somit so angeordnet, dass in der Probeneingabekammer 105 befindliche Flüssigkeit im betriebsbereiten Zustand der mikrofluidischen Vorrichtung 100 oder während des Betriebs der mikrofluidischen Vorrichtung 100 schwerkraftbedingt zu der Kollektionsöffnung 145 fließt.In this exemplary embodiment, a collection opening 145 is arranged on a side of the sample input chamber 105 arranged opposite the inlet 127 and connects the sample input chamber 105 to the microfluidic network 110 via a collection channel 150 . In this case, the collection opening 145 is arranged below the injection openings 130 , 132 , 134 , 136 merely by way of example in relation to a gravitational field with a force or force component 155 acting in the plane of the microfluidic device 100 . The collection opening 145 is thus arranged in such a way that liquid located in the sample input chamber 105 flows to the collection opening 145 due to the force of gravity when the microfluidic device 100 is in the operational state or during operation of the microfluidic device 100 .

Lediglich beispielhaft weisen die mikrofluidischen Kanäle 140, 150, 121 Querschnittsmaße von etwa 600 × 400 µm² auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Kanäle Querschnittsmaße von 100 × 100 µm² bis 3 × 3 mm², bevorzugt 300 × 300 µm² bis 1 × 1 mm² aufweisen.By way of example only, the microfluidic channels 140, 150, 121 have cross-sectional dimensions of approximately 600×400 μm ² . In another embodiment, the channels can have cross-sectional dimensions of 100×100 μm ² to 3×3 mm ² , preferably 300×300 μm ² to 1×1 mm ² .

Das mikrofluidische Netzwerk 110 weist in diesem Ausführungsbeispiel in dem in 1B gezeigten Teilbereich zwei linsenförmig ausgeformte Pumpkammern 120 auf sowie eine Vielzahl von mikrofluidischen Ventilen 115 zum Steuern des Flusses innerhalb des Netzwerks 110. Dabei beträgt ein effektives Verdrängungsvolumen einer Pumpkammer 120 lediglich beispielhaft 25 µl. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Verdrängungsvolumen 1 µl bis 50 µl, bevorzugt 5 µl bis 30 µl, betragen. Ferner umfasst die Vorrichtung 100 lediglich beispielhaft eine Vorlagerungskammer 160 zum langzeitstabilen Vorlagern von Flüssigreagenzien, wobei die Vorlagerungskammer 160 insbesondere zum Speichern des Transferfluids ausgebildet ist. Auf diese Weise ist unter Verwendung der Pumpkammern 120 Transferfluid über den Injektionskanal 140 und die Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136 in die Probeneingabekammer 105 einbringbar, um Probenmaterial von der in der Probeneingabekammer 105 angeordneten Probennahmevorrichtung 125 zu extrahieren.In this exemplary embodiment, the microfluidic network 110 has in 1B The partial area shown has two lens-shaped pump chambers 120 and a multiplicity of microfluidic valves 115 for controlling the flow within the network 110. An effective displacement volume of a pump chamber 120 is only 25 μl, for example. In another embodiment, the displacement volume can be 1 μl to 50 μl, preferably 5 μl to 30 μl. Furthermore, the device 100 comprises, merely by way of example, a pre-storage chamber 160 for the long-term stable pre-storage of liquid reagents, the pre-storage chamber 160 being designed in particular for storing the transfer fluid. In this way, using the pump chambers 120, transfer fluid can be introduced into the sample input chamber 105 via the injection channel 140 and the injection openings 130, 132, 134, 136 in order to extract sample material from the sampling device 125 arranged in the sample input chamber 105.

Die Probeneingabekammer 105 ist optional mittels einer Temperiereinrichtung 162 temperierbar, um lediglich beispielhaft eine Wärmezufuhr zu der Probeneingabekammer 105 mit der Probennahmevorrichtung 125 zu ermöglichen. Die Temperiereinrichtung 162 ist in der hier gezeigten Darstellung nur andeutungsweise abgebildet, da sie keinen Bestandteil der mikrofluidischen Vorrichtung 100 bildet. Vielmehr ist die Temperiereinrichtung 162 Teil eines externes Analysegeräts zum Prozessieren der mikrofluidischen Vorrichtung 100, wobei die Temperiereinrichtung 162 lediglich beispielhaft über die gesamte Fläche der Probeneingabekammer 105 angedeutet ist, um eine gleichmäßige Temperierung der Probeneingabekammer 105 zu ermöglichen. Durch die Erhöhung der Temperatur des Transferfluids sind beispielsweise diffusionsgetriebene Extraktionsprozesse beschleunigbar und die Zeitdauer, die für die Extraktion benötigt wird, reduzierbar. Über die Kollektionsöffnung 145 und den Kollektionskanal 150 ist das mit Probenmaterial angereicherte Transferfluid über eine der Pumpkammern 120 wieder in das mikrofluidische Netzwerk 110 transferierbar.The temperature of the sample input chamber 105 can optionally be controlled by means of a temperature control device 162 in order to enable heat to be supplied to the sample input chamber 105 with the sampling device 125, merely by way of example. The temperature control device 162 is only shown in outline in the illustration shown here, since it does not form part of the microfluidic device 100 . Rather, the temperature control device 162 is part of an external analysis device for processing the microfluidic device 100, the temperature control device 162 being indicated only by way of example over the entire surface of the sample input chamber 105 in order to enable uniform temperature control of the sample input chamber 105. By increasing the temperature of the transfer fluid, for example, diffusion-driven extraction processes can be accelerated and the time required for the extraction can be reduced. The transfer fluid enriched with sample material can be transferred back into the microfluidic network 110 via the collection opening 145 and the collection channel 150 via one of the pump chambers 120 .

Darüber hinaus zeichnet sich die mikrofluidische Vorrichtung 100 in einem Ausführungsbeispiel durch eine Flüssigkeitsspeicherkammer 165 aus, welche lediglich beispielhaft ausgebildet ist, um angereichertes Transferfluid zwischenzeitlich zu speichern.In addition, the microfluidic device 100 is characterized in one exemplary embodiment by a liquid storage chamber 165, which is designed only by way of example in order to temporarily store enriched transfer fluid.

Zudem umfasst die Vorrichtung 100 lediglich beispielhaft eine Filterkammer mit einem Filterelement 170, welches für eine Anreicherung von aus der Probensubstanz extrahierten Spezies, wie beispielsweise DNA, RNA, Viren, Bakterien oder anderen Zellen, einsetzbar ist. Das Filterelement 170 funktioniert lediglich beispielhaft analog zu einem Sieb, wobei bei einem Hindurchpumpen von angereichertem Transferfluid in dem Transferfluid vorliegende Spezies in konzentrierter Menge auf dem Filterelement 170 zurückbleiben.In addition, the device 100 comprises, merely by way of example, a filter chamber with a filter element 170 which can be used for enriching species extracted from the sample substance, such as DNA, RNA, viruses, bacteria or other cells. The filter element 170 functions analogously to a strainer, purely by way of example, wherein when enriched transfer fluid is pumped through, species present in the transfer fluid remain in a concentrated amount on the filter element 170 .

Des Weiteren weist die Vorrichtung in diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Flüssigkeitsspeicherkammer 175 auf, welche lediglich beispielhaft ausgebildet ist, um Transferfluid aufzunehmen, nachdem dieses über das Filterelement 170 gepumpt worden ist.Furthermore, in this exemplary embodiment, the device has a further liquid storage chamber 175 which is designed, merely by way of example, to receive transfer fluid after it has been pumped over the filter element 170 .

2 zeigt eine perspektivische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer 105. Die hier dargestellte Probeneingabekammer 105 ähnelt der in der vorangegangenen Figur beschriebenen Probeneingabekammer, mit dem Unterschied, dass die Probeneingabekammer 105 in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt fünf Injektionsöffnungen aufweist. 2 FIG. 12 shows a perspective view from above of an exemplary embodiment of a sample neingangskammer 105. The sample input chamber 105 shown here is similar to the sample input chamber described in the previous figure, with the difference that the sample input chamber 105 has a total of five injection openings in this embodiment.

Die Injektionsöffnung 130, die zweite Injektionsöffnung 132, die dritte Injektionsöffnung 134, die vierte Injektionsöffnung 136 und die fünfte Injektionsöffnung 200 sind in diesem Ausführungsbeispiel gleichermaßen ausgebildet, um Transferfluid aus dem Injektionskanal 140 in die Probeneingabekammer 105 einzubringen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136, 200 jeweils mit einem Durchmesser von 1000 µm ausgeformt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Durchmesser 100 µm bis 2500 µm, bevorzugt 200 µm bis 1500 µm, aufweisen. Dabei sind die Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136, 200 lediglich beispielhaft bezüglich einer Längsachse 205 und einer zur Längsachse 205 rechtwinklig angeordneten Querachse 210 der Probeneingabekammer 105 an unterschiedlichen räumlichen Positionen angeordnet, um eine Flüssigkeitsströmung in verschiedenen Bereichen der Probeneingabekammer 105 zu erzeugen.In this exemplary embodiment, the injection opening 130, the second injection opening 132, the third injection opening 134, the fourth injection opening 136 and the fifth injection opening 200 are designed in the same way in order to introduce transfer fluid from the injection channel 140 into the sample input chamber 105. In this exemplary embodiment, the injection openings 130, 132, 134, 136, 200 are each formed with a diameter of 1000 μm. In another embodiment, the diameter can be 100 μm to 2500 μm, preferably 200 μm to 1500 μm. The injection openings 130, 132, 134, 136, 200 are arranged at different spatial positions with respect to a longitudinal axis 205 and a transverse axis 210 of the sample input chamber 105, which is arranged at right angles to the longitudinal axis 205, in order to generate a liquid flow in different areas of the sample input chamber 105.

Dabei entspricht die Längsachse 205 in diesem Ausführungsbeispiel der Einschubrichtung einer Probennahmevorrichtung, wie sie in der vorangegangenen Figur beschrieben wurde, wobei die Probeneingabekammer 105 beispielhaft mit einem Eingang 127 zum Einführen der Probennahmevorrichtung ausgebildet ist. Auf einer dem Eingang 127 gegenüberliegend angeordneten Seite der Probeneingabekammer 105 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Kollektionsöffnung 145 angeordnet, welche ausgebildet ist, um mit Probenmaterial angereichertes Transferfluid abzuleiten, welches zuvor über die Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136, 200 in die Probeneingabekammer 105 eingebracht wurde und mit der Probennahmevorrichtung in Kontakt getreten ist.The longitudinal axis 205 in this exemplary embodiment corresponds to the insertion direction of a sampling device as described in the previous figure, the sample input chamber 105 being configured with an entrance 127 for inserting the sampling device, for example. In this exemplary embodiment, a collection opening 145 is arranged on a side of the sample input chamber 105 opposite the inlet 127, which is designed to drain transfer fluid enriched with sample material, which was previously introduced into the sample input chamber 105 via the injection openings 130, 132, 134, 136, 200 been in contact with the sampling device.

In diesem Ausführungsbeispiel weist die Kollektionsöffnung 145 eine Querschnittsfläche von beispielhaft 2 mm × 5 mm auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Querschnittsfläche 200 µm × 200 µm bis 5 mm × 7 mm betragen. Eine Ableitung von Transferfluid ist über einen an die Kollektionsöffnung 145 angrenzenden Kollektionskanal 150 möglich.In this exemplary embodiment, the collection opening 145 has a cross-sectional area of 2 mm×5 mm, for example. In another exemplary embodiment, the cross-sectional area can be 200 μm×200 μm to 5 mm×7 mm. Transfer fluid can be discharged via a collection channel 150 adjoining the collection opening 145 .

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Probeneingabekammer 105 lediglich beispielhaft derart zu einem Schwerkraftfeld ausgerichtet, dass eine Kraftkomponente 155 parallel zur Längsachse 205 der Probeneingabekammer 105 vorliegt, wodurch eine Flussrichtung von Transferfluid von den Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136, 200 zu der Kollektionsöffnung 145 und in den Kollektionskanal 150 erleichtert ist.In this exemplary embodiment, the sample input chamber 105 is aligned with a gravitational field, merely by way of example, in such a way that a force component 155 is present parallel to the longitudinal axis 205 of the sample input chamber 105, resulting in a flow direction of transfer fluid from the injection openings 130, 132, 134, 136, 200 to the collection opening 145 and into the collection channel 150 is facilitated.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Probeneingabekammer 105 eine Außenhülle 260 auf, die einen Aufnahmebereich beispielsweise für eine beflockte Spitze eines stäbchenförmigen Tupfers umschließt. Die Außenhülle 260 weist beispielsweise in einer längs der Querachse 210 verlaufenden Schnittebene einen bogenförmigen Querschnitt auf. Die Außenhülle 260 ist auf eine Oberflächenschicht der mikrofluidischen Vorrichtung 100 aufgesetzt, sodass die Oberflächenschicht einen Boden der Probeneingabekammer 105 ausformt. Alternativ weist die Probeneingabekammer 105 einen separaten Boden auf, der auch einstückig mit der Außenhülle 260 der Probenkammer 105 ausgeformt sein kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136, 200 und die Kollektionsöffnung 145 in dem Boden der Probeneingabekammer 105 oder in einem zusätzlichen Bodenelement der Probeneingabekammer 105 ausgeformt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Außenhülle 260 der Probeneingabekammer 105 auf der dem Eingang 127 gegenüberliegend angeordneten Seite abgerundet ausgeformt, sodass der Aufnahmebereich entlang einer durch die Längsachse 205 und die Querachse 210 aufgespannten Schnittebene einen U-förmigen Querschnitt aufweist.According to one exemplary embodiment, the sample input chamber 105 has an outer shell 260 which encloses a receiving area, for example for a flocked tip of a rod-shaped swab. The outer shell 260 has, for example, an arcuate cross section in a sectional plane running along the transverse axis 210 . The outer shell 260 is placed on a surface layer of the microfluidic device 100 such that the surface layer forms a bottom of the sample input chamber 105 . Alternatively, the sample input chamber 105 has a separate base, which can also be formed in one piece with the outer shell 260 of the sample chamber 105 . According to one embodiment, the injection ports 130, 132, 134, 136, 200 and the collection port 145 are formed in the bottom of the sample input chamber 105 or in an additional bottom element of the sample input chamber 105. According to one embodiment, the outer shell 260 of the sample input chamber 105 is rounded on the side opposite the inlet 127, so that the receiving area has a U-shaped cross section along a sectional plane spanned by the longitudinal axis 205 and the transverse axis 210.

Insgesamt weist die Probeneingabekammer 105 in diesem Ausführungsbeispiel eine Querschnittsfläche von 25 µl/mm bis 40 µl/mm auf, mit einer Länge von lediglich beispielhaft 12 mm bis 20 mm und einer Breite von beispielhaft 5 mm bis 9 mm, wobei das Volumen 300 µl bis 800 µl beträgt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Probeneingabekammer eine Querschnittsfläche von 10 µl/mm bis 60 µl/mm, eine Länge von 5 mm bis 30 mm, eine Breite von 3 mm bis 15 mm und ein Volumen von 50 µl bis 1500 µl aufweisen.Overall, the sample input chamber 105 in this embodiment has a cross-sectional area of 25 μl/mm to 40 μl/mm, with a length of 12 mm to 20 mm, for example, and a width of 5 mm to 9 mm, for example, with the volume being 300 μl to is 800 µl. In another embodiment, the sample input chamber may have a cross-sectional area of 10 μl/mm to 60 μl/mm, a length of 5 mm to 30 mm, a width of 3 mm to 15 mm, and a volume of 50 μl to 1500 μl.

3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer 105. Die hier dargestellte Probeneingabekammer 105 entspricht oder ähnelt den in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Probeneingabekammern. 3 10 shows a cross-sectional view of an embodiment of a sample input chamber 105. The sample input chamber 105 shown here corresponds or is similar to the sample input chambers described in the previous figures.

Dabei umfasst die Probeneingabekammer 105 in diesem Ausführungsbeispiel optional ein Aufnahmeelement 300 mit einer halbkreisförmigen Vertiefung 305 zum Aufnehmen der Probennahmevorrichtung. Lediglich beispielhaft sind die Injektionsöffnung 130, die zweite Injektionsöffnung 132 und die dritte Injektionsöffnung 134 in diesem Ausführungsbeispiel in dem Aufnahmeelement 300 angeordnet, um die Vertiefung 305 mit dem Injektionskanal 140 zu verbinden.In this case, the sample input chamber 105 in this exemplary embodiment optionally comprises a receiving element 300 with a semicircular recess 305 for receiving the sampling device. In this exemplary embodiment, the injection opening 130 , the second injection opening 132 and the third injection opening 134 are arranged in the receiving element 300 in order to connect the depression 305 to the injection channel 140 .

Die Injektionsöffnungen 130, 132, 134 sind lediglich beispielhaft sowohl entlang der Längsachse 205 der Querachse 210 als auch entlang einer Hochachse 310 versetzt zueinander angeordnet. Dabei ist die Hochachse 310 rechtwinklig zur Längsachse 205 und zur Querachse 210 angeordnet.The injection openings 130, 132, 134 are arranged offset to one another both along the longitudinal axis 205 of the transverse axis 210 and along a vertical axis 310, merely by way of example. The vertical axis 310 is arranged at right angles to the longitudinal axis 205 and to the transverse axis 210 .

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Probeneingabekammer 105 eine Außenhülle 260 mit einem beispielsweise halbkreisförmigen Querschnitt auf. Die Außenhülle 260 umschließt den Aufnahmebereich, beispielsweise für eine beflockte Spitze eines stäbchenförmigen Tupfers. Der Eingang 127 der Probeneingabekammer 105 ist durch ein freies Ende der Außenhülle 260 torförmig ausgeformt.According to this exemplary embodiment, the sample input chamber 105 has an outer shell 260 with a semicircular cross section, for example. The outer shell 260 encloses the receiving area, for example for a flocked tip of a rod-shaped swab. The entrance 127 of the sample input chamber 105 is formed in the shape of a gate by a free end of the outer shell 260 .

4 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer 105 mit einer Probennahmevorrichtung 125. Die hier dargestellte Probeneingabekammer 105 entspricht oder ähnelt den in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Probeneingabekammern und die dargestellte Probennahmevorrichtung 125 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen 1 beschriebenen Probennahmevorrichtung. 4 shows a perspective side view of an embodiment of a sample input chamber 105 with a sampling device 125. The sample input chamber 105 shown here corresponds or is similar to the sample input chambers described in the previous figures and the sample device 125 shown corresponds or is similar to that in the previous one 1 described sampling device.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Probeneingabekammer 105 bezüglich einer Hauptoberfläche 400 der Vorrichtung 100 als Erhöhung ausgeformt und ausgebildet, um den durch den Eingang 127 eingeführten Kopf 124 der Probennahmevorrichtung 125 zu umschließen. Beispielsweise wird die Hauptoberfläche 400 durch eine Oberflächenschicht der mikrofluidischen Vorrichtung 100 ausgeformt.In this embodiment, the sample input chamber 105 is shaped and configured as a ridge relative to a major surface 400 of the device 100 to enclose the head 124 of the sampling device 125 inserted through the entrance 127 . For example, the main surface 400 is formed by a surface layer of the microfluidic device 100 .

Lediglich beispielhaft ist die Probennamevorrichtung 125 als beflockter stäbchenförmiger Tupfer ausgebildet, an dessen Kopf beziehungsweise Spitze 124 aufgrund einer zuvor durchgeführten Abstrichprobennahme Probenmaterial 400 vorliegt. Dabei weist der Kopf 124 lediglich beispielhaft eine Länge von 8 mm auf sowie einen Durchmesser von 3 mm und ein Verdrängungsvolumen von 7 µl/mm. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Kopf 124 eine Länge von 5 mm bis 20 mm, bevorzugt 8 mm bis 16 mm, einen maximalen Durchmesser von 2 mm bis 8 mm, bevorzugt 3 mm bis 5 mm, ein Verdrängungsvolumen von 5 µl/mm bis 35 µl/mm, bevorzugt 7 µl/mm bis 20 µl/mm, und ein maximales gesamtes Verdrängungsvolumen von 30 µl bis 400 µl, bevorzugt 50 µl bis 325 µl aufweisen. Dabei weist der Stab-Teil der Probennahmevorrichtung 125 lediglich beispielhaft einen Durchmesser von 2 mm, ein Verdrängungsvolumen von 1 µl/mm und eine Länge von einem Ende bis zu einer Sollbruchstelle von 75 mm auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Stab-Teil einen maximalen Durchmesser von 2 mm bis 4 mm, bevorzugt 2 mm bis 3 mm, einen minimalen Durchmesser von 0.5 mm bis 4 mm, bevorzugt 0.8 mm bis 3 mm, ein Verdrängungsvolumen von 0.5 µl/mm bis 10 µl/mm, bevorzugt 1 |jl/mm bis 5 µl/mm, und eine Länge von einem Ende bis zu einer Sollbruchstelle von 60 mm bis 120 mm, bevorzugt 75 mm bis 100 mm, aufweisen. Dabei weist die Probennahmevorrichtung 125 in diesem Ausführungsbeispiel eine Gesamtlänge von 150 mm auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Probennahmevorrichtung 125 eine Gesamtlänge von 100 mm bis 200 mm, bevorzugt 120 mm bis 180 mm, insbesondere 145 mm bis 155 mm, aufweisen.By way of example only, the sampling device 125 is designed as a flocked, rod-shaped swab, at the head or tip 124 of which sample material 400 is present as a result of a previously performed swab sampling. In this case, the head 124 has a length of 8 mm, by way of example, as well as a diameter of 3 mm and a displacement volume of 7 μl/mm. In another embodiment, the head 124 can have a length of 5 mm to 20 mm, preferably 8 mm to 16 mm, a maximum diameter of 2 mm to 8 mm, preferably 3 mm to 5 mm, a displacement volume of 5 µl/mm to 35 μl/mm, preferably 7 μl/mm to 20 μl/mm, and a maximum total displacement volume of 30 μl to 400 μl, preferably 50 μl to 325 μl. The rod part of the sampling device 125 has a diameter of 2 mm, a displacement volume of 1 μl/mm and a length from one end to a predetermined breaking point of 75 mm, merely by way of example. In another embodiment, the rod part can have a maximum diameter of 2 mm to 4 mm, preferably 2 mm to 3 mm, a minimum diameter of 0.5 mm to 4 mm, preferably 0.8 mm to 3 mm, a displacement volume of 0.5 μl/mm to 10 μl/mm, preferably 1 μl/mm to 5 μl/mm, and a length from one end to a predetermined breaking point of 60 mm to 120 mm, preferably 75 mm to 100 mm. The sampling device 125 has a total length of 150 mm in this exemplary embodiment. In another exemplary embodiment, the sampling device 125 can have an overall length of 100 mm to 200 mm, preferably 120 mm to 180 mm, in particular 145 mm to 155 mm.

Bei dem hier dargestellten Probenmaterial 400 handelt es sich lediglich beispielhaft um eine Abstrich-Probe mit Viren. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Probenmaterial verschiedene Spezies von medizinischer, klinischer, diagnostischer oder therapeutischer Relevanz wie beispielsweise Bakterien, Viren, Zellen, zirkulierende Tumorzellen, zellfreie DNA, Proteine oder andere Biomarker oder insbesondere Bestandteile aus den genannten Objekten umfassen. Andere mögliche Probentypen, welche neben einer Abstrich-Probe in der mikrofluidischen Vorrichtung 100 prozessiert werden können, sind beispielsweise Sputum oder Stuhl.The sample material 400 shown here is only an example of a swab sample with viruses. In another embodiment, the sample material can include different species of medical, clinical, diagnostic or therapeutic relevance such as bacteria, viruses, cells, circulating tumor cells, cell-free DNA, proteins or other biomarkers or in particular components from the objects mentioned. Other possible sample types that can be processed in the microfluidic device 100 in addition to a swab sample are, for example, sputum or stool.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Probeneingabekammer 105 zum Extrahieren des Probenmaterials 405 von der Probennahmevorrichtung 125 lediglich beispielhaft geeignet zu einem Schwerkraftfeld 410 ausgerichtet. Dadurch ist ein schwerkraftbasiertes Ansammeln von über die Injektionsöffnungen 130, 132, 134 in die Probeneingabekammer 105 eingebrachten Transferfluid mit abgelöstem Probenmaterial 405 am in Bezug auf das Schwerekraftfeld 410 unterem, das heißt auf einem niedrigeren Gravitationspotential liegenden, Ende der Probeneingabekammer 105 erzielbar. Bei dem Schwerkraftfeld 410 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um das durch die Erdanziehungskraft bewirkte Kraftfeld. In einer alternativen Ausführungsform kann die mikrofluidische Vorrichtung auch gezielt in eine Rotationsbewegung versetzt sein, um durch die so angreifende Zentrifugalkraft ein geeignetes Kraftfeld innerhalb der Probeneingabekammer bereitzustellen.In this exemplary embodiment, the sample input chamber 105 is suitably aligned with a gravitational field 410 for extracting the sample material 405 from the sampling device 125 , by way of example only. As a result, a gravity-based accumulation of transfer fluid with detached sample material 405 introduced into the sample input chamber 105 via the injection openings 130, 132, 134 can be achieved at the lower end of the sample input chamber 105 in relation to the gravitational field 410, i.e. at a lower gravitational potential. In this exemplary embodiment, the gravitational field 410 is the force field caused by the force of gravity. In an alternative embodiment, the microfluidic device can also be set in a rotational movement in a targeted manner in order to provide a suitable force field within the sample input chamber by the centrifugal force acting in this way.

5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer 105 mit einer Probennahmevorrichtung 125. Die hier dargestellte Probeneingabekammer 105 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Probeneingabekammer und die dargestellte Probennahmevorrichtung 125 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen 1 und 4 beschriebenen Probennahmevorrichtung. 5 shows a cross-sectional view of an embodiment of a sample input chamber 105 with a sampling device 125. The sample input chamber 105 shown here corresponds or is similar to the sample input chamber described in the previous figures and the sample device 125 shown corresponds or is similar to that in the previous figures 1 and 4 described sampling device.

In der hier gezeigten Darstellung findet eine Umspülung der Probennahmevorrichtung 125 mit Transferfluid 500 statt, um Probenmaterial, wie es in der vorangegangenen 4 beschrieben wurde, von der Probennahmevorrichtung 125 abzulösen.In the illustration shown here, the sampling device 125 is flushed with transfer fluid 500 to sample material, as in the previous 4 described to detach from the sampling device 125.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Transferfluid 500 als Flüssigkeit, beispielsweise als wässrige Lösung ausgebildet, beziehungsweise als eine mit einer Detergens versehene Pufferlösung, die zur Stabilisierung oder Inaktivierung von Probenmaterial beiträgt. Lediglich beispielhaft ist hierfür eine Menge von 350 µl des Transferfluids 500 eingesetzt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Menge von 100 µl bis 1000 µl, insbesondere 200 µl bis 500 µl, verwendet werden.In this exemplary embodiment, the transfer fluid 500 is designed as a liquid, for example as an aqueous solution, or as a buffer solution provided with a detergent, which contributes to the stabilization or inactivation of sample material. A quantity of 350 μl of the transfer fluid 500 is used for this purpose only as an example. In another exemplary embodiment, an amount of 100 μl to 1000 μl, in particular 200 μl to 500 μl, can be used.

Aufgrund der Anordnung der Probennahmevorrichtung 125 in der halbkreisförmigen Vertiefung 305 des Aufnahmeelements 300 in Kombination mit der räumlich unterschiedlichen Anordnung der Injektionsöffnungen 130, 132, 134, ist eine effiziente Umspülung der Probennahmevorrichtung 125 erzielbar. Durch die insbesondere an der Oberfläche der Probennahmevorrichtung 125 aufgrund der fluidischen Strömung erzeugten Scherkräfte ist in Folge eine besonders effiziente Ablösung von an der Probennahmevorrichtung 125 angebundenem Probenmaterial erzielbar.Due to the arrangement of the sampling device 125 in the semicircular depression 305 of the receiving element 300 in combination with the spatially different arrangement of the injection openings 130, 132, 134, an efficient flushing of the sampling device 125 can be achieved. As a result of the shear forces generated in particular on the surface of the sampling device 125 due to the fluidic flow, a particularly efficient detachment of sample material attached to the sampling device 125 can be achieved.

6 zeigt eine perspektivische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer 105 mit Probennahmevorrichtung 125. Die hier dargestellte Probeneingabekammer 105 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Probeneingabekammer und die dargestellte Probennahmevorrichtung 125 entspricht oder ähnelt den in den vorangegangenen 1, 4 und 5 beschriebenen Probennahmevorrichtung. In der hier gezeigten Darstellung ist die Probennahmevorrichtung 125 über den Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136, 200 angeordnet, wobei die Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136, 200 bezüglich einer Richtung der auf das angereicherte Transferfluid 600 wirkenden Kraft beziehungsweise Kraftkomponente 155 vor der Kollektionsöffnung angeordnet sind. Die Austrittsrichtung des aus den Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136, 200 austretenden Transferfluids ist dabei beispielsweise nahezu senkrecht zu der auf das Transferfluid 600 wirkenden Kraftkomponente 155 ausgerichtet. 6 shows a perspective plan view of an embodiment of a sample input chamber 105 with sampling device 125. The sample input chamber 105 shown here corresponds or is similar to the sample input chamber described in the previous figures and the sample taking device 125 shown corresponds or is similar to that in the previous figures 1 , 4 and 5 described sampling device. In the illustration shown here, the sampling device 125 is arranged above the injection openings 130, 132, 134, 136, 200, with the injection openings 130, 132, 134, 136, 200 being in front of a direction of the force or force component 155 acting on the enriched transfer fluid 600 the collection opening are arranged. The exit direction of the transfer fluid exiting from the injection openings 130, 132, 134, 136, 200 is aligned, for example, almost perpendicular to the force component 155 acting on the transfer fluid 600.

7 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer 105 mit Probennahmevorrichtung 125. Die hier dargestellte Probeneingabekammer 105 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Probeneingabekammer und die dargestellte Probennahmevorrichtung 125 entspricht oder ähnelt den in den vorangegangenen 1, 4, 5 und 6 beschriebenen Probennahmevorrichtung. 7 shows a side view of an embodiment of a sample input chamber 105 with sampling device 125. The sample input chamber 105 shown here corresponds or is similar to the sample input chamber described in the previous figures and the sample input device 125 shown corresponds or is similar to that in the previous figures 1 , 4 , 5 and 6 described sampling device.

In dieser Ausführungsform weist der Injektionskanal 140 unmittelbar angrenzend an die Injektionsöffnung 130 eine Verjüngung 700 auf, das heißt eine Verringerung der Querschnittsfläche. Gleichermaßen weist lediglich beispielhaft die zweite Injektionsöffnung 132 eine Verjüngung 702 und die dritte Injektionsöffnung 134 eine Verjüngung 704 auf. Durch diese Verjüngungen 700, 702, 704 in unmittelbarer Angrenzung an die Injektionsöffnungen 130, 132, 134 ist eine Düsenfunktion erzeugbar. Dadurch kann die Flussgeschwindigkeit und damit die Eintrittsgeschwindigkeit des über die Injektionsöffnungen 130, 132, 134 in die Probeneingabekammer 105 eingebrachten Transferfluids erhöht werden. Abhängig von dem angelegten Druck und des genauen geometrischen Profils der Düse ist so die Geschwindigkeit, mit der das Transferfluid in die Probeneingabekammer 105 eingebracht wird, variierbar.In this embodiment, the injection channel 140 immediately adjacent to the injection port 130 has a taper 700, ie a reduction in cross-sectional area. Likewise, by way of example only, the second injection port 132 has a taper 702 and the third injection port 134 has a taper 704 . A nozzle function can be generated by these tapers 700, 702, 704 in the immediate vicinity of the injection openings 130, 132, 134. As a result, the flow speed and thus the entry speed of the transfer fluid introduced into the sample input chamber 105 via the injection openings 130, 132, 134 can be increased. The speed at which the transfer fluid is introduced into the sample input chamber 105 can thus be varied depending on the pressure applied and the exact geometric profile of the nozzle.

Zusätzlich ist in diesem Ausführungsbeispiel auch die Bildung eines Jets, das heißt eines Flüssigkeitsstrahls erzielbar. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann mittels der Verjüngung zusätzlich eine Zerstäubung des Transferfluids erzielt werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine hohe Eintrittsgeschwindigkeit von Transferfluid in die Probeneingabekammer 105 einsetzbar, um besonders hohe fluidische Scherkräfte in der Flüssigkeitsströmung um die Probennahmevorrichtung 125 herum zu erzeugen und um besonders hohe kinetische Kräfte beim Auftreffen eines Flüssigkeitsstrahls oder von Flüssigkeitspartikeln auf die Probennahmevorrichtung 125 zu bewirken und damit ein besonders effektives Herablösen von Probenmaterial zu ermöglichen. Die Verjüngungen 700, 702, 704 erfolgen lediglich beispielhaft an allen Injektionsöffnungen 130, 132, 134 in gleicher Weise, um eine vergleichbare Einbringung des Transferfluids über alle Injektionsöffnungen 130, 132, 134 und den Injektionskanal 140 zu erzielen.In addition, the formation of a jet, ie a liquid jet, can also be achieved in this exemplary embodiment. In another exemplary embodiment, atomization of the transfer fluid can also be achieved by means of the narrowing. In this exemplary embodiment, a high entry speed of transfer fluid into the sample input chamber 105 can be used in order to generate particularly high fluidic shear forces in the liquid flow around the sampling device 125 and to bring about particularly high kinetic forces when a liquid jet or liquid particles impinge on the sampling device 125 and thus enabling a particularly effective detachment of sample material. The tapers 700 , 702 , 704 are made in the same way at all injection openings 130 , 132 , 134 , merely as an example, in order to achieve comparable introduction of the transfer fluid via all injection openings 130 , 132 , 134 and the injection channel 140 .

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Probeneingabekammer 105 in vorgegebener Weise zu einem Schwerkraftfeld 410 ausgerichtet, sodass eine schwerkraftbasierte Sammlung von Flüssigkeit am unteren Ende der Probeneingabekammer 105 erzielbar ist.In this exemplary embodiment too, the sample input chamber 105 is aligned in a predetermined manner with respect to a gravitational field 410, so that a gravity-based collection of liquid at the lower end of the sample input chamber 105 can be achieved.

Ferner ist am unteren Ende der Probeneingabekammer 105 eine Kollektionsöffnung 145 angeordnet, über welche das zuvor mit der Probennahmevorrichtung 125 in Kontakt gebrachte Transferfluid über einen an die Kollektionsöffnung 145 angrenzenden Kollektionskanal 150 ableitbar ist. Die Kollektionsöffnung 145 ist in dieser Ausführungsform möglichst nah am unteren Ende der Probeneingabekammer 105 angeordnet, sodass ein möglichst vollständiges Abführen der sich durch die angreifende Schwerkraft am unteren Ende der Kammer angesammelten Transferflüssigkeit erreichbar ist.Furthermore, a collection opening 145 is arranged at the lower end of the sample input chamber 105 , via which the transfer fluid previously brought into contact with the sampling device 125 can be discharged via a collection channel 150 adjoining the collection opening 145 . The collection opening 145 is arranged as close as possible to the lower end of the sample input chamber 105 in this embodiment, so that a as complete a discharge as possible of the transfer liquid which has accumulated at the lower end of the chamber as a result of the gravitational force acting on it can be achieved.

8 zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer 105 mit Probennahmevorrichtung 125. Die hier dargestellte Probeneingabekammer 105 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Probeneingabekammer und die dargestellte Probennahmevorrichtung 125 entspricht oder ähnelt den in den vorangegangenen 1, 4, 5, 6 und 7 beschriebenen Probennahmevorrichtung. 8th shows a schematic plan view of an embodiment of a sample input chamber 105 with sampling device 125. The sample input chamber 105 shown here corresponds or is similar to the sample input chamber described in the previous figures and the sample taking device 125 shown corresponds or is similar to that in the previous figures 1 , 4 , 5 , 6 and 7 described sampling device.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel weist die Probeneingabekammer 105 insgesamt fünf, an unterschiedlichen Positionen angeordnete Injektionsöffnungen 130, 132, 134, 136, 200 auf, welche über einen Injektionskanal 140 mit einem mikrofluidischen Netzwerk, wie es in der vorangegangenen 1 beschrieben wurde, verbunden sind, um eine Einbringung von Transferflüssigkeit zu ermöglichen.In this exemplary embodiment too, the sample input chamber 105 has a total of five injection openings 130, 132, 134, 136, 200 which are arranged at different positions and which are connected via an injection channel 140 to a microfluidic network, as in the previous 1 as described, are connected to allow introduction of transfer liquid.

9 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Probeneingabekammer 105 mit Probennahmevorrichtung 125. Die hier dargestellte Probeneingabekammer 105 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Probeneingabekammer und die dargestellte Probennahmevorrichtung 125 entspricht oder ähnelt den in den vorangegangenen 1, 4, 5, 6 und 7 beschriebenen Probennahmevorrichtung. Dabei ist die Probennahmevorrichtung 125 in der hier gezeigten Darstellung von Transferfluid 500 umspült, dass durch die Injektionsöffnungen 130,132, 134 in die Probeneingabekammer 105 einleitbar ist. 9 shows a cross-sectional view of an embodiment of a sample input chamber 105 with sampling device 125. The sample input chamber 105 shown here corresponds or is similar to the sample input chamber described in the previous figures and the sample input device 125 shown corresponds or is similar to that in the previous figures 1 , 4 , 5 , 6 and 7 described sampling device. In the illustration shown here, the sampling device 125 is surrounded by transfer fluid 500 that can be introduced into the sample input chamber 105 through the injection openings 130 , 132 , 134 .

Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der vorangegangenen 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel in dem räumlichen Querschnittsprofil der Probeneingabekammer 105, wobei in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kein Aufnahmeelement, wie es in 5 beschrieben wurde, ausgeführt ist. Beide Ausführungsformen lassen sich jeweils in besonders kostengünstiger Weise beispielsweise durch ein Zusammenfügen von jeweils zwei spritzgegossenen Polymer-Bauteilen herstellen. Während in dem in 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel die beiden Teile ineinandergreifen, um so ein besonders kreisförmiges Querschnittsprofil der Probeneingabekammer zu erzielen, ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich der obere Teil der Probeneingabekammer 105 mit einem kreisförmigen Querschnittsprofil ausgestaltet.The embodiment shown here differs from that in the previous one 5 described embodiment in the spatial cross-sectional profile of the sample input chamber 105, wherein in the embodiment shown here no receiving element as in 5 has been described is executed. Both embodiments can each be produced in a particularly cost-effective manner, for example by joining together two injection-molded polymer components. while in the in 5 described embodiment, the two parts mesh in order to achieve a particularly circular cross-sectional profile of the sample input chamber, only the upper part of the sample input chamber 105 is designed with a circular cross-sectional profile in the embodiment shown here.

10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1000 umfasst einen Schritt 1005 des Einbringens des Transferfluids in die Probeneingabekammer, um ein an die Probennahmevorrichtung angebundenes Probenmaterial von der Probennahmevorrichtung zu extrahieren und ein mit dem Probenmaterial angereichertes Transferfluid zu erhalten. In diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 1005 des Einbringens das Transferfluid über die wenigstens eine Injektionsöffnung in die Probeneingabekammer eingebracht, um das Transferfluid mit der Oberfläche der Probennahmevorrichtung, welche sich innerhalb der Probeneingabekammer befindet, in Kontakt zu bringen. 10 10 shows a flowchart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment. The method 1000 includes a step 1005 of introducing the transfer fluid into the sample input chamber in order to extract a sample material connected to the sampling device from the sampling device and to obtain a transfer fluid enriched with the sample material. In this exemplary embodiment, in step 1005 of introduction, the transfer fluid is introduced into the sample input chamber via the at least one injection opening in order to bring the transfer fluid into contact with the surface of the sampling device, which is located within the sample input chamber.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann im Schritt 1005 des Einbringens ein Einbringen des Transferfluids über die wenigstens eine Kollektionsöffnung erfolgen, wobei die Kollektionsöffnung charakteristischerweise eine größere Querschnittsfläche aufweisen kann als die Injektionsöffnungen. Auf diese Weise kann eine besonders schonende Einbringung der Transferflüssigkeit mit besonders geringer Flussgeschwindigkeit in die Probeneingabekammer erfolgen, welche sich insbesondere für eine Behandlung von besonders empfindlichen Proben eignet. Beispielsweise kann durch die besonders langsame Einbringung der Transferflüssigkeit das Auftreten von hohen fluidischen Scherkräften verhindert werden, welche beispielsweise zu einer Zerstörung einer Zellmembran führen können. Auf diese Weise können auch besonders empfindliche Bestandteile einer Probe wie beispielsweise Zellen intakt bleiben und/oder Bestandteile einer Probe können vornehmlich durch diffusionsbasierte Prozesse in die Transferflüssigkeit überführt werden. Diese Ausführungsform ist beispielsweise von Vorteil, sofern die in der Probensubstanz vorliegenden Spezies beispielsweise eine hohe Empfindlichkeit gegenüber fluidischen Scherkräften aufweisen. Ein Beispiel hierfür bilden beispielsweise Zellen, die bei der Extraktion für eine weitere Prozessierung innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung intakt bleiben sollen.In another exemplary embodiment, in step 1005 of introduction, the transfer fluid can be introduced via the at least one collection opening, in which case the collection opening can characteristically have a larger cross-sectional area than the injection openings. In this way, the transfer liquid can be introduced particularly gently into the sample input chamber at a particularly low flow rate, which is particularly suitable for treating particularly sensitive samples. For example, the particularly slow introduction of the transfer liquid can prevent the occurrence of high fluidic shear forces, which can lead to the destruction of a cell membrane, for example. In this way, particularly sensitive components of a sample such as cells can remain intact and/or components of a sample can be transferred into the transfer liquid primarily by diffusion-based processes. This embodiment is advantageous, for example, if the species present in the sample substance are, for example, highly sensitive to fluidic shear forces. An example of this is cells that are intended to remain intact during extraction for further processing within the microfluidic device.

Zudem umfasst das Verfahren 1000 einen Schritt 1010 des Abführens des mit dem Probenmaterial angereicherten Transferfluids von der Probeneingabekammer in ein Netzwerk der mikrofluidischen Vorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 1010 des Abführens zumindest ein Teil des in der Probeneingabekammer befindlichen Transferfluids, welches zuvor mit der Probennahmevorrichtung in Kontakt getreten ist, über die wenigstens eine Kollektionsöffnung aus der Probeneingabekammer über den Kollektionskanal abgeführt.In addition, the method 1000 includes a step 1010 of discharging the transfer fluid enriched with the sample material from the sample input chamber into a network of the microfluidic device. In this exemplary embodiment, in step 1010 of removal, at least part of the transfer fluid in the sample input chamber, which has previously come into contact with the sampling device, is removed via the at least one collection opening from the sample input chamber via the collection channel.

In diesem Ausführungsbeispiel wird der erste Schritt 1005 des Einbringens vor dem zweiten Schritt 1010 des Abführens durchgeführt. In einer weiteren Ausführungsform werden die beiden Schritte 1005, 1010 mehrfach in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt.In this exemplary embodiment, the first step 1005 of introducing is carried out before the second step 1010 of removing. In a further embodiment, the two steps 1005, 1010 are carried out multiple times in the order described.

Im Allgemeinen kann bei einer im Rahmen der hier beschriebenen Schritte 1005, 1010 durchgeführten Extraktion von Probenmaterial von der Probennahmevorrichtung unterschieden werden zwischen einer flussgetriebenen Extraktion und einer diffusionsbasierten Extraktion. Abhängig von der Beschaffenheit des an der Probennahmevorrichtung angebundenen Probenmaterials kann gegebenenfalls eine bestimmte Kombination der beiden Extraktionsarten von Vorteil sein. Während eine Erhöhung der Temperatur diffusions-basierte Extraktionsprozesse unterstützt, wird durch eine Erhöhung der Flussgeschwindigkeit die flussgetriebene Extraktion unterstützt. Während durch flussgetriebene Prozesse beispielsweise in vorteilhafter Weise eine Homogenisierung des Probenmaterials erfolgen kann, kann es andererseits in nachteiliger Weise zu einer Zerstörung von beispielsweise Zellen aufgrund der auftretenden fluidischen Scherkräfte kommen. Daher ist der Extraktionsablauf abhängig von der zu untersuchenden Probensubstanz und den darin enthaltenden Spezies entsprechend zu wählen, um die Effizienz der Extraktion im Hinblick auf einen darauffolgenden Nachweis zu steigern.In general, when extracting sample material from the sampling device as part of the steps 1005, 1010 described here, a distinction can be made between a flow-driven extraction and a diffusion-based extraction. Depending on the nature of the sample material attached to the sampling device, a specific combination of the two types of extraction may be advantageous. While increasing the temperature supports diffusion-based extraction processes, increasing the flow rate supports flow-driven extraction. While flow-driven processes can, for example, advantageously result in homogenization of the sample material, cells, for example, can be destroyed disadvantageously due to the fluid shear forces that occur. Therefore, the extraction process must be selected depending on the sample substance to be examined and the species contained therein in order to increase the efficiency of the extraction with regard to subsequent detection.

11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Verfahren 1000 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen 10 beschriebenen Verfahren, mit dem Unterschied, dass in diesem Ausführungsbeispiel zusätzliche Schritte in das Verfahren integriert sind. In diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens 1000 wird das Transferfluid in einen Schritt 2000 des Freisetzens zunächst aus einer Vorlagerungskammer freigesetzt. Dabei wird lediglich beispielhaft das in wenigstens einer Vorlagerungskammer innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung vorliegende Transferfluid freigesetzt und in das mikrofluidische Netzwerk eingebracht, um anschließend den Schritt 1005 des Einbringens zu ermöglichen. Das Freisetzen erfolgt lediglich beispielhaft durch das Aufbrechen einer Siegelfolie, wobei das Transferfluid zunächst in einem versiegelten Behältnis langzeitstabil vorgelagert ist. 11 10 shows a flowchart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment. The method 1000 presented here corresponds or is similar to that in the previous one 10 described method, with the difference that in this embodiment, additional steps are integrated into the method. In this exemplary embodiment of the method 1000, the transfer fluid is initially released from a pre-storage chamber in a step 2000 of release. In this case, the transfer fluid present in at least one pre-storage chamber within the microfluidic device is released and introduced into the microfluidic network, merely by way of example, in order to subsequently enable step 1005 of introduction. The release takes place, for example, by breaking a sealing film, with the transfer fluid initially being stored in a sealed container in a long-term stable manner.

Nach dem Schritt 1005 des Einbringens erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel ein Schritt 2002 des Temperierens. Dabei erfolgt eine Wärmezufuhr zu der Probeneingabekammer mit der Probennahmevorrichtung und dem Transferfluid, sodass sich lediglich beispielhaft die Temperatur der mit der Probennahmevorrichtung wechselwirkenden Transferflüssigkeit erhöht. Auf diese Weise werden beispielsweise diffusionsgetriebene Extraktionsprozesse beschleunigt und die Zeitdauer, die für die Extraktion benötigt wird, wird gegebenenfalls reduziert. Anschließend erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel der Schritt 1010 des Abführens. Dabei ist die zur Wärmezufuhr zu der Probeneingabekammer eingesetzte Temperiereinrichtung in diesem Ausführungsbeispiel kein Bestandteil der mikrofluidischen Vorrichtung. Vielmehr ist diese Teil eines externes Prozessierungsgeräts beziehungsweise eines Analysegeräts zum Prozessieren der mikrofluidischen Vorrichtung.After step 1005 of introduction, a step 2002 of tempering takes place in this exemplary embodiment. In this case, heat is supplied to the sample input chamber with the sampling device and the transfer fluid, so that the temperature of the transfer liquid interacting with the sampling device increases, merely by way of example. In this way, for example, diffusion-driven extraction processes are accelerated and the time required for the extraction is possibly reduced. In this exemplary embodiment, step 1010 of removal then takes place. The temperature control device used to supply heat to the sample input chamber is not part of the microfluidic device in this exemplary embodiment. Rather, this is part of an external processing device or an analysis device for processing the microfluidic device.

Im Schritt 2005 des Zwischenspeicherns erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel ein Einbringen von Transferfluid in die Flüssigkeitsspeicherkammer über das mikrofluidische Netzwerk. Der Schritt 2005 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel nach der Durchführung der Schritte 1005 des Einbringens und 1010 des Abführens. Das Transferfluid ist also im Schritt 2005 des Zwischenspeicherns zuvor bereits mit der in der Probeneingabekammer vorliegenden Probennahmevorrichtung in Kontakt gewesen und mit Probenmaterial angereichert.In step 2005 of intermediate storage, in this exemplary embodiment, transfer fluid is introduced into the liquid storage chamber via the microfluidic network. In this exemplary embodiment, step 2005 takes place after steps 1005 of introducing and 1010 of removing are carried out. In step 2005 of intermediate storage, the transfer fluid has therefore already been in contact with the sampling device present in the sample input chamber and has been enriched with sample material.

Im Schritt 2010 des Filterns wird in diesem Ausführungsbeispiel das Transferfluid über ein Filterelement gepumpt. Dadurch können beispielsweise in dem Transfermedium enthaltene Spezies wie DNA, RNA, Bakterien oder andere Typen von Zellen auf dem Filterelement angereichert werden. Lediglich beispielhaft verbleibt das Transferfluid nach dem Pumpen über das Filterelement in der weiteren Flüssigkeitsspeicherkammer.In step 2010 of filtering, the transfer fluid is pumped through a filter element in this exemplary embodiment. As a result, for example, species contained in the transfer medium such as DNA, RNA, bacteria or other types of cells can be enriched on the filter element. By way of example only, the transfer fluid remains in the further liquid storage chamber after being pumped via the filter element.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der Schritt 2005 des Zwischenspeicherns mehrfach in Kombination mit den Schritten 1005 des Einbringens und 1010 des Abführens wiederholt werden. Das heißt wenigstens ein Teil des in der Flüssigkeitsspeicherkammer vorliegenden Transferfluids kann erneut in die Probeneingabekammer eingebracht und in Kontakt mit der Probennahmevorrichtung gebracht werden, um eine erneute Extraktion von Probenmaterial durchzuführen. Durch ein mehrmaliges in Kontakt bringen des Transferfluids mit der Probennahmevorrichtung kann die in der Transferflüssigkeit vorliegende Menge an Probenmaterial gegebenenfalls in sukzessiver Weise angereichert werden.In an advantageous exemplary embodiment, step 2005 of temporarily storing can be repeated several times in combination with steps 1005 of introduction and 1010 of removal. This means that at least part of the transfer fluid present in the liquid storage chamber can be reintroduced into the sample input chamber and brought into contact with the sampling device in order to carry out a renewed extraction of sample material. By repeatedly bringing the transfer fluid into contact with the sampling device, the amount of sample material present in the transfer fluid can optionally be successively enriched.

Claims

Microfluidic device (100) for analyzing sample material (405), the device (100) having the following features: a sample input chamber (105) for receiving at least part of a sampling device (125), the sample input chamber (105) at least one injection port (130) and at least one collection port (145); an injection channel (140) opening into the injection opening (130) for injecting a transfer fluid (500) into the sample input chamber (105) in order to extract a sample material (405) connected to the sampling device (125) from the sampling device (125) and a obtaining transfer fluid (600) enriched with the sample material (405); and a collection channel (150) leading away from the collection opening (145) for transferring the transfer fluid (600) enriched with the sample material (405) from the sample input chamber (105) into a network (110) of the microfluidic device (100).

Microfluidic device (100) according to claim 1 wherein the sample entry chamber (105) is shaped to receive a flocked tip (124) of a swab stick.

Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, wherein when the device (100) is ready for operation, the injection opening (130) is arranged in front of the collection opening (145) with respect to a direction of a force (155) acting on the enriched transfer fluid (600).

Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, wherein the injection opening (130) is arranged above the collection opening (145) in the operational state of the device (100).

Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, wherein the sample input chamber (105) has an inlet (127) for introducing the sampling device (125), the collection opening (145) on a side of the sample input chamber (105 ) is arranged.

Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, wherein the sample input chamber (105) has at least one second injection opening (132), the injection channel (140) opening into the injection opening (130) and into the second injection opening (132).

Microfluidic device (100) according to claim 5 , wherein the injection opening (130) and the second injection opening (132) are offset from one another along a longitudinal axis (205) and/or along a transverse axis (210) and/or along a vertical axis (310), the longitudinal axis (205) being a direction of insertion of the sampling device (125) into the sample input chamber (105) and the transverse axis (210) is arranged at right angles to the longitudinal axis (205) and the vertical axis (310) is arranged at right angles to the longitudinal axis (205) and to the transverse axis (210).

Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, wherein the injection channel (140) adjacent to the injection port (130) has a taper (700).

A microfluidic device (100) as claimed in any preceding claim, wherein the sample input chamber (105) includes a receiving member (300) having a semi-circular recess (305) for receiving the sampling device (125).

Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, with a liquid storage chamber (175) fluidically connected to the collection channel (150) for storing the enriched transfer fluid (600).

Microfluidic device (100) according to any one of the preceding claims, having a filter element (170) fluidically connected to the collection channel (150) for filtering the enriched transfer fluid (600).

Microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, with a pre-storage chamber (160) fluidically connected to the injection channel (140) for long-term stable pre-storage of the transfer fluid (500).

Method (1000) for operating a microfluidic device (100) according to one of the preceding claims, wherein the method (1000) has the following steps (1005, 1010): introducing (1005) the transfer fluid (500) into the sample input chamber (105) in order to extract a sample material (405) connected to the sampling device (125) from the sampling device and to obtain a transfer fluid (600) enriched with the sample material (405); and Discharging (1010) the transfer fluid (600) enriched with the sample material (405) from the sample input chamber (105) into a network (110) of the microfluidic device (100).

Method (1000) according to Claim 13 , with a step (2005) of temporarily storing the transfer fluid after it has come into contact with the sample-taking device (125) present in the sample input chamber (105) and has been enriched with sample material (405).

Method (1000) according to any of the preceding Claims 13 or 14 , wherein the intermediate storage step (2005) is repeatedly carried out in combination with the introduction step (1005) and the removal step (1010), whereby the amount of sample material (405) present in the transfer fluid is successively enriched.