DE102022113646A1 - Reaction chamber array for a microfluidic device - Google Patents

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Anja Lippert
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reaktionskammerarray (10) für eine mikrofluidische Vorrichtung, aufweisend einen Grundkörper (11), der in seiner Mitte eine durch den Grundkörper (11) hindurchgehenden Zuflussöffnung (12) aufweist, sowie mehrere Reaktionskammern (13) die als Ausnehmungen in dem Grundkörper (11) ausgeführt sind und die radial um die Einleitungsöffnung (12) herum angeordnet sind. Die mikrofluidische Vorrichtung weist eine Fluidikschicht, eine Pneumatikschicht und eine zwischen der Fluidikschicht und der Pneumatikschicht angeordnete Elastomermembran auf. Das Reaktionskammerarray ist so in der Fluidikschicht angeordnet ist, dass offene Seiten der Reaktionskammern (13) der Elastomermembran zugewandt sind und durch diese verschlossen sind.The invention relates to a reaction chamber array (10) for a microfluidic device, comprising a base body (11), which has an inflow opening (12) passing through the base body (11) in its center, and a plurality of reaction chambers (13) which act as recesses in the base body (11) are designed and which are arranged radially around the inlet opening (12). The microfluidic device has a fluidic layer, a pneumatic layer and an elastomeric membrane arranged between the fluidic layer and the pneumatic layer. The reaction chamber array is arranged in the fluidic layer in such a way that open sides of the reaction chambers (13) face the elastomer membrane and are closed by it.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reaktionskammerarray für eine mikrofluidische Vorrichtung. Weiterhin betrifft sie eine mikrofluidische Vorrichtung, welche das Reaktionskammerarray aufweist.The present invention relates to a reaction chamber array for a microfluidic device. Furthermore, it relates to a microfluidic device which has the reaction chamber array.

Stand der TechnikState of the art

Bei einer isothermalen Nukleinsäure-Amplifikation in einer mikrofluidischen Vorrichtung werden in Vertiefungen (Wells) eines Reaktionskammerarrays eingetrocknete Reagenzien vorgelegt. Dieses Reaktionskammerarray, welches üblicherweise aus Silizium besteht, wird mit einer Reaktionsmischung benetzt, wodurch die Vertiefungen befüllt werden. Dabei werden die vorgelagerten Reagenzien in der Reaktionsmischung aufgelöst. Schließlich werden die Vertiefungen mit einem Öl gegeneinander isoliert und so versiegelt. Durch den Transport der Reaktionsmischung über das gesamte Reaktionskammerarray werden die vorgelagerten Reagenzien allerdings teilweise aus den Vertiefungen ausgespült und in andere Vertiefungen transportiert. Durch diese Kontamination werden Messergebnisse unbrauchbar gemacht, sodass es oftmals nicht gelingt, mehrere Analyten, wie beispielsweise mehrere unterschiedliche Viren nebeneinander in unterschiedlichen Vertiefungen zu detektieren.During isothermal nucleic acid amplification in a microfluidic device, dried reagents are placed in wells of a reaction chamber array. This reaction chamber array, which usually consists of silicon, is wetted with a reaction mixture, whereby the wells are filled. The upstream reagents are dissolved in the reaction mixture. Finally, the depressions are insulated from each other with an oil and thus sealed. However, by transporting the reaction mixture over the entire reaction chamber array, the upstream reagents are partially flushed out of the wells and transported into other wells. This contamination makes measurement results unusable, so that it is often not possible to detect several analytes, such as several different viruses next to each other in different wells.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

In einem ersten Aspekt ist ein Reaktionskammerarray für eine mikrofluidische Vorrichtung vorgesehen, dass einen Grundkörper aufweist, der insbesondere aus einem Kunststoff bestehen kann. Dadurch kann auf die Verwendung eines Siliziumchips als Grundkörper des Reaktionskammerarrays verzichtet werden.In a first aspect, a reaction chamber array is provided for a microfluidic device that has a base body, which can in particular consist of a plastic. This makes it possible to dispense with the use of a silicon chip as the base body of the reaction chamber array.

In der Mitte des Grundkörpers geht eine Zuflussöffnung durch diesen hindurch. Mehrere Reaktionskammern sind als Ausnehmungen in dem Grundkörper ausgeführt. Sie sind zu einer Seite des Grundkörpers hin offen und zur gegenüberliegenden Seite hin geschlossen. Die Ausnehmungen sind radial um die Einleitungsöffnung herum angeordnet. Eine Flüssigkeit, die von der Unterseite des Reaktionskammerarrays durch die Zuflussöffnung geleitet wird, kann an dessen Oberseite aus der Zuflussöffnung austreten und sich von dort aus gleichmäßig auf alle Reaktionskammern verteilen, ohne dass es dabei zu einer Querkontamination zwischen den Reaktionskammern kommen könnte. Im Vergleich zu einem Reaktionskammerarray aus Silizium mit mehreren Vertiefungen können die Reaktionskammern dieses Reaktionskammerarrays mit einem größeren Volumen von insbesondere jeweils mindestens 0,5 µl ausgeführt werden.In the middle of the base body there is an inflow opening through it. Several reaction chambers are designed as recesses in the base body. They are open on one side of the base body and closed on the opposite side. The recesses are arranged radially around the introduction opening. A liquid that is passed through the inflow opening from the underside of the reaction chamber array can emerge from the inflow opening at the top and from there be distributed evenly to all reaction chambers without the risk of cross-contamination between the reaction chambers. In comparison to a reaction chamber array made of silicon with several wells, the reaction chambers of this reaction chamber array can be designed with a larger volume, in particular at least 0.5 µl each.

Der Grundkörper weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf. Aufgrund der radialen Anordnung der Reaktionskammern um die Zuflussöffnung würden andere Querschnitte des Grundköpers die Querschnittsfläche und dem Raumbedarf des Reaktionskammerarrays in der mikrofluidischen Vorrichtung vergrößern, ohne hierdurch ein größeres Reaktionskammervolumen realisieren zu können. Es ist bevorzugt, dass die Reaktionskammern einen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Dabei weist insbesondere eine Spitze des Dreiecks auf die Mitte des Grundkörpers und damit auf die Zuflussöffnung hin. Dabei muss die von der Mitte abgewandte Seite des Dreiecks nicht gerade verlaufen, sondern kann auch gekrümmt sein, sodass das Dreieck die Form eines Tortenstücks aufweist.The base body preferably has a circular cross section. Due to the radial arrangement of the reaction chambers around the inflow opening, other cross sections of the base body would increase the cross-sectional area and the space requirement of the reaction chamber array in the microfluidic device without being able to realize a larger reaction chamber volume. It is preferred that the reaction chambers have a triangular cross section. In particular, a tip of the triangle points to the center of the base body and thus to the inflow opening. The side of the triangle facing away from the center does not have to be straight, but can also be curved so that the triangle has the shape of a slice of cake.

In einem zweiten Aspekt ist eine mikrofluidische Vorrichtung vorgesehen, welche eine Fluidikschicht, eine Pneumatikschicht und eine zwischen der Fluidikschicht und der Pneumatikschicht angeordnete Elastomermembran aufweist. Unter einer Fluidikschicht wird dabei eine Schicht verstanden, welche dazu vorgesehen und eingerichtet ist, um Reaktionsflüssigkeiten und/oder zu analysierende Flüssigkeiten zu transportieren. Unter einer Pneumatikschicht wird eine Schicht verstanden, welche dazu vorgesehen und eingerichtet ist, um den Strom der Flüssigkeiten in der Fluidikschicht zu steuern, indem die Elastomermembran in die Fluidikschicht hinein oder in die Pneumatikschicht hinein ausgelenkt wird. Dies kann erreicht werden, indem über ein an die Pneumatikschicht angeschlossenes Pneumatikmanifold lokal ein Überdruck oder ein Unterdruck in der Pneumatikschicht erzeugt wird.In a second aspect, a microfluidic device is provided which has a fluidic layer, a pneumatic layer and an elastomeric membrane arranged between the fluidic layer and the pneumatic layer. A fluidic layer is understood to mean a layer which is intended and set up to transport reaction liquids and/or liquids to be analyzed. A pneumatic layer is understood to mean a layer which is intended and set up to control the flow of liquids in the fluidic layer by deflecting the elastomeric membrane into the fluidic layer or into the pneumatic layer. This can be achieved by locally generating an overpressure or a negative pressure in the pneumatic layer via a pneumatic manifold connected to the pneumatic layer.

In der Fluidikschicht ist ein Reaktionskammerarray gemäß dem ersten Aspekt angeordnet. Dabei sind die offenen Seiten der Reaktionskammern der Elastomermembran zugewandt und sind durch die Elastomermembran verschlossen. Die Elastomermembran kann teilweise mit dem Reaktionskammerarray verschweißt sein. Die Anordnung des Reaktionskammerarrays kann insbesondere erfolgen, indem dieses vor einem Verbinden der Fluidikschicht und der Elastomermembran mittels eines Pick-and-Place-Verfahrens in der Fluidikschicht angeordnet wird.A reaction chamber array according to the first aspect is arranged in the fluidic layer. The open sides of the reaction chambers face the elastomeric membrane and are closed by the elastomeric membrane. The elastomer membrane can be partially welded to the reaction chamber array. The reaction chamber array can be arranged in particular by arranging it in the fluidic layer using a pick-and-place method before connecting the fluidic layer and the elastomeric membrane.

Geschlossene Seiten der Reaktionskammern sind vorzugsweise an einem transparenten Fenster der Fluidikschicht angeordnet, welches mindestens einem optischen Sensor zugewandt ist. Unter transparent wird dabei insbesondere verstanden, dass eine optische Transmission durch das Fenster in allen vom optischen Sensor erfassten Wellenlängen mindestens 80 % beträgt. Der Grundköper des Reaktionskörperarrays weist vorzugsweise denselben Brechungsindex wie das transparente Fenster auf und besteht besonders bevorzugt aus demselben Material wie das transparente Fenster. Diese Ausführung der mikrofluidischen Vorrichtung ermöglicht es, mittels des optischen Sensors durch das transparente Fenster und die geschlossenen Seiten der Reaktionskammern hindurch, eine Fluoreszenz in den Reaktionskammern zu detektieren, die beispielsweise durch eine optische Anregung einer darin enthaltenen Probe hervorgerufen wird.Closed sides of the reaction chambers are preferably arranged on a transparent window of the fluidic layer, which faces at least one optical sensor. Transparent means in particular that an optical transmission through the window is at least 80% in all wavelengths detected by the optical sensor. The base body of the reaction body array preferably has the same refractive index as the transparent window and is particularly preferred made of the same material as the transparent window. This embodiment of the microfluidic device makes it possible, by means of the optical sensor through the transparent window and the closed sides of the reaction chambers, to detect fluorescence in the reaction chambers, which is caused, for example, by optical excitation of a sample contained therein.

Um in platzsparender Weise eine Reaktionslösung in die Zuflussöffnung einzuleiten, ist es bevorzugt, dass die mikrofluidische Vorrichtung eine Zuflussleitung aufweist, die zwischen dem Reaktionskammerarray und dem Fenster verläuft. Grundsätzlich könnte die Zuflussleitung dabei zwischen dem Fenster und einer Reaktionskammer verlaufen. Allerdings kann es hierbei zu unerwünschten Brechungen von Licht an einer Phasengrenze zwischen dem Fenster beziehungsweise der Reaktionskammer und einer in der Zuflussleitung enthaltenen Flüssigkeit oder in der Zuflussleitung enthaltener Luft kommen. Vorzugsweise verläuft die Zuflussleitung daher zwischen dem Fenster und einer Trennwand, die zwei Reaktionskammern des Reaktionskammerarrays trennt.In order to introduce a reaction solution into the inflow opening in a space-saving manner, it is preferred that the microfluidic device has an inflow line that runs between the reaction chamber array and the window. In principle, the inflow line could run between the window and a reaction chamber. However, undesirable refraction of light can occur at a phase boundary between the window or the reaction chamber and a liquid contained in the inflow line or air contained in the inflow line. The inflow line therefore preferably runs between the window and a partition wall which separates two reaction chambers of the reaction chamber array.

Ein Abschnitt der Elastomermembran ist vorzugsweise eingerichtet, um so in die Pneumatikschicht hinein ausgelenkt zu werden, dass eine fluidische Verbindung zwischen der Zulauföffnung und allen Reaktionskammern geöffnet wird. Dieser Abschnitt der Elastomermembran fungiert somit als pneumatisches Ventil, über welches der Zufluss in die Reaktionskammern gesteuert werden kann. Da die fluidische Verbindung zwischen der Zulauföffnung in den Reaktionskammern nach Einleiten in Reaktionsflüssigkeit wieder verschlossen werden kann, ist es nicht erforderlich, ein Öl zum Versiegeln der Reaktionskammern in die mikrofluidische Vorrichtung einzuleiten.A section of the elastomeric membrane is preferably designed to be deflected into the pneumatic layer in such a way that a fluidic connection between the inlet opening and all reaction chambers is opened. This section of the elastomeric membrane thus functions as a pneumatic valve through which the inflow into the reaction chambers can be controlled. Since the fluidic connection between the inlet opening in the reaction chambers can be closed again after introduction into reaction liquid, it is not necessary to introduce an oil into the microfluidic device to seal the reaction chambers.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine Abflussleitung in der Fluidikschicht um den Grundkörper herum verläuft. Dies ermöglicht es, die Reaktionskammern durchzuspülen und die Spülflüssigkeit aller Reaktionskammern gesammelt abzuführen, ohne dass sie dabei in eine andere Reaktionskammer zurückströmen könnte. Die Abflussleitung kann auch zur Entlüftung beim Befüllen der Reaktionskammern verwendet werden.Furthermore, it is provided that a drain line runs in the fluidic layer around the base body. This makes it possible to flush the reaction chambers and to collect the flushing liquid from all reaction chambers without it being able to flow back into another reaction chamber. The drain line can also be used for venting when filling the reaction chambers.

Hierzu ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass pro Reaktionskammer jeweils ein Abschnitt der Elastomermembran eingerichtet ist, um so in die Pneumatikschicht hinein ausgelenkt zu werden, dass eine fluidische Verbindung zwischen der Ablauföffnung und der jeweiligen Reaktionskammer geöffnet wird. Dies kann grundsätzlich so realisiert werden, dass jede Reaktionskammer über ein individuell steuerbares Ablaufventil verfügt, welches es ermöglicht, ein unerwünschtes Ausströmen einer Reaktionsflüssigkeit aus der jeweiligen Reaktionskammer zu verhindern. Da das Reaktionskammerarray allerdings dazu vorgesehen ist, dass alle Reaktionskammern gleichzeitig befüllt werden, ist es bevorzugt, dass diese Abschnitte der Elastomermembran dazu eingerichtet sind, gemeinsam in die Pneumatikschicht hinein ausgelenkt zu werden. Hierzu kann insbesondere ein ringförmiges Pneumatikventil vorgesehen sein.For this purpose, it is preferably further provided that a section of the elastomer membrane is set up for each reaction chamber in order to be deflected into the pneumatic layer in such a way that a fluidic connection between the drain opening and the respective reaction chamber is opened. In principle, this can be implemented in such a way that each reaction chamber has an individually controllable drain valve, which makes it possible to prevent an undesirable outflow of a reaction liquid from the respective reaction chamber. However, since the reaction chamber array is intended for all reaction chambers to be filled simultaneously, it is preferred that these sections of the elastomeric membrane are designed to be deflected together into the pneumatic layer. For this purpose, in particular, an annular pneumatic valve can be provided.

Die mikrofluidische Vorrichtung ist bevorzugt für die Durchführung einer in den Reaktionskammern eingerichtet, besonders bevorzugt einer isothermalen Nukleinsäure-Amplifikation. Hierzu sind insbesondere in allen Reaktionskammern eingetrocknete Reagenzien vorgelegt, um in allen Reaktionskammern unterschiedliche chemische Reaktionen durchführen zu können und so beispielsweise Paralleltests auf das Vorliegen mehrerer unterschiedlicher Viren durchführen zu können.The microfluidic device is preferably set up to carry out an isothermal nucleic acid amplification in the reaction chambers. For this purpose, dried reagents are presented in particular in all reaction chambers in order to be able to carry out different chemical reactions in all reaction chambers and thus, for example, to be able to carry out parallel tests for the presence of several different viruses.

Insbesondere ist die mikrofluidische Vorrichtung als Kartusche für eine Analysevorrichtung ausgeführt. Dabei sind die Fluidikschicht, die Elastomermembran, die Pneumatikschicht und das Reaktionskammerarray in der Kartusche angeordnet, während das Pneumatikmanifold und der Sensor in der Analysevorrichtung angeordnet sind.In particular, the microfluidic device is designed as a cartridge for an analysis device. The fluidic layer, the elastomeric membrane, the pneumatic layer and the reaction chamber array are arranged in the cartridge, while the pneumatic manifold and the sensor are arranged in the analysis device.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

  • 1 zeigt eine isometrische Darstellung eines Reaktionskammerarrays gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 zeigt eine Querschnittdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3 zeigt eine andere Querschnittdarstellung der mikrofluidischen Vorrichtung gemäß 2.
Embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description.
  • 1 shows an isometric representation of a reaction chamber array according to an embodiment of the invention.
  • 2 shows a cross-sectional representation of a microfluidic device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • 3 shows another cross-sectional view of the microfluidic device according to 2 .

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

Eine Reaktionskammerarray 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Es weist einen Grundkörper 11 mit kreisförmigem Querschnitt auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus transparentem Polycarbonat besteht. In der Mitte des Grundkörpers 11 geht eine zwölfeckige Zuflussöffnung 12 durch diesen hindurch. Zwölf Reaktionskammern 13 mit einem Volumen von jeweils 0,75 µl sind radial um die Zuflussöffnung 12 herum angeordnet. Sie sind zur Oberseite des Reaktionskammerarrays 10 hin offen und zu seiner Unterseite hin geschlossen. Jede Reaktionskammer 13 weist einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei eine Spitze des Dreiecks zu der Zuflussöffnung 12 hinweist. Die Reaktionskammern 13 werden durch Trennwände 14 voneinander getrennt, die sich jeweils von der Zuflussöffnung 12 bis zu einem Rand 15 erstrecken. Die Anordnung der Trennwände 14 entspricht somit der Anordnung der Speichen eines Wagenrades, wobei die Zuflussöffnung 12 der Radnabe und der Rand 15 der Lauffläche des Rades entspricht. Die Seiten des zwölfeckigen Querschnitts der Zuflussöffnung 12 sind jeweils den Trennwänden 14 zugewandt und ihre Ecken sind jeweils einer Ecke des Querschnitts einer der Reaktionskammern 13 zugewandt.A reaction chamber array 10 according to an embodiment of the invention is shown in 1 shown. It has a base body 11 with a circular cross section, which in the present exemplary embodiment consists of transparent polycarbonate. In the middle of the base body 11, a dodecagonal inflow opening 12 passes through it. Twelve reaction chambers 13, each with a volume of 0.75 µl, are arranged radially around the inflow opening 12. They are open towards the top of the reaction chamber array 10 and closed towards its underside. Each reaction chamber 13 has a triangular cross section, with one tip of the triangle pointing towards the inflow opening 12. The reaction chambers 13 are separated from one another by partitions 14, each of which extends from the inflow opening 12 to an edge 15. The arrangement of the partitions 14 thus corresponds to the arrangement of the spokes of a wagon wheel, with the inflow opening 12 corresponding to the wheel hub and the edge 15 corresponding to the tread of the wheel. The sides of the dodecagonal cross section of the inflow opening 12 each face the partition walls 14 and their corners each face a corner of the cross section of one of the reaction chambers 13.

Ein Ausführungsbeispiel einer mikrofluidischen Vorrichtung 16 gemäß der Erfindung, die zur Durchführung einer isothermalen Nukleinsäure-Amplifikation in den Reaktionskammern 13 eingerichtet ist, ist in den 2 und 3 dargestellt. Die mikrofluidische Vorrichtung 16 weist eine Fluidikschicht 20 auf, die durch eine Elastomermembran 30 von einer Pneumatikschicht 40 getrennt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Substrat der Fluidikschicht 20 und der Pneumatikschicht 40 jeweils aus demselben Polycarbonat wie der Grundkörper 11 des Reaktionskammerarrays 10. Die Elastomermembran 30 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus thermoplastischem Polyurethan. Das Reaktionskammerarray 10 ist so in der Fluidikschicht 20 angeordnet, dass seine Unterseite, auf welcher die Reaktionskammern 13 geschlossen sind, auf einem transparenten Fenster 21 ruht, während seine Oberseite, auf der die Reaktionskammern 13 offen sind, an der Elastomermembran 30 anliegt, sodass diese die Reaktionskammern 13 verschließt. Ein optischer Sensor 50 ist an dem transparenten Fenster 21 angeordnet. Er ist eingerichtet, um Fluoreszenzlicht, welches in den Reaktionskammern 13 emittiert wird, durch den Boden der Reaktionskammern 13 und das Fenster 21 hindurch zu detektieren.An embodiment of a microfluidic device 16 according to the invention, which is set up to carry out isothermal nucleic acid amplification in the reaction chambers 13, is shown in FIGS 2 and 3 shown. The microfluidic device 16 has a fluidic layer 20 which is separated from a pneumatic layer 40 by an elastomeric membrane 30. In the present exemplary embodiment, the substrate of the fluidic layer 20 and the pneumatic layer 40 each consists of the same polycarbonate as the base body 11 of the reaction chamber array 10. In the present exemplary embodiment, the elastomeric membrane 30 consists of thermoplastic polyurethane. The reaction chamber array 10 is arranged in the fluidic layer 20 in such a way that its underside, on which the reaction chambers 13 are closed, rests on a transparent window 21, while its upper side, on which the reaction chambers 13 are open, rests on the elastomeric membrane 30, so that this the reaction chambers 13 closes. An optical sensor 50 is arranged on the transparent window 21. It is set up to detect fluorescent light, which is emitted in the reaction chambers 13, through the bottom of the reaction chambers 13 and the window 21.

2 zeigt ein Schnitt durch die mikrofluidische Vorrichtung 16 entlang zwei Trennwänden 14a, 14b. Zwischen dem Fenster 21 und einer der Trennwände 14a verläuft eine Zuflussleitung 22. Diese mündet an der Unterseite des Reaktionskammerarrays 10 in der Zuflussöffnung 12. Eine durch die Zuflussleitung 22 geleitete Reaktionsflüssigkeit kann somit durch die Zuflussöffnung 12 strömen und bis zur Oberseite des Reaktionskammerarrays 10 aufsteigen. Dort wird sie durch einen Abschnitt 31 der Elastomermembran 30 gestoppt. In der Pneumatikschicht 40 ist ein erstes pneumatisches Ventil 41 vorgesehen, durch welches dieser Abschnitt 31 der Elastomermembran 30 in die Pneumatikschicht 40 hinein ausgelenkt werden kann. Dadurch kann eine fluidische Verbindung zwischen der Zuflussöffnung 12 und den Reaktionskammern 13 geöffnet werden. 2 shows a section through the microfluidic device 16 along two partitions 14a, 14b. An inflow line 22 runs between the window 21 and one of the partition walls 14a. This opens into the inflow opening 12 on the underside of the reaction chamber array 10. A reaction liquid passed through the inflow line 22 can thus flow through the inflow opening 12 and rise to the top of the reaction chamber array 10. There it is stopped by a section 31 of the elastomeric membrane 30. A first pneumatic valve 41 is provided in the pneumatic layer 40, through which this section 31 of the elastomeric membrane 30 can be deflected into the pneumatic layer 40. This allows a fluidic connection between the inflow opening 12 and the reaction chambers 13 to be opened.

3 zeigt eine andere Schnittdarstellung, durch die mikrofluidische Vorrichtung 16 entlang zwei Reaktionskammern 13a, 13b. Es ist erkennbar, dass bei Öffnen des ersten pneumatischen Ventils 41 die Reaktionsflüssigkeit durch die Zuflussöffnung in die beiden Reaktionskammern 13a, 13b einströmen kann. Dabei strömt sie in gleicher Weise in die zehn weiteren Reaktionskammern 13, sodass das gesamte Reaktionskammervolumen von 9 µl befüllt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die mikrofluidische Vorrichtung 16 ein Reaktionsflüssigkeitsreservoir von mindestens 20 µl aufweist. Um sicherzustellen, dass die Reaktionskammern wirklich vollständig befüllt sind, kann dabei ein teilweises Durchspülen der Reaktionskammern vorgesehen werden. Hierzu ist eine Abflussleitung 23 vorgesehen, die ringförmig um das Reaktionskammerarray 10 herumläuft. Ein Ausströmen von Reaktionsflüssigkeit aus den Reaktionskammern 13 in die Ablaufleitung 23 wird jedoch zunächst durch die Elastomermembran 30 verhindert. Für die beiden dargestellten Reaktionskammern 13a, 13b ist gezeigt, dass die Abschnitte 32a, 32b der Elastomermembran 30, welche diese beiden Reaktionskammern 13a, 13b gegenüber der Abflussleitung 23 versiegeln, mittels eines ringförmigen zweiten pneumatischen Ventils 42 gleichzeitig in die Pneumatikschicht 40 ausgelenkt werden können, sodass eine fluidische Verbindung der beiden Reaktionskammern 13a, 13b zur Ablaufleitung 23 geöffnet werden kann. In gleicher Weise werden auch fluidische Verbindungen aller zehn weiteren Reaktionskammern 13 zur Ablaufleitung 23 mittels des zweiten pneumatischen Ventils 42 geöffnet. Aus einer Reaktionskammer 13 austretende Reaktionsflüssigkeit überspült dabei den Rand 15 des Grundkörpers 11 des Reaktionskammerarrays 10 und gelangt so in die Abflussleitung, mittels welcher sie vom Reaktionskammerarray 10 fortgeleitet wird, ohne dabei in eine der anderen Reaktionskammern 13 gelangen zu können und diese dabei mit Reagenzien aus einer anderen Reaktionskammer 13 zu kontaminieren. Das zweite pneumatische Ventil 42 kann auch dann geöffnet werden, wenn kein Durchspülen der Reaktionskammern 13 gewünscht ist, sondern lediglich eine Entlüftung der Reaktionskammern 13 in die Abflussleitung 23 erfolgen soll. 3 shows another sectional view through the microfluidic device 16 along two reaction chambers 13a, 13b. It can be seen that when the first pneumatic valve 41 is opened, the reaction liquid can flow through the inflow opening into the two reaction chambers 13a, 13b. It flows in the same way into the ten other reaction chambers 13, so that the entire reaction chamber volume of 9 µl is filled. In the present exemplary embodiment it is provided that the microfluidic device 16 has a reaction liquid reservoir of at least 20 μl. In order to ensure that the reaction chambers are really completely filled, a partial flushing of the reaction chambers can be provided. For this purpose, a drain line 23 is provided, which runs in a ring shape around the reaction chamber array 10. However, an outflow of reaction liquid from the reaction chambers 13 into the drain line 23 is initially prevented by the elastomer membrane 30. For the two reaction chambers 13a, 13b shown, it is shown that the sections 32a, 32b of the elastomeric membrane 30, which seal these two reaction chambers 13a, 13b with respect to the drain line 23, can be simultaneously deflected into the pneumatic layer 40 by means of an annular second pneumatic valve 42, so that a fluidic connection of the two reaction chambers 13a, 13b to the drain line 23 can be opened. In the same way, fluidic connections of all ten further reaction chambers 13 to the drain line 23 are opened by means of the second pneumatic valve 42. Reaction liquid emerging from a reaction chamber 13 washes over the edge 15 of the base body 11 of the reaction chamber array 10 and thus reaches the drain line, by means of which it is carried away from the reaction chamber array 10 without being able to get into one of the other reaction chambers 13 and thereby fill it with reagents another reaction chamber 13 to contaminate. The second pneumatic valve 42 can also be opened if no flushing of the reaction chambers 13 is desired, but only the reaction chambers 13 should be vented into the drain line 23.

Claims (11)

Reaktionskammerarray (10) für eine mikrofluidische Vorrichtung (16), aufweisend einen Grundkörper (11), der in seiner Mitte eine durch den Grundkörper (11) hindurchgehenden Zuflussöffnung (12) aufweist, sowie mehrere Reaktionskammern (13, 13a, 13b) die als Ausnehmungen in dem Grundkörper (11) ausgeführt sind und die radial um die Einleitungsöffnung (12) herum angeordnet sind.Reaction chamber array (10) for a microfluidic device (16), comprising a base body (11) which has an inflow opening (12) passing through the base body (11) in its center, and a plurality of reaction chambers (13, 13a, 13b) which act as recesses are carried out in the base body (11) and which are arranged radially around the inlet opening (12). Reaktionskammerarray (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.Reaction chamber array (10). Claim 1 , characterized in that the base body (11) has a circular cross section. Reaktionskammerarray (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammern (13, 13a, 13b) einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.Reaction chamber array (10). Claim 1 or 2 , characterized in that the reaction chambers (13, 13a, 13b) have a triangular cross section. Mikrofluidische Vorrichtung (16), welche eine Fluidikschicht (20), eine Pneumatikschicht (40) und eine zwischen der Fluidikschicht (20) und der Pneumatikschicht (40) angeordnete Elastomermembran (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fluidikschicht (20) ein Reaktionskammerarray (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 so angeordnet ist, dass offene Seiten der Reaktionskammern (13, 13a, 13b) der Elastomermembran (30) zugewandt sind und durch diese verschlossen sind.Microfluidic device (16), which has a fluidic layer (20), a pneumatic layer (40) and an elastomeric membrane (30) arranged between the fluidic layer (20) and the pneumatic layer (40), characterized in that in the fluidic layer (20). Reaction chamber array (10) according to one of the Claims 1 until 3 is arranged so that open sides of the reaction chambers (13, 13a, 13b) face the elastomeric membrane (30) and are closed by it. Mikrofluidische Vorrichtung (16) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass geschlossene Seiten der Reaktionskammern (13, 13a, 13b) an einem transparenten Fenster (21) angeordnet sind, welches mindestens einem optischen Sensor (50) zugewandt ist.Microfluidic device (16) according to Claim 4 , characterized in that closed sides of the reaction chambers (13, 13a, 13b) are arranged on a transparent window (21) which faces at least one optical sensor (50). Mikrofluidische Vorrichtung (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuflussleitung (22) in der Fluidikschicht (20) zwischen dem Fenster (21) und einer Trennwand (14), die zwei Reaktionskammern (13, 13a, 13b) voneinander trennt, verläuft und in der Zuflussöffnung (12) mündet.Microfluidic device (16) according to Claim 5 , characterized in that an inflow line (22) runs in the fluidic layer (20) between the window (21) and a partition (14), which separates two reaction chambers (13, 13a, 13b) from one another, and in the inflow opening (12) ends. Mikrofluidische Vorrichtung (16) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (31) der Elastomermembran (30) eingerichtet ist, um so in die Pneumatikschicht (40) hinein ausgelenkt zu werden, dass eine fluidische Verbindung zwischen der Zulauföffnung (12) und allen Reaktionskammern (13, 13a, 13b) geöffnet wird.Microfluidic device (16) according to Claim 5 or 6 , characterized in that a section (31) of the elastomeric membrane (30) is designed to be deflected into the pneumatic layer (40) in such a way that a fluidic connection between the inlet opening (12) and all reaction chambers (13, 13a, 13b ) is opened. Mikrofluidische Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abflussleitung (23) in der Fluidikschicht (20) um den Grundkörper (11) herum verläuft.Microfluidic device (16) according to one of Claims 5 until 7 , characterized in that a drain line (23) runs in the fluidic layer (20) around the base body (11). Mikrofluidische Vorrichtung (16) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass pro Reaktionskammer (13, 13a, 13b) jeweils ein Abschnitt (32a, 32b) der Elastomermembran (30) eingerichtet ist, um so in die Pneumatikschicht (40) hinein ausgelenkt zu werden, dass eine fluidische Verbindung zwischen der Ablauföffnung (23) und der jeweiligen Reaktionskammer (13, 13a, 13b) geöffnet wird.Microfluidic device (16) according to Claim 8 , characterized in that one section (32a, 32b) of the elastomeric membrane (30) is set up for each reaction chamber (13, 13a, 13b) in order to be deflected into the pneumatic layer (40) in such a way that a fluidic connection between the drain opening (23) and the respective reaction chamber (13, 13a, 13b) is opened. Mikrofluidische Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie für die Durchführung einer isothermalen Nukleinsäure-Amplifikation in den Reaktionskammern (13, 13a, 13b) eingerichtet ist.Microfluidic device (16) according to one of Claims 5 until 7 , characterized in that it is set up to carry out isothermal nucleic acid amplification in the reaction chambers (13, 13a, 13b). Verwendung einer mikrofluidischen Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 zur Durchführung einer isothermalen Nukleinsäure-Amplifikation in den Reaktionskammern (13, 13a, 13b).Use of a microfluidic device (16) according to one of Claims 5 until 7 for carrying out isothermal nucleic acid amplification in the reaction chambers (13, 13a, 13b).
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