DE10228917A1 - Device for handling liquids in a plurality of channels - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Handhabung von Flüssigkeiten in mindestens zwei Kanälen, bestehend aus einer Komponente, im folgenden Kanalträger genannt, in der die Kanäle sternförmig von einem Kegel ausgehen und einer zweiten Komponente, im folgenden Pumpenelement genannt, welche mindestens eine Kammer mit variablem Volumen beinhaltet und durch ein kegelförmiges Ende mit mindestens einer integrierten seitlichen Öffnung zu mindestens einem der Volumina, wobei der Kegel der Komponenten ineinander eingepasst werden, so dass durch Drehen der Komponenten relativ zueinander um die Kegelachsen mindestens eine Öffnung des Pumpenelementes mit mindestens einem der Kanäle des Kanalträgers in Kontakt gebracht werden kann, und eine Verbindung zwischen mindestens einem Volumen und mindestens einem Kanal zustande kommt, und andere Öffnungen und Kanäle durch Kegelflächen verschlossen werden.A device for handling liquids in at least two channels is described, consisting of a component, hereinafter called a channel support, in which the channels start in a star shape from a cone and a second component, hereinafter called a pump element, which contains at least one chamber with variable volume and through a conical end with at least one integrated lateral opening to at least one of the volumes, the cone of the components being fitted into one another, so that by rotating the components relative to one another around the cone axes, at least one opening of the pump element with at least one of the channels of the channel carrier in Can be brought into contact, and a connection is established between at least one volume and at least one channel, and other openings and channels are closed by conical surfaces.

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Handhabung von Flüssigkeiten in verschiedenen Kanälen, bestehend aus einem Kanalträger und einem Pumpenelement.The invention relates to a device for handling liquids in different channels, consisting of a channel carrier and a pump element.

Ein Vielzahl von chemischen und molekularbiologischen Prozessen mit Flüssigkeiten wird mit Hilfe von Pipetten manuell durchgeführt (T. Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 1989). Zur Einsparung personeller Ressourcen und zur Vermeidung menschlicher Fehler werden standardisierte Prozesse zur Handhabung von Flüssigkeiten in der Regel automatisiert. Ein bekannter Weg ist die Nachbildung der manuellen Schritte mit einem Roboter, der mit einer Pipettiereinheit ausgestattet ist. Diese Roboter lohnen sich aber erst bei einem hohen Probendurchsatz und sind sehr schwierig zu bedienen (L.G. Mendoza et al.; High-throughput microarray-based enzymelinked immunosorbent assay; Biotechniques (1999), 4, 778–788).A variety of chemical and molecular biological Processes with liquids is carried out manually using pipettes (T. Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 1989). To save personnel Resources and to avoid human error are standardized Processes for handling liquids usually automated. A well-known way is the replica manual steps with a robot, with a pipetting unit Is provided. These robots are only worthwhile with one high sample throughput and are very difficult to use (L.G. Mendoza et al .; High-throughput microarray-based enzyme linked immunosorbent assay; Biotechniques (1999), 4, 778-788).

Für die Automatisierung von komplexen molekularbiologischen Prozessen ist der Transfer von Flüssigkeiten erforderlich. Typische Prozesse dieser Art laufen in Reaktionsgefäßen ab, die mit den benötigten Reagenzien befüllt werden.For the automation of complex molecular biological processes is the transfer of liquids required. Typical processes of this kind take place in reaction vessels, the ones with the needed ones Reagents filled become.

Ein kritischer Punkt bei dem Transfer von Flüssigkeiten in komplexen molekularbiologischen Prozessen ist häufig das Auftreten von Fremdkontamination. Es ist Stand der Technik, dem Problem der Fremdkontamination mit Einwegkomponenten zu begegnen. Bei diagnostischen Anwendungen, bei denen die Kontamination von Proben untereinander ausgeschlossen werden muss, geht man sogar so weit, dass ein abgeschlossenes System für jede Probe verlangt wird.A critical point in the transfer of liquids in complex molecular biological processes this is often Occurrence of external contamination. It is state of the art Counter the problem of external contamination with disposable components. In diagnostic applications where contamination from One even has to exclude samples from one another so far that a closed system is required for each sample.

Die Benutzung der Einwegkomponenten ermöglicht in idealer Weise die Entsorgung potentiell kontaminierter Komponenten. Die bekannten Vorrichtungen geschlossener Schlauchsysteme mit Schlauchpumpen und Schlauchquetschventilen führen jedoch zu komplizierten und kostspieligen Apparaturen. Die Schläuche sind bei steigender Komplexität auch umständlich zu wechseln.The use of disposable components allows ideally the disposal of potentially contaminated components. The known devices of closed hose systems with hose pumps and pinch valves however, complicated and expensive equipment. The hoses are with increasing complexity also cumbersome switch.

Vorrichtungen mit Pumpen zum gerichteten Transport von Flüssigkeiten sind bekannt, und eine große Vielzahl von Kolben- und Membranpumpen sind in vielen Varianten kommerziell erhältlich. Beispiele aus der Patentliteratur sind U.S. 4.741.732 und U.S. 5.034.994 von Crankshaw et al.Devices with pumps for the directional transport of liquids are known, and a large variety of piston and diaphragm pumps are commercially available in many variants. Examples are from the patent literature US 4,741,732 and US 5,034,994 by Crankshaw et al.

Manuelle und motorisierte Ventile sind ebenfalls bekannt und werden in einer Vielzahl von technologischen Varianten angeboten. Manuelle und motorisierte Drehventile werden z.B. von Firmen wie Rheodyne, Omnifit und der Argus GmbH, Ettlingen (www.argus-valves.com) angeboten. Weitere bekannte Ventiltechnologien sind zum Beispiel Schlauchquetschventile, Kugelventile und Membranventile.Manual and motorized valves are also known and are used in a variety of technological areas Variants offered. Manual and motorized rotary valves are available e.g. from companies such as Rheodyne, Omnifit and Argus GmbH, Ettlingen (www.argus-valves.com) offered. Other well-known valve technologies are, for example, pinch valves, Ball valves and diaphragm valves.

Vielfach werden auch, wie zum Beispiel von der Firma Cavro, Kombinationen von Ventilen und Pumpen angeboten, die jedoch für den Einmalgebrauch viel zu teuer sind. Die Kombination eines Drehventils mit einer Kolbenpumpe an einem Ausgang hat auch den weiteren Nachteil, dass der Weg zwischen Ventil und Pumpe ein Totvolumen ist.There are also many, such as offered by Cavro, combinations of valves and pumps, which however for single use is far too expensive. The combination of a rotary valve with a piston pump at one outlet also has the further disadvantage that the path between the valve and the pump is a dead volume.

Für komplexe Abläufe sind auch integrierte fluidische Systeme vorgeschlagen worden (R.C. Anderson, et al.; A miniature integrated device for automated multistep genetic assays; Nucleic Acids Res. (2000), 12, e60; P.K. Yuen, et al.; Microchip module for blood sample preparation and nucleic acid amplification reactions; Genome Research (2001), 11, 405–412). Dabei ist es Stand der Technik, die Aktoren für Ventile und Pumpen zu integrieren. Dies verlangt jedoch eine aufwendige und kostspielige Fertigung. Des weiteren haben integrierte Membranpumpen nur kleine Arbeitsvolumina. Ein anderer bekannter Weg ist es zum Beispiel Membranventile zu integrieren, und die Aktoren in eine wiederverwendbare Operationsplattform auszulagern. Dabei ist jedoch pro Ventilfunktion ein externer Aktor nötig. Die beschriebenen Systeme sind also mit einer Vielzahl von Nachteilen behaftet.For complex processes integrated fluidic systems have also been proposed (R.C. Anderson, et al .; A miniature integrated device for automated multistep genetic assays; Nucleic Acids Res. (2000), 12, e60; P. K. Yuen, et al .; Microchip module for blood sample preparation and nucleic acid amplification reactions; Genome Research (2001), 11, 405-412). there it is state of the art to integrate the actuators for valves and pumps. However, this requires complex and costly production. Furthermore, integrated diaphragm pumps only have small working volumes. Another known way is to use diaphragm valves, for example integrate, and the actuators into a reusable operating platform outsource. However, there is one external actuator per valve function necessary. The systems described therefore have a number of disadvantages afflicted.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine preiswerte, einfache Vorrichtung zur automatischen Handhabung von Flüssigkeiten in einem geschlossenen System bereitzustellen, das aus einer wiederverwendbaren Operationsplattform und Einwegkomponenten besteht. Einwegkomponenten sollen dabei diejenigen Komponenten sein, die mit den Flüssigkeiten in Kontakt kommen können. Weiterhin sollen die einfachen und robusten Eigenschaften von Drehventilen realisiert werden, wobei der Nachteil des Totvolumens zwischen Drehventil und Pumpe minimiert werden soll. Die Antriebsfunktionen sollen zur Kostenreduzierung mit einer minimalen Anzahl kompakt angeordneter Aktoren durchgeführt werden, die zur leichten Austauschbarkeit der Einwegkomponenten nur von einer Seite an die Einwegkomponenten angreifen sollen.It is an object of the invention inexpensive, simple device for automatic handling of liquids to provide in a closed system that consists of a reusable Operation platform and disposable components exist. disposable components should be those components that are with the liquids can come into contact. Furthermore, the simple and robust properties of rotary valves should be realized be, the disadvantage of the dead volume between the rotary valve and Pump should be minimized. The drive functions are intended to reduce costs can be carried out with a minimum number of compactly arranged actuators, only for easy interchangeability of disposable components to attack the disposable components on one side.

Beschreibungdescription

Beschrieben wird eine Vorrichtung zum Handhaben von Flüssigkeiten in einer Mehrzahl von Kanälen. Diese Vorrichtung besteht aus einem Kanalträger und einem Pumpenelement (1), die bevorzugt auf einer Operationsplattform angeordnet werden.An apparatus for handling liquids in a plurality of channels is described. This device consists of a channel support and a pump element ( 1 ), which are preferably arranged on an operating platform.

Die Kanäle des Kanalträgers sind sternförmig von einem Kegel ausgehend angeordnet. Vorzugsweise kommen die Kanäle in dem Kanalträger durch Zusammenfügen von mindestens zwei Flächen zustande, wobei mindestens eine der Flächen mit den offenen Kanälen strukturiert ist, und die Kanäle durch das Zusammenfügen der Flächen gedeckelt werden.The channels of the channel support are arranged in a star shape starting from a cone. In front the channels in the channel support are preferably created by joining at least two surfaces, at least one of the surfaces being structured with the open channels, and the channels being capped by joining the surfaces.

Es ist bevorzugt, dass mindestens ein Teil des Kanalträgers auf einer Fräse gefertigt wird oder vorzugsweise ein Spritzgussteil ist. Alternativ ist es auch bevorzugt, dass mindestens ein Teil des Kanalträgers heiß geprägt oder vorzugsweise mit einem Laser strukturiert wird. Alternativ ist es ebenso bevorzugt, dass mindestens ein Teil des Kanalträgers gestanzt wird oder durch Ätzen strukturiert wird. Mindestens ein Teil des Kanalträgers wird aus Kunstoff (z.B. Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat, Polytetrafluorethylen (TEFLONTTM), Polyvinylchlorid (PVC), Polydimethylsiloxan (PDMS), Polysulfon, Polystyren, Polymethylpenten, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylidin Fluorid oder ABS (Acrylonitril-butadienstyren Copolymer), Glas, Metall oder Cellulose Material gefertigt.It is preferred that at least part of the channel carrier is manufactured on a milling machine or is preferably an injection molded part. Alternatively, it is also preferred that at least a part of the channel support is hot stamped or preferably structured with a laser. Alternatively, it is also preferred that at least part of the channel carrier is punched or structured by etching. At least part of the channel support is made of plastic (e.g. polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate, polytetrafluoroethylene (TEFLONT TM ), polyvinyl chloride (PVC), polydimethylsiloxane (PDMS), polysulfone, polystyrene, polymethylpentene, polypropylene, polyethylene, polyvinylidine fluoride or ABS (acrylonitrile butadiene-styrene copolymer), glass, metal or cellulose material.

Das Pumpenelement ist gekennzeichnet durch mindestens eine Kammer mit variablem Volumen und durch ein kegeliges Ende mit mindestens einer integrierten seitlichen Öffnung zu mindestens einem der Volumina, wobei der Kegel des Pumpenelements in den Kegel des Kanalträgers eingepasst wird, so dass durch Drehen der Komponenten relativ zueinander um die Kegelachsen mindestens eine Öffnung des Pumpenelementes mit mindestens einem der Kanäle des Kanalträgers in Kontakt gebracht werden und eine Verbindung zwischen mindestens einem Volumen und mindestens einem Kanal zustande kommt, und alle anderen Öffnungen und Kanäle durch Kegelflächen verschlossen werden.The pump element is characterized by at least one chamber with variable volume and by a conical End with at least one integrated side opening at least one of the volumes, the cone of the pump element in the cone of the channel support is fitted so that by rotating the components relative to each other at least one opening of the pump element around the cone axes with at least one of the channels of the channel carrier be brought into contact and a connection between at least one volume and at least one channel, and all other openings and channels through conical surfaces be closed.

Bevorzugt ist es, dass die Kammer des Pumpenelements als Zylinder ausgestaltet ist und mit einem beweglichen Kolben das Volumen variiert wird. Besonders bevorzugt ist es, dass der Kolben mit einer Feder in seine Ausgangslage zurückgetrieben wird, wenn er aus dieser herausgebracht wurde.It is preferred that the chamber of the pump element is designed as a cylinder and with a movable Piston's volume is varied. It is particularly preferred that the piston is driven back to its original position with a spring, when he was brought out of this.

Bevorzugt hat die Operationsplattform die Funktion, den Kanalträger zu fixieren und das Pumpenelement so gegen den Kanalträger zu pressen, dass die Kegel dieser Komponenten ineinander eingepasst werden. Das Drehen des Pumpenelements um die Kegelachsen wird besonders bevorzugt durch einen in der Operationsplattform angeordneten Motor durchgeführt. Die Bewegung des Kolbens wird bevorzugt durch einen in der Operationsplattform angeordneten Linearreaktor durchgeführt.The operating platform has preferred the function, the channel carrier to fix and press the pump element against the channel support so that the cones of these components are fitted into one another. The turning of the pump element around the cone axes is particularly preferred by a engine arranged in the operating platform. The Movement of the piston is preferred by one in the operating platform arranged linear reactor performed.

Zum Ansaugen einer Flüssigkeit aus einem Kanal des Kanalträgers in eine Kammer des Pumpenelements wird eine Verbindung zwischen dem Kanal und der Kammer hergestellt und das Kammervolumen vergrößert. Die Variation des Kammervolumens erfolgt vorzugsweise durch einen Kolben, der in Richtung der Kegelachsen bewegt wird. Bevorzugt wird der Kolben mit einem Linearreaktor aus der Ausgangslage herausbewegt und besonders bevorzugt mit einer Feder zurückgetrieben. For sucking in a liquid from a channel of the channel carrier in a chamber of the pump element is a connection between the channel and the chamber made and the chamber volume increased. The The chamber volume is preferably varied by means of a piston, which is moved in the direction of the cone axes. The is preferred Piston moved out of the starting position with a linear reactor and particularly preferably driven back with a spring.

Zur Entnahme einer Flüssigkeit aus einem Strukturelement des Kanalträgers wird eine Kammer des Pumpenelements mit einem Kanal des Kanalträgers verbunden, der mit dem Strukturelement verbunden ist und die Flüssigkeit ansaugt. Es ist bevorzugt, dass Strukturelemente mindestens eine weitere Öffnung enthalten, durch die ein Druckausgleich stattfindet.For taking a liquid a structural element of the channel support becomes a chamber of the pump element with a channel of the channel carrier connected, which is connected to the structural element and the liquid sucks. It is preferred that structural elements have at least one further opening included, through which a pressure equalization takes place.

Zum Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einer Kammer des Pumpenelements in einen Kanal des Kanalträgers werden Kanal und Kammer verbunden und das Kammervolumen verkleinert.For expelling a liquid from a chamber of the pump element into a channel of the channel carrier Channel and chamber connected and the chamber volume reduced.

Zum Befüllen eines Strukturelements des Kanalträgers mit Flüssigkeit aus der Kammer des Pumpenelements wird dieses mit einem Kanal des Kanalträgers verbunden, der mit dem Strukturelement verbunden ist und die Flüssigkeit aus der Kammer des Pumpenelements ausgestoßen. Es ist bevorzugt, dass Strukturelemente mindestens eine weitere Öffnung enthalten, durch die ein Druckausgleich stattfindet.For filling a structural element of the channel carrier with liquid from the chamber of the pump element, this is connected to a channel of the channel support, which is connected to the structural element and the liquid ejected from the chamber of the pump element. It is preferred that Structural elements contain at least one additional opening through which pressure equalization takes place.

Zum Bewegen einer Flüssigkeit in einem Strukturelement des Kanalträgers wird die Flüssigkeit angesaugt und ausgestoßen. Bevorzugt wird die Flüssigkeit zum Bewegen erst ausgestoßen und dann angesaugt.For moving a liquid The liquid is in a structural element of the channel support sucked in and expelled. The liquid is preferred just pushed out to move and then sucked in.

Zum Dosieren wird ein erster Kanal des Kanalträgers in Verbindung mit einer Kammer des Pumpenelements gebracht und die zu dosierende Flüssigkeit in die Kammer angesaugt. Bevorzugt wird nach dem Ansaugen eventuell in der Kammer vorhandene Luft ausgestoßen. Besonders bevorzugt wird dafür die Kammer mit einem dafür vorgesehenen Entlüftungskanal des Kanalträgers verbunden. Dann wird die Kammer mit weiteren Kanälen des Kanalträgers verbunden und die Flüssigkeit kontrolliert ausgestoßen.A first channel is used for dosing of the channel carrier brought into connection with a chamber of the pump element and the liquid to be dosed sucked into the chamber. It may be preferred after suction air present in the chamber is expelled. Is particularly preferred for that the Chamber with one for it provided ventilation duct of the channel carrier connected. The chamber is then connected to further channels of the channel support and the liquid ejected in a controlled manner.

Zum Pumpen einer Flüssigkeit durch ein Strukturelement des Kanalträgers mit mindestens zwei Öffnungen, im folgenden Durchflusselement genannt, wird ein Volumen in das Durchflusselement dosiert, welches das Volumen des Durchflusselements überschreitet. Bevorzugt ist mindestens eine weitere Öffnung des Durchflusselements mit einer Kammer verbunden, die im folgenden Auffangkammer genannt wird. Besonders bevorzugt hat die Auffangkammer mindestens eine weitere Öffnung, die durch einen weiteren Kanal mit der Kegelfläche des Kanalträgers verbunden ist und durch welche die das Durchflusselement passierende Flüssigkeit angesaugt wird. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Öffnungen zum Flüssigkeitstransport sich am Boden der Auffangkammer befinden, und mindestens eine weitere Öffnung zum Druckausgleich oberhalb des maximal zu erwartenden Füllstands der Auffangkammer vorhanden ist. Weiterhin ist es bevorzugt, die Flüssigkeit in der Auffangkammer vorzulegen und dann durch das Durchflusselement anzusaugen.For pumping a liquid through a structural element of the channel support with at least two openings, hereinafter called a flow element, a volume is metered into the flow element which exceeds the volume of the flow element. At least one further opening of the flow element is preferably connected to a chamber, which is referred to below as the collecting chamber. The collecting chamber particularly preferably has at least one further opening which is connected by a further channel to the conical surface of the channel carrier and through which the liquid passing through the flow element is sucked in. It is very particularly preferred if the openings for liquid transport are located at the bottom of the collecting chamber and there is at least one further opening for pressure compensation above the maximum expected filling level of the collecting chamber. It is further preferred to place the liquid in the collecting chamber and then suck in through the flow element.

Zum Mischen von Flüssigkeiten in einer Kammer des Pumpenelements werden die zu mischenden Flüssigkeiten sequenziell oder parallel in die Kammer angesaugt. Bevorzugt wird das Gemisch dann mindestens einmal ausgestoßen und angesaugt, um so die Durchmischung zu verstärken. Besonders bevorzugt wird die Kammer dazu mit einem dafür vorgesehenem Mischkanal des Kanalträgers verbunden. Ganz besonders bevorzugt ist der Mischkanal mit Strukturelementen versehen, die das Mischen begünstigen.For mixing liquids The liquids to be mixed are in a chamber of the pump element sucked into the chamber sequentially or in parallel. Is preferred the mixture is then expelled and sucked in at least once, so that the To increase mixing. For this purpose, the chamber is particularly preferably equipped with one provided for this purpose Mixing channel of the channel carrier connected. The mixing channel with structural elements is very particularly preferred provided that favor the mixing.

Zum Mischen von Flüssigkeiten in einer Kammer des Kanalträgers, im folgenden Mischkammer genannt, werden die Flüssigkeiten sequenziell oder parallel in die Mischkammer dosiert. Bevorzugt wird dass Gemisch dann mindestens einmal angesaugt und ausgestoßen, um die Durchmischung zu verstärken. Besonders bevorzugt ist die Mischkammer mit Strukturelementen versehen, die das Mischen begünstigen.For mixing liquids in a chamber of the sewer carrier, hereinafter called the mixing chamber, the liquids are sequential or dosed in parallel into the mixing chamber. The mixture is preferred then sucked in and expelled at least once to increase the mixing. Especially the mixing chamber is preferably provided with structural elements which favor mixing.

Zum Abtrennen von mindestens einer Komponente aus einer Flüssigkeit wird die Flüssigkeit in ein Strukturelement des Kanalträgers dosiert, im folgenden Absorber genannt, das mindestens eine Oberfläche beinhaltet, welche mindestens eine abzutrennende Komponente bindet. Bevorzugt wird die Flüssigkeit nach dem Abtrennen wieder angesaugt. Besonders bevorzugt ist der Absorber als Durchflusselement ausgebildet.To disconnect at least one Component from a liquid becomes the liquid dosed into a structural element of the channel support, in the following Absorber called, which contains at least one surface, which at least binds a component to be separated. The liquid is preferred sucked in again after separation. The is particularly preferred Absorber designed as a flow element.

Zum Aufnehmen einer in dem Absorber abgetrennten Komponente wird eine Flüssigkeit in den Absorber dosiert, welche die gebundene Komponente wieder ablöst (im folgenden Eluent genannt).To accommodate one in the absorber separated component, a liquid is metered into the absorber, which removes the bound component (hereinafter called eluent).

Zum Säulen einer Flüssigkeit wird diese in ein Durchflusselement des Kanalträgers dosiert, welches mit einem Säulenmaterial gefüllt ist.For pillaring a liquid this is metered into a flow element of the channel carrier, which is connected to a column material filled is.

Zum Filtrieren einer Flüssigkeit wird diese in ein Durchflusselement des Kanalträgers dosiert, welches mindestens einen Filter enthält. Bevorzugt ist das Durchflusselement mit einem Filtermaterial gefüllt.For filtering a liquid this is metered into a flow element of the channel support, which at least contains a filter. The flow element is preferably filled with a filter material.

Zum Temperieren einer Flüssigkeit wird diese in eine Kammer des Kanalträgers dosiert, welche im folgenden Temperierkammer genannt wird. Diese wird durch Kontakt mit einem Heiz- oder Kühlelement auf der gewünschten Temperatur gehalten. Bevorzugt ist das Heiz- oder Kühlelement ein Bestandteil des Kanalträgers. Besonders bevorzugt ist das Heiz- oder Kühlelement Bestandteil einer Operationsplattform und in mechanischem Kontakt zu mindestens einer Wandung der Temperierkammer.For tempering a liquid this is metered into a chamber of the duct holder, which is described below Temperature chamber is called. This is done by contacting a Heating or cooling element the desired one Temperature maintained. The heating or cooling element is preferred a component of the channel carrier. The heating or cooling element is particularly preferably part of a Operating platform and in mechanical contact with at least one Wall of the temperature chamber.

Die folgende Durchführung einer automatisierten Bisulfitreaktion ist ein Beispiel für eine Anwendung der neuen Vorrichtung:
160 ng DNA werden in einer ersten Kammer des Kanalträgers vorgelegt in 3μl H2O bidest. Diese erste Kammer ist nach oben offen und über einen Kanal mit dem Pumpenelement verbunden. 17μl einer Bisulfitreaktionslösung werden in einer zweiten Kammer vorgelegt. Diese zweite Kammer ist nach oben offen und über einen Kanal mit dem Pumpenelement verbunden. 20 μl Desulfonierungslösung werden in einer dritten Kammer vorgelegt. Diese dritte Kammer ist nach oben offen und über einen Kanal mit dem Pumpenelement verbunden. Ca. 1 ml H2O bidest. werden in einer vierten Kammer vorgelegt. Diese vierte Kammer ist nach oben offen und über einen Kanal mit dem Pumpenelement verbunden. Eine weitere nach oben offene Kammer, die mit einem Kanal mit dem Pumpenelement verbunden ist, bleibt leer und dient zur Aufnahme von Abfall. Desweiteren ist in dem Kanalträger eine flache Kammer (im folgenden Heizkammer) mit 40 μl Fassungsvermögen vorhanden, die über ein Heizelement in der Operationsplattform temperiert wird und über eine weitere kleine Öffnung zum Druckausgleich verfügt. Ein weiteres Strukturelement mit 200μl Volumen (im folgenden Aufreinigungskammer) ist mit vorgequollenem Säulenmaterial (0,2 g Sephadex G50 mit 190μl H2O bidest.) gefüllt. Dieses Strukturelement ist über einen weiteren Kanal auf der anderen Seite mit einer weiteren nach oben offenen Kammer verbunden. Des weiteren ist diese offene Kammer mit einem weiteren Kanal mit dem Kegelventil verbunden.The following implementation of an automated bisulfite reaction is an example of an application of the new device:
160 ng DNA are placed in a first chamber of the channel support in 3μl H 2 O bidest. This first chamber is open at the top and connected to the pump element via a channel. 17μl of a bisulfite reaction solution are placed in a second chamber. This second chamber is open at the top and connected to the pump element via a channel. 20 ul desulfonation solution are placed in a third chamber. This third chamber is open at the top and connected to the pump element via a channel. Approximately 1 ml H 2 O bidistilled are presented in a fourth chamber. This fourth chamber is open at the top and connected to the pump element via a channel. Another chamber, which is open at the top and is connected to the pump element by a channel, remains empty and is used to hold waste. Furthermore, there is a flat chamber (hereinafter referred to as the heating chamber) with a capacity of 40 μl in the channel support, which is heated by a heating element in the operating platform and has a further small opening for pressure compensation. Another structural element with a volume of 200μl (in the following purification chamber) is filled with pre-swollen column material (0.2 g Sephadex G50 with 190μl H 2 O bidest.). This structural element is connected via a further channel on the other side to a further chamber which is open at the top. Furthermore, this open chamber is connected to the plug valve by a further channel.

In einem ersten Schritt wird die Bisulfitreaktionslösung vollständig mit dem Pumpenelement aufgesaugt und in die Kammer mit der DNA Lösung abgegeben. Das Gemisch wird dann vollständig aufgesaugt und vollständig in die Heiz kammer abgegeben. Die Gemisch in der Heizkammer wird für 3 Minuten auf 95°C gebracht, dann für 10 min auf 50°C, dann für 30 sec auf 95°C, dann für 30 min auf 50°C, dann wieder für 30 sec auf 95°C und abschließend für 3 h auf 50°C. Während des Inkubationsvorgangs werden 180 μl H2O aus der vierten Kammer aufgenommen und mit einer Flussrate von 10μl/s in die Aufreinigungskammer abgegeben. Die Flüssigkeit, die sich dann in der Auffangkammer befindet, wird über den direkten Kanal mit dem Pumpenelement aufgenommen und in die Abfallkammer abgegeben. Dann wird das Gemisch wieder aufgenommen und in die Aufreinigungskammer abgegeben, wobei die Flussrate etwa 10 μl/s beträgt. Aus der dritten Kammer werden 180μl H2O aufgenommen und mit einer Flussrate von etwa 10 μl/s in die Aufreinigungskammer abgegeben. Die Flüssigkeit, die sich in der Auffangkammer hinter der Aufreinigungskammer gesammelt hat, wird über die direkte Kanalverbindung mit dem Pumpenelement aufgenommen und in die Abfallkammer abgegeben. Dann werden weitere 20 μl H2O aus der dritten Kammer aufgenommen und wieder mit der Flussrate von etwa 10 μl/s in die Aufreinigungskammer abgegeben. Die Flüssigkeit, die sich nun in der Auffangkammer befindet, enthält die aufgereinigte DNA Fraktion. Diese Flüssigkeit wird mit dem Pumpenelement durch den direkten Kanal aufgenommen und in die dritte Kammer mit der Desulfonierungslösung abgegeben. Dann wird 40 μl H2O aus der vierten Kammer mit dem Pumpenelement aufgenommen und drei Mal in die Heizkammer abgegeben und wieder aufgenommen. Anschließend wird das H2O in die Abfallkammer abgegeben.In a first step, the bisulfite reaction solution is completely sucked up with the pump element and released into the chamber with the DNA solution. The mixture is then completely absorbed and completely discharged into the heating chamber. The mixture in the heating chamber is brought to 95 ° C. for 3 minutes, then to 50 ° C. for 10 minutes, then to 95 ° C. for 30 seconds, then to 50 ° C. for 30 minutes, then to 95 ° again for 30 seconds C and finally for 3 h at 50 ° C. During the incubation process, 180 μl H 2 O are taken up from the fourth chamber and released into the purification chamber at a flow rate of 10 μl / s. The liquid, which is then in the collecting chamber, is taken up via the direct channel with the pump element and released into the waste chamber. The mixture is then taken up again and released into the purification chamber, the flow rate being approximately 10 μl / s. 180μl H 2 O are taken up from the third chamber and released into the purification chamber at a flow rate of approximately 10 μl / s. The liquid that has collected in the collecting chamber behind the purification chamber is absorbed via the direct channel connection to the pump element and released into the waste chamber. Then another 20 μl of H 2 O are taken up from the third chamber and released again into the purification chamber at a flow rate of approximately 10 μl / s. The liquid that is now in the collecting chamber contains the purified DNA fraction. This liquid is taken up with the pump element through the direct channel and released into the third chamber with the desulfonation solution. Then 40 μl H 2 O is taken up from the fourth chamber with the pump element and dispensed three times into the heating chamber and resumed. The H 2 O is then released into the waste chamber.

Dann wird das Gemisch aus DNA Lösung und Desulfonierungslösung aus der dritten Kammer aufgenommen und in die Heizkammer abgegeben und für 10 min bei 95°C gehalten. Abschließend wird das Gemisch mit dem Pumpenelement wieder aufgenommen und in die dritte Kammer abgegeben, wo es zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht.Then the mixture of DNA solution and Desulfonierungslösung taken from the third chamber and released into the heating chamber and for 10 min at 95 ° C held. Finally the mixture is taken up again with the pump element and in the third chamber where it is available for further use.

Die optische Analyse einer Flüssigkeit ist ein weiteres Anwendungsbeispiel der neuen Vorrichtung. Dazu wird die Flüssigkeit in eine Kammer des Kanalträgers dosiert. Optisch detektiert werden beispielsweise in der Flüssigkeit: fluoreszierende Komponenten oder FRET (Fluoresence Resonance Energy Transfer) Paare. Elektronisch detektiert werden beispielsweise in der Flüssigkeit: elektrochemische Potentiale oder angelagerte Komponenten.The optical analysis of a liquid is another application example of the new device. To becomes the liquid into a chamber of the sewer carrier dosed. The following are optically detected in the liquid: fluorescent components or FRET (Fluoresence Resonance Energy Transfer) couples. Are detected electronically, for example, in the liquid: electrochemical potentials or attached components.

Eine weiteres Anwendungsbeispiel ist die Hybridisierung von DNA in einer Flüssigkeit. Dazu wird die Flüssigkeit mit der DNA in eine Kammer des Kanalträgers dosiert, im folgenden Hybridisierungskammer genannt, in der mindestens ein Hybridisierungspartner für die DNA an mindestens einer Oberfläche immobilisiert ist.Another application example is the hybridization of DNA in a liquid. To do this, the liquid dosed with the DNA into a chamber of the channel carrier, hereinafter Called hybridization chamber, in which at least one hybridization partner for the DNA on at least one surface is immobilized.

Bevorzugt werden die Hybridisierungspartner auf mindestens einer Komponente des Kanalträgers immobilisiert, bevor der Kanalträger vollständig zusammengesetzt wird. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Hybridisierungskammer gleichzeitig um eine Temperierkammer. Ganz besonders bevorzugt wird die DNA vor dem Hybridisieren und eventuell mindestens einmal während der Hybridisierung denaturiert. Weiterhin ist es bevorzugt, die Flüssigkeit mit der DNA während der Hybridisierung mindestens einmal zu bewegen. Bei den Hybridisierungspartnern handelt es sich um DNA, RNA, PNA, LNA oder Derivate und Modifikationen davon.The hybridization partners are preferred immobilized on at least one component of the channel support before the channel support completely assembled becomes. The hybridization chamber is particularly preferred at the same time around a temperature chamber. Is very particularly preferred the DNA before hybridizing and possibly at least once during the Hybridization denatured. It is further preferred the liquid with the DNA during to move the hybridization at least once. With the hybridization partners it is DNA, RNA, PNA, LNA or derivatives and modifications from that.

Zur optischen Detektion von Hybridisierungsereignissen an immobilisierten Hybridisierungspartnern wird die Hybridisierungskammer gleichzeitig als optische Zelle gestaltet, in der optische Veränderungen aufgrund der Anlagerungen von Komponenten durch die Hybridisierung detektiert werden. Bevorzugt wird bei der optischen Detektion eine räumliche Auflösung erreicht und die Hybridisierung in verschiedenen Regionen erfasst.For the optical detection of hybridization events the hybridization chamber is attached to immobilized hybridization partners at the same time designed as an optical cell in which optical changes due to the build-up of components through hybridization can be detected. A spatial one is preferred for optical detection resolution achieved and the hybridization recorded in different regions.

Zur elektronischen Detektion von Hybridisierungsereignissen wird mindestens ein Hybridisierungspartner auf mindestens einer Elektrode, im folgenden Detektionselektrode genannt, in der Hybridisierungskammer immobilisiert und mindestens eine elektroaktive Komponente in die Hybridisierungskammer gebracht. Dabei handelt es sich um interkalierende Komponenten, modifizierte DNA, modifizierte DNA Derivate und Komponenten, die Redoxreaktionen mit DNA oder DNA Derivaten eingehen. Je nach Art der elektroaktiven Komponente wird durch Potenzialmessung oder Anlegen geeigneter elektrischer Spannungsmuster und Erfassung der Spannung-Strom-Kurven der Hybridisierungsgrad an den Detektionselektroden ermittelt. Dabei wird mindestens eine weitere Elektrode in der Hybridisierungskammer benutzt.For the electronic detection of Hybridization events become at least one hybridization partner on at least one electrode, in the following detection electrode called, immobilized in the hybridization chamber and at least brought an electroactive component into the hybridization chamber. These are intercalating components, modified DNA, modified DNA derivatives and components, the redox reactions deal with DNA or DNA derivatives. Depending on the type of electroactive Component is made by measuring potential or applying suitable electrical Voltage patterns and capturing the voltage-current curves of the degree of hybridization determined on the detection electrodes. At least one additional electrode used in the hybridization chamber.

Legende zu den Figuren:Legend for the figures:

1: 1 :

1: Kanal A; 2: Kanal B; 3: Probenflüssigkeit; 4: seitliche Öffnung; 5: Pumpenelement; 6: Volumen im Pumpenelement; 7: Konus; 8: Kanalträger; 9: Kolben 1 : Channel A; 2 : Channel B; 3 : Sample liquid; 4 : side opening; 5 : Pump element; 6 : Volume in the pump element; 7 : Cone; 8th : Channel carrier; 9 : Piston

2: Ansicht der Operationsplattform 2 : View of the operating platform

1: Temperierblock; 2: Aufnahme für das Pumpenelement; 3: Motor zum Drehen des Pumpenelements; 4: Linearreaktor; 5: Pumpenelement; 6: Kanalträger 1 : Temperature control block; 2 : Holder for the pump element; 3 : Motor for rotating the pump element; 4 : Linear reactor; 5 : Pump element; 6 : Channel carrier

3: Schnitt durch Plattform, Kanalträger und Pumpenelement 3 : Section through the platform, channel support and pump element

1: Temperierblock; 2: Aufnahme für das Pumpenelement; 3: Motor zum Drehen des Pumpenelements; 4: Linearreaktor; 5: Stößel vom Linearreaktor; 6: Feder zum Andrücken des Pumpenelements an den Kanalträger; 7: Pumpenelement; 8: Ka nalträger; 9: Feder zum Zurücktreiben des Pumpenkolbens; 10: Kolben 1 : Temperature control block; 2 : Holder for the pump element; 3 : Motor for rotating the pump element; 4 : Linear reactor; 5 : Ram from the linear reactor; 6 : Spring for pressing the pump element onto the channel support; 7 : Pump element; 8th : Channel support; 9 : Spring for driving back the pump piston; 10 : Piston

4: Aufsicht auf den Kanalträger 4 : Supervision of the channel support

1: Temperierkammer; 2: Konus; 3: Säule; 4: Säulenmaterial; 5: Fritte; 6: Auffangkammer; 7: Abfall; 8: Desulfonierungslösung; 9: Bisulfitlösung; 10: DNA in Lösung; 11: H2O 1 : Temperature chamber; 2 : Cone; 3 : Pillar; 4 : Column material; 5 : Frit; 6 : Collecting chamber; 7 : Waste; 8th : Desulfonation solution; 9 : Bisulfite solution; 10 : DNA in solution; 11 : H 2 O

Claims (12)

Vorrichtung zur Handhabung von Flüssigkeiten in mindestens zwei Kanälen, bestehend aus einer Komponente, im folgenden Kanalträger genannt, in der die Kanäle sternförmig von einem Kegel ausgehen und einer zweiten Komponente, im folgenden Pumpenelement genannt, welche mindestens eine Kammer mit variablem Volumen beinhaltet und durch ein kegelförmiges Ende mit mindestens einer integrierten seitlichen Öffnung zu mindestens einem der Volumina, wobei die Kegel der Komponenten ineinander eingepasst werden, so dass durch Drehen der Komponenten relativ zueinander um die Kegelachsen mindestens eine Öffnung des Pumpenelementes mit mindestens einem der Kanäle des Kanalträgers in Kontakt gebracht werden kann, und eine Verbindung zwischen mindestens einem Volumen und mindestens einem Kanal zustande kommt, und andere Öffnungen und Kanäle durch Kegelflächen verschlossen werden.Device for handling liquids in at least two channels, consisting of a component, hereinafter called channel carrier, in which the channels start in a star shape from a cone and a second component, hereinafter referred to as a pump element, which contains at least one chamber with variable volume and through one conical end with at least one integrated lateral opening to at least one of the volumes, the cones of the components being fitted into one another, so that by rotating the components relative to one another about the cone axes, at least one opening of the pump element is brought into contact with at least one of the channels of the channel carrier can, and a connection is established between at least one volume and at least one channel, and other openings and channels closed by conical surfaces will be. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen mindestens einer Kammer des Pumpenelements durch einen Kolben variiert wird, der in Richtung der Kegelachsen bewegt wird.Device according to claim 1, characterized in that the Volume of at least one chamber of the pump element varies by a piston which is moved in the direction of the cone axes. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder den Kolben in eine Richtung bewegen kann.Apparatus according to claim 2, characterized in that a Spring can move the piston in one direction. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linearreaktor den Kolben bewegt.Apparatus according to claim 2, characterized in that a Linear reactor moves the piston. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle in dem Kanalträger durch Zusammenfügen von mindestens zwei Flä chen zustande kommen, wobei mindestens eine der Flächen mit den offenen Kanälen strukturiert ist, und die Kanäle durch das Zusammenfügen der Flächen gedeckelt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized that the channels in the channel carrier by assembling of at least two surfaces come about, whereby at least one of the surfaces is structured with the open channels is, and the channels by putting it together of the areas be capped. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Kanalträgers auf einer Fräse gefertigt wurde oder ein Spritzgussteil ist oder heiß geprägt wurde oder mit einem Laser strukturiert wurde oder gestanzt wurde oder durch Ätzen strukturiert wurde.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least part of the channel support a milling machine was manufactured or is an injection molded part or was hot stamped or was structured or punched with a laser or by etching was structured. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Kanalträgers aus Kunststoff, Glas, Metall oder Cellulose Material gefertigt wurde.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least a part of the channel support Plastic, glass, metal or cellulose material was made. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kanal des Kanalträgers zu einer in den Kanalträger strukturierten Kammer führt.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one channel of the channel carrier too one in the channel carrier structured chamber leads. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kanal des Kanalträgers zu einer in den Kanalträger strukturierten Kammer führt, die durch mindestens eine weitere Öffnung zugänglich ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one channel of the channel carrier too one in the channel carrier structured chamber leads, which is accessible through at least one other opening. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kanal des Kanalträgers zu einer in den Kanalträger strukturierten Kammer führt, in der Reagenzien vorgelegt sind.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one channel of the channel carrier too one in the channel carrier structured chamber leads, in which reagents are presented. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kanal des Kanalträgers zu einer in den Kanalträger strukturier ten Kammer führt, in der Reagenzien vorgelegt sind, wobei diese in fester Form vorliegen.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one channel of the channel carrier too one in the channel carrier structured chamber leads, in which reagents are presented, these being in solid form. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatisierte Bisulfitreaktion durchgeführt wird.Use of the device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that an automated bisulfite reaction is carried out.
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