DE10309583B4 - Mikroanalytisches Element - Google Patents

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Abstract

Mikroanalytisches Element (91), bei dem eine Mehrzahl von chemischen und biochemischen Reaktionen parallel durchgeführt werden kann und das eine Muldenplatte, eine Mikrofluidikeinrichtung und Elektrosprayemitter (123a-d) aufweist, die jeweils in der Lage sind, einem Massenspektrometer eine Probe zu liefern, wobei die Mikrofluidikeinrichtung folgende Merkmale aufweist:
(a) ein mikrofluidisches Gehäuse (95), das eine erste (103) und eine zweite im wesentlichen planare Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen,
(b) eine Abdeckplatte (97), die an der ersten im wesentlichen planaren Oberfläche (103) befestigt ist,
wobei das mikrofluidische Gehäuse (95) eine Mehrzahl von Hohlräumen (105a-d) und Mikrokanälen (107a-d, 109a-d) aufweist, die in der ersten Oberfläche (103) gebildet sind und durch die Abdeckplatte (97) abgedeckt sind, wobei die Abdeckplatte (97) zusammen mit den Hohlräumen (105a-d) und Mikrokanälen (107a-d, 109a-d;) eine Mehrzahl von unabhängigen, parallelen Probenverarbeitungsabteilungen definiert,
wobei sich jeder Hohlraum (105a-d) in Fluidkommunikation befindet mit
(i) einem in Flußrichtung vorgelagerten Mikrokanal...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet miniaturisierter Elemente zum Durchführen chemischer Pro zesse, und spezieller bezieht sie sich auf mikroanalytische Elemente, die aus einer Mikroplatte bestehen, die mit einem mikrofluidischen System integriert ist, zum Durchführen chemischer Prozesse wie beispielsweise Massenspektroskopie, Trennung (z. B. chromatographische, elektrophoretische oder elektrochromatographische Trennung), Screening und Diagnostik (unter Verwendung z. B. von Hybridisierung oder anderen Bindungsmitteln) und chemische und biochemische Synthese (z. B. DNA-Amplifikation, die unter Verwendung der Polymerasekettenreaktion bzw. „PCR"- polymerase chain reaction durchgeführt wird).
  • Bei der Chemikalienverarbeitung, -aufbewahrung und dem Transfer von Chemikalien zu Analysezwecken, insbesondere auf biologisch verwandten Gebieten, werden üblicherweise Muldenplatten verwendet, die eine Mehrzahl von Mulden enthalten, wobei jede Mulde in der Regel ausgelegt ist, um ein relativ kleines Fluidvolumen zu enthalten (wobei die Muldenplatten in diesem Fall als „Mikroplatten" bezeichnet werden können). Im Handel erhältliche Muldenplatten umfassen diejenigen, die 96, 384 oder 1536 Mulden aufweisen. Derzeit erfordern die meisten Prozesse, die solche Mikroplatten beinhalten, den Transfer von Fluiden oder Materialien zu bzw. von den einzelnen Mulden. Falls diese Prozesse vermieden werden können, können mehrere Schritte bei jeglicher Analyse oder bei jeglichem Prozeß weggelassen werden, wodurch Zeit gespart wird, die mechanische Komplexität verringert wird, Fluidvolumen verringert werden und die notwendigen Mengen seltener bzw. teurer Reagenzien, die oft bei mikrofluidischen Prozessen verwendet werden, verringert werden.
  • Seit kurzem sind Fachkräfte auf dem Gebiet der Mikrofluidik in der Lage, nicht nur die erforderlichen Fluidvolumen bei verschiedenen Analysearten zu verringern, sondern auch zunehmend komplexe Prozesse auszuführen, wobei die Arten von Anwendungen, bei denen mikrofluidische Systeme verwendet werden können, beträchtlich zugenommen haben. Bei analytischen Geräten führen kleinere Abmessungen allgemein zu verbesserten Leistungscharakteristika und führen gleichzeitig zu verringerten Produktions- und Analysekosten. Beispielsweise liefern miniaturisierte Trennungssysteme einen effektiveren Systementwurf, führen zu geringeren Gemeinkosten und ermöglichen eine erhöhte Analysegeschwindigkeit, einen verringerten Verbrauch von Proben und Lösungsmitteln und liefern das Potential für eine erhöhte Erfassungseffizienz.
  • Dementsprechend wurden mehrere Lösungsansätze in Verbindung mit einer Miniaturisierung von Elementen zur Verwendung in der chemischen Analyse entwickelt, insbesondere bei der Massenspektroskopie, Mikrosäulenflüssigchromatographie (μlC) entwickelt, bei denen Säulen mit Durchmessern von 100 bis 200 Mikrometern verwendet werden, bei der Kapillarelektrophorese (CE – capillary electrophoresis), bei der eine elektrophoretische Trennung in Kapillaren der Größenordnung von 25 bis 100 Mikrometern Durchmesser durchgeführt wird, und bei der Mikrokanalelektrophorese (MCE – microchannel electrophoresis), bei der eine Elektrophorese in einem Mikrokanal auf einem im wesentlichen planaren Substrat durchgeführt wird. Der herkömmliche Lösungsansatz in der Miniaturisierungstechnologie, wie er bei CE und μlC angewandt wird, beinhaltet die Verwendung eines siliziumhaltigen Materials, d. h. einer Kapillare, die aus geschmolzenem Siliziumdioxid, Quarz oder Glas hergestellt ist. Bei der MCE, einem attraktiven Verfahren, das im Zusammenhang mit Anwendungen eines hohen Durchsatzes nützlich ist und im Vergleich zur CE eine Verringerung der Gesamtsystemgröße ermöglicht, werden miniaturisierte Elemente durch eine Mikrobearbeitung von Silizium oder durch lithographische Techniken, z. B. Mikrolithographie, Formen und Ätzen, hergestellt. Siehe beispielsweise Fan u. a. (1994) Anal. Chem. 66(1):177-184; Manz u. a. (1993) Adv. in Chrom. 33:1-66; Harrison u. a. (1993), Sens. Actuators, B B10(2):107-116; Manz u. a. (1991), Trends Anal. Chem. 10(5):144-149; und Manz u. a. (1990) Sensors and Actuators B (Chemica1) B1(1-6):249-255.
  • Die Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken zum Herstellen von miniaturisierten Trennungssystemen in Silizium liefert den praktischen Vorteil, daß eine Massenproduktion dieser Systeme ermöglicht wird, und es gibt eine Anzahl von Techniken, die nun durch die Mikroelektronikindustrie zum Herstellen von Mikrostrukturen aus Siliziumsubstraten entwickelt wurden. Beispiele derartiger Mikrobearbeitungstechniken zum Herstellen miniaturisierter Trennungselmente auf Silizium- oder Borsilikatglaschips sind in der US 5,194,133 , der US 5,132,012 der US 4,908,112 und der US 4,891,120 zu finden. Andere Arten von Substraten, beispielsweise diejenigen, die aus polymeren oder keramischen Materialien zusammengesetzt sind, bieten sich ebenfalls für eine Herstellung außergewöhnlich kleiner Merkmale an.
  • Aus den vorstehenden Gründen wäre es wünschenswert, ein mikroanalytisches Element zu liefern, das eine Mikroplatte mit einem mikrofluidischen System in ein einziges Element integriert, das die Vorteile beider Technologien bietet, wobei die Mikroplatte es ermöglicht, mit einer großen Anzahl von Proben in einzelnen Verarbeitungskammern zu arbeiten, und das mikrofluidische System es ermöglicht, mit der Mehrzahl von Proben verschiedene Arten von Analysen, diagnostischen Tests und Reaktionen durchzuführen, vorzugsweise parallel.
  • Die WO 00/41214 A1 beschreibt ein Elektrosprühsystem, bei dem ein elektropneumatischer Verteiler mit einer Elektrosprüh-Mikro-Einrichtung über eine Dichtung verbunden ist. Das Elektrosprühsystem umfaßt Gasflußkanäle, die in den elektropneumatischen Verteiler angeordnet sind und über Auslässe mit Löchern in der Dichtung verbunden sind. Die Löcher sind ferner mit Mulden in der Mikro-Einrichtung verbunden, die ihrerseits eine Verbindung zu Kanälen aufweisen, die in der Elektrosprüh-Mikro-Vorrichtung angeordnet sind. An den Enden der Kanäle sind Elektrosprühspitzen vorgesehen, um ein Elektrosprühen eines durch die Kanäle geleiteten Gases zu ermöglichen.
  • Die WO 01/53819 A1 beschreibt ein Elektrosprühdüsensystem, bei dem eine durch Ausnehmungen gebildete Region Düsen aufweist, die zum Durchführen eines Elektrosprühens vorgesehen sind. Die Düsen sind mit einem Array von Kanälen verbunden, die auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats angeordnet ist. Das Substrat wird über eine Dichtung mit einer Probe verbunden, um ein Fluid über die Kanäle zu den Elektrosprühdüsen zu leiten und durch dieselben zu versprühen.
  • Die WO 97/04297 A1 beschreibt ein Fluidhandhabungssystem, das in einem mikro-hergestellten Chip angeordnet ist. Das Fluidhandhabungssystem umfaßt eine Vielzahl von Kanälen, die mit einer Mehrzahl von Mulden verbunden sind, um in die Kanäle verschiedene Lösungen einzubringen. Jeder der Kanäle ist ferner mit Ausgangstoren verbunden, die als Elektrosprühtore dienen, um eine eingebrachte Lösung zu versprühen.
  • Die WO 99/50667 A1 zeigt ein Elektrosprühgerät, das mehrere Elektrosprühnadeln aufweist, die auf einer Platte befestigt sind. Zum Durchführen eines Sprühvorgangs wird ein Probenstrom mittels einer Pumpe in Säulen geleitet, die mit den Elektrosprühnadeln verbunden sind.
  • Die US 5,877,580 offenbart einen mikromechanisch gefertigten Jetverteiler, der ein Siliziumbauelement aufweist, das mit einem Glassubstrat verbunden ist. In dem Silizium bauelement sind Füllmulden gebildet, die über Durchgänge mit Kanälen verbunden sind, die ihrerseits mit Treibermulden verbunden sind. Die Treibermulde umfasst an einer oberen Oberfläche des Siliziumbauelements eine Membran, an der piezo-elektrische Treiber gebildet sind, um Ultraschallwellen zu erzeugen, die ein Bewegen der Proben durch die Durchgänge bewirkt. Die Treibermulden sind mit einem Ausgang oder einer Düse verbunden, an der Tröpfchen der Proben austreten können.
  • Die WO 00/18256 A1 beschreibt eine Elektrospray-Schnittstelle bei der eine flüssige Probe von einer Quelle, z.B. einem Chromatographen, an einem Ende eines zentralen Kanals zu einer Elektrospray-Röhre zugeführt wird, die eine Sprayionisation bewirkt. Entlang des zentralen Kanals sind mehrere Mischerstrukturen angeordnet.
  • In „Analytical Chemistry, Vol. 73, 2001, Seite 1080-1083" wird ein Analysesystem beschrieben, bei dem offene Kanäle mit einem Elektrosprühausgang verbunden sind. Die Kanäle sind jeweils mit einer Probemulde verbunden, in die eine Probenlösung eingebracht wird.
  • In „Analytical Chemistry, Vol. 72, 2000, Seite 3302-3310" wird die Herstellung einer Mehrkanalvorrichtung beschrieben, die ein Array von Elektrodensprühspitzen aufweist.
  • In „Trends in Analytical Chemistry, Vol. 19, 2000, Seiten 379-388" wird eine Mikrofluidvorrichtung beschrieben, die Kanäle aufweist, die mit einer Elektrosprühöffnung verbunden sind, um zu analysierenden Proben auszustoßen.
    •
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes mikroanalytisches Element zu schaffen, daß ein paralleles Verarbeiten winziger Fluidmengen ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein mikroanalytisches Element gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die integrierte Mikrofluidikeinrichtung kann durch das Verbinden eines mikrofluidischen Gehäuses, das eine erste und eine zweite im wesentlichen planare Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen, mit einer Mehrzahl von Hohlräumen und Mikrokanälen, die in der ersten im wesentlichen planaren gegenüberliegenden Oberfläche gebildet sind, wobei sich jeder Hohlraum in Fluidkommunikation mit sowohl (i) einem in Flußrichtung vorgelagerten Mikrokanal, der sich wiederum in Fluidkommunikation mit einem zugeordneten Einlaßtor befindet, als auch (ii) einem in Flußrichtung nachgelagerten Mikrokanal, der sich in Fluidkommunikation mit einem zugeordneten Auslaßtor befindet, das sich wiederum in Fluidkommunikation mit einem zugeordneten Elektrosprayemitter befindet, befindet, mit einer Abdeckplatte, die an der ersten im wesentlichen planaren Oberfläche befestigt ist, gebildet sein. Eine Anordnung der Abdeckplatte über der ersten im wesentlichen planaren Oberfläche definiert eine Mehrzahl von unabhängigen, parallelen Probenverarbeitungsabteilungen, wobei die abgedeckten Hohlräume in der Regel Prozeßzonen oder Reaktionskammern darstellen und die abgedeckten Mikrokanäle als Mikrosäulen dienen, durch die ein Fluid strömen kann. Jede Probenverarbeitungsabteilung erstreckt sich von einem zugeordneten Einlaßtor zu einem entsprechenden Auslaßtor durch das Element. Jedes Auslaßtor befindet sich wiederum in Fluidkommunikation mit einem Elektrosprayemitter, d. h. einer Massenspektroskopiespitze oder -düse. Jede Mulde in der Muldenplatte befindet sich in Fluidkommunikation mit einem der zugeordneten Einlaßtore oder ist zu einer derartigen Fluidkommunikation fähig, z. B. falls das mikrofluidische Gehäuse und die Abdeckplatte in bezug aufeinander ordnungsgemäß ausgerichtet sind oder neu ausgerichtet werden. Dabei ist der in Flußrichtung vorgelagerte Mikrokanal über einen spiralförmigen Mikrokanal mit dem zugeordneten Einlaßtor in Fluidkommunikation.
  • Die Muldenplatte kann mit dem mikrofluidischen Gehäuse oder der Abdeckplatte integriert sein, und jede Mulde in der Muldenplatte ist zu einer Fluidkommunikation mit einem Einlaßtor einer Probenverarbeitungsabteilung fähig. Die unabhängigen parallelen Probenverarbeitungsabteilungen sind jeweils in der Lage, eine Probe aufzunehmen und zu verarbeiten, so daß das Element in der Lage ist, eine Mehrzahl von Proben auf parallele Weise zu verarbeiten.
  • Wie oben erörtert wurde, besteht das Element allgemein aus einem mikrofluidischen Gehäuse, das eine erste und eine zweite im wesentlichen planare Oberfläche, die sich gegenüberliegen, und eine Mehrzahl von Hohlräumen und Mikrokanälen, die in der ersten Oberfläche gebildet sind, die in der Regel, aber nicht unweigerlich, als die obere Oberfläche dient, wenn sich das Element in Gebrauch befindet, aufweist. Jeder Hohlraum befindet sich in Fluidkommunikation sowohl mit einem in Flußrichtung vorgelagerten Mikrokanal, der sich wiederum in Fluidkommunikation mit einem zugeordneten Einlaßtor befindet, und mit einem in Flußrichtung nachgelagerten Mikrokanal, der sich ebenfalls in Fluidkommunikation mit einem zugeordneten Auslaßtor befindet. Dann ist eine Abdeckplatte über der ersten Oberfläche angeordnet, wodurch die Mehrzahl von unabhängigen, parallelen Probenverarbeitungsabteilungen definiert ist, wobei die abgedeckten Hohlräume in der Regel Prozeßzonen oder Reaktionskammern darstellen und die abgedeckten Mikrokanäle als Mikrosäulen dienen, durch die ein Fluid strömen kann.
  • Das Element besteht vorzugsweise aus einem Material, das thermisch und chemisch stabil und bewuchsresistent ist. Bevorzugte Materialien sind diejenigen, die eine verringerte Adsorption von gelösten Stoffen, z. B. von Biomolekülen wie beispielsweise Proteinen, Nukleinsäuren usw. aufweisen und modifiziert, beschichtet oder auf andere Weise behandelt werden können, um einen elektroosmotischen Fluß zu optimieren. Im Gegensatz zu bekannten mikroanalytischen Systemen sind die vorliegenden Elemente in Verbindung mit einer großen Vielfalt von Prozessen nützlich, die nicht nur Massenspektrometrie, elektrophoretische, chromatographische und elektrochromatographische Trennungen, sondern auch andere chemische und biochemische Prozesse umfassen, die hohe Temperaturen, extreme pH-Werte, scharfe Reagenzien oder dergleichen beinhalten können. Derartige Prozesse umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Screening und Diagnostik (unter Verwendung z. B. von Hybridisierung oder anderen Bindungsmitteln) und chemische und biochemische Synthese (z. B. DNA-Amplifikation, wie sie unter Verwendung von PCR durchgeführt werden kann).
  • Ein Bevorzugtes Ausführungsbeispiel des mikroanalytischen Elements wird nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines mikroanalytischen Elements; und
  • 2 eine Draufsicht auf das Einlaßtor mit spiralförmigem Mikrokanal.
  • Ein Ausführungsbeispiel des mikroanalytischen Elements 91 ist in 1 dargestellt, das ein Muldenplattengehäuse 93, ein mikrofluidisches Gehäuse 95 und eine damit ausgerichtete Abgeckplatte 97 aufweist. Das Muldenplattengehäuse 93 enthält eine Mehrzahl von einzelnen Mulden 99a, 99b, 99c und 99d. Über der oberen Oberfläche 101 des Muldenplattengehäuses 93 ist das mikrofluidische Gehäuse 95 positioniert. Das mikrofluidische Gehäuse 95 ist mit einer im wesentlichen planaren oberen Oberfläche 103 versehen, die Prozeßzonen 105a, 105b, 105c und 105d, die wiederum die Form flacher Hohlräume aufweisen, enthält.
  • In Flußrichtung vorgelagerte Mikrokanäle 107a, 107b, 107c und 107d in der im wesentlichen planaren Qberfläche 101 befinden sich in Fluidkommunikation mit Einlaßtoren 117a, 117b, 117c und 117d und der nachgelagerten Region von Prozeßzonen 105a, 105b, 105c und 105d, während sich nachgelagerte Mikrokanäle 109a, 109b, 109c und 109d in Fluidkommunikation mit den nachgelagerten Regionen von Prozeßzonen 105a, 105b, 105c und 105d befinden und in Elektrosprayemittern 123a, 123b, 123c und 123d enden. Die Abdecksplatte 97 ist über dem mikrofluidischen Gehäuse 95 angeordnet gezeigt, wobei ihre Unterseite 111 der im wesentlichen planaren oberen Oberfläche 103 des mikrofluidischen Gehäuses 95 zugewandt ist. Vor Gebrauch des Elements ist die Abdecksplatte ist mit der im wesentlichen planaren oberen Oberfläche 103 des mikrofluidischen Gehäuses 95 ausgerichtet und an derselben plaziert, während die Unterseite 113 des mikrofluidischen Gehäuses 95 mit der oberen Oberfläche 101 des Muldenplattengehäuses 93 ausgerichtet und an derselben plaziert ist.
  • Die Einlaßtore 117a, 117b, 117c und 117d sind 2 allgemein als 115 gezeigt.
  • Die Einlaßtore bestehen aus erweiterbaren spiralförmigen Kapillaren, die durch die Verbindung der Abdecksplatte 97 und des mikrofluidischen Gehäuses 95 gebildet sind, wie in 1 gezeigt ist. Spiralförmige Mikrokanäle, die sich in Fluidkommunikation mit den vorgelagerten Mikrokanälen befinden, in 1 allgemein als 107 gezeigt, die sich in der im wesentlichen planaren oberen Oberfläche des mikrofluidischen Gehäuses befinden, enden an Kapillarenöffnungen, allgemein als 117 gezeigt. Eine Ausrichtung und Plazierung der oberen Platte 97 auf das bzw. an dem mikrofluidischen Gehäuse 95 führt zu umschlossenen spiralförmigen Mikrokanälen. Eine Rillen umgebende Spirale, allgemein als 119 gezeigt, ist vollständig durch das mikrofluidische Gehäuse 95 und die obere Platte 97 geschnitten und legt jedes der Einlaßtore frei, so daß sie sich über eine äußere Kraft, beispielsweise einen Stift, in die einzelnen Mulden ausdehnen läßt. Derartige flexible, ausdehnbare spiralförmige Kapillaren sind in der EP 1 304 911 A1 beschrieben.
  • Die vorgelagerten Mikrosäulen können als Konzentrationseinrichtung verwendet werden, um die Konzentration eines bestimmten Analyten oder einer bestimmten chemischen Komponente vor einem chemischen Verarbeiten in der Reaktionskammer zu erhöhen. Unerwünschte, potentiell störende Proben- oder Reaktionskomponenten können ebenfalls unter Verwendung der vorgelagerten Mikrosäulen entfernt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können die vorgelagerten Mikrokanäle als Mikroreaktoren für vorbereitende chemische oder biochemische Prozesse vor einem chemischen Verarbeiten in den Probenbehandlungskomponenten dienen. Derartige vorbereitende Prozesse können ein Markieren, einen Proteinaufschluß und dergleichen umfassen. Die nachgelagerten Mikrosäulen können als Reinigungsmittel verwendet werden, um nach einem Abschluß des chemischen Verarbeitens unerwünschte Komponenten, nicht zur Reaktion gekommene Materialien usw. aus der Reaktionskammer zu entfernen. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, daß die nachgelagerte Mikrosäule gepackt oder ihre Innenoberfläche mit einem Material beschichtet wird, das bestimmte Typen von Komponenten aus einem Fluid oder Reaktionsgemisch entfernt.
  • Anstelle der in 1 gezeigten Anordnung kann das Muldenplattengehäuse 93 auf dem mikrofluidischen Gehäuse 95 angeordnet sein, wobei dann die obere Platte 97 nicht erforderlich ist. Alternativ können die einzelnen Mulden 99a, 99b, 99c und 99d, die Prozeßzonen 105a, 105b, 105c und 105d, die vorgelagerten Mikrokanäle 107a, 107b, 107c und 107d, die Einlaßtore 117a, 117b, 117c und 117d, die nachgelagerten Mikrokanäle 109a, 109b, 109c und 109d und die Elektrosprayemitter 123a, 123b, 123c und 123d in dem Mildenplattengehäuse 93 angeordnet sein, und die Abdecksplatte 97 ist an dem Muldenplattengehäuse 93 angeordnet.
  • Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen mikroanalytischen Element die Einlaßtore in dem mikrofluidischen Gehäuse untergebracht und die Muldenplatte sind mit dem mikro fluidischen Gehäuse integriert. Alternativ sind die Einlaßtore in der Abdeckplatte untergebracht und die Muldenplatte sind mit der Abdeckplatte integriert.
  • Die Muldenplatte umfaßt vorzugsweise zumindest 96 Mulden.
  • Die Elektrosprayemitter sind vorzugsweise aus demselben Material wie das mikrofluidische Gehäuse gebildet.
  • Das mikroanalytisches Element ist vorzugsweise aus einem polymeren Material gebildet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimiden, Polycarbonaten, Polyestern, Polyamiden, Polyettern, Polyurethanen, Polyfluorkohlenstoffen, Polystyrenen, Poly(acrylonitril-butadien-styren), Polymethylmethacrylat, Polyolefinen und Copolymeren derselben besteht. Vorzugsweise ist das polymere Material Polyimid oder Polyetheretherketon.
  • Die integrierte Mikrofluidikeinrichtung ist vorzugsweise behandelt, um die Wärmestabilität und die Bewuchsresistenz zu verbessern.
  • Der in Flußrichtung vorgelagerte Mikrokanal bildet vorzugsweise in Kombination mit der Abdeckplatte eine vorgelagerte Mikrosäule, und der in Flußrichtung nachgelagerte Mikrokanal bildet in Kombination mit der Abdeckplatte eine nachgelagerte Mikrosäule bildet.
  • Das mikroanalytische Element umfaßt vorzugsweise eine Bewegungseinrichtung, um ein Fluid von jeder Mulde durch die Probenverarbeitungsunterteilungen zu bewegen, wobei die Bewegungseinrichtung nicht direkt an dem mikroanalytischen Element untergebracht sein muß. Vorzugsweise umfaßt die Bewegungseinrichtung eine Einrichtung zum Anlegen eines Spannungsdifferentials oder einer Druckdifferenz.
  • Vorzugsweise ist jeder Hohlraum bemessen, um ungefähr 1 nl bis ungefähr 500 μl eines Fluids zu enthalten oder um ungefähr 100 nl bis ungefähr 10 μl eines Fluids zu enthalten.
  • Jeder Mikrokanal hat vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 1 μm bis 200 μm oder 10 μm bis 75 μm.
    •

Claims (18)

  1. Mikroanalytisches Element (91), bei dem eine Mehrzahl von chemischen und biochemischen Reaktionen parallel durchgeführt werden kann und das eine Muldenplatte, eine Mikrofluidikeinrichtung und Elektrosprayemitter (123a-d) aufweist, die jeweils in der Lage sind, einem Massenspektrometer eine Probe zu liefern, wobei die Mikrofluidikeinrichtung folgende Merkmale aufweist: (a) ein mikrofluidisches Gehäuse (95), das eine erste (103) und eine zweite im wesentlichen planare Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen, (b) eine Abdeckplatte (97), die an der ersten im wesentlichen planaren Oberfläche (103) befestigt ist, wobei das mikrofluidische Gehäuse (95) eine Mehrzahl von Hohlräumen (105a-d) und Mikrokanälen (107a-d, 109a-d) aufweist, die in der ersten Oberfläche (103) gebildet sind und durch die Abdeckplatte (97) abgedeckt sind, wobei die Abdeckplatte (97) zusammen mit den Hohlräumen (105a-d) und Mikrokanälen (107a-d, 109a-d;) eine Mehrzahl von unabhängigen, parallelen Probenverarbeitungsabteilungen definiert, wobei sich jeder Hohlraum (105a-d) in Fluidkommunikation befindet mit (i) einem in Flußrichtung vorgelagerten Mikrokanal (107a-d), der sich wiederum in Fluidkommunikation mit einem zugeordneten Einlaßtor (117a-d) befindet, und (ii) einem in Flußrichtung nachgelagerten Mikrokanal (109a-d;), der sich in Fluidkommunikation mit einem zugeordneten Auslaßtor befindet, das sich wiederum in Fluidkommunikation mit einem zugeordneten Elektrosprayemitter (123a-d) befindet, wobei die Muldenplatte entweder in dem mikrofluidischen Gehäuse (95), der Abdeckplatte (97) der einem an dem mikrofluidischen Gehäuse (95) angeordneten Muldenplattengehäuse (93) integriert ist und jede Mulde (99a-d) in der Muldenplatte zu einer Fluidkommunikation mit dem Einlaßtor (117a-d) einer Probenverarbeitungsabteilung fähig ist, und wobei die in Flußrichtung vorgelagerten Mikrokanäle (107a-d) über spiralförmige Mikrokanäle mit dem zugeordneten Einlaßtor (117a-d) in Fluidkommunikation sind.
  2. Mikroanalytisches Element nach Anspruch 1, bei dem die Einlaßtore (117a-d) in dem mikrofluidischen Gehäuse (95) untergebracht sind und die Muldenplatte in dem mikrofluidischen Gehäuse integriert ist.
  3. Mikroanalytisches Element nach Anspruch 1, bei dem die Einlaßtore in der Abdeckplatte (97) untergebracht sind und die Muldenplatte mit der Abdeckplatte (97) integriert ist.
  4. Mikroanalytisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Muldenplatte zumindest 96 Mulden (99a-d) umfaßt.
  5. Mikroanalytisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Elektrosprayemitter (123a-d) aus demselben Material wie das mikrofluidische Gehäuse (95) gebildet sind.
  6. Mikroanalytisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Element aus einem polymeren Material gebildet ist.
  7. Mikroanalytisches Element nach Anspruch 6, bei dem das polymere Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimiden, Polycarbonaten, Polyestern, Polyamiden, Polyettern, Polyurethanen, Polyfluorkohlenstoffen, Polystyrenen, Poly(acrylonitril-butadien-styren), Polymethylmethacrylat, Polyolefinen und Copolymeren derselben besteht.
  8. Mikroanalytisches Element nach Anspruch 7, bei dem das polymere Material Polyimid oder Polyetheretherketon ist.
  9. Mikroanalytisches Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die integrierte Mikrofluidikeinrichtung behandelt ist, um eine Wärmestabilität und Bewuchsresistenz zu verbessern.
  10. Mikroanalytisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die in Flußrichtung den Hohlräumen (105a-d) vorgelagerten Mikrokanäle (107a-d) in Kombination mit der Abdeckplatte (97) vorgelagerte Mikrosäulen bilden und die in Flußrichtung nachgelagerten Mikrokanäle (109a-d;) in Kombination mit der Abdeckplatte (97) nachgelagerte Mikrosäulen bilden.
  11. Mikroanalytisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner eine Bewegungseinrichtung umfaßt, um ein Fluid von jeder Mulde (99a-d) durch die Probenverarbeitungsabteilungen zu bewegen.
  12. Mikroanalytisches Element nach Anspruch 11, bei dem die Bewegungseinrichtung nicht direkt in dem mikroanalytischen Element untergebracht ist.
  13. Mikroanalytisches Element nach Anspruch 12, bei dem die Bewegungseinrichtung eine Einrichtung zum Anlegen eines Spannungsdifferentials umfaßt.
  14. Mikroanalytisches Element nach Anspruch 12, bei dem die Bewegungseinrichtung eine Einrichtung zum Anlegen einer Druckdifferenz umfaßt.
  15. Mikroanalytisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem jeder Hohlraum bemessen ist, um ungefähr 1 nl bis ungefähr 500 μl eines Fluids zu enthalten.
  16. Mikroanalytisches Element nach Anspruch 15, bei dem jeder Hohlraum bemessen ist, um ungefähr 100 nl bis ungefähr 10 μl eines Fluids zu enthalten.
  17. Mikroanalytisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem jeder Mikrokanal (107a-d, 109a-d;) einen Durchmesser von ungefähr 1 μm bis 200 μm aufweist.
  18. Mikroanalytisches Element nach Anspruch 17, bei dem jeder Mikrokanal (107a-d, 109a-d;) einen Durchmesser von ungefähr 10 μm bis 75 μm aufweist.
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