DE10320957A1 - Andockeinrichtung für ein fluidisches Mikrossystem - Google Patents

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Torsten Dr. Müller
Stefan Hummel
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Abstract

Es wird eine Andockeinrichtung (100) zur Halterung eines fluidischen Mikrosystems (10) beschrieben, die eine Grundplatte (20) und einen relativ zur Grundplatte (20) beweglichen Halterahmen (30) aufweist, mit dem das Mikrosystem (10) auf der Grundplatte (20) fixierbar ist, wobei der Halterahmen (30) zur lösbaren Aufnahme des Mikrosystems (10) eingerichtet und im Verbund mit dem Mikrosystem (10) von der Grundplatte (20) lösbar ist, und eine Klemmeinrichtung (40) vorgesehen ist, mit der das Mikrosystem (10) am Halterrahmen (30) gegen die Grundplatte (20) gedrückt werden kann. Es werden auch Verfahren zum Betrieb eines fluidischen Mikrosystems (10) unter Verwendung dieser Andockeinrichtung (100) beschrieben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Andockeinrichtung zur Halterung eines fluidischen Mikrosystems, insbesondere zur elektrischen und/oder fluidischen Ankopplung eines fluidischen Mikrosystems an eine Untersuchungseinrichtung, wie beispielsweise an einen Zellsortierer. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Ankopplung eines fluidischen Mikrosystems an eine Untersuchungseinrichtung.
  • In der Publikation "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" von T. Müller et al. ("Biosensors and Bioelectronics" Band 14, 1999, S. 247-256) wird die dielektrophoretische Manipulation, Messung und Sortierung von suspendierten, mikroskopisch kleinen Partikeln in einem fluidischen Mikrosystem beschrieben. Die Zellen werden von einem Probenreservoir in eine Trägerflüssigkeit überführt, mit dieser durch das Mikrosystem bewegt und anschließend bzw. in Abhängigkeit von einem Messergebnis in einer Probenablage aufgefangen. Das Mikrosystem ist mit einer Fluidikeinrichtung verbunden, die neben dem Probenreservoir weitere Reservoire z. B. für Spülflüssigkeiten, Pumpen, Ventile etc. enthält. Des weiteren ist das Mikrosystem mit einer Steuereinrichtung insbesondere zur Erzeugung hochfrequenter elektrischer Spannungen verbunden, mit denen Elektroden im Mikrosystem zur Erzeugung der gewünschten dielektrophoretischen Kraftwirkungen beaufschlagt werden.
  • Eine wichtige Anforderung bei der Untersuchung biologischer Zellen ist die Einhaltung steriler Betriebsbedingungen und vorzugsweise auch von GMP-Bedingungen. Beispielsweise müssen nach einer Zellsortierung die nach bestimmten Eigenschaften sortierten Zellen kontaminationsfrei für weitere Anwendungen oder Bearbeitungen vorliegen. Es ist insbesondere erforderlich, dass die sterilen Betriebsbedingungen während der gesamten Abfolge von Verfahrensschritten ununterbrochen gegeben sind.
  • Ein Nachteil bei herkömmlichen Anwendungen fluidischer Mikrosysteme besteht darin, dass die Kette steriler Betriebsbedingungen nur mit großem Aufwand aufrecht erhalten werden kann. Beispielsweise ist die Sterilität gefährdet,. wenn das Mikrosystem und ggf. die Fluidikeinrichtung nach der Befüllung in einer Laminarflowbox in eine Untersuchungseinrichtung übertragen und dort zur Ankopplung an einer Steuer- und Messeinrichtung gehaltert werden. Die bisher in der Praxis übliche Halterung basiert darauf, dass das Mikrosystem zwischen einem Leiterplattenadapter und einem Halterahmen festgeschraubt und anschließend mit der Steuereinrichtung verbunden wird.
  • Die Ankopplung des Mikrosystems an fluidische und elektrische Zusatzeinrichtungen der Untersuchungseinrichtung stellt nicht nur ein Kontaminationsrisiko, sondern auch einen relativ hohen Zeitaufwand dar, der für die schonende und schnelle Bearbeitung biologischer Zellen von Nachteil sein kann.
  • Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Anwendungen fluidischer Mikrosysteme besteht darin, dass Messplätze häufig aus zahlreichen, unübersichtlich und unhandlich verteilten Komponenten aufgebaut sind. Damit wird die Bedienung erschwert, und es können unerwünschte Störungsquellen entstehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Andockeinrichtung zur Halterung eines fluidischen Mikrosystems insbesondere in einer Untersuchungseinrichtung wie z. B. einen Zellsortierer bereitzustellen, mit der die Nachteile der herkömmli chen Techniken überwunden werden. Die Andockeinrichtung soll insbesondere eine schnelle und einfach handhabbare Ankopplung des fluidischen Mikrosystems an der Untersuchungseinrichtung ohne Unterbrechung steriler Bedingungen ermöglichen. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren zur Verwendung von fluidischen Mikrosystemen bereitzustellen, mit denen die Nachteile der herkömmlichen Techniken überwunden werden.
  • Diese Aufgaben werden durch Andockeinrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1 oder 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Vorrichtungsbezogen basiert die Erfindung auf der allgemeinen technischen Lehre, eine Andockeinrichtung mit einer Grundplatte und einem vorzugsweise relativ zu dieser beweglich ausgestalteten Halterahmen dahingehend weiterzubilden, dass der Halterahmen ein Bauteil bildet, an dem einerseits das Mikrosystem fixiert werden kann und das andererseits von der Grundplatte abtrennbar und insbesondere im Verbund mit dem Mikrosystem frei beweglich ist, und dass insbesondere eine Einrichtung zur Fixierung des Halterahmens vorgesehen ist, mit der der Verbund aus dem Halterahmen und dem Mikrosystem auf der Grundplatte positioniert werden kann. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Klemmeinrichtung.
  • Diese Merkmale ermöglichen vorteilhafterweise, dass das Mikrosystem im Verbund mit dem Halterahmen zunächst vor dem Untersuchungsverfahren unter sterilen Bedingungen vorbereitet, wie z. B. befüllt werden kann. Anschließend kann das Mikrosystem ohne Berührung mit einem Werkzeug oder einem manuellen Kontakt durch ein Positionieren des Halterahmens auf der Grundplatte und ein Fixieren durch Betätigen der Klemmein richtung reproduzierbar und positionsstabil angekoppelt werden. Die Grundplatte mit der Klemmeinrichtung sind vorzugsweise ortsfeste Teile einer Untersuchungseinrichtung wie z.B. eines Zellsortierers. Nach Betätigung der Klemmeinrichtung ist das Mikrosystem in der Untersuchungseinrichtung vorteilhafterweise passend ausgerichtet und sofort für folgende Verfahrensschritte verfügbar.
  • Die Klemmeinrichtung ermöglicht die Einstellung eines bestimmten einstell- und justierbaren Anpressdruckes des Halterahmens und des Mikrosystems gegen die Grundplatte. Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Andockeinrichtung insbesondere für optische Messungen am Mikrosystem besteht darin, dass das Mikrosystem verkippungsfrei auf der Grundplatte gehaltert wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Halterahmen mit der Fluidikeinrichtung fest verbunden ist. Hierzu ist der Halterahmen mit einem fest angebrachten Fluidikträger ausgestattet. Der Fluidikträger ist eine beispielsweise plattenförmige Halterung zur teilweisen oder vollständigen Aufnahme der Fluidikeinrichtung, die beispielsweise Spritzen, Reservoire, Pumpen, Injektoren, Ventile, Schläuche und dgl. zur fluidischen Versorgung und Steuerung des Mikrosystems enthält. Die Fluidikeinrichtung kann auf dem Fluidikträger fixiert oder ganz oder teilweise reversibel austauschbar angebracht sein. Die feste Verbindung des Fludikträgers mit dem Halterahmen vereinfacht die fluidische Ankopplung des Mikrosystem. Besondere Vorteile können sich ergeben, wenn die Fluidikeinrichtung ganz oder teilweise fest auf dem Fluidikträger angeordnet ist. In diesem Fall bilden der Halterahmen und der Fluiddikträger einen Verbund, der komplett von der Grundplatte lösbar ist. Diese Variante stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Un tersuchungseinrichtungen dar, da die Fluidikeinrichtung und das Mikrosystem komplett unter sterilen Bedingungen, z. B. in einer Laminarflowbox befüllt und vorbereitet werden können, bevor sie als eigenständiges Modul in die Untersuchungseinrichtung eingesetzt werden. Nach Betätigung der Klemmeinrichtung sind der Fluidikträger mit der Fluidikeinrichtung und das Mikrosystem auf der Grundplatte positioniert und die gewünschte Untersuchung kann unmittelbar beginnen.
  • Ein besonderer Vorteil der Verbindung des Halterahmens mit dem Fluidikträger besteht darin, dass ein kompakter Aufbau mit kurzen Abständen zwischen der Fluidikeinrichtung und dem Mikrosystem geschaffen wird. Es können relativ kurze Fluidikleitungen zwischen der Fluidikeinrichtung und dem Mikrosystem verwendet werden, so dass die Gefahr eines unerwünschten Eintrags mechanischer Schwingungen verringert wird. Der Verbund aus Fluidikeinrichtung und Mikrosystem bildet ein komplettes, abgeschlossenes und tragbares Modul.
  • Einen wichtigen Vorteil stellt auch die Flexibilität der Anwendung der Andockeinrichtung dar. Der Verbund aus dem Fluidikträger mit der Fluidikeinrichtung und dem Halterahmen ist nicht nur zur Ankopplung des unten beschriebenen Sortier-Systems angepasst, sondern auch für andere Mikrosysteme mit anderen Aufgaben adaptiert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmeinrichtung eine Klemmplatte, die mit mindestens einer Zugfeder auf der Grundplatte befestigt ist, und einen Excenterhebel umfasst, mit dem die Klemmplatte gegen die Wirkung der mindestens einen Zugfeder von der Grundplatte angehoben werden kann. Mit diesem Aufbau kann vorteilhafterweise eine große Haltekraft erzielt werden, wenn der Halterahmen und/oder der Fluidikträger zwischen der Klemmplatte und der Grundplatte fixiert sind. Die Klemmplatte erfüllt vorzugsweise auch die Funktion einer seitlichen Führung, so dass die Ausrichtung des Halterahmens und/oder des Fluidikträgers auf der Grundplatte erleichtert wird.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung weist die Klemmeinrichtung ferner einen Anschlag zur kompletten, sicheren und schnellen Justierung des Halterahmens und/oder des Fluidikträgers relativ zur Grundplatte auf.
  • Wenn gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, die zwischen dem Halterahmen und der Grundplatte eine Vorspannkraft erzeugt, kann dies Vorteile für das Einsetzen und die Entnahme des Halterahmens besitzen. Gemäß einer Variante der Erfindung sind der Halterahmen und ggf. der Fluidikträger beispielsweise relativ zur Grundplatte verschwenkbar angeordnet, so dass bei Freigabe der Spanneinrichtung der Halterahmen und der Fluidikträger unter der Wirkung der Vorspannkraft eine Bewegung ausführen und damit den Halterahmen oder den Verbund aus Halterahmen und Fluidikträger zum vereinfachten Zugriff freigibt.
  • Besondere Vorteile ergeben sich, wenn auf der Oberfläche der Grundplatte elektrische Anschlusskontakte vorgesehen sind, über die das fluidische Mikrosystem elektrisch mit einer Steuer- und/oder Messeinrichtung (einschließlich einer Spannungsversorgung) verbunden werden kann. In diesem Fall kann der Halterahmen mit der Klemmeinrichtung so gegen die Grundseite gedrückt werden, dass Elektrodenkontakte des fluidischen Mikrosystems mit den elektrischen Anschlusskontakten der Grundplatte verbunden werden.
  • Die Verbindung zwischen den Elektrodenkontakten des Mikrosystems und den Anschlusskontakten der Grundplatte kann durch an sich bekannte Stecker-Buchsen-Kombinationen gebildet werden. Besondere Vorteile für eine schnelle Ankopplung des Mikrosystems ergeben sich jedoch, wenn auf den Anschlusskontakten der Grundplatte eine Kontaktschicht mit elektrisch leitfähigen Kontaktbereichen gebildet ist, die die gewünschten elektrischen Verbindungen herstellen. Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung, bei der die Kontaktschicht ein elastisches Kunststoffmaterial umfasst, in dem die elektrisch leitfähigen Kontaktbereiche gebildet sind. Vorteilhafterweise wird bei Betätigung der Klemmeinrichtung das elastische Kunststoffmaterial zusammengedrückt, so dass ein sicherer elektrischer Kontakt ohne eine mechanische Gefährdung des Mikrosystems erreicht wird.
  • Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Halterahmen mit mindestens einer Nut oder mindestens einer Haltefeder ausgestattet ist, können sich Vorteile für eine schnelle und stabile Fixierung des Mikrosystems am Halterahmen ergeben. Die Fixierung kann vorteilhafterweise reproduzierbar und reversibel ohne Zusatzwerkzeug ausgeführt werden. Die mindestens eine Nut oder Haltefeder ermöglicht einen gleichmäßigen Kraftübertrag vom Halterahmen auf das Mikrosystem, so dass Verspannungen des Mikrosystems vermieden werden.
  • Die Erfindung ist allgemein entsprechend den bekannten Aufgaben fluidischer Mikrosysteme, insbesondere bei der Manipulierung, Vermessung, Prozessierung oder Sortierung biologischer Partikel, wie z. B. von biologischen Zellen, Zellgruppen, Zellbestandteilen oder biologisch relevanten Makromolekülen anwendbar. Besonders bevorzugt ist es, wenn ein Zellsortierer, der der Sortierung biologischer Zellen nach bestimmten Eigenschaften dient, mit der Andockeinrichtung kombiniert wird. Alternative Anwendungen sind insbesondere bei ausschließlich elektrisch oder ausschließlich fluidisch gesteuerten Mikrosystemen möglich, wobei dann ggf. auf die jeweilige Kopplung mit dem Fluidikträger oder mit den elektrischen Kontakten verzichtet werden kann. In elektrisch gesteuerten Mikrosystemen werden beispielsweise Manipulationen unter der Wirkung von Elektroosmose oder von magnetischen Feldern bereitgestellt. In fluidisch gesteuerten Mikrosystemen hingegen werden beispielsweise Zellen in Strömungen mit Ventilen und Pumpen hydrodynamisch manipuliert.
  • Verfahrensbezogen wird die oben genannte Aufgabe der Erfindung dahingehend gelöst, dass ein fluidisches Mikrosystem mittels der erfindungsgemäßen Andockeinrichtung mit einer Untersuchungseinrichtung, wie z. B. einem Zellsortierer verbunden wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zunächst das Mikrosystem unter sterilen Bedingungen vorbereitet und insbesondere befüllt und dann mit der Andockeinrichtung an die Untersuchungseinrichtung angekopelt wird. Besonders vorteilhaft für die Einhaltung einer geschlossenen Sterilitätskette ist es, wenn die Vorbereitung des Mikrosystems im Verbund mit einer angeschlossenen Fluidikeinrichtung unter sterilen Bedingungen erfolgt.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1: eine schematische Schnittansicht wesentlicher Teile einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Andockeinrichtung,
  • 2 und 3: schematische Perspektivansichten einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Andockeinrichtung,
  • 4: eine Perspektivansicht eines Zellsortierers, der mit einer Andockeinrichtung gemäß den 2 und 3 ausgestattet ist, und
  • 5: eine Übersichtsdarstellung von im Zellsortierer gemäß 4 vorgesehenen Komponenten.
  • Die schematische, vergrößerte Schnittdarstellung in 1 illustriert eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Andockeinrichtung 100, bei der das Mikrosystem 10 im Verbund mit dem Halterahmen 30 mit der Klemmeinrichtung 40 auf der Grundplatte 20 positioniert ist. Die entsprechenden Komponenten sind mit weiteren Einzelheiten auch in der Illustration einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in den 2 und 3 gezeigt. Es wird betont, dass insbesondere die in den 1 bis 3 gezeigten Einzelheiten bei beiden Ausführungsformen erfindungsgemäßer Andockeinrichtungen vorgesehen sein können.
  • Die ausschnittsweise gezeigte Grundplatte 20 ist ortsfest mit der jeweiligen Untersuchungseinrichtung verbunden, an die das Mikrosystem 10 angekoppelt werden soll. Es ist beispielsweise ein Untersuchungstisch vorgesehen, dessen Platte die Grundplatte 20 bildet. In der Grundplatte 20 ist ein Fenster 23 vorgesehen, das optische Messungen oder Manipulierungen im Mikrosystem 10 ermöglicht. Die Grundplatte 20 besitzt ferner Anschlusskontakte 21, die in die Grundplatte 20 integriert oder als Leiterplattenadapter auf der Oberfläche der Grundplatte 20 befestigt sind. Die Anschlusskontakte sind elektrisch mit einer schematisch gezeigten Steuer- und/oder Messeinrichtung 210 verbunden, die ein Teil der Untersuchungseinrichtung ist.
  • Der Halterahmen 30 ist ein plattenförmiges, stabiles Bauteil, das lösbar an der Grundplatte 20 verankert ist. Die Verankerung erfolgt beispielsweise direkt an der Grundplatte 20 oder indirekt über die Klemmeinrichtung 40. Der Halterahmen 30 weist ein Fenster 32 auf, das den optischen Messungen oder Manipulierungen im Mikrosystem 10 dient. Auf der Unterseite des Halterahmens 30 sind parallel zum Rand des Fensters 32 Nuten 31 vorgesehen, die eine Aufnahme für das Mikrosystem 10 bilden. Alternativ können anstelle der Nuten 31 Haltefedern zur Aufnahme des Mikrosystems vorgesehen sein.
  • Das Mikrosystem 10 ist aufgebaut, wie es an sich aus der fluidischen Mikrosystemtechnik bekannt ist. Es enthält insbesondere einen Sortierchip 1 (gestrichelt eingezeichnet), der beispielsweise aufgebaut ist, wie es in der oben genannten Publikation von T. Müller et al. beschrieben ist. In Bezug auf Einzelheiten und die Funktionsweise des Sortierchips 1 wird auf die Erläuterung von 5 (siehe unten) und die genannte Publikation verwiesen.
  • Auf der Oberseite des Mikrosystems 10 sind bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung zwei Halteschienen 11 vorgesehen, die mit den Nuten 31 des Halterrahmens 30 zusammenwirken. Falls die Aufnahme des Mikrosystems mit Haltefedern erfolgt, sind die Halteschienen 11 nicht erforderlich. In diesem Fall werden passende Teile des Mikrosystems, wie zum Beispiel seitliche Ausleger am Sortierchip hinter die Haltefedern geklemmt.
  • Auf der Unterseite des Mikrosystems 10 befinden sich Elektrodenkontakte 12 zum elektrischen Anschluss der Elektroden im Sortierchip 1. Die Elektrodenkontakte 12 sind in den Körper des Mikrosystems 10 integriert oder auf einer Leiterplatte gebildet, die mit dem Sortierchip 1 verbunden ist.
  • Mit der Klemmeinrichtung 40 kann der Halterahmen 30 mit dem Mikrosystem 10 gegen die Grundplatte 20 gedrückt werden, so dass das Mikrosystem 10 zwischen dem Halterahmen 30 und der Grundplatte 20 ortsfest festgeklemmt und fixiert wird. In diesem Zustand erfolgt vorteilhafterweise die elektrische Kontaktierung des Sortierchips über die Elektrodenkontakte 12 und die Anschlusskontakte 21. Die ortsfest mit der Grundplatte verbundene Klemmeinrichtung 40 kann durch jeden geeigneten Klemmmechanismus gebildet werden. Bevorzugt ist jedoch, wenn die Klemmeinrichtung 40 eine Klemmplatte, die über Zugfedern mit der Grundplatte 20 verbunden ist, und einen Excenterhebel aufweist, mit dem die Klemmplatte zur Aufnahme eines Randes des Halterahmens angehoben werden kann (siehe 2, 3).
  • Die fakultativ vorgesehene Spanneinrichtung 50 ist dazu eingerichtet, dass das Andrücken des Halterahmens 30 gegen die Grundplatte 20 gegen eine zusätzliche Vorspannkraft erfolgt. Die Spanneinrichtung 50 umfasst bspw. einen Federmechanismus, der bei Freigabe der Klemmeinrichtung 40 ein Anheben des Halterahmens 30 von der Grundplatte 20 bewirkt und damit eine Entnahme des Halterahmens 30 mit dem Mikrosystem 10 erleichtert.
  • Auf der Grundplatte 20 ist über den elektrischen Anschlusskontakten 21 eine Kontaktschicht 24 vorgesehen, die elektrisch leitfähige Kontaktbereiche enthält. Über die elektrisch leitfähigen Kontaktbereiche werden die einzelnen An schlusskontakte 21 mit den Elektrodenkontakten 12 verbunden. Die Kontaktschicht 24 besteht aus einem elastischem Kunststoffmaterial, wie z.B. Silikongummi, in dem als elektrische Leiter Metallfilamente z.B. aus Gold eingebettet sind. Die Kontaktschicht 24 bildet vorteilhafterweise eine elastische Auflage für eine spannungsfreie Fixierung des Mikrosystems 10 auf der Grundplatte 20.
  • Alternativ sind auf der Grundplatte 20 über den elektrischen Anschlusskontakten 21 für den elektrisch Anschluss des Mikrosystems Kontaktfedern vorgesehen.
  • Die Steuer- und/oder Messeinrichtung 210 umfasst die an sich bekannten Komponenten, die zur elektrischen Steuerung des Sortierchips 1 und/oder für Messungen im Sortierchip 1 erforderlich sind, wie z. B. ein Generator zur Bereitstellung der Steuerspannungen, eine Impedanzmesseinrichtung und/oder eine Messeinrichtung, die mit einem Sensor (z. B. Temperatur- oder pH-Sensor) im Sortierchip 1 verbunden ist. Die Steuer- und/oder Messeinrichtung 210 kann ferner mit einer optischen Messeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden werden.
  • In den 2 und 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Andockeinrichtung illustriert, die wegen des praktikablen Modulaufbaus aus den Teilen Halterahmen 30 (mit dem Mikrosystem 10) und Fluidikträger 70 (mit der Fluidikeinrichtung 71) besonders vorteilhaft ist.
  • 2 zeigt die Grundplatte 20 als Teil eines Untersuchungstisches in der Untersuchungseinrichtung. Der Halterahmen 30 ist über einen seitlichen Ausleger 72 mit dem plattenförmigen Fluidikträger 70 fest verbunden. Die Klemmeinrichtung 40 umfasst eine als Klemmplatte wirkende Führung 42, die unter der Wirkung einer Zugfeder (nicht dargestellt) gegen die Grundplatte 20 gezogen wird. In diesem Fall ist keine Spanneinrichtung vorgesehen. Mit einem manuell betätigbaren Excenterhebel 41 kann die Führung 42 von der Grundplatte 20 abgehoben werden, so dass ein ausreichend breiter Spalt zum Einklemmen des Randes des Fluidikträgers 70 gebildet wird.
  • Auf einer Seite der Grundplatte 20 ist ferner ein Anschlag 43 vorgesehen. Durch die Zusammenwirkung des Anschlags 43 mit der Führung 42 kann der Fluidikträger 70 mit dem Halterahmen und dem Mikrosystem vorteilhafterweise präzise auf der Grundplatte 20 ausgerichtet werden.
  • 2 zeigt den Halterahmen 30 und den Fluidikträger 70 aus Übersichtlichkeitsgründen ohne das Mikrosystem und ohne die Fluidikeinrichtung. Im dargestellten Zustand ist der Hebel 41 eingestellt, dass die Führung 42 zur Ebene der Grundplatte 20 gezogen wird. Entsprechend sind der Halterahmen 30 und der Fluidikträger 70 an die Grundplatte 20 festgeklemmt. Wenn der Hebel 41 umgelegt wird, so wird der durch die Führung 42 gebildete Spalt vergrößert, so dass der Halterahmen 30 und der Fluidikträger 70 nach oben von der Grundplatte 20 abgenommen werden können. In diesem Zustand kann der Verbund aus beiden Teilen bspw. durch Ziehen am Griff 73 des Fluidikträgers 70 aus der Untersuchungseinrichtung gezogen werden. 3 zeigt den entsprechenden Aufbau mit dem eingesetzten Mikrosystem 10 und Teilen der Fluidikeinrichtung 71.
  • 4 illustriert die Integration der erfindungsgemäßen Andockeinrichtung 100 in einen Zellsortierer 200. Der Zellsortierer 200 ist in einem zumindest teilweise aus Kunststoff bestehenden Gehäuse untergebracht, das eine durchsichtige Abdeckung aufweist, um eine Sichtkontrolle des Betriebs des Zellsortierers zu ermöglichen. Im Gehäuse befindet sich ein Aufbau mit der erfindungsgemäßen Andockeinrichtung 100 (oder: Docking-Station), der Steuer- und/oder Messeinrichtung 210, einer optischen Messeinrichtung 220 und einer Probenablageeinrichtung 230. Die optische Messeinrichtung 220 umfasst insbesondere eine Durchleuchtungseinrichtung 221 für Durchlichtuntersuchungen, eine Optik 222, eine Kamera 223 und eine Anregungslichtquelle 224 für Fluoreszenzmessungen. Die Probenablageeinrichtung 230 enthält in einem Inkubator 231 als Probenablage eine Mikrotiterplatte.
  • Die Andockeinrichtung 100 mit dem Mikrosystem 10 und der Fluidikeinrichtung 71 umfassen die in 5 gezeigten Komponenten.
  • Das Mikrosystem 10 enthält den Sortierchip 1 mit mehreren Anschlüsse 2 bis 6 zur fluidischen Kontaktierung. Die fluidische Kontaktierung des Sortierchips 1 wird beispielsweise in PCT/EP03/03092 beschrieben, deren Inhalt der vorliegenden Beschreibung zuzurechnen ist. Der Anschluss 2 des Sortierchips 1 dient der Aufnahme eines Trägerstroms mit den zu sortierenden biologischen Zellen, während der Anschluss 3 des Sortierchips 1 zur Abführung von ausselektierten Zellen dient, die auf dem Sortierchip 1 nicht weiter untersucht werden. Die ausselektierten Zellen können von einer Saugspritze 7 am Anschluss 3 aufgefangen werden. Der Anschluss 5 des Sortierchips 1 dient dagegen zur Abführung der interessierenden biologischen Zellen, die anschließend weiter verarbeitet oder untersucht werden können. Ferner dienen die Anschlüsse 4 und 6 der Zuführung eines Hüllstroms, der die Aufgabe hat, die selektierten Zellen zum Anschluss 5 zu führen. Hinsichtlich der Funktionsweise des Hüllstroms wird auf die deutsche Patentanmeldung DE 100 05 735 verwiesen.
  • Die Fluidikeinrichtung 71 umfasst die wesentlichen Komponenten zur fluidischen Steuerung und Ver- und Entsorgung des Mi krosystems 10. Die Anschlüsse 4 und 6 des Sortierchips 1 sind über zwei Hüllstromleitungen 8, ein Y-Stück und ein Vier-Wege-Ventil mit einem Druckbehälter 74 verbunden, in dem sich ein Kultivierungsmedium für den Hüllstrom oder ein sogenannter Manipulationsbuffer befindet. Der Druckbehälter 74 wird über eine Druckluftleitung unter Überdruck gesetzt, so dass das im Druckbehälter 74 befindliche Kultivierungsmedium bei einer entsprechenden Stellung des Vier-Wege-Ventils über das Y-Stück und die Hüllstromleitungen 8 zu den Anschlüssen 4, 6 des Sortierchips 1 strömt.
  • Der Anschluss 2 des Sortierchips 1 ist über eine Trägerstromleitung 9 mit einem Partikelinjektor 75 verbunden. Der Partikelinjektor 15 ist mit einem Temperatursensor und einem Temperierelement in Form eines Peltier-Elements ausgestattet. Stromaufwärts ist der Partikelinjektor 75 über ein T-Stück mit einer Trägerstromspritze 76 verbunden, die maschinell angetrieben wird und einen vorgegebenen Flüssigkeitsstrom eines Trägerstroms injiziert. Darüber hinaus ist das T-Stück stromaufwärts über ein weiteres Vier-Wege-Ventil und eine Füllstromleitung mit einem Drei-Wege-Ventil 77 verbunden. Das Drei-Wege-Ventil 77 ermöglicht eine Spülung der Hüllstromleitungen 8 sowie der Trägerstromleitung 9 vor dem eigentlichen Betrieb. Hierzu ist das Drei-Wege-Ventil 77 stromaufwärts über eine Peristaltikpumpe mit drei Drei-Wege-Ventilen verbunden, an die jeweils ein Spritzenreservoir 78 angeschlossen ist. Die Spritzenreservoire 78 dienen der Zuführung eines Füllstroms zum Spülen des gesamten Fluidiksystems vor dem eigentlichen Betrieb.
  • Schließlich weist die Fluidikeinrichtung 71 Auffangbehälter 79 für überschüssigen Hüllstrom oder für überschüssigen Füllstrom auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens das Mikrosystem 10 vorzugsweise jedoch der Verbund aus dem Mikrosystem 10 und der Fluidikeinrichtung 71 (gemäß 5) komplett aus der Untersuchungseinrichtung 200 entnommen werden können. Vor der gewünschten Untersuchung (z.B. Zellsortierung) werden die Fluidikeinrichtungen 71 und das Mikrosystem 10 unter sterilen Bedingungen in einer Laminarflowbox vorbereitet, gereinigt und befüllt. Die Leitungen an den Anschlüssen 2 bis 6 werden unter sterilen Bedingungen angekoppelt. Lediglich die Leitung am Anschluss 5, die zur Probenablageeinrichtung 230 führt, besitzt während der Vorbereitung zunächst noch ein freies Ende. Die Sterilität dieser Leitung wird durch eine Folienabdeckung sichergestellt, die erst nach Komplettierung der Untersuchungseinrichtung 200 mit der eingesetzten Andockeinrichtung 100 und Ausrichtung der Leitung in der Probenablageneinrichtung 230 entfernt wird. Nach der Vorbereitung des Gesamtmoduls werden der Fluidikträger und der Halterahmen im Verbund in die Untersuchungseinrichtung 200 eingesetzt. Es werden lediglich noch Anschlüsse vorgenommen, die für die Sterilität unkritisch sind, bspw. der Ansatz der Druckluftleitung im Druckbehälter 74 oder ein elektrischer Anschluss der Fluidikeinrichtung. Anschließend kann die gewünschte Untersuchung unmittelbar beginnen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims (16)

  1. Andockeinrichtung (100) zur Halterung eines fluidischen Mikrosystems (10), mit: – einer Grundplatte (20), und – einem vorzugsweise relativ zur Grundplatte (20) beweglich ausgestalteten Halterahmen (30), mit dem das Mikrosystem (10) auf der Grundplatte (20) fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Halterahmen (30) zur lösbaren Aufnahme des Mikrosystems (10) eingerichtet und im Verbund mit dem Mikrosystem (10) von der Grundplatte (20) lösbar ist, wobei – eine Einrichtung (40) zur Fixierung des Halterahmens, insbesondere eine Klemmeinrichtung, vorgesehen ist, mit der das Mikrosystem (10) am Halterahmen (30) gegen die Grundplatte (20) gedrückt werden kann.
  2. Andockeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterahmen (30) fest mit einem Fluidikträger (70) verbunden ist und der Verbund aus Halterahmen (30) und Fluidikträger (70) von der Grundplatte (20) lösbar ist.
  3. Andockeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Fluidikträger (70) eine Fluidikeinrichtung (71) fest oder reversibel lösbar angeordnet ist.
  4. Andockeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (40) eine Klemmplatte (42), die mit mindestens einer Zugfeder auf der Grundplatte (20) befestigt ist, und einen Excenterhebel (41) umfasst, mit dem die Klemmplatte (42) gegen die Wirkung der mindestens einen Zugfeder von der Grundplatte (20) ange hoben werden kann, wobei der Halterahmen (30) und/oder der Fluidikträger (70) zwischen der Klemmplatte (42) und der Grundplatte (20) fixierbar ist.
  5. Andockeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (40) einen Anschlag (43) zur Justierung des Halterahmens (30) und/oder des Fluidikträgers (70) relativ zur Grundplatte (20) aufweist
  6. Andockeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spanneinrichtung (50) zur Erzeugung einer elastischen Vorspannkraft vorgesehen ist, wobei der Halterahmen (30) und der Fluidikträger (70) mit der Klemmeinrichtung (40) gegen die Wirkung der Vorspannkraft gegen die Grundplatte (20) gedrückt werden können.
  7. Andockeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterahmen (30) und der Fluidikträger (70) relativ zur Grundplatte (20) beweglich angeordnet sind, wobei bei einer Freigabe der Spanneinrichtung (50) der Halterahmen (30) und der Fluidikträger (70) unter der Wirkung der Vorspannkraft von der Grundplatte (20) wegbewegt werden können.
  8. Andockeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Grundplatte (20) elektrische Anschlusskontakte (21) zum Anschluss des fluidischen Mikrosystems (10) an eine Steuer- und/oder Messeinrichtung (60) aufweist.
  9. Andockeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf den elektrischen Anschlusskontakten (21) eine Kontaktschicht (22) mit elektrisch leitfähigen Kontaktbereichen gebildet ist oder elektrisch leitfähige Kontaktfedern vorgesehen sind.
  10. Andockeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (22) ein elastisches Kunststoffmaterial umfasst, in dem die elektrisch leitfähigen Kontaktbereiche durch eingebettete elektrische Leiter gebildet sind.
  11. Andockeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterahmen (30) zur Aufnahme des Mikrosystems (10) mit mindestens einer Nut (31) oder mindestens einer Haltefeder zur Verankerung des Mikrosystems (10) ausgestattet ist.
  12. Untersuchungseinrichtung (200) mit einer Andockeinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
  13. Untersuchungseinrichtung nach Anspruch 12, die einen Zellsortierer (200) umfasst.
  14. Verfahren zum Betrieb eines fluidischen Mikrosystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass das fluidische Mikrosystem (10) mittels einer Andockeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einer Untersuchungseinrichtung (200) verbunden wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidische Mikrosystem (10) im Verbund mit dem Halterahmen (20) unter sterilen Bedingungen und/oder GMP-Bedingungen (Good Manufacturing Practice) befüllt und dann mit der Andockeinrichtung (100) an die Untersuchungseinrichtung (200) angekoppelt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidische Mikrosystem (10) und eine angeschlossene Fluidikeinrichtung (71) im Verbund mit dem Halterahmen (20) unter sterilen Bedingungen befüllt und dann mit der Andockeinrichtung an die Untersuchungseinrichtung (200) angekoppelt werden.
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