DE112015006185T5 - Mikrofluidik-Einheit mit longitudinalen und transversalen Flüssigkeitsbarrieren zur transversalen Strömungsvermischung - Google Patents

Mikrofluidik-Einheit mit longitudinalen und transversalen Flüssigkeitsbarrieren zur transversalen Strömungsvermischung Download PDF

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Abstract

Eine Mikrofluidik-Einheit (1) weist eine Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen (10) auf, welche jeweils aufweisen: einen Mikrokanalabschnitt (12) mit einer longitudinalen Flüssigkeitsbarriere (20), welche sich longitudinal darin erstreckt, wodurch sie einen ersten Bereich (121) und einen zweiten Bereich (122) in dem Mikrokanalabschnitt (12) definiert; eine oder mehrere erste Flüssigkeitspassagen (22) auf der Höhe der longitudinalen Barriere (20); einen Flüssigkeitseinlass (11), welcher so konfiguriert ist, dass er ermöglicht, dass Flüssigkeit in den ersten Bereich (121) eintritt; einen Flüssigkeitsauslass (13), welcher so konfiguriert ist, dass er ermöglicht, dass Flüssigkeit den Mikrokanalabschnitt (12) verlässt; eine transversale Flüssigkeitsbarriere (30), welche zwischen dem Mikrokanalabschnitt (12) und dem Flüssigkeitsauslass (13) eingerichtet ist, um Flüssigkeit, die von dem Flüssigkeitseinlass (11) angeströmt ist, im Betrieb in dem ersten Bereich (121) aufzuhalten; und eine oder mehrere zweite Flüssigkeitspassagen (32) auf der Höhe der transversalen Flüssigkeitsbarriere (30), wobei die Einheit ferner Flüssigkeitspumpmittel (15) aufweist, welche so konfiguriert sind, dass sie Flüssigkeit durch jeden Mikrokanalabschnitt (12) der Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen (10) ablenken, wobei die eine oder die mehreren ersten Flüssigkeitspassagen (22) so konfiguriert sind, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich (121) im Betrieb quer zu der longitudinalen Barriere (20) in den zweiten Bereich (122) strömt, und die eine oder die mehreren zweiten Flüssigkeitspassagen (32) so konfiguriert sind, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit in dem longitudinalen Bereich (12) im Betrieb über den Flüssigkeitsauslass (13) abgelassen wird. Es wird auch ein Verfahren zum Steuern von Flüssigkeit in der Mikrofluidik-Einheit (1) bereitgestellt.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Mikrofluidik und Mikrofluidik-Einheiten und insbesondere Mikrofluidik-Einheiten, welche zur Strömungsvermischung ausgelegt sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Mikrofluidik betrifft allgemein im Mikromaßstab hergestellte Einheiten, welche zum Pumpen, Probenehmen, Vermischen, Analysieren und Dosieren von Flüssigkeiten verwendet werden. Hervorstechende Eigenschaften dieser resultieren aus dem besonderen Verhalten, welches Flüssigkeiten im Mikrometer-Längenmaßstab zeigen. Die Strömung von Flüssigkeiten ist in Mikrofluidik-Einheiten typischerweise laminar. Durch die Herstellung von Strukturen mit seitlichen Abmessungen im Mikrometerbereich können Volumina erreicht werden, die deutlich unter einem Nanoliter liegen. Reaktionen, welche in großen Maßstäben (durch Diffusion von Rektionspartnern) beschränkt sind, können beschleunigt werden. Schließlich können parallele Ströme von Flüssigkeiten möglicherweise genau und reproduzierbar gesteuert werden, wodurch chemische Reaktionen und Gradienten an Flüssig/flüssig- und Flüssig/fest-Grenzflächen ermöglicht werden. Mikrofluidik-Einheiten werden dementsprechend für verschiedene Anwendungen in den Biowissenschaften verwendet.
  • Viele Mikrofluidik-Einheiten weisen Benutzerchip-Schnittstellen und geschlossene Strömungswege auf. Geschlossene Strömungswege ermöglichen den Einbau funktioneller Elemente (z. B. Heizvorrichtungen, Mischvorrichtungen, Pumpen, UV-Detektoren, Ventile usw.) in eine Einheit, wobei Probleme in Bezug auf Leckstellen und Verdampfung auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
  • Die Analyse von Flüssigkeitsproben macht oft eine Reihe von Schritten (z. B. Filtration, Lösen von Reagenzien, Erwärmen, Waschen, Lesen eines Signals usw.) erforderlich. Für tragbare diagnostische Vorrichtungen ist hierfür eine genaue Strömungssteuerung erforderlich, wobei verschiedene Pump- und Ventilprinzipien angewendet werden.
  • Für viele Anwendungen (Diagnose usw.) müssen Reagenzien in die Mikrofluidik-Chips integriert werden. Leider sind das Lösen und Mischen von Reagenzien innerhalb von Mikrofluidik-Einheiten oft anspruchsvoll und schwierig zu steuern und/oder zu optimieren. In Mikrofluidik-Einheiten, werden durch eine laminare Strömung in einem Mikrokanal Reagenzien äußerst schnell und effizient gelöst, was bewirkt, dass gelöste Reagenzien in einem kleinen Flüssigkeitsvolumen konzentriert werden. Diese Reagenzien könnten daher zu konzentriert und/oder in einem nicht ausreichend großen Flüssigkeitsvolumen vorhanden sein. Daher sind bislang wenige Mischkonzepte bekannt, meistens zum Mischen von Reagenzien entlang der Breite von Mikrokanälen, z. B. unter Verwendung aktiver Elemente (Ventile, Mikrorührer, elektrokinetischer Mischer, elektroakustischer Prinzipien, Rückführung von Flüssigkeit und Reagenzien in kreisförmigen Kammern usw.). Solche Ansätze machen jedoch externe Steuerungen und Peripheriegeräte, Verbindungen zu Mikrofluidik-Chips (z. B. zur pneumatischen, elektrischen und/oder mechanischen Betätigung) erforderlich und, allgemeiner, machen die Ausgestaltung, Herstellung und Verpackung von Mikrofluidik-Einheiten komplexer, was wiederum die Herstellungskosten steigen lässt, die Verwendung von Mikrofluidik-Einheiten deutlich komplizierter macht und die Mikrofluidik-Einheiten und die Peripheriegeräte massiger und schlechter tragbar macht.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer ersten Erscheinungsform ist die vorliegende Erfindung als eine Mikrofluidik-Einheit verkörpert, welche eine Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen aufweist, welche jeweils aufweisen: einen Mikrokanalabschnitt, d. h. eine Kammer mit einer longitudinalen Flüssigkeitsbarriere, welche sich longitudinal darin erstreckt, wodurch sie einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich in dem Mikrokanalabschnitt definiert; eine oder mehrere erste Flüssigkeitspassagen auf der Höhe der longitudinalen Barriere; einen Flüssigkeitseinlass, welcher sich vorzugsweise auf einer ersten Seite des Mikrokanalabschnitts befindet, so konfiguriert, dass er ermöglicht, dass Flüssigkeit in den ersten Bereich eintritt; einen Flüssigkeitsauslass, welcher sich vorzugsweise auf einer zweiten Seite des Mikrokanalabschnitts gegenüber der ersten Seite befindet, so konfiguriert, dass er ermöglicht, dass Flüssigkeit den Mikrokanalabschnitt verlässt; eine transversale Flüssigkeitsbarriere, welche zwischen dem Mikrokanalabschnitt und dem Flüssigkeitsauslass eingerichtet ist, um Flüssigkeit, die von dem Flüssigkeitseinlass angeströmt ist, im Betrieb in dem ersten Bereich aufzuhalten; und eine oder mehrere zweite Flüssigkeitspassagen auf der Höhe der transversalen Flüssigkeitsbarriere, wobei die Einheit ferner Flüssigkeitspumpmittel aufweist, welche so konfiguriert sind, dass sie Flüssigkeit durch jeden Mikrokanalabschnitt der Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen ablenken. Die eine oder die mehreren ersten Flüssigkeitspassagen sind außerdem so konfiguriert, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb quer zu der longitudinalen Barriere in den zweiten Bereich strömt, und die eine oder die mehreren zweiten Flüssigkeitspassagen sind außerdem so konfiguriert, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit in dem longitudinalen Bereich im Betrieb über den Flüssigkeitsauslass abgelassen wird.
  • Eine solche Einheit ermöglicht eine „orthogonale” Strömungsmischung, d. h. überschüssige Flüssigkeit strömt quer zu der longitudinalen Barriere in den zweiten Bereich, was dazu beiträgt, die Flüssigkeit ohne einen kontinuierlichen Massenfluss zu verteilen. Wenn im zweiten Bereich Reagenzien vorhanden sind, sollen die Reagenzien beginnen, sich zu lösen, wenn die Flüssigkeit quer in den zweiten Bereich strömt, aber die Reagenzien können an Ort und Stelle bleiben und lösen sich in der Umgebung allmählich auf einfache, passive, zuverlässige und voraussagbare Weise. Eine solche Einheit kann verschiedene Ausführungsformen und Varianten nutzen, welche zusätzliche Vorteile bieten, wie nachstehend zusammengefasst.
  • In Ausführungsformen kann die obige Einheit ferner eine Entlüftung aufweisen, welche mit dem zweiten Bereich verbindet und so konfiguriert ist, dass sie im Betrieb Luft daraus austreten lässt, wenn der zweite Bereich mit Flüssigkeit gefüllt wird. So kann die Flüssigkeit problemlos in den zweiten Bereich eintreten, ohne dass sie Luft komprimieren muss, um diesen Bereich zu füllen.
  • Vorzugsweise verbindet die Entlüftung den zweiten Bereich mit dem Flüssigkeitsauslass, d. h. stromabwärts von der transversalen Barriere, so dass kein weiterer Luftaustritt bereitgestellt werden muss. Außerdem kann die Entlüftung longitudinal und im Wesentlichen parallel zu dem Mikrofluidik-Abschnitt hergestellt werden, so dass die erhaltene Ausgestaltung eine geringe Fläche benötigt und einfach zu multiplexieren ist.
  • In bevorzugten Ausführungsformen verbindet die Entlüftung den zweiten Bereich an einer Stelle, welche sich nah genug an dem Flüssigkeitseinlass befindet, damit die Entlüftung im Betrieb Luft aus dem Mikrokanalabschnitt austreten lassen kann, auch wenn der zweite Bereich weitgehend durch Flüssigkeit gefüllt worden ist. Je näher am Flüssigkeitseinlass, desto mehr Flüssigkeit kann in den zweiten Bereich eintreten, ohne dass sie Luft komprimieren muss, um ihn zu füllen.
  • Vorzugsweise verbindet die Entlüftung über eine Verzögerungskammer mit dem zweiten Bereich, wobei letztere so konfiguriert ist, dass sie im Betrieb durch überschüssige Flüssigkeit füllbar ist, welche über den Flüssigkeitseinlass zugeführt wird, nachdem der Mikrokanalabschnitt mit Flüssigkeit gefüllt worden ist. Die Verzögerungskammer wird typischerweise so hergestellt, dass sie breiter ist als die Entlüftung. Wegen der Zeit, die benötigt wird, um die Verzögerungskammer mit Flüssigkeit zu füllen (nachdem sie den Mikrokanalabschnitt gefüllt hat), erhält man zusätzliche Zeit für die Diffusion von Reagenzien, bevor überschüssige Flüssigkeit durch den Auslass strömt.
  • In Ausführungsformen weist die Entlüftung eine luftdurchlässige Flüssigkeitsbarriere auf, welche zum Blockieren einer Flüssigkeit konfiguriert ist, welche in die Entlüftung eintritt. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit nicht (oder nur teilweise) in die Entlüftung eintreten (z. B. über eine Verzögerungskammer), während immer noch Luft austreten kann. Das Bereitstellen einer luftdurchlässigen Flüssigkeitsbarriere in der Entlüftung ist von besonderem Vorteil, wenn die Entlüftung über eine Verzögerungskammer mit dem zweiten Bereich verbindet, da in diesem Fall die zusätzliche Zeit, die für eine Reagenzdiffusion erhalten wird, genauer geschätzt werden kann.
  • Vorzugsweise weist die longitudinale Flüssigkeitsbarriere eines auf aus: einer länglichen erhabenen Struktur, welche von einer Bodenwand des Mikrokanalabschnitts hervorsteht, deren Höhe geringer als eine Tiefe des Mikrokanalabschnitts ist, wodurch eine Flüssigkeitspassage oberhalb der erhabenen Struktur definiert wird, welche ermöglicht, dass eine überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich strömt; einer Gruppe ausgerichteter erhabener Strukturen, welche jeweils von einer Bodenwand des Mikrokanalabschnitts hervorstehen, wobei ein Raum zwischen zwei aufeinander folgenden Strukturen der Gruppe eine kapillare Flüssigkeitspassage bildet, wobei letztere ermöglicht, dass unter Druck stehende Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb zu dem zweiten Bereich strömt; einer erhabenen Monoblockstruktur, welche von einer Bodenwand des Mikrokanalabschnitts hervorsteht und Scharten aufweist, welche Flüssigkeitspassagen bilden, welche ermöglichen, dass unter Druck stehende Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich strömt; einer Gruppe von einer oder mehreren Aussparungen, welche jeweils in einer Dicke einer Bodenwand des Mikrokanalabschnitts bereitgestellt werden und ermöglichen, dass unter Druck stehende Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich strömt; und einer nicht-benetzenden Fläche.
  • In bevorzugten Ausführungsformen befindet sich die transversale Flüssigkeitsbarriere in einer kapillaren Entfernung von der longitudinalen Struktur, um überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich zum Strömen in den zweiten Bereich zu bringen, anstatt über die eine oder die mehreren zweiten Flüssigkeitspassagen aus dem Mikrokanalabschnitt auszutreten.
  • Vorzugsweise erstreckt sich die transversale Flüssigkeitsbarriere senkrecht zu der longitudinalen Flüssigkeitsbarriere.
  • In Ausführungsformen erstreckt sich die longitudinale Flüssigkeitsbarriere longitudinal und im Wesentlichen über eine gesamte Länge des Mikrokanalabschnitts und die transversale Flüssigkeitsbarriere erstreckt sich quer und im Wesentlichen über eine gesamte Breite des Mikrokanalabschnitts zwischen der longitudinalen Flüssigkeitsbarriere und dem Flüssigkeitsauslass.
  • Vorzugsweise sind die Pumpmittel aktive Flüssigkeitspumpmittel, da diese in den obigen Einheiten in der Praxis sehr gut arbeiten. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden dennoch auch mit passiven Kapillarpumpen erhalten.
  • In bevorzugten Ausführungsformen weist der zweite Bereich Reagenzien auf, welche durch Flüssigkeit verdünnbar sind, die im Betrieb aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich strömt.
  • In „Multiplex”-Ausführungsformen weist die Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen mindestens zwei Mikrokanäle auf, welche in multiplexierter Weise angeordnet sind.
  • Vorzugsweise weist die Einheit dann stromabwärts von jedem der zwei oder mehr Mikrokanäle einen Flüssigkeitssynchronisationsübergang auf, welcher so konfiguriert ist, dass er Ströme von Flüssigkeit, die in den zwei oder mehr Mikrokanälen befördert wird, stromabwärts von entsprechenden Mikrokanalabschnitten davon synchronisiert, wobei der Synchronisationsübergang eine oder mehrere Flüssigkeitsbarrieren aufweist, die sich longitudinal darin erstrecken und so eingerichtet sind, dass sie eine Ausbreitung von Flüssigkeit, welche in den Synchronisationsübergang eintreten, verzögern.
  • Vorzugsweise ist in den Einheiten der vorliegenden Erfindung ein transversaler Schnitt des Flüssigkeitsauslasses kleiner als ein transversaler Schnitt des Mikrokanalabschnitts, und dies für einen oder mehrere oder sogar für jeden der Mikrokanäle der Gruppe. Hierdurch wird eine seitliche Vermischung weiter verbessert.
  • Am einfachsten ist es, die transversale Flüssigkeitsbarriere als eine erhabene Struktur herzustellen. Beispielsweise kann jede der transversalen und longitudinalen Flüssigkeitsbarriere als erhabene Struktur bereitgestellt werden, z. B. wie eine Schiene.
  • In Abwandlungen weisen die Einheiten der vorliegenden Erfindung ein Flüssigkeitsumleitungsventil auf und die transversale Flüssigkeitsbarriere kann einen Teil dieses Ventils bilden. Zum Beispiel kann die transversale Barriere durch eine abgeschrägte Wand gebildet werden, welche ansonsten eine Flüssigkeitsverengung bildet.
  • Gemäß anderen Erscheinungsformen kann die Erfindung als eine Mikrofluidik-Einheit verkörpert sein, welche mehrere der oben beschriebenen Merkmale kombiniert. Zum Beispiel kann eine solche Einheit eine Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen aufweisen, welche jeweils aufweisen: einen Mikrokanalabschnitt mit einer longitudinalen Flüssigkeitsbarriere, welche sich longitudinal darin erstreckt, wodurch sie einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich in dem Mikrokanalabschnitt definiert; eine oder mehrere erste Flüssigkeitspassagen auf der Höhe der longitudinalen Barriere; einen Flüssigkeitseinlass auf einer ersten Seite des Mikrokanalabschnitts, welcher so konfiguriert ist, dass er ermöglicht, dass Flüssigkeit in den ersten Bereich eintritt; einen Flüssigkeitsauslass auf einer zweiten Seite des Mikrokanalabschnitts gegenüber der ersten Seite, welcher so konfiguriert ist, dass er ermöglicht, dass Flüssigkeit den Mikrokanalabschnitt verlässt; eine transversale Flüssigkeitsbarriere, welche zwischen dem Mikrokanalabschnitt und dem Flüssigkeitsauslass eingerichtet ist, um Flüssigkeit, die von dem Flüssigkeitseinlass angeströmt ist, im Betrieb in dem ersten Bereich aufzuhalten; und eine oder mehrere zweite Flüssigkeitspassagen auf der Höhe der transversalen Flüssigkeitsbarriere. Die Einheit weist ferner Flüssigkeitspumpmittel auf, welche so konfiguriert sind, dass sie Flüssigkeit durch jeden Mikrokanalabschnitt der Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen ablenken. Wie zuvor, sind die eine oder die mehreren ersten Flüssigkeitspassagen so konfiguriert, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb quer zu der longitudinalen Barriere in den zweiten Bereich strömt, und die eine oder die mehreren zweiten Flüssigkeitspassagen sind so konfiguriert, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit in dem longitudinalen Bereich im Betrieb über den Flüssigkeitsauslass abgelassen wird. Außerdem befindet sich die transversale Flüssigkeitsbarriere in einer kapillaren Entfernung von der longitudinalen Struktur, um überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich zum Strömen in den zweiten Bereich zu bringen, anstatt über die eine oder die mehreren zweiten Flüssigkeitspassagen aus dem Mikrokanalabschnitt auszutreten. Detaillierter kann die transversale Flüssigkeitsbarriere zum Beispiel nah genug an einem Ende der longitudinalen Barriere angeordnet sein, um zu ermöglichen, dass sich ein Flüssigkeitsmeniskus in der Lücke bildet und die Flüssigkeit anheftet, wenn letztere den ersten Bereich füllt. Als Nächstes wird überschüssige Flüssigkeit dazu gebracht, z. B. über der longitudinalen Barriere statt durch die Lücke durchzuströmen, wo die Flüssigkeit angeheftet ist.
  • Vorzugsweise weist eine solche Einheit eine Entlüftung auf, welche den zweiten Bereich mit dem Flüssigkeitsauslass verbindet und so konfiguriert ist, dass sie im Betrieb Luft daraus austreten lässt, wenn der zweite Bereich mit Flüssigkeit gefüllt wird, wie oben erläutert. Vorteilhafter Weise kann die Entlüftung den zweiten Bereich an einer Stelle verbinden, die sich nah genug an dem Flüssigkeitseinlass befindet, damit die Entlüftung im Betrieb Luft aus dem Mikrokanalabschnitt austreten lassen kann, wenn der zweite Bereich weitgehend mit Luft gefüllt ist.
  • Gemäß einer anderen Erscheinungsform ist die Erfindung als ein Verfahren zum Steuern von Flüssigkeit in irgendeiner der oben beschriebenen Mikrofluidik-Einheiten und deren Abwandlungen verkörpert, wobei das Verfahren aufweist: Bewirken, dass Flüssigkeit über den Flüssigkeitseinlass in den ersten Bereich des Mikrokanalabschnitts eintritt, durch die Pumpmittel; Bewirken, dass Flüssigkeit, welche in den ersten Bereich eingetreten ist, den ersten Bereich füllt, wobei die Flüssigkeit von der transversalen Flüssigkeitsbarriere aufgehalten wird; Bewirken, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich über die eine oder die mehreren ersten Passagen quer zu der longitudinalen Barriere in den zweiten Bereich strömt; und Bewirken, dass überschüssige Flüssigkeit in dem longitudinalen Abschnitt über die eine oder die mehreren zweiten Passagen in den Flüssigkeitsauslass abgelassen wird.
  • In Ausführungsformen ist die Einheit so konfiguriert, dass bei dem Schritt des Bewirkens, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich in den zweiten Bereich strömt, überschüssige Flüssigkeit quer zu der longitudinalen Barriere in den zweiten Bereich strömt, so dass der zweite Bereich von einer zweiten Seite des Mikrokanalabschnitts in der Nähe des Flüssigkeitsauslasses bis zu einer ersten Seite des Mikrokanalabschnitts in der Nähe des Flüssigkeitseinlasses gefüllt wird.
  • Vorzugsweise weist der zweite Bereich Reagenzien auf, wobei letztere durch überschüssige Flüssigkeit verdünnbar sind, die aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich strömt, so dass durch das Bewirken, dass überschüssige Flüssigkeit über die eine oder die mehreren ersten Flüssigkeitspassagen in den zweiten Bereich strömt, bewirkt wird, dass die Reagenzien gelöst werden.
  • Zum Beispiel weist der zweite Bereich Reagenzien verschiedener Typen auf, wobei letztere auf eine oder mehrere der folgenden Weisen aufgebracht werden: ein Reagenz eines zweiten Typs wird oben auf ein Reagenz eines ersten Typs aufgebracht; und ein Reagenz eines ersten Typs wird in einem ersten Gebiet des zweiten Bereichs aufgebracht und ein Reagenz eines zweiten Typs wird in einem zweiten Gebiet des zweiten Bereichs aufgebracht, wobei sich das erste und das zweite Gebiet hintereinander entlang der longitudinalen Barriere erstrecken.
  • Vorzugsweise weist mindestens ein Mikrokanal der Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen ferner einen oder mehrere Rezeptoren stromabwärts des Flüssigkeitsauslasses auf, so dass überschüssige Flüssigkeit, die in den Flüssigkeitsauslass abgelassen wird, mit dem einen oder den mehreren Rezeptoren reagiert.
  • Die obigen Einheiten und Verfahren können eine Anzahl von Abwandlungen beinhalten und auf viele verschiedene Weisen kombiniert werden. Zum Beispiel kann die transversale Flüssigkeitsbarriere durch transversale Abschlusswände gebildet werden, während die longitudinale Barriere als eine Rille, eine nicht-benetzende Fläche oder weiterhin als eine verzahnte Struktur vorgesehen sein kann. Es könnten mehrere Entlüftungen vorgesehen sein, welche den zweiten Bereich an verschiedenen Stellen verbinden. Der zweite Bereich kann strukturiert sein, z. B. gemäß der Anzahl der Entlüftungen, die damit verbinden. Die Kanäle können raffinierte Muster erhalten, insbesondere in Multiplex-Ausführungsformen, um die Zeit anzupassen, die Flüssigkeiten benötigen, um dort hinein zu strömen. Pumpen können stromaufwärts und/oder stromabwärts von der Mischzone (d. h. oben als Mikrokanalabschnitt bezeichnet) vorgesehen sein usw.
  • Im Folgenden werden Einheiten und Verfahren, welche die vorliegende Erfindung verkörpern, mittels nicht-beschränkender Beispiele und in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Technische Elemente, die in den Zeichnungen abgebildet sind, sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
  • KURZBESCHREIBUNG VERSCHIEDENER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine 3D-Ansicht einer vereinfachten Darstellung einer Mikrofluidik-Einheit gemäß Ausführungsformen. Zur Vereinfachung ist in dieser Zeichnung keine Entlüftung abgebildet;
  • 2 ist eine (vereinfachte) 3D-Ansicht der einzigen longitudinalen Flüssigkeitsbarriere (hier als eine erhabene Struktur verkörpert), welche von einer Bodenwand des Mikrokanalabschnitts hervorsteht, wie in Ausführungsformen verwirklicht;
  • 3 ist eine Schnittansicht einer Einheit wie in 2, wobei die Einheit ferner einen Deckel (oder eine Versiegelung) aufweist, welche zusammen mit der erhabenen Struktur für eine obere Flüssigkeitspassage (oberhalb der erhabenen Struktur) sorgt, wie in Ausführungsformen verwirklicht;
  • 4 bis 9 zeigen mehrere Abwandlungen der 2, in welchen verschiedene Arten longitudinaler Schienen gemäß Ausführungsformen verwirklicht werden;
  • 10 bis 15 Draufsichten vereinfachter Darstellungen von Mikrofluidik-Einheiten gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen;
  • 16 (16A bis 16G) veranschaulichen verschiedene Schritte eines Verfahrens zum Steuern von Flüssigkeit in einer Einheit gemäß 10 und gemäß Ausführungsformen;
  • 17 ist eine Draufsicht einer vereinfachten Darstellung einer multiplexierten Einheit, bei welcher mehrere multiplexierte Mikrokanäle zusammen mit einem Flüssigkeitssynchronisationsübergang verwendet werden, gemäß Ausführungsformen; und
  • 18 ist eine Draufsicht einer vereinfachten Darstellung eines Flüssigkeitssynchronisationsübergangs, wie er z. B. in der Ausführungsform der 17 verwendet wird, welche mehr Einzelheiten des Übergangs zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Wie die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt haben, werden durch das Lösen von Chemikalien in einem Mikrofluidik-Kanal die Chemikalien in einem sehr kleinen Flüssigkeitsvolumen konzentriert. Eine besonders schwierige Situation ist die folgende: wenn das Lösen von Reagenzien innerhalb eines Mikrofluidik-Chips so effizient und die Vermischung so gering ist, wird das effektive Flüssigkeitsvolumen, welches gelöste Reagenzien enthält, zu klein und verhindert dadurch, dass Untersuchungen durchgeführt werden. Dieses Problem kann gut unter Verwendung eines Lebensmittelfarbstoffs veranschaulicht werden, welcher unter Verwendung eines Tintenstrahl-Spotters in einem Mikrokanal aufgebracht wird. Der Mikrokanal kann beispielsweise 1.000 μm breit und 100 μm tief sein. Wasser kann mit verschiedenen Strömungsraten (zum Beispiel mit 0,1 μL/min, 1 μL/min oder 10 μL/min) injiziert werden. Der Farbstoff ist typischerweise in 0,1 μL bis 0,2 μL Lösung gelöst, mit einem starken Konzentrationsgradienten, wobei in der Nähe des Flüssigkeitsfüllmeniskus mehr Farbstoff gelöst ist; sowohl das geringe Lösungsvolumen als auch der deutliche Konzentrationsgradient sorgen für Probleme. Wenn zum Beispiel der Farbstoff mit einem Analyten in der Flüssigkeit zu reagieren hat, um ihn erfassbar zu machen, werden das geringe Lösungsvolumen und die variable Farbstoffkonzentration zu einem inhomogenen und ungenauen Signal führen und der Signalbereich wird klein und schwierig zu überwachen sein. Außerdem kann die Schwankung des Flüssigkeitsvolumens, das in das Mikrofluidik-System gepumpt wird, stark die Position der Reagenzien in dem Erfassungsbereich beeinträchtigen. Ein ähnliches Problem kann mit teuren DNA-Sonden beobachtet werden, die in einem Mikrokanal aufgebracht werden, da deren Auflösung in einem sehr geringen Lösungsvolumen erfolgt, so dass die Sonden leicht aus dem Erfassungsbereich herausgespült werden.
  • Nachdem sie solche möglichen Probleme erkannt haben, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein neues Konzept von Mikrofluidik-Einheiten entwickelt, deren Kanäle so konfiguriert sein können, dass zwei Strömungskomponenten erzeugt werden, die in verschiedenen Richtungen auftreten. Eine erste Strömungskomponente bringt eine Flüssigkeit in die Nähe einer Fläche von Interesse (wo sich typischerweise Reagenzien befinden können). Die zweite Strömungskomponente bringt die Flüssigkeit über diese Fläche. In den meisten hierin beschriebenen Ausführungsformen sind die beiden Strömungskomponenten orthogonal zueinander, um die Konstruktionen zu vereinfachen. Entsprechend können zumindest einige der vorliegenden Konzepte (diese Strömungskomponenten, die Art, wie sie Reagenzien in einer Flüssigkeit lösen und verteilen) als „orthogonale Strömungsvermischung” bezeichnet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 18 wird zunächst eine Erscheinungsform der Erfindung beschrieben, die eine Mikrofluidik-Einheit 1 betrifft, die eine Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen 10 aufweist. Ein oder mehrere oder jeder Mikrokanal der Gruppe weist einen Mikrokanalabschnitt 12 auf, welcher eine longitudinale Flüssigkeitsbarriere 20 aufweist. Der Mikrokanalabschnitt 12 kann, zumindest in einigen der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen, als eine Mischkammer angesehen werden. Die longitudinale Flüssigkeitsbarriere 20 erstreckt sich longitudinal in dem Abschnitt 12. Die Barriere 20 ist typischerweise langgestreckt, d. h. ihre längste Abmessung ist ihre Länge, die sich parallel zu dem Kanalabschnitt erstreckt, also parallel zur mittleren Flüssigkeitsrichtung im Kanalabschnitt. Die longitudinale Barriere definiert dementsprechend zwei Bereiche in dem Mikrokanalabschnitt, d. h. einen ersten und einen zweiten Bereich, welche durch die Bezugszahlen 121 bzw. 122 gekennzeichnet sind. Die Barriere 20 ist ferner in der Einheit 1 so ausgestaltet, dass sie eine oder mehrere erste Flüssigkeitspassagen 22 auf der Höhe der Barriere 20 bereitstellt. Außerdem ist ein Flüssigkeitseinlass 11, welcher sich vorzugsweise auf einer ersten Seite S1 des Abschnitts 12 befindet, vorgesehen, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit in den ersten Bereich eintritt. In ähnlicher Weise ermöglicht ein Flüssigkeitsauslass 13 (welcher sich vorzugsweise auf einer zweiten Seite S2 des Abschnitts 12 befindet, also gegenüber der ersten Seite), das Flüssigkeit den Mikrokanalabschnitt verlässt. Als Nächstes ist eine transversale Flüssigkeitsbarriere 30 zwischen dem Abschnitt 12 und dem Flüssigkeitsauslass 13 angeordnet und ist so ausgestaltet, dass sie im Betrieb Flüssigkeit aufhält, die von dem Flüssigkeitseinlass in dem ersten Bereich angeströmt ist. Eine oder mehrere zweite Flüssigkeitspassagen 32 sind auf der Höhe der transversalen Flüssigkeitsbarriere 30 vorgesehen. Die Einheit weist ferner Flüssigkeitspumpmittel 15 auf, welche so konfiguriert sind, dass sie Flüssigkeit durch jeden Mikrokanalabschnitt 12 der Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen 10 ablenken.
  • Die Passagen 22, 33 sind ferner so ausgestaltet, dass sie eine transversale (hierin auch als „orthogonale” bezeichnet) Flüssigkeitsströmung ermöglichen, welche besonders vorteilhaft sein soll zum Mischen von Fluiden und/oder Lösen von Reagenzien (oder beliebiger chemischer Teilchen). Und zwar sind die eine oder die mehreren ersten Flüssigkeitspassagen 22 so konfiguriert, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit im ersten Bereich im Betrieb quer zu der longitudinalen Barriere in den zweiten Bereich strömt. Außerdem sind die eine oder die mehreren zweiten Flüssigkeitspassagen 32 so konfiguriert, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit in dem longitudinalen Abschnitt 12 im Betrieb über den Flüssigkeitsauslass 13 abgelassen wird. Es können verschiedene Typen und Ausgestaltungen von Barrieren 20, 30 und Flüssigkeitspassagen 22, 32 vorgesehen sein, wie nachstehend noch detailliert beschrieben. In allen Fällen ermöglicht (ermöglichen) die Flüssigkeitspassage(n) 22, die durch die longitudinale Barriere 20 definiert ist (sind) (oder sich auf deren Höhe befindet (befinden)), dass überschüssige Flüssigkeit in den zweiten Bereich 122 strömt (z. B. ein Überströmen von Flüssigkeit oder unter Druck stehender Flüssigkeit, die im ersten Bereich 121 aufgehalten wird). Sobald sie den zweiten Bereich 122 (und somit im Wesentlichen den gesamten Abschnitt 12) gefüllt hat, ist die überschüssige Flüssigkeit in der Lage, im Betrieb über die Passage(n) 32 aus dem longitudinalen Abschnitt 12 auszutreten. Wie die Flüssigkeit in den Abschnitt 12 eintritt, sich dort ausbreitet, umgeleitet wird und aus diesem austritt, wird detailliert unter Bezugnahme auf 16 erläutert.
  • Nun Bezug nehmend auf 10 bis 17, weist die Einheit 1 in Ausführungsformen ferner eine Entlüftung 40 auf, wobei letztere mit dem zweiten Bereich 122 verbindet und so konfiguriert ist, dass sie im Betrieb Luft aus diesem austreten lässt, wenn der zweite Bereich mit Flüssigkeit gefüllt wird. Genau wie die Mikrokanäle ist die Entlüftung zur Vereinfachung vorzugsweise als eine Rille hergestellt, d. h. in die Dicke einer Bodenwand 50 der Einheit geritzt. Die verschiedenen Rillen können einfach durch einen Deckel geschlossen werden (vgl. Bezugszahl 60 in 3). Aufgrund der Entlüftung kann die Flüssigkeit die zweiten Bereiche mit Flüssigkeit füllen, ohne durch Luft verlangsamt zu werden, die durch die Flüssigkeit komprimiert wird. Die Entlüftung 40 soll zum Beispiel den zweiten Bereich 122 mit dem Flüssigkeitsauslass 13 verbinden, was einfache Konstruktionen ermöglicht, welche einfach multiplexierbar sind, da der Kanalabschnitt 12 (und allgemeiner der Kanal 10) nicht die Entlüftung kreuzen muss. Die Entlüftung 40 soll den zweiten Bereich 122 vorzugsweise an (oder in der Nähe von) einem Ende des Abschnitts 12, d. h. auf der ersten Seite S1 davon, verbinden. In 1 sind nur die Einlass- und Auslasspassagen (oder -öffnungen) 40i, 40o abgebildet, was veranschaulicht, wie und wo die Entlüftung mit dem Kanal 10 verbunden sein kann. Die Entlüftung als solche ist zur Vereinfachung des Verständnisses in 1 nicht abgebildet. Auf diese Weise verbindet die Entlüftung den Abschnitt 12 in der Nähe des Einlassbereichs 11, was ermöglicht, dass Luft abgelassen wird, auch wenn der gesamte zweite Bereich 122 weitgehend mit Flüssigkeit gefüllt ist, und, falls erforderlich, bis zum vollständigen Füllen des zweiten Bereichs.
  • Nun spezieller Bezug nehmend auf 11 bis 12, kann die Entlüftung 40 in Ausführungsformen mit dem zweiten Bereich 122 über eine Verzögerungskammer 42 verbinden, wobei letztere so konfiguriert ist, dass sie im Betrieb durch überschüssige Flüssigkeit füllbar ist, welche (über den Flüssigkeitseinlass 11) weiter in den Mikrokanalabschnitt 12 eintritt, obwohl die zweiten Bereiche 122 (und somit der gesamte Abschnitt 12) nun vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sind. Wie in 10 bis 14 veranschaulicht, weist die Entlüftung 40 in Ausführungsformen eine Flüssigkeitsbarriere 44 auf, welche so konfiguriert ist, dass sie eine Flüssigkeit blockiert, welche in die Entlüftung eintritt, und dabei immer noch luftdurchlässig ist, um zu ermöglichen, dass komprimierte Luft abgelassen wird.
  • Wie bereits erwähnt, können verschiedene Typen von Barrieren vorgesehen sein, wie in 2 bis 9 veranschaulicht. Obwohl in 2 bis 9 speziell longitudinale Barrieren 20 abgebildet sind, können die verschiedenen abgebildeten Barrieretypen tatsächlich sowohl für die longitudinale Flüssigkeitsbarriere 20, die transversale Barriere 30, die Entlüftungsbarriere 44 als auch für die verschiedenen Barrieren verwendet werden, die in dem Übergang 70 verwendet werden (vgl. 17 bis 18).
  • Wieder Bezug nehmend auf 2 bis 9, kann die longitudinale Flüssigkeitsbarriere 20 zum Beispiel eine langgestreckte erhabene Struktur 20a (1 bis 3) aufweisen, welche von der Bodenwand 50 des Abschnitts 12 hervorsteht. Wie in 3 abgebildet, ist ihre Höhe geringer als eine Tiefe des Mikrokanalabschnitts, um (nach dem Schließen der Kanäle) eine Flüssigkeitspassage 22 über der erhabenen Struktur 20a zu definieren, um zu ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit im Betrieb von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich strömt.
  • Wie in 4 veranschaulicht, kann die erhabene Struktur ein spezielles (z. B. abgerundetes) Profil erhalten, um einen Flüssigkeitsüberfluss zu erleichtern. Im Gegensatz dazu könnte eine einfache Schiene, welche ein stufenartiges Querprofil aufweist, Stellen zum stärkeren Anheften für einen Flüssigkeitsmeniskus bieten und kann daher in Abhängigkeit von den genauen Betriebsumständen vorteilhafter sein. Die speziellen Formen und Einzelheiten der Barrieren 20 (aber auch der Barrieren 30, 44 und 74, 76, die an anderen Stellen der Einheit 1 verwendet werden) können von den Typen der verwendeten Fluide, den Strömungsraten und, allgemeiner, den verschiedenen Betriebsparametern abhängen. Es sei angemerkt, dass sich bei jeder der Ausführungsformen der 1 bis 4 überschüssige Flüssigkeit zuerst in dem ersten Bereich 121 ansammelt und dann, sobald sich im ersten Bereich 121 eine ausreichende Menge an Flüssigkeit angesammelt hat (und, falls erforderlich, auch ein ausreichender Druck aufgebaut hat), über die Barriere 20, 20a strömen soll, um dann transversal in den zweiten Bereich 122 zu strömen. Es können jedoch viele Abwandlungen vorgesehen sein, wobei überschüssige Flüssigkeit transversal durch die Barriere 20 strömen soll und nicht notwendigerweise über die Barriere.
  • Zum Beispiel ist die longitudinale Barriere in 5, als eine Gruppe ausgerichteter erhabener Strukturen 20b vorgesehen, welche jeweils von der Bodenwand 50 des Abschnitts 12 hervorstehen. Hier bildet der Raum 22b zwischen zwei aufeinander folgenden Strukturen 20b der Gruppe eine kapillare Flüssigkeitspassage, welche die Flüssigkeit im Betrieb aufhält, bis ein ausreichender Flüssigkeitsdruck in dem ersten Bereich ermöglicht, dass sie durch die Passagen 22b in den zweiten Bereich strömt. Die Abmessungen der verschiedenen Strukturen 20b und der Passagen 22b können für den speziellen Zweck nach Bedarf angepasst werden.
  • Speziell können sich die erhabenen Strukturen von einer Schiene erstrecken, anstatt dass sie sich von der Bodenwand 50 erstrecken, wie in 6 veranschaulicht. Hier ist die longitudinale Struktur verzahnt, d. h. es ist eine erhabene Monoblockstruktur vorgesehen, welche von der Bodenwand 50 hervorsteht, um einen longitudinalen Sockel zu bilden. Die Struktur ist dennoch verzahnt, so dass sie Zinnen 20c bildet, welche Scharten 22c aufweisen, welche Flüssigkeitspassagen bilden. Die Zinnen können profiliert sein, falls erforderlich. Die Scharten ermöglichen, dass immer noch unter Druck stehende Flüssigkeit im Betrieb von dem ersten Bereich 121 zu dem zweiten Bereich 122 strömt.
  • Wenn die longitudinale Barriere transversal strukturiert ist, so dass sie transversale Flüssigkeitspassagen bildet, z. B. die in 5 bis 6 dargestellten Scharten 22b, 22c, dann stimmt die Höhe der longitudinalen Barriere vorzugsweise mit der Tiefe des entsprechenden Kanalabschnitts 12 überein, so dass sich z. B. die Zinnen 20b, 20c bis zu dem Deckel erstrecken, sobald die Kanäle geschlossen (oder versiegelt) sind. Dementsprechend ist in diesem Fall der entscheidende Parameter der Flüssigkeitsdruck: oberhalb eines Schwellendrucks soll Flüssigkeit durch die transversalen Flüssigkeitspassagen 2b, 22c gezwungen werden. In Abwandlungen können die Zinnen 20b, 20c so ausgestaltet sein, dass eine kapillare Passage oberhalb der Zinnen 20b, 20c verbleibt, so dass oberhalb von speziellen Drücken Flüssigkeit durch die Scharten hindurch und über die Zinnen hinweg gelangen kann.
  • Wie in 7 weiter veranschaulicht, können die erhabenen Strukturen 20e auch transversal strukturiert, z. B. abgeschrägt sein, so dass sie eine abgeschrägte Flüssigkeitspassage 22e aufweisen. Eine abgeschrägte Flüssigkeitspassage trägt dazu bei, dass sich Flüssigkeit im zweiten Bereich 122 in Richtung der Flüssigkeitspassage(n) bewegt, indem sie eine vorteilhafte Kapillardruckkomponente hinzufügt: eine Flüssigkeit in Kontakt mit benetzbaren Flächen, getrennt durch einen sich verkleinernden Trennabstand, erfährt eine erhöhte Kapillarkraft. Deswegen ist die in 7 dargestellte Flüssigkeitsbarriere besonders geeignet im Fall einer kapillarbetriebenen Mikrofluidik-Einheit (d. h. einer Mikrofluidik-Einheit mit benetzbarem Strömungsweg, welche keine externe Pumpe und keinen extern angelegten Druck benötigt). In der Tat folgt die Flüssigkeit im zweiten Bereich 122 einfacher der abgeschrägten Flüssigkeitspassage 22e, verbindet mit Flüssigkeit im ersten Bereich 121 und dies führt zu einer Flüssigkeitsströmung im ersten Bereich 121 über die benachbarte erhabene Struktur 20e. Mit anderen Worten, bevor sich die Flüssigkeit in 121 über die erhabene Barriere bewegt, stellt die Ausführungsform der 7 sicher, dass sich die Flüssigkeit im Bereich 122 in Richtung der Passagen bewegt und mit dem Flüssigkeitsmeniskus des ersten Bereichs 121 zusammenläuft, der an die Passagen 22e angeheftet ist.
  • Erhabene Strukturen (z. B. die in 5 abgebildeten Strukturen 20b) können unter Verwendung von Silicium-Wafern und Anwendung von Standard-Photolithographie-Techniken hergestellt werden. Dennoch können auch andere Substrate und entsprechende Herstellungsverfahren vorgesehen sein. Solche Substrate können zum Beispiel Polymere und Glas umfassen; die Herstellungsverfahren können auf verschiedenen Lithographie-Techniken basieren, welche Nass- und Trockenätzschritte, Spritzgießen, Heißprägen, Nanoimprint-Lithographie, Laserablation usw. umfassen. Hier stellen wir ein Beispiel der Herstellung von erhabenen Strukturen vor, wobei ein Silicium-Wafer verwendet wird, in welchem die Tiefe der Strömungswege 100 μm beträgt und die Barrieren 33 μm hoch sind (d. h. das Silicium in den Barrierebereichen muss auf eine Tiefe von ungefähr 66 μm geätzt werden). In einem ersten Schritt werden alle Strukturen außer den Barrieren auf eine Tiefe von 33 μm geätzt, wobei Standard-Photolithographie und tiefes Reaktivionenätzen (Deep Reactive Ion Etching, DRIE) angewendet werden. In einem zweiten Schritt werden alle Strukturen einschließlich der Barrieren (z. B. der Barrieren 20, 30, 44, 72, 74 und 76) auf eine Tiefe von 66 μm geätzt. Nach diesem zweiten Ätzschritt kann die Ätzmaske entfernt werden und der Wafer kann gereinigt werden. Es können Oberflächenbehandlungen auf der Wafer-Ebene oder auf der Einzel-Mikrofluidik-Chip-Ebene erfolgen, wobei in diesem Fall der Wafer geschnitten werden muss, um einzelne Chips abzulösen. Der Wafer oder die Chips kann/können typischerweise durch Silanisierung hydrophob gemacht werden. Z. B. werden sie 2 min lang in eine 0,1%ige (v/v) Lösung von Trichloroctylsilan in Heptan getaucht. Der Wafer oder die Chips werden entfernt und mit Ethanol gespült und unter Verwendung eines Stickstoffstroms getrocknet. An den geeigneten Bereichen des Chips können Reagenzien und Rezeptoren zugegeben werden, vorzugsweise unter Verwendung eines Tintenstrahl-Spotters. Solche Spotter erzeugen Tröpfchen mit Durchmessern von ungefähr 60 μm (d. h. ungefähr 100 pL). Der zweite Bereich 122 sollte deswegen vorzugsweise ungefähr 200 μm breit sein, um die Ausrichtung des Spotters über diesem Bereich und die Abgabe von Tröpfchen innerhalb dessen einfacher zu machen, mit sehr geringen Risiken, dass Tröpfchen fehlgeleitet werden. Die aufgebrachten Tröpfchen trocknen sehr schnell, sobald sie die Oberfläche des zweiten Bereichs 122 erreichen, wodurch es möglich wird, schnell zahlreiche Tröpfchen aufzubringen (z. B. 10 Tröpfchen oder mehr in 0,1 s), falls erforderlich. Tröpfchen oder Reihen von Tröpfchen können in verschiedenen Gebieten des zweiten Bereichs 122 aufgebracht werden. Die Tröpfchen können zum Beispiel Antikörper, Oligonukleotide, Enzyme und viele andere Typen von Reagenzien und Chemikalien enthalten. An diesem Punkt können die Einheiten 1 versiegelt werden, zum Beispiel durch Tieftemperaturlaminierung eines Trockenfilm-Resists, einer Schicht Poly(dimethyl)siloxan oder einer Polymerabdeckung. Rezeptoren können auf eine ähnliche Weise wie Reagenzien abgeschieden werden oder können auf der Versiegelungsabdeckung strukturiert oder abgeschieden werden. Eine Alternative zum Ätzen eines Wafers zur Herstellung erhabener Strukturen ist es, (1) alle Strömungswege und Entlüftungen bis zur gewünschten Tiefe zu ätzen und (2) erhabene Strukturen in Photoresists zu strukturieren, welche die gewünschte Dicke aufweisen.
  • In anderen Abwandlungen kann es sein, dass die Flüssigkeitsbarrieren nicht als erhabene Strukturen bereitgestellt werden, sondern stattdessen als eine einfache nicht-benetzende Fläche 20d, vgl. 8, welche wiederum Flüssigkeit aufhalten soll, bis ein bestimmter Flüssigkeitsdruck ermöglicht, dass die Flüssigkeit den Widerstand der Barriere überwindet. Die Fläche 20d kann zum Beispiel bündig mit der Bodenwand 50 abschließen, wie in 8 veranschaulicht, oder in Bezug auf die Wand 50 geringfügig erhaben sein, was von dem angewendeten Herstellungsverfahren abhängt. Die Fläche 20d kann durch herkömmliche Lithographie- und Oberflächenchemie-Verfahren über der Bodenwand 50 erzeugt werden. Zum Beispiel kann die Fläche 20d durch Strukturieren einer 20 nm dicken Goldschicht und Beschichten derselben mit einer selbstaufbauenden Monoschicht von Alkanthiol erzeugt werden, um die Goldflächen hydrophob zu machen. Ein anderes Beispiel ist es, hydrophobe Silane auf dem Siliciumoxid einer Bodenwand 50 zu strukturieren. Dies kann durch Photolithographie oder direkte Abscheidung hydrophober Silane unter Verwendung eines Tintenstrahl-Spotters erfolgen. Dies kann auch durch eine zweistufige Reaktion mit dem Strukturieren einer Oberflächenfunktionalität erfolgen, welche in einem zweiten Schritt benutzt wird, um hydrophobe Moleküle zu verankern.
  • In wiederum anderen Abwandlungen kann die longitudinale Barriere als eine Gruppe von einer oder mehreren Aussparungen 20f (jedoch vorzugsweise nur einer Aussparung, zur Vereinfachung) bereitgestellt werden, wie in 9 dargestellt. Eine Aussparung wird in der Dicke der Bodenwand 50 des Abschnitts 12 gebildet. Wiederum erzeugt eine Aussparung eine Stelle zum Anheften für einen Luft-Flüssigkeits-Meniskus und bietet somit einen Widerstand für die Flüssigkeit, welcher im Betrieb durch eine ausreichend unter Druck stehende Flüssigkeit überwunden werden soll, damit sie von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich strömt. Falls erforderlich, können mehrere Aussparungen longitudinal so bereitgestellt werden, dass kapillare Lücken zwischen ihnen bewahrt werden. Aussparungen können effizientere Hindernisse für die Flüssigkeit bieten, da, um eine Aussparung zu überqueren, der Meniskus sich mehr ausdehnen müsste, als er es tut, wenn er sich über eine erhabene Barriere bewegt. Diese erhöhte Ausdehnung des Flüssigkeit-Luft-Meniskus kostet mehr Energie, zum Beispiel für Flüssigkeiten mit bedeutender Oberflächenspannung. Diese Aussparungen können durch ähnliche Techniken hergestellt werden, wie oben für die Herstellung der erhabenen Strukturen erörtert, z. B. Verwenden eines Si-Wafers und Anwenden mehrerer Lithographie- und Ätzschritte.
  • Im Allgemeinen müssen sich die Mikrokanäle und die Flüssigkeitsbarrieren nicht auf demselben Substrat befinden. Die Mikrokanäle können z. B. auf Si-Wafern hergestellt werden und die Flüssigkeitsbarrieren auf dem Deckel. Dies kann die Herstellung vereinfachen, insbesondere weil die Barrieren auf der flachen Fläche eines Deckels gebildet werden können.
  • Bezug nehmend nun auf 1 und 10 bis 15: in Ausführungsformen befindet sich die transversale Flüssigkeitsbarriere 30 in einem kapillaren Abstand von der longitudinalen Struktur 20 (statt in direktem Kontakt damit), so dass eine Lücke G definiert wird, welche bewirkt, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich in den zweiten Bereich strömt, anstatt über die zweite(n) Passage(n) 32 aus dem Mikrokanalabschnitt 12 auszutreten. Die Lücke sollte nicht zu groß sein, um zu vermeiden, dass überschüssige Flüssigkeit über die Lücke G direkt in den zweiten Bereich 122 strömt, wenn sie den ersten Bereich 121 füllt. Immer noch soll die transversale Flüssigkeitsbarriere 30 nah genug an einem Ende der longitudinalen Barriere 20 angeordnet sein, um zu ermöglichen, dass sich ein Flüssigkeitsmeniskus in der Lücke G bildet und die Flüssigkeit anheftet, wenn letztere den ersten Bereich 121 füllt. Als Nächstes wird bewirkt, dass überschüssige Flüssigkeit über die longitudinale Barriere 20 strömt, anstatt durch die Lücke G, weil eine Strömung durch die Lücke G einen höheren Strömungswiderstand erzeugen würde (d. h. die Flüssigkeit würde eine höhere Summe an Wandflächen kontaktieren), als wenn die Flüssigkeit direkt über die longitudinale Barriere strömt.
  • Wie in 10 bis 13 weiter veranschaulicht, erstreckt sich die transversale Flüssigkeitsbarriere 30 zur Vereinfachung vorzugsweise senkrecht zu der longitudinalen Flüssigkeitsbarriere 20. In Abwandlungen, wie z. B. in 14 oder 15 abgebildet, kann die transversale Barriere direkt durch die Endwände 30a, 30b bereitgestellt werden, welche, falls erforderlich, abgeschrägt sein können 30b (15), um eine Flüssigkeitsverengung zu bilden und dadurch die Flüssigkeit lang genug im Abschnitt 12 aufzuhalten, bevor sie über den Flüssigkeitsauslass 13 aus dem Abschnitt 12 austritt.
  • Man beachte die Abmessungen und Formen der verschiedenen Passagen 22, 32 und Barrieren 20, 30, 44 usw., welche (in Form und Abmessungen) genau ausgestaltet sein müssen, um die hier erwünschte bestimmte Folge von Ereignissen zu ermöglichen, z. B. eine orthogonale Strömungsmischung zu ermöglichen, wie bereits erläutert. Je größer die Lücken, Passagen, Öffnung usw., desto einfacher ist es für eine Flüssigkeit, zu strömen. Die Abmessungen (und außerdem die Formen) der verschiedenen Flüssigkeitspassagen sollten entsprechend ausgestaltet sein.
  • Bezug nehmend nun auf 1, 10 bis 15 und 17: es sei angemerkt, dass ungeachtet der Lücke G die longitudinale Flüssigkeitsbarriere 20 sich vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Länge des Abschnitts 12 erstreckt. In ähnlicher Weise kann sich die transversale Flüssigkeitsbarriere 30 (transversal) zur Vereinfachung der Ausgestaltung und der Herstellung auf der Höhe der zweiten Seite S2 des Abschnitts 12 im Wesentlichen über die gesamte Breite des Mikrokanalabschnitts 12 erstrecken. Natürlich können komplexere Strukturen und Flüssigkeitsströmungskreise vorgesehen sein, wie beispielhaft in 13 bis 14 dargestellt, wo der zweite Bereich 122 in mehreren Abteilungen 122b, 122c strukturiert ist, welche jeweils einen entsprechenden Zugang zu der Entlüftung 40b, 40c nutzen. Die Ausführungsformen der 13, 14 sind besonders vorteilhaft für eine Erfassung. Diese können zum Beispiel bei einer rezeptorfreien Untersuchung genutzt werden. Beispielsweise kann man verschiedene Substrate für Enzyme in unterteilten Sektionen 122b, 122c des zweiten Bereichs 122 anordnen (oder in Abwandlungen mehrere Kanäle 10 verwenden), wobei jede Abteilung einen Substrattyp aufweist. Reagenzien, die in den Abteilungen angeordnet sind, können auch Farbstoffe, Fluorophore, DNA-Sonden, pH-empfindliche Farbstoffindikatoren, Chelatbildner, Liganden für Metalle und metallische Komplexe, Kügelchen, die mit Reagenzien funktionalisiert sind, Zellen, Polymere und beliebige andere Typen von (Bio-)Chemikalien sein, welche allgemein für die Erfassung von Analyten geeignet sind. Solche Ausgestaltungen können insbesondere für tragbare und mobile Diagnostika geeignet sein, z. B. für Diagnostika auf Smartphone-Basis, wobei ein Einweg-Mikrofluidik-Chip verwendet wird, der Reagenzien enthält. Dies wird nachstehend noch detailliert erörtert. Man beachte, dass in der Ausführungsform der 14 überschüssige Flüssigkeit durch den Kanal 40c umgeleitet werden kann, daher die Abwesenheit eines Flüssigkeitsstopps in der Abteilung 122c auf der linken Seite.
  • Die Pumpmittel (wie in 17 symbolisch abgebildet) sind vorzugsweise aktive Flüssigkeitspumpmittel 15, was sich in der Praxis als besonders gut funktionierend erwiesen hat. In Abwandlungen können ebenso auch passive Kapillarmittel (z. B. große Benetzungsflächen, welche stromabwärts des Abschnitts (der Abschnitte) 12 vorgesehen sind) verwendet werden.
  • Bezug nehmend nun spezieller auf 15, 16: in Ausführungsformen kann die Einheit 1 mit Reagenz, z. B. (bio)chemischen Reagenzien, versehen sein, welches bereits in Abteilungen oder Bereichen des Abschnitts (der Abschnitte) 12 integriert ist. Außerdem könnten Rezeptoren stromabwärts des Auslasses 13 vorgesehen sein, um mit Flüssigkeit zu reagieren, welche aus dem Auslass 13 austritt, wie in 16G veranschaulicht. Zum Beispiel kann der zweite Bereich 122 Reagenzien R, R1, R2 aufweisen, welche durch Flüssigkeit gelöst werden können und insbesondere durch überschüssige Flüssigkeit, die in den zweiten Bereich 122 strömt. Die Reagenzien sollen typischerweise in einem angemessen definierten Flüssigkeitsvolumen gelöst sein. In dem zweiten Bereich 122 können auch verschiedene Reagenzien (R1, R2, R3) aufgebracht werden, beispielsweise wenige Millimeter voneinander entfernt, um ein gewisses Maß an Trennung zu bewahren, trotz ihrer Auflösung und ihres passiven Diffusionsprofils. Mit anderen Worten, nach dem Lösen dieser Reagenzien trägt die Flüssigkeit, welche die transversale Flüssigkeitsbarriere passiert, in einer gut definierten Sequenz die gelösten Reagenzien (z. B. 10 nL Flüssigkeit mit dem Reagenz R1, gefolgt von 5 nL Flüssigkeit ohne jedes Reagenz, gefolgt von 20 nL Flüssigkeit mit dem Reagenz R2) mit sich. Diese gut definierte Auflösung verschiedener Reagenzien in einer Flüssigkeit ist besonders geeignet zum Bewirken (bio)chemischer Untersuchungen oder Analysen, welche typischerweise erforderlich machen, dass Rezeptoren in einer geeigneten Sequenz Analyten und Reagenzien ausgesetzt werden. In Abwandlungen können eine oder mehrere Verzögerungskammern 42 (wie in 12) verwendet werden, um mehr Zeit für die Auflösung von einem oder mehreren Reagenzien und/oder dafür bereitzustellen, dass einige Reagenzien mit Analyten in der Flüssigkeit reagieren. Dies kann zum Beispiel dazu beitragen, die Empfindlichkeit einer Untersuchung zu erhöhen, oder es kann die Ausbeute chemischer Reaktionen erhöhen.
  • Man beachte, dass in jeder der Ausführungsformen der 1, 10 bis 17, der transversale Schnitt 13 des Flüssigkeitsauslasses kleiner als der mittlere transversale Schnitt des Mikrokanalabschnitts 12 ausgestaltet ist. Dies trägt dazu bei, einen stärkeren Konzentrationsgradienten von Reagenzien entlang dem transversalen Schnitt 13 zu erzeugen, was die Diffusion von Reagenzien verstärkt. Außerdem weist in der speziellen Ausführungsform der 15 die Einheit 1 ein Flüssigkeitsumleitungsventil (verkörpert als eine Flüssigkeitsverengung) auf, dessen abgeschrägte Wände 30b als eine transversale Flüssigkeitsbarriere fungieren.
  • Nun speziell Bezug nehmend auf 16 und gemäß einer anderen Erscheinungsform kann die Erfindung als ein Verfahren zum Steuern von Flüssigkeit L in einer Mikrofluidik-Einheit 1, wie oben beschrieben, verkörpert sein. Ein solches Verfahren weist grundsätzlich die folgenden Schritte auf.
  • Zuerst, 16A, tritt Flüssigkeit L über den Flüssigkeitseinlass 11 in den ersten Bereich 122 des Mikrokanalabschnitts 12 ein, z. B. aufgrund von Pumpmitteln, welche die Flüssigkeit drücken (aktive Mittel) oder anziehen (passive, benetzende Mittel). Die Flüssigkeit L bewegt sich dadurch longitudinal in dem Bereich 121, wo sie durch die longitudinale Barriere 20 gehalten wird, nach oben bis zur transversalen Barriere 30 (16B). Dort bildet sich ein Meniskus und aufgrund der kleinen kapillaren Lücke G wird Flüssigkeit an der Lücke angeheftet, so dass die Flüssigkeit den ersten Bereich 121 füllt.
  • Sobald eine ausreichende Menge an Flüssigkeit L vorhanden ist, wird durch das Pumpen weiterer Flüssigkeit der Druck auf die Flüssigkeit erhöht, wodurch ihr Luft-Flüssigkeits-Meniskus genug Energie erhält, um sich auszudehnen und die Lücke G zu passieren (16B bis C). Anschließend bewegt sich die Flüssigkeit weiter in den zweiten Bereich hinein und induziert eine Strömung der Flüssigkeit in dem ersten Bereich quer zu der longitudinalen Barriere 20, 16D. Es ist wichtig anzumerken, dass überschüssige Flüssigkeit im Beispiel der 16 im Wesentlichen über die Barriere 20 strömt (d. h. über die Barriere und durch die Passage 22, vgl. 1 bis 2). Mit anderen Worten, die Flüssigkeit strömt im Wesentlichen transversal (orthogonal zu der Schiene 20 in 16C bis E) statt longitudinal über die Lücke G, so dass eine optimale Vermischung im Bereich 122 ermöglicht wird. Da die Flüssigkeit nicht longitudinal strömt, löst sie keine Reagenzien und sammelt diese nicht an. Stattdessen lösen sich Reagenzien lokal und diffundieren passiv um den Bereich herum, wo sie aufgebracht wurden.
  • Wenn nun eine Lücke G zwischen der transversalen und der longitudinalen Barriere 20, 30 vorgesehen ist, bleibt es dabei, dass, aufgrund der Flüssigkeit, die an der Lücke G angeheftet ist, Flüssigkeitsteilchen im rechten Bereich 82 (auf der Höhe der Lücke G) die ersten sind, die quer zu der longitudinalen Barriere zu strömen beginnen (um den zweiten Bereich zu füllen). Anschließend kann es, da Flüssigkeit „zu benetzen bevorzugt”, von oben so aussehen, dass eine Flüssigkeitsfront von der zweiten Seite S2 zu der ersten Seite S1 voranschreitet. Dies sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, als ob sich Flüssigkeit im zweiten Bereich longitudinal von S2 zu S1 bewegte. Stattdessen strömt überschüssige Flüssigkeit im Wesentlichen transversal durch (oder über) die Barriere 20.
  • Wie in 16 veranschaulicht, sollen, wenn Reagenzien R vorhanden sind, sich diese allmählich zu lösen beginnen und diffundieren, wobei die transversale Strömung der überschüssigen Flüssigkeit dazu beiträgt, die Flüssigkeit schrittweise über den Reagenzien zu verteilen (im Gegensatz zu einer longitudinalen Strömung, welche Reagenzien anhäufen würde). An einem gewissen Punkt (16G) hat die Flüssigkeit den gesamten Abschnitt 12 gefüllt und kann sich nicht weiter ausbreiten, so dass weitere Flüssigkeit, welche in den Abschnitt 12 eintritt, überschüssige Flüssigkeit dazu zwingt, über die zweite(n) Passage(n) 32 in den Flüssigkeitsauslass 13 abgelassen zu werden, z. B. durch Gelangen über die Barriere 30 (in 16 als eine Umleitungsschiene angeordnet).
  • Die Entlüftung 40 verhindert, dass Luft im Abschnitt 12 eingeschlossen wird, wenn der zweite Abschnitt 122 mit Flüssigkeit gefüllt wird. Eingeschlossene Luft würde das Füllen der Kammer und den Betrieb der Einheit behindern. Jedoch kann eine orthogonale Strömungsvermischung aufgrund der Komprimierbarkeit von Luft im Prinzip auch ohne jede Entlüftung vorgesehen sein.
  • Nun spezieller auf 16G Bezug nehmend: in Ausführungsformen kann ein Mikrokanal 10 ferner einen oder mehrere Rezeptoren r stromabwärts von dem Flüssigkeitsauslass 13 aufweisen. Somit flutet überschüssige Flüssigkeit die Rezeptoren und reagiert mit diesen, wenn sie über den Flüssigkeitsauslass 13 abgelassen wird. Solche Rezeptoren können zum Beispiel Analyten in einer Flüssigkeitsprobe, die durch den Abschnitt 12 strömt, und Reagenzien binden, die im zweiten Bereich 122 aufgebracht wurden. Die Position der Reagenzien entlang dem zweiten Bereich 122 bestimmt zum Beispiel, in welchem Volumenteil der Flüssigkeitsprobe und zu welcher Zeit die Reagenzien nacheinander den Auslass 13 passieren und mit Analyten in Wechselwirkung treten, die an die Rezeptoren r gebunden sind, um die Erfassung von Analyten in der Flüssigkeitsprobe zu ermöglichen.
  • Wie bereits in Bezug auf 13, 14 erwähnt, können dennoch Untersuchungen vorgesehen sein, die ohne Verwendung irgendeines Rezeptors stromabwärts vom Abschnitt 12 durchzuführen sind. Bei einigen Untersuchungen kann in dem zweiten Bereich 12 ein Reagenz für einen Enzym-Analyten aufgebracht werden. Das Enzym wandelt das Substrat in ein gefärbtes Produkt um. Die Anwendung kann zum Beispiel das Erkennen einer Lebertoxizität sein, einer gewöhnlichen Bedingung, bei welcher Leberzellen abgebaut werden und Enzyme in das Blut von Patienten freisetzen. Die Erfassung dieser Enzyme ist von Nutzen. Eine Lebertoxizität kann aus Anti-HIV-Behandlungen herrühren und eine Toxizität, die durch viele Medikamente verursacht wird. Diesbezüglich können Ausführungsformen der Erfindung genutzt werden, um ähnliche Tests zusammen mit einer Abbildung der enzymatischen Produkte durchzuführen, z. B. unter Verwendung eines Smartphones. Von besonderem Vorteil ist es, eine Einheit 1 zu verwenden, die in Kunststoff geformt ist. Wie bereits erwähnt, kann man auch vorsehen, verschiedene Substrate für Enzyme in unterteilten Sektionen 122b, 122c (13, 14) des zweiten Bereichs 122 anzuordnen oder in Abwandlungen mehrere Mischkammern 12 parallel zu verwenden, welche jeweils einen entsprechenden Substrattyp für ein spezielles Enzym oder einen speziellen Analyten aufweisen.
  • Wieder Bezug nehmend auf 15 oder 16: es ist erwähnenswert, dass Reagenzien verschiedener Typen auf eine oder mehrere der folgenden Weisen aufgebracht werden können. Eine erste Weise ist es, ein Reagenz eines zweiten Typs oben auf ein Reagenz eines ersten Typs aufzubringen. Eine andere Weise ist es, Reagenzien eines ersten Typs in einem ersten Gebiet (z. B. einem linken Bereich) des zweiten Bereichs 122 und Reagenzien eines zweiten Typs in einem zweiten Gebiet (z. B. einem rechten Bereich) des zweiten Bereichs 122 aufzubringen. Die Gebiete können sich hintereinander entlang der longitudinalen Barriere 20 erstrecken, wie in 15 veranschaulicht.
  • Nun Bezug nehmend auf 17: in Ausführungsformen können die Einheiten 1 der vorliegenden Erfindung mehrere Mikrokanäle 10 aufweisen, welche in multiplexierter Weise angeordnet sind. Im Kontext der 17 weisen multiplexierte Kanäle 10 einen gemeinsamen Ursprung 10i auf, welcher sich in mehrere Kanäle 10, 10a bis g unterteilt, um entsprechende Mischkammern 12 zu beschicken. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, dass die bevorzugten Ausgestaltungen der Entlüftungen ein einfaches Multiplexieren der Kanalabschnitte 12 ermöglichen. Falls erforderlich, können stromabwärts der Abschnitte 12 Erfassungsbereiche vorgesehen sein. Solche Erfassungsbereiche können unter Verwendung von Erfassungskanälen 14, 14a bis g realisiert werden. Eine Reaktion zwischen einem Analyten in einer Probe und einem oder mehreren Reagenzien in einem Kanalabschnitt 12 kann genutzt werden, um ein gefärbtes Produkt zu erzeugen, welches das Vorliegen und die Konzentration des Analyten in der Lösung anzeigt. Alternativ könnte ein gefärbter Analyt in einem Erfassungskanal durch Reaktion mit einem Reagenz erfasst werden, welches die Farbe des Analyten unterdrückt oder modifiziert. Solche Analyt-Reagenz-Erfassungsmittel sind in der Biochemie und der Biologie Standard und können optische, Fluoreszenz-, elektrische (Widerstands-, Kapazitäts-, Impedanz- oder Stromerzeugungs-)Signale verwenden. Es besteht auch die Möglichkeit, z. B. durch Aufbringen auf Tintenstrahl-Basis, einen Rezeptor in einem Erfassungskanal anzuordnen. Dieser Rezeptor kann zum Beispiel ein „Fang”-Antikörper sein, der auf der Oberfläche eines Erfassungskanals immobilisiert ist. Er kann auch ein Fang-Antikörper sein, der an der Oberfläche eines Mikro-/Nanokügelchens angeordnet ist. In diesem Beispiel kann ein Oberflächen-„Sandwich”-Immunoassay zum Erfassen eines Antigens (d. h. des Analyten) in einer Lösung realisiert werden, welche die Einheit 1 füllt. Das in dem Kanalabschnitt 12 abgeschiedene Reagenz sollte dann ein „Erfassungs”-Antikörper sein, welcher vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert ist. Die gesteuerte Freisetzung des Erfassungs-Antikörpers in dem Kanalabschnitt 12 führt zur Bildung von Analyt-Erfassungs-Antikörper-Komplexen, welche wiederum in dem stromabwärts gelegenen Erfassungskanal 14, 14a bis g durch Fang-Antikörper eingefangen werden können. Das Maß der gemessenen Fluoreszenz in dem Einfangbereich 17 verrät das Vorliegen und die Konzentration von Analyt in der Probe. Die Typen und Mengen der Reagenzien und Rezeptoren, die zum Erfassen von Analyten verwendet werden, können stark variiert und an den Typ der Analyten und die verwendete Probe angepasst werden. Die Erfassung von Analyten unter Nutzung solcher Ligand/Rezeptor-spezifischen Wechselwirkungen ist wohlbekannt und kann beispielsweise Tests zum Erfassen von Chemikalien, Proteinen, Oligonukleotiden, Zellen, Schadstoffen, Krankheitserregern und Metallen aufweisen. Die Verwendung mehrerer Kanalabschnitte 12 und Erfassungskanäle 14, 14a bis g ermöglicht die Realisierung multiplexierter Tests auf einer einzigen Einheit. Für multiplexierte Tests verlaufen die Kanalabschnitte 12 und die Erfassungskanäle 14, 14a bis g vorzugsweise parallel und weisen auch vorzugsweise einen regelmäßigen Abstand voneinander auf, um die Abscheidung von Reagenzien in den Kanalabschnitten 12 und von Rezeptoren in den Erfassungskanälen 14, 14a bis g zu erleichtern. Parallelität und verringerter Abstand zwischen den Erfassungskanälen 14, 14a bis g ermöglichen es, die benötigte Fläche des Erfassungsbereichs 17 zu verringern. Dies trägt dazu bei, die Gesamtabmessungen und Kosten der Einheit 1 zu verringern, verringert aber auch die Anforderungen für Signalmesseinheiten wie CCD-Chips, CMOS-Chips, optische Abtastvorrichtungen/Fluoreszenz-Abtastvorrichtungen, Mikroskope. Kompakte Erfassungsbereiche sind besonders wünschenswert zum Abbilden von Erfassungskanälen auf einmal, beispielsweise unter Verwendung einer Linse mit kleinem Formfaktor und eines Smartphones. Da die Kanalabschnitte 12 deutlich größer sein müssen als die Erfassungskanäle 14, 14a bis g, um die Reagenzien in ausreichend großen Probenvolumina zu lösen, ist es unwahrscheinlich, dass die Kanalabschnitte und die Erfassungskanäle ausgerichtet sein können. In der Tat haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bemerkt, dass, wenn verschiedene Versionen einer Einheit hergestellt werden, wie sie in 17 abgebildet ist, die Kanalabschnitte gewöhnlich ungefähr 50% der gesamten benötigten Fläche der Einheit 1 ausmachen. Aus diesem Grund kann es sinnvoll sein, Verbindungskanäle bereitzustellen, um einzelne Kanalabschnitte 12 mit Erfassungskanälen 14, 14a bis g zu verbinden. Diese Verbindungskanäle sollten vorzugsweise alle dieselbe Länge aufweisen, so dass sie alle den gleichen hydraulischen Widerstand aufweisen und nicht ein Kanal dazu gebracht wird, dass er mehr Probe aufnimmt als ein anderer. Durch Bewirken, dass einige Verbindungskanäle gewunden sind (wie in 17 zwischen den Kanalabschnitten 12 und dem Erfassungsbereich 17 abgebildet), können die Längen der Verbindungskanäle ausgeglichen werden. Alternativ können ihre Breiten angepasst werden, um ihren hydraulischen Widerstand auszugleichen. In der Praxis werden Windungen bevorzugt, weil sie eine weitere transversale Vermischung ermöglichen. Solche Windungen werden oft als „Dean-Strömungsmischer” bezeichnet und die Anzahl der Windungen und der Radius der Krümmungen können in Abhängigkeit davon angepasst werden, wieviel Vermischung entlang dem Querschnitt des Kanals erwünscht ist. Eine andere Erwägung bei der Verwendung einer Mikrofluidik-Einheit zur (bio)chemischen Analyse ist die Schwierigkeit, die Einheit mit einem genauen Probenvolumen zu füllen. Wenn eine Einheit für jeden Test mit anderen Probenvolumina gefüllt wird, könnten gelöste Reagenzien nicht immer an der richtigen Stelle in einem Erfassungskanal angeordnet sein. In unerwünschten Szenarien können Reagenzien und möglicherweise auch Rezeptoren aus den Erfassungsbereichen herausgespült werden, wenn zu große Probenvolumina zugeführt werden. Dies kann zu ungenauen Tests oder Tests mit falschen negativen Ergebnissen führen.
  • Diese Situation kann deutlich verbessert werden, indem der Kanal 10v hinzugefügt wird, welcher das Feld der Kanalabschnitte 12, die Verbindungskanäle (falls vorhanden), die Erfassungskanäle 14, 14a bis g und den Synchronisationsübergang 70 überbrückt. Der Kanal 10v beginnt mit einem Bereich, welcher einen relativ hohen hydraulischen Widerstand aufweist (schmaler und langer gewundener Kanal). Dieser hydraulische Widerstand sollte höher sein als der Gesamtwiderstand des Feldes der Kanalabschnitte 12, der Verbindungskanäle (falls vorhanden), der Erfassungskanäle 14, 14a bis g und des Synchronisationsübergangs 70, um ein Füllen dieser Strukturen zu bevorzugen und ein Füllen des Kanals 10v auf ein Mindestmaß zu beschränken. Dann sollte hinter dem Synchronisationsübergang 70 ein Kanal 10o mit einem höheren hydraulischen Widerstand als im Kanal 10v vorhanden sein. Flüssigkeit, welche im Kanal 10o ankommt, wird einen starken Strömungswiderstand erfahren und die Strömung wird hauptsächlich über den Kanal 10v erfolgen, wodurch eine unnötige Strömung durch die Erfassungskanäle auf ein Mindestmaß beschränkt wird und Reagenzien und Rezeptoren in diesem strategischen Teil der Einheit gehalten werden.
  • In den Ausführungsformen der 17 und 18 weist die multiplexierte Einheit 1 ferner einen Flüssigkeitssynchronisationsübergang 70 auf, welcher stromabwärts von jedem der Mikrokanäle 10, 10a bis g angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass er Flüssigkeitsströme, die in den Mikrokanälen befördert werden, stromabwärts von entsprechenden Mikrokanalabschnitten 12 davon synchronisiert. Der Synchronisationsübergang weist Flüssigkeitsbarrieren 74, 76 auf, welche sich longitudinal darin (jedoch transversal in Bezug auf die Richtung der eingehenden Strömung) erstrecken und so eingerichtet sind, dass sie ein Ausbreiten von Flüssigkeit, die in den Übergang 70 eintritt, verzögert. Man beachte, dass in 17 alle Kanäle 10, 10a bis g auf der Höhe eines Übergangs zusammenlaufen, was vorteilhaft ist, um sicherzustellen, dass ähnliche Strömungsraten und Flüssigkeitsvolumina durch die entsprechenden Strömungsmischkammern 12 gelangen können. In diesem Sinn ergänzt ein Synchronisationsübergang das hierin offenbarte Mischkammerkonzept.
  • Für den Übergang 70 können viele Abwandlungen vorgesehen sein. Im Detail gilt in der Ausführungsform der 18: die Schiene 72 ist eine tragende Schiene (optional). Die Schienen 74 und 76 sind Flüssigkeitsrückhalteschienen, welche zusammen mit der tragenden Schiene 72 (oder einer beliebigen Innenwand des Übergangs, welche dieselbe Rolle spielt) dazu dienen, Flüssigkeit, die aus den Kanälen 10, 10a bis g ankommt, zurückzuhalten und zusammenfließen zu lassen. Zwischen den zwei Schienen 74, 76 ist eine Lücke vorgesehen, um überschüssige Flüssigkeit freizugeben, nach ähnlichen Prinzipien, wie bereits beschrieben. Freigegebene Flüssigkeit tritt dann über den Auslass 70o aus dem Übergang aus, um in den Kanal 10o zu strömen (17).
  • Flüssigkeit, die aus separaten Kanälen 10, 10a bis g kommt, nähert sich an entsprechenden Einlässen dem Übergang 70. Man beachte, dass die betreffenden Einlässe Kapillarventile aufweisen (hier als Flüssigkeitsverengungen vorgesehen, 18). Anschließend stellt sich die Füllfront aus einzelnen Kanälen auf. Wenn sich ein ausreichender Druck aufbaut, kann Flüssigkeit an einem Einlass oder mehreren Einlässen die Oberflächenspannung der Flüssigkeit durchbrechen und dazu übergehen, den Übergang 70 zu füllen. Die Rückhalteschiene 74, 76 soll dann die Anfangsphase des Füllens auf einen oder jeden der Einströmungs-Zusammenlaufbereiche (zwischen der Schiene 72 und den Schienen 74, 76) begrenzen, wodurch das Risiko des Einschließens von Luft beseitigt wird. Die Flüssigkeitsströmung durch andere Einlässe beginnt, wenn die Flüssigkeit in den Einströmungs-Zusammenlaufbereichen mit den Füllfronten in Kontakt kommt, die an anderen Einlass-Kapillarventilen feststecken. Die Freigabeöffnung, d. h. die Lücke zwischen den zwei Schienen 74, 76, koordiniert eine gesteuerte mediolaterale Strömung von den Einlässen zu dem Auslass 70o gegen einen Lufteinschluss. Es können Widerstandselemente und Auslass-Kapillarventile vorgesehen sein, um dabei zu helfen, dass sich der Übergang 70 vollständig füllt. Wenngleich optional, trägt die tragende Schiene 72 dazu bei, die Einlass-Kapillarventile zu verstärken.
  • Die obigen Ausführungsformen sind unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen knapp beschrieben worden und können eine Anzahl von Abwandlungen umfassen. Es können verschiedene Kombinationen der obigen Merkmale vorgesehen sein. Zum Beispiel: (i) können eine oder mehrere Entlüftungen vorhanden sein (oder nicht); (ii) kann die Entlüftung den zweiten Bereich an einer Stelle in der Nähe des Flüssigkeitseinlasses (um den Luftaustritt zu maximieren) mit dem Auslass verbinden; (iii) können mehrere Verzögerungskammern vorgesehen sein, welche jeweils einen entsprechenden Zugang zu einer Entlüftung aufweisen oder mit einer entsprechenden Entlüftung verbinden; (iv) kann eine Entlüftung eine luftdurchlässige Flüssigkeitsbarriere aufweisen oder nicht; (v) kann eine Mikrofluidik-Einheit 1 in Ausführungsformen Flüssigkeitsbarrieren 20, 30, 44, 74, 76 verschiedener Typen aufweisen, welche z. B. aus den Typen ausgewählt sind, die in 2 bis 9 dargestellt sind. Sogar eine einzelne Barriere 20, 30 usw. kann aus Barriereelementen verschiedener Typen zusammengesetzt sein.
  • Man beachte, dass in jedem der speziellen Kontexte, die oben unter den Punkten (i) bis (v) beschrieben sind: (vi) die transversale Barriere 30 einen kapillaren Abstand von der longitudinalen Barriere 20 aufweisen kann; (vii) die transversale Barriere 30 sich vorzugsweise senkrecht zu der longitudinalen Barriere 20 erstrecken soll; (viii) die longitudinale Barriere 20 sich longitudinal und im Wesentlichen über eine gesamte Länge des Abschnitts 12 erstrecken kann; (ix) die transversale Barriere 30 sich im Wesentlichen über die gesamte Breite des Abschnitts 12 zwischen der longitudinalen Flüssigkeitsbarriere und dem Flüssigkeitsauslass erstrecken kann, insbesondere in dem Kontext, der oben unter dem Punkt (viii) beschrieben ist; (x) Pumpmittel in jedem der Kontexte, die oben unter den Punkten (i) bis (ix) beschrieben sind, aktive Flüssigkeits-Pumpmittel oder alternativ passive Mittel sein können;
    Außerdem und in einem beliebigen der speziellen Kontexte, die oben unter den Punkten (i) bis (x) beschrieben sind: (xi) kann der zweite Bereich verdünnbare Reagenzien aufweisen;
    Außerdem und in einem beliebigen der speziellen Kontexte, die oben unter den Punkten (i) bis (xi) beschrieben sind, kann ein transversaler Schnitt des Flüssigkeitsauslasses kleiner sein als ein transversaler Schnitt des Abschnitts 12; und (xiii) kann eine multiplexierte Einheit, wie sie in 17 abgebildet ist, in der Tat mehrere Kanäle 10 und Kanalabschnitte 12 aufweisen, welche gemäß einem der obigen Punkte (i) bis (xii) ausgestaltet sind, falls erforderlich mit einem Flüssigkeitssynchronisationsübergang 70, wie bereits beschrieben.
  • Es können andere Abwandlungen und Kombinationen von Merkmalen vorgesehen sein, von denen einige aus den Zeichnungen hervorgehen.
  • Einige der hierin beschriebenen Verfahren und Merkmale können bei der Herstellung von Mikrofluidik-Chips genutzt werden. Die resultierenden Chips können vom Hersteller in unbehandelter Wafer-Form (also als einzelner Wafer, der mehrere Chips ohne Gehäuse aufweist), als bloßer Chip oder in einer Form mit Gehäuse vertrieben werden. Im letzteren Fall kann der Chip in einem Gehäuse für einen Chip oder in einem Gehäuse für mehrere Chips montiert sein. In jedem Fall kann der Chip dann mit anderen Chips integriert sein. In ähnlicher Weise können Mikrofluidik-Chips aus Glas oder Polymeren oder unter Verwendung einer Kombination von Materialien hergestellt werden. Chips aus Glas könnten durch Lithographie und Trocken- oder Nassätzverfahren hergestellt werden. Chips aus Polymer können durch Heißprägen oder Spritzgießen oder auch durch Walzenübertragungs-Herstellungsverfahren unter Verwendung flexibler Materialien hergestellt werden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine begrenzte Anzahl an Ausführungsformen, Abwandlungen und die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden ist, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Ersetzungen durch Äquivalente erfolgen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere kann ein Merkmal (Vorrichtungsmerkmal oder Verfahrensmerkmal), das in einer gegebenen Ausführungsform oder Abwandlung zitiert oder in einer Zeichnung dargestellt wird, mit einem anderen Merkmal in einer anderen Ausführungsform, Abwandlung oder Zeichnung kombiniert werden oder dieses ersetzen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend können verschiedene Kombinationen der Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der obigen Ausführungsformen oder Abwandlungen beschrieben sind, vorgesehen sein, welche innerhalb des Umfangs der anhängenden Patentansprüche bleiben. Außerdem können viele kleinere Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der vorliegenden Erfindung anzupassen, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Deswegen soll die vorliegende Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die vorliegende Erfindung soll alle Ausführungsformen umfassen, welche unter den Umfang der anhängenden Patentansprüche fallen. Außerdem können viele andere Abwandlungen als die oben ausdrücklich erwähnten vorgesehen sein. Zum Beispiel können zusätzliche Elemente vorhanden sein, wie z. B. Ventile, Anschlüsse, Durchgangsöffnungen, Schlauchanschlüsse usw.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Mikrofluidik-Einheit
    10
    Mikrokanäle
    11
    Flüssigkeitseinlass
    12
    Mikrokanalabschnitt (Strömungsmischkammer)
    121
    Erster Bereich der Strömungsmischkammer
    122
    Zweiter Bereich der Strömungsmischkammer
    13
    Flüssigkeitsauslass
    14
    Erfassungskanäle
    15
    Flüssigkeitspumpmittel
    17
    Erfassungsbereich
    20
    Longitudinale Flüssigkeitsbarriere
    22
    Erste Flüssigkeitspassagen (auf der Höhe der longitudinalen Barriere)
    30
    Transversale Flüssigkeitsbarriere
    32
    Zweite Flüssigkeitspassagen
    40
    Entlüftung
    42
    Verzögerungskammer
    44
    Luftdurchlässige Flüssigkeitsbarriere
    50
    Bodenwand der Kammer
    70
    Synchronisationsübergang
    70o
    Übergangsauslass
    72
    Tragende Schiene
    74, 76
    Flüssigkeitsrückhalteschienen
    R
    Reagenzien
    R
    Rezeptoren

Claims (23)

  1. Mikrofluidik-Einheit, welche eine Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen aufweist, welche jeweils aufweisen: einen Mikrokanalabschnitt mit einer longitudinalen Flüssigkeitsbarriere, welche sich longitudinal darin erstreckt, wodurch sie einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich in dem Mikrokanalabschnitt definiert; eine oder mehrere erste Flüssigkeitspassagen auf der Höhe der longitudinalen Barriere; einen Flüssigkeitseinlass, welcher so konfiguriert ist, dass er ermöglicht, dass Flüssigkeit in den ersten Bereich eintritt; einen Flüssigkeitsauslass, welcher so konfiguriert ist, dass er ermöglicht, dass Flüssigkeit den Mikrokanalabschnitt verlässt; eine transversale Flüssigkeitsbarriere, welche zwischen dem Mikrokanalabschnitt und dem Flüssigkeitsauslass eingerichtet ist, um Flüssigkeit, die von dem Flüssigkeitseinlass angeströmt ist, im Betrieb in dem ersten Bereich aufzuhalten; und eine oder mehrere zweite Flüssigkeitspassagen auf der Höhe der transversalen Flüssigkeitsbarriere, wobei die Einheit ferner Flüssigkeitspumpmittel aufweist, welche so konfiguriert sind, dass sie Flüssigkeit durch jeden Mikrokanalabschnitt der Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen ablenken, wobei die eine oder die mehreren ersten Flüssigkeitspassagen außerdem so konfiguriert sind, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb quer zu der longitudinalen Barriere in den zweiten Bereich strömt, und die eine oder die mehreren zweiten Flüssigkeitspassagen außerdem so konfiguriert sind, dass sie ermöglichen, dass überschüssige Flüssigkeit in dem longitudinalen Bereich im Betrieb über den Flüssigkeitsauslass abgelassen wird.
  2. Einheit nach Anspruch 1, wobei die longitudinale Flüssigkeitsbarriere eines aus Folgendem aufweist: eine langgestreckte erhabene Struktur, welche von einer Bodenwand des Mikrokanalabschnitts hervorsteht, deren Höhe geringer als eine Tiefe des Mikrokanalabschnitts ist, wodurch eine Flüssigkeitspassage über der erhabenen Struktur definiert wird, welche ermöglicht, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich strömt; eine Gruppe ausgerichteter erhabener Strukturen, welche jeweils von einer Bodenwand des Mikrokanalabschnitts hervorstehen, wobei ein Raum zwischen zwei aufeinander folgenden Strukturen der Gruppe eine kapillare Flüssigkeitspassage bildet, wobei letztere ermöglicht, dass unter Druck stehende Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb zu dem zweiten Bereich strömt; eine erhabene Monoblockstruktur, welche von einer Bodenwand des Mikrokanalabschnitts hervorsteht und Scharten aufweist, welche Flüssigkeitspassagen bilden, welche ermöglichen, dass unter Druck stehende Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich strömt; eine Gruppe von einer oder mehreren Aussparungen, welche jeweils in einer Dicke einer Bodenwand des Mikrokanalabschnitts bereitgestellt werden und ermöglichen, dass unter Druck stehende Flüssigkeit in dem ersten Bereich im Betrieb von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich strömt; und eine nicht-benetzende Fläche.
  3. Einheit nach Anspruch 1, wobei die transversale Flüssigkeitsbarriere einen kapillaren Abstand von der longitudinalen Struktur aufweist, um überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich zum Strömen in den zweiten Bereich zu bringen, anstatt über die eine oder die mehreren zweiten Flüssigkeitspassagen aus dem Mikrokanalabschnitt auszutreten.
  4. Einheit nach Anspruch 3, wobei sich die transversale Flüssigkeitsbarriere senkrecht zu der longitudinalen Flüssigkeitsbarriere erstreckt.
  5. Einheit nach Anspruch 3, wobei sich die longitudinale Flüssigkeitsbarriere longitudinal und im Wesentlichen über eine gesamte Länge des Mikrokanalabschnitts erstreckt und sich die transversale Flüssigkeitsbarriere quer und im Wesentlichen über eine gesamte Breite des Mikrokanalabschnitts zwischen der longitudinalen Flüssigkeitsbarriere und dem Flüssigkeitsauslass erstreckt.
  6. Einheit nach Anspruch 1, wobei die Pumpmittel aktive Flüssigkeitspumpmittel sind.
  7. Einheit nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich Reagenzien aufweist, welche durch Flüssigkeit verdünnbar sind, die aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich strömt.
  8. Einheit nach Anspruch 1, wobei die Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen mindestens zwei Mikrokanäle aufweist, welche in multiplexierter Weise angeordnet sind.
  9. Einheit nach Anspruch 8, welche ferner einen Flüssigkeitssynchronisationsübergang stromabwärts von jedem der zwei oder mehr Mikrokanäle aufweist, welcher so konfiguriert ist, dass er Ströme von Flüssigkeit, die in den zwei oder mehr Mikrokanälen befördert wird, stromabwärts von entsprechenden Mikrokanalabschnitten davon synchronisiert, wobei der Synchronisationsübergang eine oder mehrere Flüssigkeitsbarrieren aufweist, die sich longitudinal darin erstrecken und so eingerichtet sind, dass sie eine Ausbreitung von Flüssigkeit, welche in den Synchronisationsübergang eintreten, verzögern.
  10. Einheit nach Anspruch 1, wobei für einen oder mehrere der Mikrokanäle der Gruppe ein transversaler Schnitt des Flüssigkeitsauslasses kleiner als ein transversaler Schnitt des Mikrokanalabschnitts ist.
  11. Einheit nach Anspruch 1, welche ferner eine transversale erhabene Struktur aufweist, welche die transversale Flüssigkeitsbarriere zeigt.
  12. Einheit nach Anspruch 1, welche ferner ein Flüssigkeitsumleitungsventil aufweist, wobei die transversale Flüssigkeitsbarriere einen Teil dieses Ventils bildet.
  13. Einheit nach Anspruch 1, wobei sich der Flüssigkeitseinlass auf einer ersten Seite des Mikrokanalabschnitts befindet und der Flüssigkeitsauslass auf einer zweiten Seite des Mikrokanalabschnitts befindet und wobei die transversale Flüssigkeitsbarriere einen kapillaren Abstand von der longitudinalen Struktur aufweist, um überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich zum Strömen in den zweiten Bereich zu bringen, anstatt über die eine oder die mehreren zweiten Flüssigkeitspassagen aus dem Mikrokanalabschnitt auszutreten.
  14. Einheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 13, welche ferner eine Entlüftung aufweist, welche mit dem zweiten Bereich verbindet und so konfiguriert ist, dass sie im Betrieb Luft daraus austreten lässt, wenn der zweite Bereich mit Flüssigkeit gefüllt wird.
  15. Einheit nach Anspruch 14, wobei die Entlüftung den zweiten Bereich mit dem Flüssigkeitsauslass verbindet.
  16. Einheit nach Anspruch 14, wobei die Entlüftung den zweiten Bereich an einer Stelle verbindet, die sich nah genug an dem Flüssigkeitseinlass befindet, damit die Entlüftung in der Lage ist, im Betrieb Luft aus dem Mikrokanalabschnitt austreten zu lassen, wenn der zweite Bereich weitgehend mit Flüssigkeit gefüllt ist.
  17. Einheit nach Anspruch 16, wobei die Entlüftung über eine Verzögerungskammer mit dem zweiten Bereich verbindet, wobei letztere so konfiguriert ist, dass sie im Betrieb durch überschüssige Flüssigkeit füllbar ist, welche über den Flüssigkeitseinlass zugeführt wird, nachdem der Mikrokanalabschnitt mit Flüssigkeit gefüllt worden ist.
  18. Einheit nach Anspruch 14, wobei die Entlüftung eine luftdurchlässige Flüssigkeitsbarriere aufweist, welche zum Blockieren einer Flüssigkeit konfiguriert ist, die in die Entlüftung eintritt.
  19. Verfahren zum Steuern von Flüssigkeit in der Mikrofluidik-Einheit nach Anspruch 1, aufweisend: Bewirken, dass Flüssigkeit über den Flüssigkeitseinlass in den ersten Bereich des Mikrokanalabschnitts eintritt, durch die Pumpmittel; Bewirken, dass Flüssigkeit, welche in den ersten Bereich eingetreten ist, den ersten Bereich füllt, wobei die Flüssigkeit von der transversalen Flüssigkeitsbarriere aufgehalten wird; Bewirken, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich über die eine oder die mehreren ersten Passagen quer zu der longitudinalen Barriere in den zweiten Bereich strömt; und Bewirken, dass überschüssige Flüssigkeit in dem longitudinalen Abschnitt über die eine oder die mehreren zweiten Passagen in den Flüssigkeitsauslass abgelassen wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Einheit so konfiguriert ist, dass bei dem Schritt des Bewirkens, dass überschüssige Flüssigkeit in dem ersten Bereich in den zweiten Bereich strömt, überschüssige Flüssigkeit quer zu der longitudinalen Barriere in den zweiten Bereich strömt, so dass der zweite Bereich von einer zweiten Seite des Mikrokanalabschnitts in der Nähe des Flüssigkeitsauslasses bis zu einer ersten Seite des Mikrokanalabschnitts in der Nähe des Flüssigkeitseinlasses gefüllt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich Reagenzien aufweist, wobei letztere durch überschüssige Flüssigkeit verdünnbar sind, die aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich strömt, so dass durch das Bewirken, dass überschüssige Flüssigkeit über die eine oder die mehreren ersten Flüssigkeitspassagen in den zweiten Bereich strömt, bewirkt wird, dass die Reagenzien gelöst werden.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der zweite Bereich Reagenzien verschiedener Typen aufweist, wobei letztere auf eine oder mehrere der folgenden Weisen aufgebracht werden: ein Reagenz eines zweiten Typs wird oben auf ein Reagenz eines ersten Typs aufgebracht; und ein Reagenz eines ersten Typs wird in einem ersten Gebiet des zweiten Bereichs aufgebracht und ein Reagenz eines zweiten Typs wird in einem zweiten Gebiet des zweiten Bereichs aufgebracht, wobei sich das erste und das zweite Gebiet hintereinander entlang der longitudinalen Barriere erstrecken.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei mindestens ein Mikrokanal der Gruppe von einem oder mehreren Mikrokanälen ferner einen oder mehrere Rezeptoren stromabwärts des Flüssigkeitsauslasses aufweist und wobei das Bewirken, dass überschüssige Flüssigkeit in den Flüssigkeitsauslass abgelassen wird, Bewirken aufweist, dass die abgelassene überschüssige Flüssigkeit mit dem einen oder den mehreren Rezeptoren reagiert.
DE112015006185.1T 2015-03-27 2015-06-15 Mikrofluidik-Einheit mit longitudinalen und transversalen Flüssigkeitsbarrieren zur transversalen Strömungsvermischung Pending DE112015006185T5 (de)

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