DE112018000184T5

DE112018000184T5 - Automatisierte Maschine zum Sortieren biologischer Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE112018000184T5
Application number: DE112018000184.9T
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wunsch; Joshua Smith; Huan Hu; Michael Albert Pereira
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: CN110248735A; CN110248735B; US20190388891A1; GB201911665D0; GB2573932A; US11318464B2; GB2573932B; US20180231576A1; DE112018000184B4; US10471425B2; WO2018150281A1; JP2020511120A; JP7011191B2

Abstract

Eine Technik betrifft eine Maschine zum Sortieren. Eine entnehmbare Kassette enthält ein Nanofluidmodul. Die entnehmbare Kassette enthält eine Eingangsöffnung und mindestens zwei Ausgangsöffnungen. Das Nanofluidmodul dient zum Sortieren einer Probenflüssigkeit. Eine Halterung dient zum Aufnehmen der entnehmbaren Kassette. Ein Druckregelsystem wird mit der Eingangsöffnung der entnehmbaren Kassette verbunden. Das Druckregelsystem dient dazu, die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul zu befördern und auf die mindestens zwei Ausgangsöffnungen aufzuteilen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Sortieren und insbesondere Verfahren und Maschinen zum automatischen Sortieren biologischer Flüssigkeiten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Trennen und Sortieren biologischer Objekte wie Zellen, Proteine, Desoxyribonukleinsäure (DNA), Ribonukleinsäure (RNA) usw. ist von Bedeutung für eine riesige Anzahl biomedizinischer Anwendungen, darunter Diagnose, Therapie, Zellbiologie und Proteomik. Ein wirksames und genaues Verfahren zum Reinigen von Biokolloiden für medizinische, industrielle und Forschungszwecke ist außerordentlich komplex. Eine kontinuierliche Verarbeitung von Probelösungen ist von Vorteil. Lösungen nach dem Stand der Technik wie Ultrazentrifugieren oder Hochdruckchromatografie bieten derartige Vorteile nicht.
Daher besteht in der Technik ein Bedarf, das obige Problem zu lösen.
KU RZDARSTELLU NG
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält eine entnehmbare Kassette, die ein Nanofluidmodul enthält. Die entnehmbare Kassette enthält eine Eingangsöffnung und mindestens zwei Ausgangsöffnungen. Das Nanofluidmodul dient zum Sortieren einer Probenflüssigkeit. Eine Halterung dient zum Aufnehmen der entnehmbaren Kassette, und ein Druckregelsystem wird mit der Eingangsöffnung der entnehmbaren Kassette verbunden, wobei das Druckregelsystem dazu dient, die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul zu befördern und auf die mindestens zwei Ausgangsöffnungen aufzuteilen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einrichten einer Vorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet Bereitstellen einer entnehmbaren Kassette, die ein Nanofluidmodul enthält. Die entnehmbare Kassette enthält eine Eingangsöffnung und mindestens zwei Ausgangsöffnungen, und das Nanofluidmodul dient zum Sortieren einer Probenflüssigkeit. Das Verfahren beinhaltet Einsetzen der entnehmbaren Kassette in eine Halterung und Verbinden eines Druckregelsystems mit der Eingangsöffnung der entnehmbaren Kassette. Das Druckregelsystem dient dazu, die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul zu befördern und auf die mindestens zwei Ausgangsöffnungen aufzuteilen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine automatisierte Maschine zum Sortieren von Probenflüssigkeiten bereitgestellt. Die Maschine enthält eine entnehmbare Kassette, die ein Nanofluidmodul enthält. Die entnehmbare Kassette enthält eine Eingangsöffnung und mindestens zwei Ausgangsöffnungen, und das Nanofluidmodul dient zum Sortieren der Probenflüssigkeit. Die Maschine enthält eine Halterung zum Aufnehmen der entnehmbaren Kassette, und ein Druckregelsystem wird mit der Eingangsöffnung der entnehmbaren Kassette verbunden. Das Druckregelsystem dient dazu, die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul zu befördern und auf die mindestens zwei Ausgangsöffnungen aufzuteilen. Außerdem enthält die Maschine eine Steuereinheit zum automatischen Regeln des Drucks in der entnehmbaren Kassette durch Steuern des Druckregelsystems anhand von Betriebsparametern. Die Steuereinheit empfängt die Betriebsparameter von einer Benutzeroberfläche.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einrichten einer automatisierten Maschine zum Aufteilen einer Probenflüssigkeit bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet Bereitstellen einer entnehmbaren Kassette, die ein Nanofluidmodul enthält. Die entnehmbare Kassette enthält eine Eingangsöffnung und mindestens zwei Ausgangsöffnungen, und das Nanofluidmodul dient zum Sortieren der Probenflüssigkeit. Das Verfahren beinhaltet Bereitstellen einer Halterung zum Aufnehmen der entnehmbaren Kassette und Bereitstellen eines Druckregelsystems, das mit der Eingangsöffnung der entnehmbaren Kassette verbunden wird. Das Druckregelsystem dient dazu, die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul zu befördern und auf die mindestens zwei Ausgangsöffnungen aufzuteilen. Außerdem beinhaltet das Verfahren Bereitstellen einer Steuereinheit zum automatischen Regeln des Drucks in der entnehmbaren Kassette durch Steuern des Druckregelsystems anhand von Betriebsparametern. Die Steuereinheit empfängt die Betriebsparameter von einer Benutzeroberfläche.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Maschine zum Aufteilen einer Probenflüssigkeit bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet Einsetzen einer entnehmbaren Kassette in eine Halterung, nachdem von der entnehmbaren Kassette eine Schutzhülle entfernt worden ist, und Übernehmen der Probenflüssigkeit an einer Eingangsöffnung der entnehmbaren Kassette. Ferner beinhaltet das Verfahren Übernehmen von Betriebsparametern über eine Benutzeroberfläche, wobei die Betriebsparameter aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Fließgeschwindigkeit, Laufzeit und Drucksollwert besteht. Das Verfahren beinhaltet Verarbeiten der Probenflüssigkeit, und das Verarbeiten beinhaltet Starten einer Pumpe durch eine Steuereinheit, um die entnehmbare Kassette mit Druck zu beaufschlagen, und Überwachen eines Drucks der entnehmbaren Kassette durch einen Drucksensor derart, dass ein Druckwert zur Steuereinheit gesendet wird. Die Verarbeitung beinhaltet erneutes Starten der Pumpe durch die Steuereinheit zum Wiederherstellen des Drucks als Reaktion darauf, dass der Druckwert einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, und Warnen eines Benutzers, dass Verarbeiten der Probenflüssigkeit abgeschlossen ist, sodass die entnehmbare Kassette zum Entnehmen bereit ist.
Figurenliste
Nunmehr werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:

1A eine schematische Darstellung einer Kassette ist, die in einer automatisierten Maschine gemäß Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird.
1B eine schematische Darstellung einer anderen Ansicht der Kassette gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist.
2 eine schematische Darstellung ist, die die in zwei Hälften zerlegte Kassette gemäß Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
3 eine schematische Darstellung eines Nanofluidmoduls ist, das in die Kassette gemäß Ausführungsformen der Erfindung passt.
4 eine Querschnittsansicht der automatisierten Maschine ist, die die Halterung mit der eingesetzten Kassette gemäß Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
5 eine schematische Darstellung der automatisierten Maschine ist, die die Halterung 400 mit der eingesetzten Kassette gemäß Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
6 eine schematische Darstellung einer anderen Ansicht der automatisierten Maschine ist, die die Halterung mit der eingesetzten Kassette gemäß Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
7A ein Ausschnitt des Nanofluidmoduls gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist.
7B eine schematische Darstellung eines Teils des Nanofluidmoduls ist, die eines der NanoDLD-Arrays gemäß Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht.
8 eine schematische Darstellung des Steuer- und Rückmeldekreises zum Betreiben gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist.
9 ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Einrichten einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist.
10 ein Ablaufplan eines Verfahrens einer automatisierten Maschine zum Aufteilen einer Probenflüssigkeit gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist.
11A ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Betreiben einer automatisierten Maschine zum Aufteilen einer Probenflüssigkeit gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist.
11B eine Fortsetzung des Ablaufplans von 11A gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Alternative Ausführungsformen sind denkbar, ohne vom Schutzumfang dieses Dokuments abzuweichen. Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen verschiedene Verbindungen und Lagebeziehungen (z.B. oberhalb, unterhalb, benachbart usw.) zwischen Bauelementen dargelegt werden. Sofern nichts anderes angegeben ist, können diese Verbindungen und/oder Lagebezeichnungen direkt oder indirekt sein und sollen in diesbezüglich keine Einschränkung darstellen. Demgemäß kann sich ein Verbinden von Objekten entweder auf ein direktes oder ein indirektes Verbinden beziehen, und bei einer Lagebeziehung zwischen Objekten kann es sich um eine direkte oder eine indirekte Lagebeziehung handeln. Eine indirekte Lagebeziehung unter Bezugnahme auf Bilden einer Schicht „A“ oberhalb einer Schicht „B“ beispielsweise beinhaltet Fälle, in denen eine oder mehrere Zwischenschichten (z.B. eine Schicht „C“) zwischen der Schicht „A“ und der Schicht „B“ liegen, solange die diesbezüglichen Eigenschaften und Funktionalitäten der Schicht „A“ und der Schicht „B“ durch die Zwischenschicht(en) nicht wesentlich verändert werden.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zur Veranschaulichung vorgelegt worden, erheben jedoch nicht den Anspruch auf Vollständigkeit oder Beschränkung auf die erörterten Ausführungsformen. Dem Fachmann sind viele Modifikationen und Varianten offensichtlich, ohne vom Schutzumfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendeten Begriffe wurden gewählt, um die Grundgedanken der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder technische Verbesserung gegenüber marktüblichen Technologien bestmöglich zu erläutern oder anderen Fachleuten das Verständnis der hierin erörterten Ausführungsformen zu ermöglichen.
Der Begriff „ungefähr“ und dessen Varianten sollen den mit der Messung einer bestimmten Größe verbundenen Fehlerbereich anzeigen, der auf der zum Zeitpunkt des Einreichens der Anmeldung verfügbaren technischen Ausrüstung beruht. Zum Beispiel kann der Begriff „ungefähr“ einen Fehlerbereich von ±8 % oder 5 % oder 2 % eines gegebenen Wertes beinhalten.
Sortieren im Mikrobereich (10^-6) ist unter Verwendung von Lab-on-a-Chip-Ansätzen auf der Grundlage von Silicium gezeigt worden. Nähere Informationen hierüber werden in einem Artikel mit dem Titel „Hydrodynamic Metamaterials: Microfabricated Arrays To Steer, Refract, And Focus Streams Of Biomaterials“, Keith J. Morton, et al., PNAS 2008, 105 (21), S. 7434 bis 7438 (vor Drucklegung am 21. Mai 2008 veröffentlicht) ausführlich erörtert. In dem Artikel „Hydrodynamic Metamaterials: Microfabricated Arrays To Steer, Refract, And Focus Streams Of Biomaterials“ wird erörtert, dass der Optik-Begriff der Autoren vom Betrachten von Licht als Partikel herrührt, die sich geradlinig bewegen und in Medien abgelenkt werden, in denen die Lichtgeschwindigkeit vom Material abhängt. In dem Artikel wurde gezeigt, dass Objekte, die sich in einem laminaren Strom mit einer hohen Peclet-Zahl durch ein strukturiertes anisotropes hydrodynamisches Medium bewegen, Bahnen verfolgen, die Lichtstrahlen in der Optik ähneln. Ein Beispiel ist das periodische mikrostrukturierte Säulen-Array als deterministisches Seitenverschiebungs- (DLD-) -Array, bei dem es sich um eine hochauflösende mikrofluidische Partikel-Sortiereinheit handelt. Dieses Säulen-Array ist asymmetrisch. Jede in Strömungsrichtung nachfolgende Zeile ist gegenüber der vorhergehenden Zeile verschoben, sodass die Array-Achse einen Winkel α in Bezug auf die Kanalwände und die Richtung des Flüssigkeitsstroms bildet. Im Betrieb werden Partikel größer als eine kritische Größe in jeder Zeile durch eine Säule seitlich verschoben und folgen im so genannten „Aufprall“-Modus einem vorbestimmten Pfad durch das Array. Die Bahn der aufprallenden Partikel folgt dem Winkel α zur Array-Achse. Partikel kleiner als die kritische Größe folgen den Strömungslinien und schlängeln sich in einem periodischen „Zickzack“-Modus durch das Säulen-Array.
Reinigung von kolloidalen Materialien in Biologie und Medizin ist in allen Formen von Synthese, Diagnostik, Behandlung und Forschung allgegenwärtig. Biokolloide wie Makromoleküle (Proteine, Nukleinsäuren, Polysaccharide und Proteinkomplexe), Bläschen (Exosome, extrazelluläre Bläschen, synaptische Bläschen und Onkosome), Viren, Zellorganellen und Sporen werden zur Verarbeitung durch eine bestimmte Form der Reinigung abgetrennt. Als weithin angewendete Hauptformen zur Reinigung in Medizin, Forschung und Industrie werden unter anderem Chromatografie (z.B. HPLC, FPLC, SED), Magnetperlen-gestützte Trennung, Gelelektrophorese, Filtration und Ultrazentrifugation (UC) verwendet. Bei diesen Verfahren sind fünf gewichtige Nachteile zu verzeichnen: (1) hohe Gerätekosten und Expertenwissen (HPLC, UC), Kreuzkontamination (Filtration, Gele), Chargenverarbeitung (Gele, HPLC, UC und Filtration), lange Verarbeitungszeiten (UC, HPLC und Gel) oder geringe Auflösung (Gele, Filtration). Außer UC beruhen alle diese Verfahren auf porösen Medien mit polydispersen Eigenschaften, die zur Verbreiterung der Größentrennung der Technik führen. UC hängt vom Erzeugen einer hinreichend starken Pseudokraft ab, um Sedimentation von Nanopartikeln zu bewirken, was einen erheblichen Energie- und Zeitaufwand erfordert. Filtration ist im Allgemeinen kostengünstig und schnell, kann jedoch einen hohen Energieaufwand zum Befördern der Partikel durch das Filtermedium erfordern und aufgrund des typischen Verstopfens des Materials zu begrenzter Kapazität (und daher zu hohen Probenverlusten) führen.
Nanostrukturierte Medien wie NanoDLD-Arrays mit ausgeklügelten Ausgestaltungen und Betriebsparametern führen zu genaueren Trennprofilen. Außerdem werden Partikel in einem NanoDLD-Array durch einen kontinuierlichen Strömungsprozess mit Einzelpartikel-Auflösung getrennt, was zu einem Medium mit längerer Standzeit und niedrigeren Verarbeitungskosten führt. Zum Nutzen der Fähigkeit des NanoDLD-Verfahrens ist eine Trenntechnik erforderlich, bei der ein Benutzer eingreifen kann. Ausführungsformen der Erfindung dienen zur Lösung dieses Problems, indem ein Trennsystem für Anwendungen in Biologie, Chemie und Materialwissenschaften bereitgestellt wird.
Ausführungsformen der Erfindung stellen Strukturen und Verfahren bereit, die in verschiedenen Einheitentypen eingesetzt werden können. Die Einheiten dienen zum Injizieren einer Kolloidlösung in ein Nanofluid- oder Mikrofluid-Netzwerk, zum Trennen der Kolloide anhand eines Trennkriteriums (z.B. Größe oder oberflächenchemische Eigenschaften) und zum Sammeln des gereinigten Materials zur weiteren Verarbeitung oder Analyse. Ausführungsformen der Erfindung liefern eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik (z.B. gegenüber Ultrazentrifugieren, Hochdruckchromatografie usw.), indem eine kontinuierliche Verarbeitung von Probelösungen ermöglicht wird und eine wesentlich geringere Komplexität des Systems erforderlich ist, wodurch die Implementierung preiswerter und einfacher wird.
Ausführungsformen stellen eine Einheit bereit, die ein aus parallelen Arrays aus nanodeterministischen Seitenverschiebungs- (DLD-) -Netzwerken bestehendes Kernmodul verwendet, in dem Kolloide mit einer Größe von 20 Nanometer (nm) oder weniger abgetrennt werden können. Durch die Gestaltung des NanoDLD-Netzwerks innerhalb des NanoDLD-Moduls ist eine Auswahl der abzutrennenden Partikelgröße möglich. Das NanoDLD-Modul stellt einen hinreichend starken Flüssigkeitsstrom bereit, um eine Verarbeitung in Größenordnungen/Zeiträumen von einem Milliliter/Stunde (ml/h) oder mehr zu ermöglichen, die in Klinik und Forschung von Bedeutung sind.
Ausführungsformen der Erfindung stellen eine automatisierte Struktur/Maschine bereit, die aus einer Einheit zum Abtrennen von Kolloiden anhand der Größe in zwei oder mehr Ausgangsströme besteht, die jeweils einen Größenbereich (Gruppierung) umfassen. Die Einheit besteht aus einem Nanofluidmodul, das in der Lage ist, Kolloide abzutrennen, z.B. unter Verwendung eines in eine Wegwerfkassette eingebauten NanoDLD-Arrays. Die automatisierte Maschine kann unmittelbar in der Umgebung, in der die abgetrennten Kolloide benötigt werden, nach kurzer Einweisung durch einen Bediener angewendet werden. Demgemäß erfordern Ausführungsformen keinen voll ausgebildeten Biologen, Chemiker, Biochemiker usw. zum Bedienen der automatisierten Maschine. Außerdem ist die automatisierte Maschine so einfach, dass der Bediener die inneren Abläufe der automatisierten Maschine nicht zu verstehen braucht.
1A ist eine schematische Darstellung einer Kassette 100, die in der automatisierten Maschine gemäß Ausführungsformen verwendet wird. 1B ist eine schematische Darstellung einer anderen Ansicht der Kassette 100 gemäß Ausführungsformen. 2 ist eine schematische Darstellung, die die in zwei Hälften zerlegte Kassette 100 gemäß Ausführungsformen veranschaulicht. 3 ist eine schematische Darstellung eines Nanofluidmoduls 300 innerhalb der Kassette 100 gemäß Ausführungsformen.
Die Kassette 100 ist in eine (in den 4, 5 und 6 gezeigte) Halterung 400 einsetzbar und dieser entnehmbar. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Kassette 100 entsorgbar. Nach dem Betreiben der automatisierten Maschine 500 kann der Bediener die abgetrennten Kolloide entnehmen und die Kassette 100 so entsorgen, wie dies zum Beispiel für das Entsorgen anderer biologischer oder biomedizinischer Abfälle vorgeschrieben ist. Die Kassette 100 kann aus Kunststoff, Keramik, Verbundwerkstoff, Metall (wie Stahl oder Aluminium) usw. hergestellt sein. In bestimmten Fällen kann mit der Kassette 100 ein Sterilisationsprozess durchgeführt werden, sodass die Kassette 100 erneut verwendet werden kann.
Die Kassette 100 hat Anschlüsse zum Aufnehmen einer Eingangsflüssigkeit (zum Beispiel der zu trennenden Probe) und zum Sammeln einer Ausgangsflüssigkeit (der abgetrennten Fraktionen). Gemäß diesem Beispiel hat die Kassette 100 einen Eingangsflüssigkeits-Anschluss 102 und drei Ausgangsflüssigkeits-Anschlüsse, die als (ein) Trennungs-Ausgangsanschluss 112 und (zwei) Entsorgungs-Ausgangsanschlüsse 114 bezeichnet werden. Der Eingangsflüssigkeits-Anschluss 102 ist mit einem Vorratsbehälter 406 zum Aufnehmen der Probenflüssigkeit (in 4) verbunden. Zwar sind drei Ausgangsflüssigkeits-Anschlüsse 112 und 114 gezeigt, jedoch benötigt die Kassette 100 lediglich zwei Ausgangsflüssigkeits-Anschlüsse, einen für Entsorgungsflüssigkeit und einen für die abgetrennte/gute Flüssigkeit (Trennungs-Ausgangsanschluss 112).
Der Eingangsflüssigkeits-Anschluss 102 ist durch einen/mehrere Kanäle nach unten mit dem einen oder den mehreren Eingängen des Nanofluidmoduls 300 verbunden, während die Ausgangsflüssigkeits-Anschlüsse 112 und 114 durch Kanäle nach unten mit den Ausgängen des Nanofluidmoduls 300 verbunden sind. Der Eingangsflüssigkeits-Anschluss 102 und die Ausgangsflüssigkeits-Anschlüsse 112 und 114 sind aufrecht und/oder unter bestimmten Winkeln angeordnet, um beim Verarbeiten der Flüssigkeit Auslaufen zu verhindern. Über den Eingangsflüssigkeits-Anschluss 102 wird Eingabe in das Nanofluidmodul 300 vor dem Trennvorgang bereitgestellt, während über die Ausgangsflüssigkeits-Anschlüsse 112 und 114 Ausgabe aus dem Nanofluidmodul nach dem Trennvorgang bereitstellt wird.
An jeder Anschlussverbindung zu dem Nanofluidmodul 300 sind Dichtungsmaterialien wie beispielsweise Membranen, Flachdichtungen, O-Ringe usw. bereitgestellt, um luftdichte Dichtungen bereitzustellen. Das heißt, luftdichte Dichtungen befinden sich zwischen der Kassette 100 und dem Nanofluidmodul 100. Gemäß diesem Beispiel sind fünf O-Ring-Dichtflächen 108 gezeigt, und die O-Ring-Dichtflächen 108 sind so beschaffen, dass sie O-Ringe zum Abdichten/Verbinden mit Anschlüssen des Nanofluidmoduls 300 haltern. Zur Verdeutlichung sind in den O-Ring-Dichtflächen keine O-Ringe gezeigt. 2 veranschaulicht, dass die beiden oberen O-Ring-Dichtflächen 108 zu den beiden Nanofluid-Eingangsanschlüssen 202 des Nanofluidmoduls 300 passen, während die drei unteren O-Ring-Dichtflächen 108 zu drei Nanofluid-Ausgangsanschlüssen 204 am Nanofluidmodul 300 passen. Die Kassette 100 kann aus einer hinteren Hälfte 120 und einer vorderen Hälfte 122 bestehen. Das Nanofluidmodul 300 kann in den Schlitz 124 des Nanofluidmoduls in der vorderen Hälfte 122 gemäß 2 eingesetzt werden. Die hintere Hälfte 120 und die vordere Hälfte 122 können so zusammengesetzt werden, dass die Eingänge und die Ausgänge (z.B. die Nanofluid-Eingangsanschlüsse 202 und die Nanofluid-Ausgangsanschlüsse 204) des Nanofluidmoduls 300 auf die Innenleitungen (d.h. die Kanäle innerhalb der Kassette 100) ausgerichtet sind, die mit dem Eingangsflüssigkeits-Anschluss 102 und den Ausgangsflüssigkeits-Anschlüssen 112 und 114 verbunden sind. 1 zeigt zum Beispiel O-Ring-Dichtflächen 104, 108, 126, auf denen die O-Ringe sitzen können, um eine Abdichtung zwischen den Grenzflächen bereitzustellen. Die O-Ring-Dichtflächen 108 sind auf einer Seite mit dem Nanofluidmodul 300 verbunden, während die andere Seite mit Zufuhrleitungen 110 verbunden sein kann, die zu dem Eingangsflüssigkeits-Anschluss 102 führen (d.h., mit diesem verbunden sind). Andere Zufuhrleitungen führen zu den Ausgangsflüssigkeits-Anschlüssen 112 und 114.
Als Beispiel für Verbinden der hinteren Hälfte 120 mit der vorderen Hälfte 122 werden sowohl in der hinteren als auch in der vorderen Hälfte 120 und 122 Befestigungslöcher 106 bereitgestellt. Befestigungselemente können durch Befestigungslöcher 106 gesteckt werden, um die hintere Hälfte 120 fest gegen die vordere Hälfte 122 der Kassette 100 abzudichten, sodass die O-Ringe auf den O-Ring-Dichtflächen 108 auf die Eingänge und die Ausgänge des Nanofluidmoduls 300 ausgerichtet sind. Desgleichen bilden die O-Ringe auf den O-Ring-Dichtflächen 126 und 136 eine sichere Abdichtung gegen die Vorderseite und die Rückseite des Nanofluidmoduls 300. Gemäß diesem Beispiel kann es sich bei den Befestigungselementen um Schrauben handeln, die die hintere Hälfte 120 sicher gegen die vordere Hälfte 122 abdichten. Gemäß anderen Beispielen können zum Abdichten der hinteren Hälfte 120 gegen die vordere Hälfte 122 Klebstoffe verwendet werden. Zum Darstellen der Abgrenzung zwischen den beiden Hälften ist in 1B eine Dichtungslinie gezeigt. Es sollte einsichtig sein, dass die genaue Anordnung der Hälften der Kassette 100 bei Bedarf geändert oder sogar umgekehrt werden kann. Die Kassette 100 kann auf andere Weise konstruiert werden, wobei zum Beispiel das Nanofluidmodul 300 zwischen verschiedenen Schichten aus einem Material einlaminiert ist, um eine Kassette aus Verbundwerkstoff zu bilden, oder durch direktes Einarbeiten des Nanofluidmoduls 300 in eine Hälfte der Kassette 100. Befestigungselemente können reversibel (z.B. Schrauben, Stifte) oder irreversibel (z.B. chemisches Kleben, Schweißen, Laminieren) sein. Die Kassette 100 kann aus mehreren Schichten/Komponenten bestehen, die verschiedene Kammern bilden, um mehrere Nanofluidmodule 300 zu einer einzigen Einheit zusammenzubauen.
Die Kassette 100 kann beliebige zusätzliche Elektronik, Sensoren, Indikatoren, sterile Barrieren und/oder Maßnahmen gegen Manipulationen enthalten, die für das Funktionieren erwünscht sind. Die Kassette 100 kann Führungsnuten 116 zum Gewährleisten der ordnungsgemäßen Ausrichtung in der Halterung 400 haben.
4 ist eine Querschnittsansicht der automatisierten Maschine 500, die die Halterung 400 mit der eingesteckten Kassette 100 gemäß Ausführungsformen veranschaulicht. 5 ist eine schematische Darstellung der automatisierten Maschine 500, die die Halterung 400 mit der eingesteckten Kassette 100 gemäß Ausführungsformen veranschaulicht. 6 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ansicht der automatisierten Maschine 500, die die Halterung 400 mit der eingesteckten Kassette 100 gemäß Ausführungsformen veranschaulicht.
Die Kassette 100 wird in die Halterung 400 eingesetzt, die die Kassette 100 in ihrer Position sicher haltert, und stellt einen Übergang (über den Lufteinlass-Anschluss 512 des oberen Deckels 506) zwischen der Kassette 100 und einem Druckluftkompressor 804 (in 8) bereit. Der Übergang der Halterung besteht im Allgemeinen aus einem Kanal (der z.B. eine Zufuhrleitung 514, Dichtungsmaterial usw. enthält) mit geeigneten Anschlussstutzen, um eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Luft-Einlassrohr 512 und der Kassette 100 bereitzustellen. Durch das Dichtungsmaterial am Übergang der Halterung (Luft-Einlassanschluss 512 des Oberlichts 506) wird eine luftdichte Abdichtung gegen den Einlassanschluss 102 der Kassette 100 erzeugt. Der Druckluftkompressor 804 erzeugt einen Förderdruck an der Seite des Einlassanschlusses (über den Einlassanschluss 102) der Kassette 100, sodass die Probenflüssigkeit 404 durch den Förderdruck (über die Nanofluid-Einlassanschlüsse 202) in das Nanofluidmodul 300 gedrückt wird. Durch den Förderdruck, durch den die Probenflüssigkeit 404 in und durch das Nanofluidmodul 300 gedrückt wird, wird die Probenflüssigkeit 404 verarbeitet und dann aus dem Nanofluidmodul 300 (über Nanofluid-Auslassanschlüsse 204) in entsprechende Flüssigkeits-Ausgangsanschlüsse 112 und 114 der Kassette 100 ausgegeben. Durch die Höhe des Förderdrucks aus dem Druckluftkompressor 804 wird die Strömungsgeschwindigkeit der Probe durch das Nanofluidmodul 300 bestimmt. Gemäß einer Implementierung wird durch einen (in der Leitung angeordneten) Drucksensor 802 der Solldruck in der Kassette 100 überwacht. Dieses Signal vom Drucksensor 802 wird wieder zu einer Steuereinheit 808 zurückgesendet, die die Pumpgeschwindigkeit der Pumpe 804 korrigieren kann, um den Druck wieder auf den Solldruck einzustellen. Bei der Steuereinheit 808 kann es sich um einen Mikrocontroller, einen Computer mit einem Prozessor und einem Speicher usw. handeln. Eine Benutzeroberfläche 810 ist so gestaltet, dass der Bediener den Druck einstellen und den zeitlichen Fortschritt der Flüssigkeitsverarbeitung in der automatisierten Maschine 500 überwachen kann. Bei der Benutzeroberfläche 810 kann es sich um einen berührungsempfindlichen Grafikbildschirm, einen Flüssigkristall- (LCD-) Bildschirm mit berührungsempfindlicher Oberfläche, Steuerhebel und/oder eine Tastatur handeln, mittels derer der Bediener Befehle zum Einwirken auf das System 500 eingeben kann.
Die automatisierte Maschine 500 ist so aufgebaut, dass nur die Kassette 500 mit der Probenflüssigkeit 404 in Berührung kommt. Durch die Trennung der Halterung 400 und der Pumpe 804 von der Kassette 100 kommt es nicht zu Kreuzkontamination, da nur die Kassette 100 mit der Probenflüssigkeit 404 in Berührung kommt. Die Halterung 400 berührt niemals Teile, die mit der Flüssigkeit 404 in Berührung kommen. Sobald die Probe 404 getrennt ist (d.h. durch die Nanofluideinheit 300 der Kassette 100 geflossen ist), können die einzelnen getrennten Fraktionen (über den Trennungs-Ausgangsanschluss 112 und die Entsorgungs-Ausgangsanschlüsse 114) der Kassette 100 entnommen werden, und die Kassette 100 wird der Halterung 400 entnommen und entsorgt. Aufgrund der Trennung der Kassette 100 von der Halterung 400 und der Pumpe 804 können andere Kassetten 100 zum Trennen anderer Probenflüssigkeiten 404 verwendet werden, ohne dass die Halterung 400 und die Pumpe 804 (der automatisierten Maschine 500) durch die vorhergehende Verarbeitung (d.h. die Trennung der Probenflüssigkeit 404) der zuvor entnommenen Kassette 100 verunreinigt worden sind.
Die automatisierte Maschine 500 kann weitere Einbauten enthalten. Partikelzählsensoren oder -optiken können in das Nanofluidmodul 300 eingebettet werden. Die Partikelzählsensoren oder -optiken dienen zum Überwachen der eingegebenen/ausgegebenen Partikelströme im Nanofluidmodul 300 und liefern eine Rückmeldung über den Fortschritt der Trennung in dem (auf einem Chip integrierten) Nanofluidmodul 300. Flüssigkeitspegelsensoren können in den Anschlüssen der Kassette wie beispielsweise den Entsorgungs-Ausgangsanschlüssen 114, dem Trennungs-Ausgangsanschluss 112 und dem Eingangsanschluss 102 angeordnet sein. Flüssigkeitspegelsensoren in den Anschlüssen der Kassette können Informationen über die Geschwindigkeit des Flüssigkeitstransports in das Nanofluidmodul 300 und aus diesem heraus liefern.
In jedem der Entsorgungs-Ausgangsanschlüsse 114 und im Trennungs-Ausgangsanschluss 112 der Kassette 100 können Flüssigkeitsinjektoren angeordnet sein. Flüssigkeitsinjektoren dienen zum Übertragen von Teilproben der Flüssigkeit aus den Entsorgungs-Ausgangsanschlüssen 114 und dem Trennungs-Ausgangsanschluss 112 an externe Zusatzeinheiten, beispielsweise an Massenspektrometer, Absorptionsspektrometer, Partikelsensoren usw., um eine Echtzeitanalyse der Ausgangsproben zu erstellen. Diese zusätzlichen Analysen können zur Steuereinheit 808 zurückgesendet werden, um eine Feineinstellung der Pumpe 804 vorzunehmen. Beispielsweise können Teilproben der Flüssigkeit in ein Massenspektrometer eingegeben werden, um die Konzentration eines bestimmten Kolloids zu überwachen. Wenn sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit in dem Nanofluid-Netzwerk ändert (z.B. aufgrund der Probenviskosität oder der Wechselwirkung mit Oberflächen des Nanofluidmoduls 300), kann dies dazu führen, dass sich die Trennbedingungen ändern und Verunreinigungen in die Probenausgabe gelangen. Wenn Kolloidrückstände (Verunreinigungen) in dem Massenspektrometer beobachtet werden, kann diese Information wieder zur Steuereinheit 808 zurückgesendet und zur Korrektur des Drucks und somit der Fließgeschwindigkeit verwendet werden, um der Verunreinigung entgegenzuwirken.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann es sich bei der Pumpe 804 um einen Druckluftbehälter handeln, der Druckluft bereitstellt. Gemäß Ausführungsformen kann es sich bei der Pumpe 804 um eine chemische Reaktion handeln, bei der Druckluft/-gas erzeugt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass der Förderdruck nicht nur durch Luft, sondern auch durch Flüssigkeit erzeugt werden kann. Dies kann nicht nur durch den Luftkompressor beziehungsweise die Pumpe 804, sondern auch durch Verwenden einer Spritzenpumpe oder eines Kolbens am Probenbehälter 406 erfolgen.
Um das Risiko von Verunreinigungen zu verringern, kann ein wegwerfbares Dichtungsmaterial (z.B. Flachdichtung, O-Ring) eingesetzt werden, um die an der Kassette 100 anliegenden Teile der Halterung 400 abzudichten. Zum Beispiel sitzt der obere Deckel 506 auf dem Eingangsanschluss 102 der Kassette 100 und bildet eine Dichtung derart, dass Luft durch die Zufuhrleitung 514 in den Eingangsanschluss 512 strömen kann, um in den Eingangsanschluss 102 der Kassette 100 zu gelangen. Beispielsweise kann für ein wegwerfbares Dichtungsmaterial ein dünner gestreckter O-Ring aus Polytetrafluorethylen oder eine dünne Schicht aus Buna-Kautschuk mit strukturierten Löchern infrage kommen, die komprimierbar sind, um eine Abdichtung zu bewirken, und an der Kassette 100 angebracht werden und gegen die Kassette 100 abdichten (oder als extra Teil geliefert werden, das nach dem Eingeben der Probe und vor dem Inbetriebnehmen der Maschine an der Kassette/Halterung angebracht wird). Nach Verwendung können diese Materialien mit der Kassette 100 entsorgt werden, sodass verhindert wird, dass allfällige Proben an der Halterung und um den Lufteinlassanschluss auf dem Deckel herum zurückbleiben.
Aus den 4, 5 und 6 ist ersichtlich, dass die Halterung 400 der automatisierten Maschine 500 unterschiedlich gestaltet sein kann. Gemäß einer Implementierung enthält die Halterung 400 eine Plattform 502, auf der die Kassette 100 sitzt. Die Halterung 504 haltert die Kassette 100 in ihrer Position und auf die Führungsnuten 116 an der Kassette 100 ausgerichtet, sodass der Bediener die Kassette 100 einfach einsetzen kann. Der obere Deckel 506 kann durch Feststellschrauben 508 gesichert werden. Die Feststellschrauben 508 können mit Scharnieren 510 in den Halterungen verbunden sein, sodass die Feststellschrauben 508 gelockert werden können und nach entgegengesetzten Seiten herabfallen. Nach Lockern der Schrauben 508 kann der obere Deckel 506 abgenommen werden. In einem Fall kann der Deckel 506 während des Einsetzens und/oder des Entnehmens der Kassette 100 und während des Eingebens der Probenflüssigkeit 400 auf Haltestifte 610 aufgesetzt werden. Der Deckel 506 kann Deckelstifte 612 haben, die während des Auswechselns der Kassette so angeordnet sind, dass sie auf den Haltestiften 610 der Halterung 504 aufliegen. Wenn sich in der Halterung 400 keine Kassette 100 befindet, verbleibt zwischen den Halterungen 504 und der Plattform 502 eine Aussparung oder ein Fach.
In die automatisierte Maschine 500 kann ein Verteiler 650 eingebaut sein. Der Verteiler 650 kann für einen Drucksensor und für die Druckluftzufuhr genutzt werden. Der Verteiler 650 kann durch Befestigungselemente mit der Halterung 400 verbunden sein, die durch Befestigungslöcher 408 ragen. Der Verteiler 650 kann einen Eingangs-Verbindungsanschluss 604 haben, der Druckluft von der Pumpe 804 empfängt. Der Verteiler 650 kann einen Ausgangs-Verbindungsanschluss 606 haben, der die Druckluft über (innere) Zufuhrleitungen von dem Eingangs-Verbindungsanschluss 604 empfängt. Der Ausgangs-Verbindungsanschluss 606 ist so beschaffen, dass der Druckluft-Einlassanschluss 512 der oberen Leitung 506 zum Beispiel über eine Rohrleitung beziehungsweise einen Schlauch geführt wird. Die Rohrleitung 450 ist an einem Ende mit dem Ausgangs-Verbindungsanschluss 606 und am anderen Ende mit dem Luft-Einlassanschluss 512 verbunden. Der Verteiler 650 kann einen Verteiler-Belüftungsanschluss 620 enthalten, der zum Öffnen und Entlüften dient, wenn der Luftdruck einen Luftdruck-Schwellenwert erreicht und/oder überschreitet. In manchen Fällen kann die automatisierte Maschine 500 in einem Labor oder einer Klinik eingesetzt werden, die über einen eigenen Druckluftanschluss verfügt. In diesem Fall kann der Eingangs-Verbindungsanschluss 604 über einen (nicht gezeigten) Schlauch mit dem Druckluftanschluss der Klinik verbunden werden, um die zum Betreiben der automatisierten Maschine 500 benötigte Druckluft aufzunehmen. In diesem Fall kann der (nicht gezeigte) Wert automatisch geöffnet und geschlossen werden, um den Luftdruck durch Entweichen der Luft aus dem Entlüftungsanschluss 620 des Verteilers zu verringern. Der Drucksensor 802 (zum Beispiel in dem Verteiler 650) kann mit einem (nicht gezeigten) Relais zum Öffnen und Schließen des Wertes verbunden sein, sodass die Druckluft durch den Entlüftungsanschluss 620 des Verteilers entweichen kann. Ferner kann die Steuereinheit 808 zum Öffnen und Schließen des Wertes eingerichtet sein, sodass Luft durch den Entlüftungsanschluss 620 des Verteilers entweicht, wenn der Luftdruck einen Luftdruck-Schwellenwert erreicht und/oder überschreitet.
Die Kassette 100 kann mehrere Nanofluidmodule 300 in Parallel- oder Reihenanordnung enthalten. Bei einer Reihenanordnung ermöglichen mehrere Nanofluidmodule 300, mehrere Verarbeitungsschritte auszuführen. Bei einer Parallelanordnung bewirken mehrere Nanofluidmodule 300 eine Steigerung des Durchsatzes, indem die Verarbeitungsdauer einer Einzelprobe verkürzt wird. Jedes Nanofluidmodul 300 kann für dieselbe Trennung oder verschieden umfangreiche Trennungen eingesetzt werden, um eine Fraktionierung einer Einzelprobe in unterschiedlich große Fraktionen zu ermöglichen.
Die 7A und 7B veranschaulichen ein Beispiel des Nanofluidmoduls 300 gemäß Ausführungsformen. Es sollte einsichtig sein, dass der Aufbau des Nanofluidmoduls 300 nach Bedarf variieren kann, und die 7A und 7B dienen nur zur Erläuterung und sollen keine Einschränkung bedeuten. 7A ist eine Ausschnittansicht des Nanofluidmoduls 300 gemäß Ausführungsformen. 7B ist eine schematische Darstellung eines Teils des Nanofluidmoduls 300, die eines der NanoDLD-Arrays 702 gemäß Ausführungsformen veranschaulicht.
7A zeigt eine Teilansicht der beiden Nanofluid-Eingangsanschlüsse 202 des Nanofluidmoduls 300, in der die Einheitenschichten 704 der drei Nanofluid-Ausgangsanschlüsse 204 veranschaulicht sind. Bei den einzelnen Einheitenschichten 704 handelt es sich um gestapelte Chips mit jeweils zwei parallelen NanoDLD-Arrays 702. Aus der vergrößerten Ansicht 750 ist ersichtlich, dass jede Einheitenschicht 704 an der Oberseite eine Abdichtungsschicht 706 hat, um zu verhindern, dass die Probenflüssigkeit 404 ausläuft. Mittenbohrungen ermöglichen der Probenflüssigkeit 404, zu jeder der Einheitenschichten 704 zu fließen, und lassen entsprechende Nanofluid-Eingangsanschlüsse 202 und Nanofluid-Ausgangsanschlüsse 204 erkennen. 7B veranschaulicht den Probenfluss eines NanoDLD-Arrays 702 auf einer Einheitenschicht 704 und des anderen NanoDLD-Arrays 702 (mit derselben Operation) auf derselben Einheitenschicht 704. In 7B fließt die Probenflüssigkeit durch den Nanofluid-Eingangsanschluss 202 und in Fließrichtung durch das NanoDLD-Array 702. Dieses spezielle NanoDLD-Array 702 ist so gestaltet, dass Kolloide/Partikel kleiner als die kritische Größe durch den Nanofluid-Entsorgungsanschluss 204 ausgegeben werden, indem sie in Fließrichtung strömen. Kolloide/Partikel gleich oder größer als die kritische Größe hingegen strömen in Richtung des Verschiebungspfeils über einen Mikrokanal zum Nanofluid-(Trennungs-) Anschluss 204. Demgemäß ist die Probenflüssigkeit 404 getrennt worden. Die andere Hälfte eben dieser Einheitenschicht 704 hat wie oben erwähnt ein NanoDLD-Array 702 zum Ausführen derselben Operation. Die beiden NanoDLD-Arrays 702 geben die Kolloide/Partikel gleich oder größer als die kritische Größe im Partikelstrom in Richtung des Verschiebungspfeils an denselben Nanofluid-(Trennungs-) Anschluss 204, jedoch (bei dieser Ausgestaltung) ihre Entsorgungsflüssigkeit an zwei separate Nanofluid-(Entsorgungs-) Anschlüsse 204 aus. Aus diesem Grund hat die Kassette 100 zwei Entsorgungs-Ausgangsanschlüsse 114 und einen Trennungs-Ausgangsanschluss 112. Wie oben erwähnt, wird eben diese Operation gleichzeitig parallel an jeder der Einheitenschichten 704 durchgeführt.
8 ist eine schematische Darstellung des Steuer- und Rückkopplungskreises zum Betrieb gemäß Ausführungsformen. Der Steuer- und Rückkopplungskreis enthält die Benutzeroberfläche 810, die Steuereinheit 808, ein Druckregelsystem 820, den Drucksensor 802 und die automatisierte Maschine beziehungsweise das automatisierte System 500. Gemäß einer Ausführungsform kann das Druckregelsystem 820 die Pumpe 804 und einen Druckluftbehälter 806 (und/oder den Drucksensor 802) enthalten.
Zur Veranschaulichung und nicht als Einschränkung zu verstehen wird im Folgenden ein beispielhaftes Szenario für den Betrieb der Maschine/des Systems 500 bereitgestellt. Eine neue Kassette 100 wird ihrer Schutzhülle entnommen. Durch die Schutzhülle bleibt die Kassette 100 steril und/oder in einer sterilen Umgebung, bis die Kassette 100 zur Verwendung bereitsteht. Jede Kassette 100 enthält ein Nanofluidmodul 300. Die Kassette 100 wird in die Halterung 400 eingesetzt und darin befestigt. Die Kassette 100 kann sterile Barrieren am Eingangs-Flüssigkeitsanschluss 102 haben, und alle sterilen Barrieren am Eingangs-Flüssigkeitsanschluss 102 werden entfernt, sodass alle erforderlichen Dichtungsmaterialen, zum Beispiel ein auf die O-Ring-Dichtfläche 104 aufgesetzter O-Ring, sichtbar werden. Bei den sterilen Barrieren kann es sich um Kunststoffteile handeln, die (mittels eines Klebstoffs) an der Kassette 100 angebracht sind, um den Eingangsanschluss 102 durch Mylar^®-Papier (z.B. Polyesterfolie oder eine Kunststoffscheibe) usw. abzudecken.
Die Probenflüssigkeit 404 wird in den Eingangs-Flüssigkeitsanschluss 102 der Kassette 100 eingegeben. Der Eingangsanschluss 102 hat einen Vorratsbehälter 406 zum Aufbewahren der Probenflüssigkeit 404. Die Probenflüssigkeit 404 kann dem Eingangsanschluss 102 mittels einer Spritze, einer Pipette und/oder eine automatisierten Einspritzvorrichtung zugeführt werden.
Der obere Deckel 506 der Halterung 400 ist geschlossen und bietet eine luftdichte Abdichtung für den Eingangsanschluss 102 der Kassette. Zum Verarbeiten und Steuern durch die Steuereinheit 808 wählt der Bediener auf der Benutzeroberfläche 810 die gewünschten Betriebsparameter wie beispielsweise die Fließgeschwindigkeit, die Laufzeit, den Zielbereich für die zu trennende Kolloidgröße, das Zielausgangsvolumen, das einzuspritzende Zieleingangsvolumen, die Viskosität der Eingangsflüssigkeit, die Konzentration des/der Kolloid(e), den Nenndruck usw. aus. Die Steuereinheit 808 ist so eingestellt, dass sie die Maschine 500 gemäß den ausgewählten Betriebsparametern betreibt. Der Bediener setzt die automatisierte Maschine 500 in Betrieb, indem er auf „Start“ drückt, und/oder die Maschine 500 startet nach dem Einstellen der gewünschten Betriebsparameter automatisch.
Als Reaktion auf Empfangen der Betriebsparameter über die Benutzeroberfläche 810 schaltet die Steuereinheit 808 die Luftpumpe 804 ein und überwacht unter Verwendung des Drucksensors 802 den Druck, um die Pumpgeschwindigkeit auf den gewünschten Sollwert einzuregeln. Die Pumpe 804 komprimiert die Luft in der Kassette 100 bis zum Sollwert und wird dann abgeschaltet. Die Pumpe 804 kann Druckluft in den Druckluftbehälter 806 pumpen, bevor die Luft in die automatisierte Maschine 500 strömt. Durch die Druckluft wird die Probenflüssigkeit 404 in das Nanofluidmodul 300 innerhalb der Kassette 100 befördert. Die dadurch entstehende Strömung der Probenflüssigkeit 404 in dem Nanofluidnetzwerk des Nanofluidmoduls liefert die Antriebsenergie zum Trennen der Kolloide. Die NanoDLD-Arrays 702 (oder eine ähnliche Nanostruktur) in dem Nanofluidmodul 300 trennt die Kolloide in der strömenden Probenflüssigkeit 404 je nach Größe in zwei oder mehr Ströme. Das hängt von den Einzelheiten des NanoDLD-Aufbaus ab.
Die getrennten Kolloidströme werden in getrennte Kanäle in dem Nanofluidmodul 300 aufgeteilt und zu Nanofluid-Ausgangsanschlüssen 204 des Nanofluidmoduls 300 weitergeleitet. Die getrennten Kolloidfraktionen treten aus den Nanofluid-Ausgangsanschlüssen 204 des Nanofluidmoduls 300 aus und sammeln sich in den Ausgangsanschlüssen 112 und 114 der Kassette 100. Bei dieser Ausführung führen die beiden äußeren Nanofluid-Ausgangsanschlüsse 204 des Nanofluidmoduls 300 zu den Entsorgungs-Ausgangsanschlüssen 114, und der mittlere Nanofluid-Ausgangsanschluss 204 führt zu dem separaten Ausgangsanschluss 112.
Der Drucksensor 802 überwacht während der Verarbeitung den Druck in der Kassette 100, und wenn der Druck den vorgegebenen Schwellenwert (zum Beispiel den Sollwert) unterschreitet, schaltet die Steuereinheit 808 zum Wiederherstellen des Drucks die Pumpe 804 wieder ein. Die Verarbeitung wird so lange fortgesetzt, bis das System 500 die gewünschte Zeitdauer erreicht hat. Die Steuereinheit 808 setzt den Benutzer durch Blinklichter, ein Tonsignal und/oder beides in Kenntnis, dass die Charge zu Ende ist.
Der Bediener kann alle sterilen Barrieren von den Flüssigkeits-Ausgangsanschlüssen 112 und 114 der Kassette 100 abnehmen. Der Bediener kann dann jede getrennte Flüssigkeitsfraktion einzeln von den Ausgangsanschlüssen 112 und 114 abnehmen, zum Beispiel mittels einer Spritze, einer Pipette und/oder einer automatisierten Einspritzeinheit. Der Bediener nimmt die Kassette 100 aus der Halterung 400 und entsorgt sie zusammen mit dem ganzen verunreinigten Dichtungsmaterial. Dann können die gesammelten getrennten Fraktionen für weitere präparative oder analytische Schritte verwendet werden.
9 ist ein Ablaufplan 900 eines Verfahrens zum Einrichten einer Vorrichtung 500 gemäß Ausführungsformen. In Block 902 wird eine entnehmbare Kassette 100 bereitgestellt, die ein Nanofluidmodul 300 enthält, wobei die entnehmbare Kassette 100 einen Eingangsanschluss 112 und mindestens zwei Ausgangsanschlüsse (zum Beispiel mindestens einen Trennungs-Ausgangsanschluss 112 und einen Entsorgungs-Ausgangsanschluss 114) enthält, wobei das Nanofluidmodul 300 dazu dient, eine Probenflüssigkeit 404 zu sortieren. In Block 904 wird die entnehmbare Kassette 100 in eine Aussparung einer Halterung 400 eingesetzt. In Block 906 wird ein Druckregelsystem 820 mit dem Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette 100 verbunden und aktiviert, um die Probenflüssigkeit zum Aufteilen auf mindestens zwei Ausgangsanschlüsse 112 und 114 in Bewegung zu setzen.
Das Druckregelsystem 820 enthält eine Pumpe 804 und einen Druckluftbehälter 806, um die Probenflüssigkeit durch das Nanofluidmodul 300 zu befördern, und die Pumpe 804 wird gemäß vorgegebenen Betriebsparametern gesteuert und nicht manuell in Bewegung gesetzt (d.h. nicht mittels einer durch einen Benutzer betätigten Spritze).
Das Druckregelsystem 820 enthält Verbindungsanschlüsse: einen ersten Verbindungsanschluss 604 zum Aufnehmen von Luft und einen zweiten Verbindungsanschluss 606 zum Ausgeben der mit Druck beaufschlagten Luft in den Eingangsanschluss 102 der entnehmbaren Kassette 100. Gemäß einer Implementierung kann der Verteiler 650 Bestandteil des Druckregelsystems 820 sein. Das Druckregelsystem 820 ist mit einem Drucksensor 802 verbunden, der den durch die entnehmbare Kassette 100 aufgenommenen Druck überwacht. Der Drucksensor 802 kann in dem Verteiler 650, in der Leitung 450 von dem Verteiler 650 zum Luft-Eingangsanschluss 512 und/oder in einer Leitung von dem Druckluftbehälter 806 zum Verteiler 650 angeordnet sein. Eine Steuereinheit 808 dient zum Steuern eines Drucks der in die entnehmbare Kassette 100 eingespeisten Luft.
Eine Benutzeroberfläche 810 ist zum Empfangen von Parametern von einem Benutzer konfiguriert. Die Steuereinheit 808 ist mit der Benutzeroberfläche 810 verbunden, und die Steuereinheit 808 steuert den Betrieb einer Pumpe 804 des Druckregelsystems 820 gemäß den Betriebsparametern und gemäß der Rückmeldung von dem Drucksensor 802. Das Nanofluidmodul 300 ist abgedichtet mit der Kassette 100 verbunden, und das Nanofluidmodul 300 enthält ein oder mehrere im Nanobereich arbeitende deterministische Seitenverschiebungs- (DLD-) Arrays.
Die Halterung 400 enthält Stützen 504, die die Aussparung derart erzeugen, dass die entnehmbare Kassette 100 zwischen die Stützen 504 passt. Die Halterung 400 enthält einen oberen Deckel 506 mit einem Luft-Einlassanschluss 512, der mit einer Zufuhrleitung 514 verbunden ist, und der obere Deckel 506 ist abgedichtet mit dem Eingangsanschluss 102 der entnehmbaren Kassette 100 derart verbunden, dass Luft über die Zufuhrleitung 514 aus dem Druckregelsystem 820 in den Luft-Einlassanschluss 512 des oberen Deckels 506 bis zum Eingangsanschluss 102 und weiter bis zu der entnehmbaren Kassette eingespeist wird.
Die Halterung 400 ist für den Betrieb mit anderen entnehmbaren Kassetten 100 vorgesehen, deren Ausgestaltungen von dieser entnehmbaren Kassette 100 abweichen. Die anderen entnehmbaren Kassetten werden aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus: einer ersten entnehmbaren Kassette mit mehreren Nanofluidmodulen 300, einer zweiten entnehmbaren Kassette mit mehreren parallel angeordneten Nanofluidmodulen 300, wobei ein Flüssigkeitsstrom der Probenflüssigkeit im Vergleich zu der entnehmbaren Kassette ohne mehrere parallel angeordnete Nanofluidmodule 300 verstärkt wird, einer dritten entnehmbaren Kassette mit mehreren in Reihe angeordneten Nanofluidmodulen, wodurch die Probenflüssigkeit im Vergleich mit der entnehmbaren Kassette ohne mehrere in Reihe angeordnete Nanofluidmodule stärker getrennt wird, und einer vierten entnehmbaren Kassette mit mehreren Nanofluidmodulen 300 und mehr als mindestens zwei Ausgangsanschlüssen, sodass die Probenflüssigkeit in mehr Fraktionen als bei der entnehmbaren Kassette getrennt wird, und Kombinationen der ersten, zweiten, dritten und vierten entnehmbaren Kassette.
10 ist ein Ablaufplan 1000 eines Verfahrens einer automatisierten Maschine 500 zum Trennen einer Probenflüssigkeit gemäß Ausführungsformen. In Block 1002 wird eine entnehmbare Kassette bereitgestellt, die ein Nanofluidmodul 300 enthält, und die entnehmbare Kassette 100 enthält einen Eingangsanschluss 102 und mindestens zwei Ausgangsanschlüsse 112 und 114, wobei das Nanofluidmodul 300 zum Sortieren der Probenflüssigkeit dient. In Block 1004 wird eine Halterung 400 bereitgestellt, die eine Aussparung zum Aufnehmen der entnehmbaren Kassette 100 umfasst. In Block 1006 wird ein Druckregelsystem 820 bereitgestellt, das mit dem Eingangsanschluss 102 der entnehmbaren Kassette 100 verbunden wird, wobei das Druckregelsystem 820 dazu dient, die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul 300 zu befördern und auf die mindestens zwei Ausgangsanschlüsse 112, 114 aufzuteilen. In Block 1006 steuert die Steuereinheit 808 automatisch den Druck in der entnehmbaren Kassette 100 durch Steuern des Druckregelsystems 802 gemäß Betriebsparametern, wobei die Steuereinheit 808 die Betriebsparameter von einer Benutzeroberfläche 810 übernimmt.
11A ist ein Ablaufplan 1100 eines Verfahrens zum Betreiben einer automatisierten Maschine 500 zum Trennen einer Probenflüssigkeit gemäß Ausführungsformen. 11B stellt eine Fortsetzung des Ablaufplans 1100 in 11A dar. In Block 1102 wird die automatisierte Maschine 500 so eingerichtet, dass eine entnehmbare Kassette 100 in eine Halterung 400 eingesetzt werden kann, nachdem eine Schutzhülle von der entnehmbaren Kassette 100 entfernt worden ist und nachdem sterile Barrieren von einem Eingangsanschluss 102 der entnehmbaren Kassette 100 entfernt wurden. In Block 1104 wird die automatisierte Maschine 500 so eingerichtet, dass die Probenflüssigkeit in den Eingangsanschluss 102 der entnehmbaren Kassette 100 eingegeben werden kann. In Block 1106 wird die automatisierte Maschine 500 so eingerichtet, dass über eine Benutzeroberfläche 810 Betriebsparameter eingegeben werden können, wobei die Betriebsparameter aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Fließgeschwindigkeit, Laufzeit und Solldruckwert besteht.
In Block 1108 wird die automatisierte Maschine 500 so eingerichtet, dass die Probenflüssigkeit verarbeitet werden kann. Das automatisierte Verarbeiten durch die automatisierte Maschine 500 beinhaltet Starten einer Pumpe 804 durch eine Steuereinheit 808, um die entnehmbare Kassette 100 mit Druck zu beaufschlagen (in Block 1110), Überwachen eines Drucks der entnehmbaren Kassette 100 durch einen Drucksensor 802 derart, dass als Reaktion auf Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes durch den Druck ein Druckwert zur Steuereinheit 808 gesendet wird (in Block 1112), erneutes Starten der Pumpe 804 durch die Steuereinheit 808, um den Druck wiederherzustellen (in Block 1114), Warnen eines Benutzers, dass Verarbeiten der Probenflüssigkeit abgeschlossen ist und die entnehmbare Kassette 100 zum Entnehmen bereitsteht (in Block 1116).
Zu technischen Auswirkungen und Vorteilen gehören eine Struktur und ein Verfahren zum kontinuierlichen Verarbeiten komplexer Lösungen von Biokolloiden (z.B. von Partikeln mit einem Durchmesser von 10 nm oder mehr), um die Kolloide aufgrund der Partikelgröße in zwei oder mehr Ausgangsströme zu trennen. Zu technischen Vorteilen gehören weiterhin ein klar definiertes Trennmedium zur Probenverarbeitung, z.B. mikrostrukturierte NanoDLD-Arrays, Fähigkeit zur kontinuierlichen Probenverarbeitung und geringerer Energieaufwand sowie verringerte Systemkomplexität im Vergleich mit Verfahren wie Ultrazentrifugieren und den meisten Chromatografie-Verfahren. Technisch vorteilhaft ist, dass zum Betreiben keine chemischen Zusätze (z.B. Ausfällmittel, oberflächenaktive Substanzen) benötigt werden, sodass es weniger zur Verunreinigung und Klumpung von Kolloiden kommen kann. Außerdem können die Struktur und das Verfahren auf wichtige Biokolloide (Exosome und andere Lipidbläschen), Nukleinsäuren, große Makromoleküle, Proteinkomplexe, Organellen, Proteinkapside und -kompartimente, Sporen, Pollen, Zellen, Nanokristalle und Kristallite angewendet werden. Aufgrund seiner geringen Größe kann die Struktur tragbar sein und für mobile Anwendungen sowie außer Haus eingesetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann es sich um ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt handeln. Das Computerprogrammprodukt kann (ein) durch einen Computer lesbare(s) Speichermedium (oder -medien) beinhalten, auf dem/denen durch einen Computer lesbare Programmanweisungen gespeichert ist/sind, um einen Prozessor dazu zu veranlassen, Aspekte der vorliegenden Erfindung auszuführen.
Bei dem durch einen Computer lesbaren Speichermedium kann es sich um eine physische Einheit handeln, die Anweisungen zur Verwendung durch ein System zur Ausführung von Anweisungen behalten und speichern kann. Bei dem durch einen Computer lesbaren Speichermedium kann es sich zum Beispiel um eine elektronische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit, eine optische Speichereinheit, eine elektromagnetische Speichereinheit, eine Halbleiterspeichereinheit oder jede geeignete Kombination daraus handeln, ohne auf diese beschränkt zu sein. Zu einer nicht erschöpfenden Liste spezifischerer Beispiele des durch einen Computer lesbaren Speichermediums gehören die Folgenden: eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein Direktzugriffspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM bzw. Flash-Speicher), ein statischer Direktzugriffspeicher (SRAM), ein tragbarer Kompaktspeicherplatte-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine DVD (digital versatile disc), ein Speicher-Stick, eine Diskette, eine mechanisch codierte Einheit wie zum Beispiel Lochkarten oder gehobene Strukturen in einer Rille, auf denen Anweisungen gespeichert sind, und jede geeignete Kombination daraus. Ein durch einen Computer lesbares Speichermedium soll in der Verwendung hierin nicht als flüchtige Signale an sich aufgefasst werden, wie zum Beispiel Funkwellen oder andere sich frei ausbreitende elektromagnetische Wellen, elektromagnetische Wellen, die sich durch einen Wellenleiter oder ein anderes Übertragungsmedium ausbreiten (z.B. einen Lichtwellenleiter durchlaufende Lichtimpulse) oder durch einen Draht übertragene elektrische Signale.
Hierin beschriebene, durch einen Computer lesbare Programmanweisungen können von einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium auf jeweilige Datenverarbeitungs/Verarbeitungs-Einheiten oder über ein Netzwerk wie zum Beispiel das Internet, ein lokales Netzwerk, ein Weitverkehrsnetz und/oder ein drahtloses Netzwerk auf einen externen Computer oder eine externe Speichereinheit heruntergeladen werden. Das Netzwerk kann Kupferübertragungskabel, Lichtwellenübertragungsleiter, drahtlose Übertragung, Leitwegrechner, Firewalls, Vermittlungseinheiten, Gateway-Computer und/oder Edge-Server aufweisen. Eine Netzwerkadapterkarte oder Netzwerkschnittstelle in jeder Datenverarbeitungs/Verarbeitungs-Einheit empfängt durch einen Computer lesbare Programmanweisungen aus dem Netzwerk und leitet die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen zur Speicherung in einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium innerhalb der entsprechenden Datenverarbeitungs-/Verarbeitungseinheit weiter.
Bei durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen zum Ausführen von Arbeitsschritten der vorliegenden Erfindung kann es sich um Assembler-Anweisungen, ISA-Anweisungen (Instruction-Set-Architecture), Maschinenanweisungen, maschinenabhängige Anweisungen, Mikrocode, Firmware-Anweisungen, zustandssetzende Daten oder entweder Quellcode oder Objektcode handeln, die in einer beliebigen Kombination aus einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben werden, darunter objektorientierte Programmiersprachen wie Smalltalk, C++ o.ä. sowie herkömmliche prozedurale Programmiersprachen wie die Programmiersprache „C“ oder ähnliche Programmiersprachen. Die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können vollständig auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als eigenständiges Software-Paket, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem fernen Computer oder vollständig auf dem fernen Computer oder Server ausgeführt werden. In letzterem Fall kann der entfernt angeordnete Computer mit dem Computer des Benutzers durch eine beliebige Art Netzwerk verbunden sein, darunter ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetz (WAN), oder die Verbindung kann mit einem externen Computer hergestellt werden (zum Beispiel über das Internet unter Verwendung eines Internet-Dienstanbieters). In einigen Ausführungsformen können elektronische Schaltungen, darunter zum Beispiel programmierbare Logikschaltungen, vor Ort programmierbare Gatter-Anordnungen (FPGA, field programmable gate arrays) oder programmierbare Logikanordnungen (PLA, programmable logic arrays) die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen ausführen, indem sie Zustandsinformationen der durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen nutzen, um die elektronischen Schaltungen zu personalisieren, um Aspekte der vorliegenden Erfindung durchzuführen
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind hierin unter Bezugnahme auf Ablaufpläne und/oder Blockschaltbilder bzw. Schaubilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Block der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder sowie Kombinationen von Blöcken in den Ablaufplänen und/oder den Blockschaltbildern bzw. Schaubildern mittels durch einen Computer lesbare Programmanweisungen ausgeführt werden können.
Diese durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können einem Prozessor eines Universalcomputers, eines Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine zu erzeugen, so dass die über den Prozessor des Computers bzw. der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführten Anweisungen Mittel zur Umsetzung der in dem Block bzw. den Blöcken der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder festgelegten Funktionen/Schritte erzeugen. Diese durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können auch auf einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium gespeichert sein, das einen Computer, eine programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder andere Einheiten so steuern kann, dass sie auf eine bestimmte Art funktionieren, so dass das durch einen Computer lesbare Speichermedium, auf dem Anweisungen gespeichert sind, ein Herstellungsprodukt aufweist, darunter Anweisungen, welche Aspekte der/des in dem Block bzw. den Blöcken des Ablaufplans und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder angegebenen Funktion/Schritts umsetzen.
Die durch einen Computer lesbaren Programmanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine andere Einheit geladen werden, um ein Ausführen einer Reihe von Prozessschritten auf dem Computer bzw. der anderen programmierbaren Vorrichtung oder anderen Einheit zu verursachen, um einen auf einem Computer ausgeführten Prozess zu erzeugen, so dass die auf dem Computer, einer anderen programmierbaren Vorrichtung oder einer anderen Einheit ausgeführten Anweisungen die in dem Block bzw. den Blöcken der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder festgelegten Funktionen/Schritte umsetzen.
Die Ablaufpläne und die Blockschaltbilder bzw. Schaubilder in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Ausführungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesem Zusammenhang kann jeder Block in den Ablaufplänen oder Blockschaltbildern bzw. Schaubildern ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, die eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Ausführung der bestimmten logischen Funktion(en) aufweisen. In einigen alternativen Ausführungen können die in dem Block angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren gezeigt stattfinden. Zwei nacheinander gezeigte Blöcke können zum Beispiel in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal je nach entsprechender Funktionalität in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist ferner anzumerken, dass jeder Block der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder und/oder der Ablaufpläne sowie Kombinationen aus Blöcken in den Blockschaltbildern bzw. Schaubildern und/oder den Ablaufplänen durch spezielle auf Hardware beruhende Systeme umgesetzt werden können, welche die festgelegten Funktionen oder Schritte durchführen, oder Kombinationen aus Spezial-Hardware und Computeranweisungen ausführen.

Claims

Vorrichtung, die aufweist: eine entnehmbare Kassette, die ein Nanofluidmodul enthält, wobei die entnehmbare Kassette einen Eingangsanschluss und mindestens zwei Ausgangsanschlüsse enthält, wobei das Nanofluidmodul zum Sortieren einer Probenflüssigkeit dient; eine Halterung zum Aufnehmen der entnehmbaren Kassette; und ein Druckregelsystem, das zum Verbinden mit dem Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette vorgesehen ist, wobei das Druckregelsystem dazu vorgesehen ist, die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul zu befördern und dort auf die mindestens zwei Ausgangsanschlüsse aufzuteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Druckregelsystem eine Pumpe und einen Druckluftbehälter aufweist, um die Probenflüssigkeit durch das Nanofluidmodul zu befördern, wobei die Pumpe anhand vorgegebener Betriebsparameter gesteuert und nicht manuell angetrieben wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckregelsystem Verbindungsanschlüsse umfasst, wobei die Verbindungsanschlüsse einen ersten Verbindungsanschluss zum Aufnehmen von Luft und einen zweiten Verbindungsanschluss zum Einleiten der Luft nach dem Komprimieren in den Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette haben.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Druckregelsystem mit einem Drucksensor verbunden ist, wobei der Drucksensor zum Überwachen des durch die entnehmbare Kassette aufgenommenen Drucks dient.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Steuereinheit zum Steuern des Drucks der Luft dient, die in die entnehmbare Kassette eingeleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Benutzeroberfläche dazu dient, Betriebsparameter von einem Benutzer aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit mit der Benutzeroberfläche verbunden ist und dazu dient, den Betrieb einer Pumpe des Druckregelsystems anhand der Betriebsparameter und anhand einer Rückmeldung von dem Drucksensor zu steuern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Nanofluidmodul abgedichtet mit der entnehmbaren Kassette verbunden wird und die Nanofluidmodul ein oder mehrere nanodeterministische Seitenverschiebungs- (DLD-) -Arrays enthält.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Halterung Stützen enthält, die eine Aussparung derart erzeugen, dass die entnehmbare Kassette zwischen die Stützen passt; und die Halterung einen oberen Deckel mit einem Luft-Einlassanschluss enthält, der mit einer Zufuhrleitung verbunden ist, wobei der obere Deckel mit dem Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette derart verbunden ist, dass Luft aus dem Druckregelsystem über die Zufuhrleitung in den Luft-Einlassanschluss und weiter in den Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette eingeleitet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halterung für den Betrieb mit anderen entnehmbaren Kassetten gestaltet ist, die von der entnehmbaren Kassette abweichende Ausgestaltungen haben, wobei die anderen entnehmbaren Kassetten aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: einer ersten entnehmbaren Kassette, die mehrere Nanofluidmodule hat; einer zweiten entnehmbaren Kassette, die mehrere parallel angeordnete Nanofluidmodule hat, wodurch ein Flüssigkeitsstrom der Probenflüssigkeit im Vergleich mit der entnehmbaren Kassette ohne mehrere parallel angeordnete Nanofluidmodule verstärkt ist; einer dritten entnehmbaren Kassette, die mehrere in Reihe angeordnete Nanofluidmodule hat, wodurch die Probenflüssigkeit im Vergleich mit der entnehmbaren Kassette ohne mehrere in Reihe angeordnete Nanofluidmodule weiter aufgeteilt wird; einer vierten entnehmbaren Kassette, die mehrere Nanofluidmodule und mehr als mindestens zwei Ausgangsanschlüsse derart hat, dass die Probenflüssigkeit in mehr Fraktionen als bei der entnehmbaren Kassette aufgeteilt wird; und Kombinationen der ersten, zweiten, dritten und vierten entnehmbaren Kassette.
Verfahren zum Einrichten einer Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer entnehmbaren Kassette, die ein Nanofluidmodul enthält, wobei die entnehmbare Kassette einen Eingangsanschluss und mindestens zwei Ausgangsanschlüsse enthält, wobei das Nanofluidmodul zum Sortieren einer Probenflüssigkeit dient.; Einsetzen der entnehmbaren Kassette in eine Halterung; und Verbinden eines Druckregelsystems mit dem Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette, wobei das Druckregelsystem dazu dient, die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul zu befördern und dort auf die mindestens zwei Ausgangsanschlüsse aufzuteilen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Druckregelsystem eine Pumpe und einen Druckluftbehälter enthält, um die Probenflüssigkeit durch das Nanofluidmodul zu befördern, wobei die Pumpe anhand vorgegebener Betriebsparameter gesteuert und nicht manuell angetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Druckregelsystem Verbindungsanschlüsse enthält, wobei die Verbindungsanschlüsse einen ersten Verbindungsanschluss zum Aufnehmen von Luft und einen zweiten Verbindung zum Einleiten der Luft nach dem Komprimieren in den Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette haben.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Druckregelsystem mit einem Drucksensor verbunden ist, wobei der Drucksensor dazu dient, den durch die entnehmbare Kassette aufgenommenen Druck zu überwachen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Steuereinheit so eingerichtet wird, dass sie den Druck der in die entnehmbare Kassette eingeleiteten Luft steuert.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Benutzerschnittstelle dazu dient, Betriebsparameter von einem Benutzer zu empfangen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Steuereinheit mit der Benutzeroberfläche verbunden ist und die Steuereinheit dazu dient, den Betrieb einer Pumpe des Druckregelsystems anhand von Betriebsparametern und anhand der Rückmeldung von dem Drucksensor zu steuern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Nanofluidmodul abgedichtet mit der entnehmbaren Kassette verbunden ist und das Nanofluidmodul ein oder mehrere nanodeterministische Seitenverschiebungs- (DLD-) Arrays enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei: die Halterung Stützen zum Erzeugen einer Aussparung derart enthält, dass die entnehmbare Kassette zwischen die Stützen passt; und die Halterung einen oberen Deckel enthält, der einen mit einer Zufuhrleitung verbundenen Luft-Einlassanschluss hat, wobei der obere Deckel abgedichtet mit dem Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette verbunden ist, sodass Luft von einem Druckregelsystem über die Zufuhrleitung in den Luft-Einlassanschluss des oberen Deckels und weiter bis zum Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei die Halterung so ausgestaltet ist, dass sie mit anderen entnehmbaren Kassetten arbeitet, deren Ausgestaltungen von der der entnehmbaren Kassette abweichen, wobei die anderen entnehmbaren Kassetten aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus: einer ersten entnehmbaren Kassette mit mehreren Nanofluidmodulen; einer zweiten entnehmbaren Kassette mit mehreren parallel angeordneten Nanofluidmodulen, wodurch ein Flüssigkeitsstrom der Probenflüssigkeit im Vergleich mit der entnehmbaren Kassette ohne mehrere parallel angeordnete Nanofluidmodule verstärkt ist; einer dritten entnehmbaren Kassette mit mehreren in Reihe angeordneten Nanofluidmodulen, wodurch die Probenflüssigkeit im Vergleich mit der entnehmbaren Kassette ohne in Reihe angeordnete Nanofluidmodule weiter aufgetrennt wird; einer vierten entnehmbaren Kassette mit mehreren Nanofluidmodulen und mehr als den mindestens zwei Ausgangsanschlüssen, sodass die Probenflüssigkeit in mehr Fraktionen als bei der entnehmbaren Kassette getrennt wird; und Kombinationen der ersten, zweiten, dritten und vierten entnehmbaren Kassette.
Automatisierte Maschine zum Trennen von Probenflüssigkeiten, wobei die Maschine aufweist: eine entnehmbare Kassette mit einem Nanofluidmodul, wobei die entnehmbare Kassette einen Eingangsanschluss und mindestens zwei Ausgangsanschlüsse enthält, wobei das Nanofluidmodul zum Sortieren der Probenflüssigkeit eingerichtet ist; eine Halterung zum Aufnehmen der entnehmbaren Kassette; ein Druckregelsystem, das mit dem Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette verbunden ist, wobei das Druckregelsystem dafür eingerichtet ist, die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul einzugeben und auf die mindestens zwei Ausgangsanschlüsse aufzuteilen; und eine Steuereinheit, die zum automatischen Steuern des Drucks in der entnehmbaren Kassette eingerichtet ist, indem sie das Druckregelsystem anhand von Betriebsparametern steuert, wobei die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass sie die Betriebsparameter von einer Benutzeroberfläche empfängt.
Automatisierte Maschine nach Anspruch 21, wobei ein Drucksensor so eingerichtet ist, dass er einen Wert des Drucks in der entnehmbaren Kassette derart überwacht, dass der Druckwert zu der Steuereinheit zurückgemeldet wird.
Automatisierte Maschine nach Anspruch 22, wobei die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass sie den Betrieb des Druckregelsystems auf der Grundlage des zu der Steuereinheit zurückgemeldeten Druckwertes regelt.
Verfahren zum Einrichten einer automatisierten Maschine zum Trennen einer Probenflüssigkeit, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer entnehmbaren Kassette mit einem Nanofluidmodul, wobei die entnehmbare Kassette einen Eingangsanschluss und mindestens zwei Ausgangsanschlüsse enthält, wobei das Nanofluidmodul zum Sortieren der Probenflüssigkeit eingerichtet ist; Bereitstellen einer Halterung, die zum Aufnehmen der entnehmbaren Kassette eingerichtet ist; Bereitstellen eines Druckregelsystems, das mit dem Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette verbunden wird, wobei das Druckregelsystem so eingerichtet ist, dass es die Probenflüssigkeit in das Nanofluidmodul befördert und auf die mindestens zwei Ausgangsanschlüsse aufteilt; und Bereitstellen einer Steuereinheit zum automatischen Steuern des Drucks in der entnehmbaren Kassette durch Steuern des Druckregelsystems anhand von Betriebsparametern, wobei die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass sie die Betriebsparameter von einer Benutzeroberfläche empfängt.
Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Maschine zum Trennen von Probenflüssigkeiten, wobei das Verfahren umfasst: Einsetzen einer entnehmbaren Kassette in eine Halterung, nachdem eine Schutzhülle von der entnehmbaren Kassette entfernt worden ist; Aufnehmen der Probenflüssigkeit an einem Eingangsanschluss der entnehmbaren Kassette; Empfangen durch eine Benutzeroberfläche eingegebener Betriebsparameter, wobei die Betriebsparameter aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Fließgeschwindigkeit, Laufzeit und Drucksollwert besteht; und Verarbeiten der Probenflüssigkeit, wobei das Verarbeiten beinhaltet: Starten einer Pumpe durch eine Steuereinheit zum Beaufschlagen der entnehmbaren Kassette mit Druck; Überwachen eines Drucks der entnehmbaren Kassette durch einen Drucksensor derart, dass ein Wert des Drucks zu der Steuereinheit zurückgemeldet wird; erneutes Starten der Pumpe durch die Steuereinheit zum Wiederherstellen des Drucks als Reaktion darauf, dass der Druckwert einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet; und Warnen eines Benutzers als Reaktion auf eine vorgegebene Zeitspanne, dass die Verarbeitung der Probenflüssigkeit abgeschlossen ist und die entnehmbare Kassette zum Entfernen bereitsteht.