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EP1419818B1 - Vorrichtung zum schrittweisen Transport von Flüssigkeit unter Ausnutzung von Kapillarkräften - Google Patents

Vorrichtung zum schrittweisen Transport von Flüssigkeit unter Ausnutzung von Kapillarkräften Download PDF

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EP1419818B1
EP1419818B1 EP20030025615 EP03025615A EP1419818B1 EP 1419818 B1 EP1419818 B1 EP 1419818B1 EP 20030025615 EP20030025615 EP 20030025615 EP 03025615 A EP03025615 A EP 03025615A EP 1419818 B1 EP1419818 B1 EP 1419818B1
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liquid
vent
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device according
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Gert Blankenstein
Ralf-Peter Peters
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Boehringer Ingelheim microParts GmbH
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schrittweisen Transport von Flüssigkeit durch mehrere strömungstechnisch in Reihe liegende Reaktionskammern unter Ausnutzung von Kapillarkräften, wobei es sich bei den Flüssigkeiten vorzugsweise um zu untersuchende Probenflüssigkeiten handelt.
  • In den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten der Analytik und Diagnostik ist es erforderlich, Probenflüssigkeiten zu untersuchen. Die dabei zum Einsatz kommenden Assays erfordern mitunter, dass die Probenflüssigkeit sequentiell mit unterschiedlichen Reagenzien in Kontakt gebracht werden. Im Hinblick auf die Automation derartiger Assays ist es von Vorteil, wenn man in der Lage ist, die zu untersuchende Probenflüssigkeit schrittweise zu transportieren.
  • Im Stand der Technik ist es grundsätzlich bekannt, den Transport von Flüssigkeit durch einen Kanal bzw. zur Befüllung einer Kammer dadurch zu initiieren, dass der Kanal bzw. die Kammer entlüftet wird, wodurch ein Flüssigkeitsstrom entsteht. Beispiele für derartige selektive Flüssigkeitsströmungsmechanismen sind in WO-A-99/46045 , WO-A-01/64344 , US-A-5,230,866 , US-A-5,242,606 und US-A-5,478,751 beschrieben.
  • Des weiteren ist in US-A-3,799,742 ein Fluidsystem beschrieben, bei dem unter Ausnutzung von Schwerkraft und selektiver Entlüftung einzelner seriell und parallel geschalteter Kammern ein Flüssigkeitsstrom aus einem Reservoir in die einzelnen Kammern hervorgerufen wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung erstreckt sich von einem Reservoir aus ein Flüssigkeitskanal. Längs dieses Flüssigkeitskanals zweigen mehrere Abzweigkanäle ab, die in zwei hintereinander geschalteten Kammern enden. In Höhe der Einmündungsstellen der Abzweigkanäle in die Kammern zweigen von diesen Entlüftungsleitungen ab, die sämtlich verschlossen sind und selektiv geöffnet werden können. Das zuvor beschriebene Kanalsystem lässt einen Flüssigkeitstransport ausschließlich unter Ausnutzung der Schwerkraft zu. Solange sämtliche Entlüftungsöffnungen verschlossen sind, wird der Flüssigkeitstransport aus dem Reservoir verhindert, indem die Flüssigkeit durch den Gasgegendruck zurückgehalten wird. Wird nun die in Strömungsrichtung erste der beiden pro Abzweigkanal angeordneten Kammern belüftet, so kann in diese Kammer Flüssigkeit aus dem Reservoir hineinströmen. Das Austreten der Flüssigkeit aus der Entlüftungsleitung dieser Kammer wird durch den Einbau eines für die Flüssigkeit hydrophoben Filters ausgeschlossen, das gasdurchlässig ist. Der Übertritt in die stromabwärts angeordnete zweite Kammer wird dadurch verhindert, dass diese Kammer nicht entlüftet ist. Erst wenn diese Kammer entlüftet wird, gelangt Flüssigkeit auch in die zweite Kammer. Dieses bekannte System erfordert im wesentlichen die vertikale Ausrichtung des Substrats, in dem das Kanalsystem ausgebildet ist. Dies schränkt die Anwendung des Systems insofern ein, als es im horizontalen Zustand des Substrats nicht zu einem Flüssigkeitstransport kommen kann, da die die Flüssigkeitsströmung initiierende Schwerkraftkomponente fehlt.
  • Aus US-A-4,849,340 ist ein Fluidsystem bekannt, bei dem zwei Flüssigkeiten, die durch unterschiedliche Leitungen fließen, in eine gemeinsame Kammer gelangen. Der Transport jeder Flüssigkeit durch jede Leitung sowie beider Flüssigkeiten in die gemeinsame Kammer erfolgt dabei selektiv, und zwar durch Öffnen von Entlüftungslöchern, die einerseits stromauf der gemeinsamen Kammer sowie in Fluidverbindung mit den Leitungen stehen und andererseits stromab der gemeinsamen Kammer sowie in Fluidverbindung mit dieser angeordnet sind. Über die Öffnungen können verschiedene Teilabschnitte des Fluidsystems selektiv entlüftet werden, was einen selektiven Transport der Flüssigkeiten ermöglicht. Flüssigkeit, die nach Öffnen eines Entlüftungslochs durch einen Teilabschnitt des Fluidsystems fließt, strömt durch die betreffende Öffnung bis in eine sich an die Öffnung anschließende Leitung.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum schrittweisen Transport von Flüssigkeit, insbesondere von zu untersuchender Probenflüssigkeit, zu schaffen, die einen recht einfachen Aufbau aufweist sowie bequem und einfach handhabbar ist und zuverlässig arbeitet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zum schrittweisen Transport von Flüssigkeit, insbesondere von zu untersuchender Probenflüssigkeit, durch mehrere strömungstechnisch in Reihe liegende Reaktionskammern unter Ausnutzung von Kapillarkräften vorgeschlagen, die versehen ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß werden zum schrittweisen Transport von Flüssigkeiten Kapillarkräfte ausgenutzt. Hierzu ist der Kanal der Vorrichtung, durch den Flüssigkeit transportiert werden soll, entsprechend ausgelegt. Dies gilt hinsichtlich der Querschnittsflächen, Querschnittsflächenausgestaltungen und Oberflächenbeschaffenheiten des Kanals. Der Kanal steht mit mindestens zwei Entlüftungsöffnungen in Fluidverbindung, die in ihrem Ausgangszustand verschlossen sind. Die Fluidverbindung der Entlüftungsöffnungen mit dem Kanal erfolgt an längs des Kanals voneinander beabstandeten Verbindungsstellen. Die Entlüftungskanäle sind für den Flüssigkeitstransport mittels Kapillarkräfte ausgelegt.
  • Gelangt nun Flüssigkeit in den Kanal, indem der Kanal sich beispielsweise von einer Probenaufnahmekammer aus erstreckt, so ist der Transport von Flüssigkeit durch den Kanal so lange unterbunden, wie der Kanal (an seinem Ende) und die Entlüftungsöffnungen verschlossen sind. Wird nun die in Strömungsrichtung des Kanals erste Entlüftungsöffnung geöffnet, so gelangt Flüssigkeit bis zur mit der geöffneten Entlüftungsöffnung in Fluidverbindung stehenden Verbindungsstelle des Kanals und befüllt dabei die dieser Verbindungsstelle vorgelagerte Kammer; der weitere Transport der Flüssigkeit durch den Kanal über diese Verbindungsstelle hinaus ist nicht möglich, da der sich daran anschließende Teil des Kanals nach außen hin verschlossen ist. Erst wenn die in Strömungsrichtung nächste Entlüftungsöffnung geöffnet wird, füllt sich der Kanalabschnitt zwischen der zuvor erwähnten Verbindungsstelle und der der nächsten Entlüftungsöffnung zugeordneten Verbindungsstelle sowie die in diesem Kanalabschnitt angeordnete Kammer mit Flüssigkeit. Die Kammern können leer oder mit Substanzen, Einsätzen (poröse Körper o.dgl.) oder Kapillarkräfte erzeugenden Einrichtungen, wie z.B. Oberflächenbeschaffenheiten, ausgestattet sein.
  • Durch das oben beschriebene Konzept ist es also auf denkbar einfache Weise, nämlich lediglich durch Öffnen von Entlüftungsöffnungen möglich, selektiv und schrittweise eine Flüssigkeit durch einen Kanal mit hintereinander angeordneten Kammern zu transportieren. Wenn also in den einzelnen Kanalabschnitten bzw. Kammern Reagenzsubstanzen bzw. Reagenzien angeordnet sind, so ist es möglich, die Flüssigkeit einer zuvor definierten Reihenfolge von Reaktionen auszusetzen. Durch Öffnen der letzten Entlüftungsöffnung schließlich könnte die Probenflüssigkeit in eine Untersuchungskammer o.dgl. Reservoir eingeleitet werden, in der dann auf die unterschiedlichsten Weisen eine Untersuchung (beispielsweise lichttechnische Untersuchung) der Probenflüssigkeit erfolgen kann. Es ist aber ebenso möglich, dass (Zwischen-) Untersuchungen auch bereits in den anderen Reaktionskammern durchgeführt werden. Untersuchungen erfolgen allgemein z.B. lichttechnisch (optisch), insbesondere durch Ermittlung der Transmission oder Verfärbung der Probenflüssigkeit, oder mikroskopisch.
  • Ein (Wieder-)Verschluss der Entlüftungsöffnungen, nachdem die Flüssigkeitsfront die zugeordneten Verbindungsstellen des Kanals passiert hat, ist nicht zwingend erforderlich, kann aber durchaus vorgenommen werden. Von Vorteil bei der Erfindung ist es, dass die Flüssigkeit nicht aus der Entlüftungsöffnung heraustreten kann. Dies wird erfindungsgemäß mit Mechanismen erreicht, die zum Transport der Flüssigkeit Kapillarkräfte ausnutzen. Der Transport durch einen von einer Verbindungsstelle zur Entlüftungsöffnung führenden Entlüftungskanal erfolgt dabei ebenfalls unter Ausnutzung von Kapillarkräften. Der Entlüftungsöffnung ist ein Kapillarstop vorgelagert. Dieser ist als hydrophobe Teiloberfläche des Entlüftungskanals ausgebildet.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb der in den einzelnen Kanalabschnitte befindlichen Kammern Reagenzien, vorzugsweise immobilisiert, angeordnet sind. Durch den Kontakt mit der Flüssigkeit werden die Reagenzien mobilisiert und können mit der Flüssigkeit reagieren. Die Entlüftungsöffnungen können im einfachsten Fall direkt in der Wandung des Kanals angeordnet sein. Die Verbindungsstellen fallen dann also mit den Entlüftungsöffnungen zusammen. Alternativ ist es auch möglich, dass von den Verbindungsstellen aus Entlüftungskanäle abzweigen, die in den Entlüftungsöffnungen enden.
  • Das Öffnen der Entlüftungsöffnungen erfolgt zweckmäßigerweise selektiv mittels einzelner Deckelelemente bzw. eines gemeinsamen Deckelelements, mit dem sich die Entlüftungsöffnungen entsprechend ihrer Anordnung längs des Kanals selektiv freilegen lassen. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Deckelelement um einen Klebestreifen, der über eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen geklebt ist. Zum Öffnen einer Entlüftungsöffnung kann das Deckelelement beispielsweise abziehbar oder punktierbar sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass das Deckelelement aufschmelzbar oder durch Initiierung einer Reaktion aufgelöst oder luftdurchlässig wird. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Deckelelement um einen Klebestreifen, der über die Entlüftungsöffnungen eines Substrats o.dgl. Träger gelegt ist, in dem das erfindungsgemäße Kanalsystem ausgebildet ist. Zum Aufschmelzen der Deckelelemente ist es beispielsweise von Vorteil, wenn diese Deckelelemente mit ein oder mehreren Heizelementen thermisch gekoppelt sind. Durch Ansteuerung der Heizelemente werden somit selektiv Deckelelemente aufgeschmolzen und damit Entlüftungsöffnungen freigelegt.
  • Die Initiierung einer ein Deckelelement auflösenden Reaktion kann durch Kontaktierung des Deckelelements mit einem Reaktionsmittel von außen erfolgen. Es sollten ausschließlich für die Probenflüssigkeit inerte Reaktionsgemische entstehen. Z.B. wird als Deckelelement ein hydrophiles Material (z.B. Gel, wie beispielsweise Agarose, Sucrose o.dgl. Polysaccharide) verwendet. Nach Auflösung des Deckelelements durch Applizierung von außen gelangt die Probenflüssigkeit bis in den nächsten Kanalabschnitt hinein. Die Deckelelemente sind also in diesem Fall in Strömungsrichtung unmittelbar hinter einer Entlüftungsöffnung bzw. einer Verbindungsstelle angeordnet, so dass ein von einem aufgelösten Deckelelement freigegebener Kanalabschnitt über die diesem zugeordnete Entlüftungsöffnung entlüftet werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise für einen Bluttest verwendet werden, bei dem das zu untersuchende Blut in einer ersten Reaktionskammer mit einem ersten Antikörper oder einem Konjugat reagiert und anschließend in einer zweiten Kammer an den gebundenen ersten Antikörpern zweite Antikörper binden. Ausgehend von einer Blutprobenaufnahmekammer o.dgl. Aufgabe für das zu untersuchende Blut passiert dieses dann also nach Freilegung der ersten Entlüftungsöffnung den bis zur zugeordneten Verbindungsstelle sich erstreckenden Kanalabschnitt des Kanals, in dem die erste Reaktionskammer mit den ersten Antikörpern oder dem Konjugat angeordnet ist. Nach einer bestimmten Verweilzeit wird dann die zu untersuchende Blutprobe mit den teilweise gebundenen Antikörpern durch Freilegen der in Strömungsrichtung nächsten Entlüftungsöffnung in einen zweiten Kanalabschnitt überführt, in dem die zweite Reaktionskammer mit den zweiten Antikörpern angeordnet ist. Anschließend kann durch Freilegen einer weiteren Entlüftungsöffnung oder durch Freilegen des Endes des Kanals die Probenflüssigkeit in diesem weiter transportiert bzw. aus diesem heraus transportiert werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Vorteil auch mehrere der zuvor beschriebenen (Probenflüssigkeitstransport-)Kanäle mit Entlüftungsöffnungen aufweisen. Sämtliche diese Kanäle sind strömungstechnisch parallel zueinander, erstrecken sich von einer Probenaufnahmenanordnung aus mit einer gemeinsamen Probenaufnahmekammer oder mehreren einzelnen, den Kanälen jeweils zugeordneten Probenaufnahmekammern und weisen vorzugsweise untereinander gleich lange Kanalabschnitte zwischen den einzelnen Verbindungsstellen auf. Die den Verbindungsstellen jeweils zugeordneten Entlüftungsöffnungen sind dabei unmittelbar benachbart zueinander angeordnet und lassen sich vorteilhafterweise mit ein und demselben Deckelelement freilegen. Hierdurch wird ein paralleler schrittweise Transport von Flüssigkeit durch die einzelnen Kanäle ermöglicht.
  • Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele näher erläutert, die insoweit nicht erfindungsgemäß sind, als die Flüssigkeit in den Entlüftungsleitungen jeweils bis zu deren Entlüftungsöffnungen strömt. Im einzelnen zeigen:
  • Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Kanalstruktur zum schrittweisen Transport von Flüssigkeit unter Ausnutzung von Kapillarkräften,
    Fign. 2 bis 4
    die einzelnen Phasen, in denen die Kanalstruktur gemäß Fig. 1 nach sukzessivem Öffnen der einzelnen längs des Kanals angeordneten Entlüftungsöffnungen dargestellt ist,
    Fig. 5
    ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kanalstruktur,
    Fign. 6 und 7
    die einzelnen Phasen, in denen die Kanalstruktur gemäß Fig. 5 nach sukzessivem Öffnen der einzelnen längs des Kanals angeordneten Entlüftungsöffnungen dargestellt ist, und
    Fig. 8
    ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kanalstruktur zum sukzessiven parallelen Transport von Flüssigkeiten durch mehrere Kanäle.
  • Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Kapillarkanalsystems 10. Das Kapillarkanalsystem 10 ist in einem Substrat 12 (Kunststoffkörper o.dgl.) ausgebildet und weist einen Kanal 14 auf, der eine (in Fluidverbindung mit einem nicht gezeigten Reservoir stehende) Einlassöffnung 16 und eine Auslassöffnung 18 umfasst. Flüssigkeit, die sich in dem Kanal 14 befindet, wird in dem Kanal unter Ausnutzung von Kapillarkräften transportiert.
  • Der Kanal 14 weist mehrere (im Ausführungsbeispiel vier) Verbindungsstellen 20,22,24 und 26 auf, von denen aus Entlüftungsleitungen 28,30,32,34 abzweigen, die in Entlüftungsöffnungen 36,38,40,42 enden. Der Kanal 14 ist durch die Verbindungsstellen 20,22,24,26 in einzelne Kanalabschnitte 44,46,48 unterteilt; in jedem Kanalabschnitt 44,46,48 befindet sich eine Reaktionskammer 50,52,54.
  • Das in Fig. 1 gezeigte Kapillarkanalsystem 10 lässt sich wie folgt selektiv mit Flüssigkeit befüllen.
  • Im Ausgangszustand sind sämtliche Entlüftungsöffnungen 36,38,40,42 sowie der Auslass 18 des Kanals 14 verschlossen. Wird nun die in Strömungsrichtung 56 (siehe Pfeil) erste Entlüftungsöffnung 36 geöffnet, so gelangt Probenflüssigkeit, die am Einlass 16 des Kanals 14 ansteht, bis zur Verbindungsstelle 20 sowie in den Entlüftungskanal 28 bis zur Entlüftungsöffnung 36. Durch Verkürzen der Entlüftungskanäle 28 kann das Totvolumen des Kapillarkanalsystems 10 minimiert werden. Die Entlüftungsöffnungen 36 können auch direkt in der Wandung des Kanals 14 ausgebildet sein. Nachdem die Öffnung 36 freigelegt worden ist, wandert die Flüssigkeitsfront innerhalb des Kanals 14 also bis zur Verbindungsstelle 20; in jedem Fall gelangt (noch) keine Flüssigkeit in den Kanalabschnitt 44.
  • Wird hingegen anschließend die in Strömungsrichtung nächste Entlüftungsöffnung 38 freigelegt, so gelangt Flüssigkeit in den zweiten Kanalabschnitt 44 und füllt diesen aus, was bedeutet, dass auch die Reaktionskammer 50 mit zu untersuchender Flüssigkeit ausgefüllt wird. Die fortschreitende Flüssigkeitsfront kommt in dem Kanal an der Verbindungsstelle 22 zum Stillstand, wobei die Flüssigkeit von dort aus lediglich noch in den Entlüftungskanal 30 bis zur Entlüftungsöffnung 38 fließt. Dieser Zustand ist in Fig. 2 wiedergegeben.
  • Wird nun die nächste Entlüftungsöffnung 40 geöffnet, so wiederholt sich der zuvor beschriebene Vorgang für den weiteren Kanalabschnitt 46, so dass sich schließlich die Situation gemäß Fig. 3 einstellt. Durch Freilegen der nächsten Entlüftungsöffnung 42 wird schließlich der nächste Kanalabschnitt 48 mit Flüssigkeit aufgefüllt, was in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn man anschließend den Auslass 18 des Kanals 14 öffnet, so gelangt die Flüssigkeit aus dem Kanal 14 heraus in ein (nicht dargestelltes) Auffangbehältnis oder einer Auffangkammer.
  • Das zuvor beschriebene Kapillarkanalsystem 10 kann noch über sogenannte Kapillarstops verfügen, die erst nach Aufprägen eines Druckimpulses auf die Flüssigkeit überwunden werden, wobei anschließend der weitere Transport der Flüssigkeit wiederum durch Kapillarkräfte induziert erfolgt. Derartige Kapillarstops könnten beispielsweise an den Ausgängen der Reaktionskammern 50,52,54 ausgebildet bzw. angeordnet sein. Der selektive Transport der Flüssigkeit durch das Kapillarkanalsystem 10 erfolgt in einem solchen Falle also wechselweise durch Freilegen von Entlüftungsöffnungen und Aufprägen eines Druckimpulses.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass es nach der Erfindung nicht zwingend erforderlich ist, dass vor der ersten Reaktionskammer 50 eine Entlüftungsöffnung 36 angeordnet ist. Diese könnte mitsamt der Entlüftungsleitung 28 entfallen, wie dies in den Fign. 5 bis 7 gezeigt ist.
  • In den Fign. 5 bis 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiels eines Kapillarkanalsystems 10' dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau des Kapillarkanalsystems 10' der Fign. 5 bis 7 ist identisch mit demjenigen gemäß den Fign. 1 bis 4. Ein Unterschied besteht in der Art und Weise der Freilegung der Entlüftungsöffnungen. Diese wurden bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 1 bis 4 durch beispielsweise einzelne Deckelelemente 58 freigelegt, während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 5 bis 7 ein durchgehender Abdeckstreifen 60 als Deckelelement vorgesehen ist, der mehr oder weniger weit abgezogen wird und somit nach und nach die Entlüftungsöffnungen 36,38,40,42 freilegt. Der Abdeckstreifen 60 kann als Klebestreifen ausgebildet sein, der einzelne durch Perforationslinien oder andere Arten von Sollbruchlinien 62 verbundene Teilabschnitte 64,66,68 aufweist. Die Sollbruchlinien 62 befinden sich zwischen jeweils zwei benachbarten Entlüftungsöffnungen 38,40 bzw. 40,42 und vorzugsweise etwa in der Mitte zwischen diesen Öffnungen. Zumindest auf derjenigen Seite einer Sollbruchlinie 62, die zu der stromab nächsten Entlüftungsöffnung weist, ist die Klebeseite des Abdeckstreifens in einem an der Sollbruchlinie 62 angrenzenden Bereich 70 frei von Kleber. Nach Ablösen des ersten Teilabschnitts 64, der an seinem freien Ende einen nicht klebenden Bereich 72 aufweist, welcher als Anfassende dient, kann dieser Teilabschnitt 64 an der Sollbruchlinie 62 abgerissen werden. Der Bereich 70 des nächsten Teilabschnitts 66 dient dann wiederum als Anfassende zur Erleichterung des Ablösens des Teilabschnitts 66 zwecks Freilegung der nächsten Entlüftungsöffnung 40.
  • Fig. 8 schließlich zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kapillarkanalsystems 10", das mehrere (in diesem Ausführungsbeispiel zwei) Kanäle 14 aufweist, von denen jeder so, wie im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, beschaffen und ausgestaltet ist, also mehrere (in diesem Ausführungsbeispiel zwei) strömungstechnisch in Reihe geschaltete Reaktionskammern 50,52 aufweist. Von jedem Kanal 14 zweigen also mehrere Entlüftungsleitungen 28,30,32 mit Entlüftungsöffnungen 36,38,40 an ihren Enden ab. Die in Strömungsrichtung ersten Entlüftungsöffnungen 36 sämtlicher Kanäle 14 sind gruppenweise oder sämtlich durch mehrere bzw. ein gemeinsames Deckelelement 74 verschlossen. Dieselbe Konstellation ergibt sich für die in Strömungsrichtung nächsten Entlüftungsöffnungen 38,40, die durch ein Deckelelement 76 bzw. 78 verschlossen sind. Dieses System von gemeinsamen bzw. gruppenweise gemeinsamen Deckelelementen 74,76,78 ist über das gesamte Kapillarkanalsystem 10" hinweg betrachtet gleich. Die Kanäle 14 zweigen von einem Reservoir 80 ab, das mit der in und durch die Reaktionskammern 50,52 zu leitenden Flüssigkeit gefüllt wird bzw. ist.
  • Durch die Deckelelemente 74,76,78 ist es nun möglich, den schrittweisen Flüssigkeitstransport durch sämtliche Kanäle 14 zeitgleich und parallel zu initiieren bzw. durchzuführen. Der Zweck der den in Strömungsrichtung ersten Reaktionskammern 50 vorgelagerten Entlüftungsöffnungen 36 der Kanäle 14 wird deutlich, wenn man berücksichtigt, dass die Kanäle 14 in ihren Abschnitten zwischen dem Reservoir 80 und den ersten Reaktionskammern 50 (z.B. konstruktionsbedingt) unterschiedlich lang sein können. Die Verbindungsstellen 20 der Kanäle 14, an denen die Entlüftungsleitungen 28 abzweigen, sind in gleicher Entfernung längs des Kanals 14 von den ersten Reaktionskammern 50 angeordnet. Nach Freilegung der ersten Entlüftungsöffnungen 36 steht dann in jedem Kanal 14 die Flüssigkeitsfront gleich weit von der ersten Reaktionskammer 50 an. Damit ist das zeitgleiche Befüllen der ersten Reaktionskammern 50 nach Freilegen der zweiten Entlüftungsöffnungen 38 sichergestellt.
  • Alternativ kann für sämtliche Entlüftungsöffnungen ein gemeinsames Deckelelement vorgesehen sein, das nach und nach Entlüftungsöffnungen freigibt (entsprechend dem Deckelelement des Ausführungsbeispiels gemäß Fign. 5 bis 7). Ferner kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 alternativ vorgesehen sein, dass die von den Probenflüssigkeitstransportkanälen 14 abzweigenden Entlüftungskanäle 28,30,32 gruppenweise (die erste Gruppe umfasst dabei die in Strömungsrichtung ersten Entlüftungskanäle 28, die zweite Gruppe den in Strömungsrichtung zweiten Entlüftungskanäle 30 usw.) in einer gemeinsamen Entlüftungsöffnung 36,38,40 enden.
  • Wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 1 bis 4 erwähnt, können auch die Kapillarkanalsysteme 10' und 10" der Fign. 5 bis 8 zusätzlich mit Kapillarstops versehen sein, die, wie oben ebenfalls erwähnt, beispielsweise am bezüglich der Strömungsrichtung betrachtet Auslassende der Reaktionskammern 50,52 angeordnet sind.
  • Das erfindungsgemäße Kapillarkanalsystem zeichnet sich durch ein präzises Timing und Triggern des Weitertransports der Flüssigkeit aus. Ferner werden extrem einfache Öffnungsmechanismen für die Entlüftungsöffnungen beschrieben. Das System ist zweckmäßigerweise für den Einfachgebrauch ausgelegt und als Einwegartikel konzipiert. Es wird ein Minimum an Testflüssigkeit benötigt sowie keinerlei Filter/Membran-Komponenten eingesetzt. Ferner erlaubt das System die vollständig geschlossene Ausbildung auf einem Substrat o.dgl. Träger, weshalb das Risiko bezüglich Kontaminationen minimiert ist. Für die Auslösung der Reaktionen und insbesondere den Transport der Flüssigkeit sind keinerlei Zentrifugalkräfte o.dgl. erforderlich. Das erfindungsgemäße System arbeitet lagenunabhängig, da zum Flüssigkeitstransport Kapillarkräfte ausgenutzt werden.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum schrittweisen Transport von Flüssigkeit, insbesondere von zu untersuchender Probenflüssigkeit, durch mehrere strömungstechnisch in Reihe liegende Reaktionskammern unter Ausnutzung von Kapillarkräften mit
    - einem Kanal (14), durch den Flüssigkeit auf Grund von Kapillarkräften transportierbar ist, und
    - mindestens zwei verschlossenen Entlüftungsöffnungen (38,40,42), die an längs des Kanals (14) voneinander beabstandeten Verbindungsstellen (22,24,26) in Fluidverbindung mit dem Kanal (14) stehen und einzeln geöffnet werden können,
    - wobei die Verbindungsstellen (22,24,26) den Kanal (14) in mehrere Kanalabschnitte (44,46,48) unterteilen,
    - wobei die Fluidverbindung zwischen jeweils einem Kanalabschnitt (44,46,48) und der diesem zugeordneten verschlossenen Entlüftungsöffnung (38,40,42) durch einzelnes Öffnen derselben von Flüssigkeit durchströmbar ist,
    - wobei in den Kanalabschnitten (44,46,48) den Verbindungsstellen (22,24,26) in Strömungsrichtung betrachtet jeweils vorgelagert mindestens eine Kammer (50,52,54) angeordnet ist,
    - wobei von dem Kanal (14) an dessen Verbindungsstellen (22,24,26) kapillare Entlüftungskanäle (30,32,34) abzweigen, die in den Entlüftungsöffnungen (38,40,42) enden,
    - wobei den Entlüftungsöffnungen (38,40,42) jeweils ein innerhalb des jeweiligen Entlüftungskanals (30,32,34) angeordneter Kapillarstop vorgelagert ist und
    - wobei die Kapillarstops jeweils als hydrophobe Teiloberfläche des jeweiligen Entlüftungskanals (30,32,34) ausgebildet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Kammer (50,52,54) eine Reagenzsubstanz angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reagenzsubstanz immobilisiert ist und bei Kontakt mit der Flüssigkeit mobilisierbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Entlüftungsöffnung (38,40,42) durch ein Deckelelement (60,74,76,78) verschlossen ist, das abziehbar, punktierbar, aufschmelzbar und/oder durch Initiierung einer Reaktion auflösbar oder luftdurchlässig ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Entlüftungsöffnungen (38,40,42) durch ein gemeinsames Deckelelement (60,74,76,78) überdeckt sind, wobei das Deckelelement (60,74,76,78) selektiv abziehbar, punktierbar, aufschmelzbar und/oder durch Initiierung einer Reaktion auflösbar oder luftdurchlässig ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufschmelzen des Deckelelements (60,74,76,78) ein oder mehrere thermisch mit dem Deckelelement (60,74,76,78) gekoppelte Heizelemente vorgesehen sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kanäle (14) vorgesehen sind, deren in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende erste, zweite und weitere Entlüftungsöffnungen (38,40,42) jeweils gruppenweise gemeinsam freilegbar sind.
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