EP1419818B1 - Device for sequential transport of liquids by capillary forces - Google Patents

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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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vent
channel
device
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EP20030025615
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Gert Blankenstein
Ralf-Peter Peters
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Boehringer Ingelheim microParts GmbH
Original Assignee
Boehringer Ingelheim microParts GmbH
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Description

  • [0001]
    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. The invention relates to a device for stepwise transport of liquid through a plurality of flow in-line reaction chambers taking advantage of capillary forces, which is preferably is in the liquids to be examined sample liquids.
  • [0002]
    In den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten der Analytik und Diagnostik ist es erforderlich, Probenflüssigkeiten zu untersuchen. In diverse fields of application analysis and diagnosis, it is necessary to analyze sample liquids. Die dabei zum Einsatz kommenden Assays erfordern mitunter, dass die Probenflüssigkeit sequentiell mit unterschiedlichen Reagenzien in Kontakt gebracht werden. The case coming to use assays sometimes require that the sample liquid are sequentially brought into contact with different reagents. Im Hinblick auf die Automation derartiger Assays ist es von Vorteil, wenn man in der Lage ist, die zu untersuchende Probenflüssigkeit schrittweise zu transportieren. With regard to the automation of such assays, it is advantageous if one is able to transport gradually to be examined sample liquid.
  • [0003]
    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. In the prior art, it is known in principle, to initiate the transport of liquid through a channel or a chamber to be filled characterized in that the channel or the chamber is vented, whereby a flow of fluid. Beispiele für derartige selektive Flüssigkeitsströmungsmechanismen sind in Examples of such selective liquid flow mechanisms are in WO-A-99/46045 WO-A-99/46045 , . WO-A-01/64344 WO-A-01/64344 , . US-A-5,230,866 US-A-5,230,866 , . US-A-5,242,606 US-A-5,242,606 und and US-A-5,478,751 US-A-5,478,751 beschrieben. described.
  • [0004]
    Des weiteren ist in Furthermore, in US-A-3,799,742 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. a fluid system is described in which a liquid stream is produced from a reservoir in the individual chambers by taking advantage of gravity and selective cooling of individual serially and parallel connected chambers. Bei dieser bekannten Vorrichtung erstreckt sich von einem Reservoir aus ein Flüssigkeitskanal. In this known apparatus extends from a reservoir of a liquid channel. Längs dieses Flüssigkeitskanals zweigen mehrere Abzweigkanäle ab, die in zwei hintereinander geschalteten Kammern enden. Along this liquid channel branch off several branch ducts that terminate in two series-connected chambers. In Höhe der Einmündungsstellen der Abzweigkanäle in die Kammern zweigen von diesen Entlüftungsleitungen ab, die sämtlich verschlossen sind und selektiv geöffnet werden können. At the level of the junction points of the branch ducts into the chambers of these vent lines branch off, all of which are sealed and can be selectively opened. Das zuvor beschriebene Kanalsystem lässt einen Flüssigkeitstransport ausschließlich unter Ausnutzung der Schwerkraft zu. The channel system described above leaves a liquid transport to only taking advantage of gravity. Solange sämtliche Entlüftungsöffnungen verschlossen sind, wird der Flüssigkeitstransport aus dem Reservoir verhindert, indem die Flüssigkeit durch den Gasgegendruck zurückgehalten wird. As long as all vents are closed, the liquid transport is prevented from the reservoir by the liquid is retained by the gas back pressure. Wird nun die in Strömungsrichtung erste der beiden pro Abzweigkanal angeordneten Kammern belüftet, so kann in diese Kammer Flüssigkeit aus dem Reservoir hineinströmen. Is now the first in the direction of flow of the two branch channel per chambers arranged ventilated, so can flow liquid from the reservoir into this chamber. Das Austreten der Flüssigkeit aus der Entlüftungsleitung dieser Kammer wird durch den Einbau eines für die Flüssigkeit hydrophoben Filters ausgeschlossen, das gasdurchlässig ist. The leakage of the fluid from the vent line of this chamber is eliminated by the incorporation of a hydrophobic for the liquid filter that is gas permeable. Der Übertritt in die stromabwärts angeordnete zweite Kammer wird dadurch verhindert, dass diese Kammer nicht entlüftet ist. The transfer into the downstream second chamber is prevented that the chamber is not vented. Erst wenn diese Kammer entlüftet wird, gelangt Flüssigkeit auch in die zweite Kammer. Only when this chamber is depressurized, fluid passes into the second chamber. Dieses bekannte System erfordert im wesentlichen die vertikale Ausrichtung des Substrats, in dem das Kanalsystem ausgebildet ist. This known system requires substantially vertical alignment of the substrate in which the channel system is formed. 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. This limits the application of the system insofar as one, as it can not come to a liquid transport in the horizontal state of the substrate, since the liquid flow-initiating gravity component is missing.
  • [0005]
    Aus Out US-A-4,849,340 US-A-4,849,340 ist ein Fluidsystem bekannt, bei dem zwei Flüssigkeiten, die durch unterschiedliche Leitungen fließen, in eine gemeinsame Kammer gelangen. discloses a fluid system, and the leakage of two liquids which flow through different conduits in a common chamber. 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. The transport of each liquid through each line, and two liquids in the common chamber is effected selectively, and by opening of vent holes which are on the one hand upstream of the common chamber and in fluid communication with the lines and arranged on the other downstream of the common chamber and in fluid communication therewith are. Über die Öffnungen können verschiedene Teilabschnitte des Fluidsystems selektiv entlüftet werden, was einen selektiven Transport der Flüssigkeiten ermöglicht. Via the openings different sections of the fluid system can be selectively vented, allowing selective transport of liquids. 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. Fluid flowing through a section of the fluid system by opening a vent hole, flows through the respective opening until a subsequent to the opening line.
  • [0006]
    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. An object of the invention is to provide a device for stepwise transport of liquid, particularly of liquid sample to be examined, which has a quite simple structure and is convenient and easy to handle and reliable in operation.
  • [0007]
    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. To achieve this object, the invention proposes a device for stepwise transport of liquid, particularly of liquid sample to be examined, proposed by a plurality of fluidly connected in series reaction chambers taking advantage of capillary forces, which is provided with the features of claim 1.
  • [0008]
    Erfindungsgemäß werden zum schrittweisen Transport von Flüssigkeiten Kapillarkräfte ausgenutzt. According to capillary forces are exploited for stepwise transport of liquids. Hierzu ist der Kanal der Vorrichtung, durch den Flüssigkeit transportiert werden soll, entsprechend ausgelegt. For this purpose, the channel of the device is to be transported by the liquid, designed accordingly. Dies gilt hinsichtlich der Querschnittsflächen, Querschnittsflächenausgestaltungen und Oberflächenbeschaffenheiten des Kanals. This applies to the cross-sectional areas, cross-sectional area configurations and surface conditions of the channel. Der Kanal steht mit mindestens zwei Entlüftungsöffnungen in Fluidverbindung, die in ihrem Ausgangszustand verschlossen sind. The channel is in fluid communication, which are closed in their initial state having at least two vents. Die Fluidverbindung der Entlüftungsöffnungen mit dem Kanal erfolgt an längs des Kanals voneinander beabstandeten Verbindungsstellen. The fluid connection to the ventilation holes with the channel takes place on along the channel spaced joints. Die Entlüftungskanäle sind für den Flüssigkeitstransport mittels Kapillarkräfte ausgelegt. The vent channel is capable of fluid transport by means of capillary forces.
  • [0009]
    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. now enters the liquid in the channel by the channel, for example, extending from a sample receiving chamber, the transport of liquid through the channel is inhibited as long as the channel are closed (at its end) and the vents. 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; Is now the first in the flow direction of the channel vent is opened, fluid passes until in fluid communication with the opened vent connection point of the channel and thereby the filled this juncture upstream chamber; 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. the further transport of the liquid through the passage from this connection point addition is not possible as the adjoining part of the channel is closed to the outside. 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. Only when the next in the direction of flow vent is opened, the passage portion between the junction mentioned above and the associated of the next vent connection point and arranged in this channel portion with fluid fills chamber. Die Kammern können leer oder mit Substanzen, Einsätzen (poröse Körper o.dgl.) oder Kapillarkräfte erzeugenden Einrichtungen, wie zB Oberflächenbeschaffenheiten, ausgestattet sein. The chambers may (or the like. Porous body) or capillary forces generating means empty or with substances inserts, be such as surface finishes, equipped.
  • [0010]
    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. By the above-described concept, it is possible in an incredibly simple manner, namely, simply by opening vents selectively and stepwise to transport a liquid through a channel having successively arranged chambers. 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. Thus, when reagent substances or reagents are arranged in the individual channel sections or chambers, it is possible to subject the liquid to a previously defined sequence of reactions. Durch Öffnen der letzten Entlüftungsöffnung schließlich könnte die Probenflüssigkeit in eine Untersuchungskammer o.dgl. By opening the final vent opening, finally, the sample liquid or the like could be in a test chamber. Reservoir eingeleitet werden, in der dann auf die unterschiedlichsten Weisen eine Untersuchung (beispielsweise lichttechnische Untersuchung) der Probenflüssigkeit erfolgen kann. Reservoir are introduced in the then in many different ways an investigation (for example, lighting up) of the sample liquid can take place. Es ist aber ebenso möglich, dass (Zwischen-) Untersuchungen auch bereits in den anderen Reaktionskammern durchgeführt werden. but it is also possible that (interim) tests are already carried out in the other reaction chambers. Untersuchungen erfolgen allgemein zB lichttechnisch (optisch), insbesondere durch Ermittlung der Transmission oder Verfärbung der Probenflüssigkeit, oder mikroskopisch. Tests generally take place, for example, photometric (optical), and in particular by determining the transmittance or discoloration of the sample liquid, or microscopically.
  • [0011]
    Ein (Wieder-)Verschluss der Entlüftungsöffnungen, nachdem die Flüssigkeitsfront die zugeordneten Verbindungsstellen des Kanals passiert hat, ist nicht zwingend erforderlich, kann aber durchaus vorgenommen werden. A (re) occlusion of the vent holes after the liquid front has passed the associated connection points of the channel, is not mandatory, but may well be made. Von Vorteil bei der Erfindung ist es, dass die Flüssigkeit nicht aus der Entlüftungsöffnung heraustreten kann. An advantage of the invention is that the fluid can not come out of the vent. Dies wird erfindungsgemäß mit Mechanismen erreicht, die zum Transport der Flüssigkeit Kapillarkräfte ausnutzen. This is inventively achieved with mechanisms that exploit to transport the liquid capillary forces. Der Transport durch einen von einer Verbindungsstelle zur Entlüftungsöffnung führenden Entlüftungskanal erfolgt dabei ebenfalls unter Ausnutzung von Kapillarkräften. The transport by a leading from a junction to vent vent channel also takes place under use of capillary forces. Der Entlüftungsöffnung ist ein Kapillarstop vorgelagert. The vent is preceded by a capillary. Dieser ist als hydrophobe Teiloberfläche des Entlüftungskanals ausgebildet. This is formed as a hydrophobic surface part of the vent passage.
  • [0012]
    In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb der in den einzelnen Kanalabschnitte befindlichen Kammern Reagenzien, vorzugsweise immobilisiert, angeordnet sind. In an advantageous development of the invention it is provided that, preferably immobilized within the located in the various duct sections chambers reagents, are arranged. Durch den Kontakt mit der Flüssigkeit werden die Reagenzien mobilisiert und können mit der Flüssigkeit reagieren. Through contact with the liquid reagents are mobilized and can react with the liquid. Die Entlüftungsöffnungen können im einfachsten Fall direkt in der Wandung des Kanals angeordnet sein. The vents may be arranged in the simplest case directly in the wall of the channel. Die Verbindungsstellen fallen dann also mit den Entlüftungsöffnungen zusammen. The joints then thus coincide with the vents. Alternativ ist es auch möglich, dass von den Verbindungsstellen aus Entlüftungskanäle abzweigen, die in den Entlüftungsöffnungen enden. Alternatively, it is also possible that branch off from the junctions of ventilation ducts that terminate in the vents.
  • [0013]
    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. The opening of the vent openings is advantageously carried out selectively by means of individual cover elements or a common cover element, with which the vent openings can selectively expose according to their location along the channel. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Deckelelement um einen Klebestreifen, der über eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen geklebt ist. In the simplest case, this is when the cover element is a tape that is bonded through one or more vents. Zum Öffnen einer Entlüftungsöffnung kann das Deckelelement beispielsweise abziehbar oder punktierbar sein. To open a vent opening, the lid member can for example be removable or punktierbar. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass das Deckelelement aufschmelzbar oder durch Initiierung einer Reaktion aufgelöst oder luftdurchlässig wird. Alternatively, it is also possible that the lid member is melted or dissolved by initiating a reaction or air permeable. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Deckelelement um einen Klebestreifen, der über die Entlüftungsöffnungen eines Substrats o.dgl. In the simplest case, this is when the cover element is a tape that or the like through the vents of a substrate. Träger gelegt ist, in dem das erfindungsgemäße Kanalsystem ausgebildet ist. Carrier is placed in the channel system of the invention is formed. Zum Aufschmelzen der Deckelelemente ist es beispielsweise von Vorteil, wenn diese Deckelelemente mit ein oder mehreren Heizelementen thermisch gekoppelt sind. For melting the cover elements example, it is advantageous if this cover elements are thermally coupled with one or more heating elements. Durch Ansteuerung der Heizelemente werden somit selektiv Deckelelemente aufgeschmolzen und damit Entlüftungsöffnungen freigelegt. By controlling the heating elements cover elements are thus selectively melted and exposed vents.
  • [0014]
    Die Initiierung einer ein Deckelelement auflösenden Reaktion kann durch Kontaktierung des Deckelelements mit einem Reaktionsmittel von außen erfolgen. The initiation of a lid member resolution reaction may be carried out by contacting the cover member with a reagent from the outside. Es sollten ausschließlich für die Probenflüssigkeit inerte Reaktionsgemische entstehen. It should only inert for the sample liquid reaction mixtures. ZB wird als Deckelelement ein hydrophiles Material (zB Gel, wie beispielsweise Agarose, Sucrose o.dgl. Polysaccharide) verwendet. For example, as a cover element a hydrophilic material (such as gel, such as agarose, sucrose or the like. Polysaccharides) used. Nach Auflösung des Deckelelements durch Applizierung von außen gelangt die Probenflüssigkeit bis in den nächsten Kanalabschnitt hinein. After the dissolution of the lid member by Applizierung from outside the sample liquid passes into it until the next duct section. 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. The cover elements are thus directly in this case in the flow direction arranged behind a ventilation opening or a connection point, so that a released from a broken lid member channel section on this associated vent aperture may be vented.
  • [0015]
    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. The inventive device can be used, for example, a blood test, in which the blood to be examined is reacted in a first reaction chamber with a first antibody or a conjugate, and then bind second antibody in a second chamber to the first bound antibodies. Ausgehend von einer Blutprobenaufnahmekammer o.dgl. Starting from a blood sample receiving chamber or the like. 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. Thus task for the blood to be examined passes through this then after exposure of the first vent to the associated junction extending channel portion of the channel in which the first reaction chamber with the first antibody or the conjugate is disposed. 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. After a certain residence time, the blood sample to be tested is then transferred with the partially bound antibodies by exposing the next in the direction of flow vent opening in a second channel section in which the second reaction chamber with the second antibodies is arranged. 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. the sample liquid can subsequently transported further in this or transported out of this by exposing a further vent or by exposing the end of the channel.
  • [0016]
    Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Vorteil auch mehrere der zuvor beschriebenen (Probenflüssigkeitstransport-)Kanäle mit Entlüftungsöffnungen aufweisen. The inventive device can also several of the above-described (Probenflüssigkeitstransport-) advantageously have channels with vents. 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. All of these channels are fluidically parallel to each other, extend from a sample receiving device with a common sample receiving chamber or a plurality of individual channels respectively associated sample receiving chambers and have preferably equal length channel sections between the individual connection points to. Die den Verbindungsstellen jeweils zugeordneten Entlüftungsöffnungen sind dabei unmittelbar benachbart zueinander angeordnet und lassen sich vorteilhafterweise mit ein und demselben Deckelelement freilegen. The junctions respectively associated vents are in this case arranged immediately adjacent to each other and can advantageously be one and the same lid member exposing. Hierdurch wird ein paralleler schrittweise Transport von Flüssigkeit durch die einzelnen Kanäle ermöglicht. In this way a parallel stepwise transport of liquid through the individual channels is made possible.
  • [0017]
    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. Below will be explained several embodiments with reference to the drawing, which are not according to the invention in so far as the liquid flows into the vent lines up to the vents. Im einzelnen zeigen: In detail:
  • Fig. 1 Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Kanalstruktur zum schrittweisen Transport von Flüssigkeit unter Ausnutzung von Kapillarkräften, a first exemplary embodiment of a channel structure for the stepwise transport of liquid by use of capillary forces,
    Fign. FIGS. 2 bis 4 2 to 4
    die einzelnen Phasen, in denen die Kanalstruktur gemäß the individual phases in which the channel structure in accordance with Fig. 1 Fig. 1 nach sukzessivem Öffnen der einzelnen längs des Kanals angeordneten Entlüftungsöffnungen dargestellt ist, arranged by successive opening of the individual along the channel vents is shown,
    Fig. 5 Fig. 5
    ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kanalstruktur, A second embodiment of a channel structure,
    Fign. FIGS. 6 und 7 6 and 7
    die einzelnen Phasen, in denen die Kanalstruktur gemäß the individual phases in which the channel structure in accordance with Fig. 5 Fig. 5 nach sukzessivem Öffnen der einzelnen längs des Kanals angeordneten Entlüftungsöffnungen dargestellt ist, und arranged by successive opening of the individual along the channel vents is shown, and
    Fig. 8 Fig. 8
    ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kanalstruktur zum sukzessiven parallelen Transport von Flüssigkeiten durch mehrere Kanäle. a third exemplary embodiment of a channel structure for successively parallel transport of liquids through a plurality of channels.
  • [0018]
    Fig. 1 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. shows the basic structure of a Kapillarkanalsystems 10. The capillary channel 10 in a substrate 12 (plastic body or the like.) is formed and has a channel 14 which comprises a (in fluid communication with a reservoir, not shown) inlet port 16 and an outlet port 18 , Flüssigkeit, die sich in dem Kanal 14 befindet, wird in dem Kanal unter Ausnutzung von Kapillarkräften transportiert. Liquid which is located in the channel 14 is transported in the channel by taking advantage of capillary forces.
  • [0019]
    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. The channel 14 has a plurality (in the embodiment, four) connection points 20,22,24 and 26 which branch off from which vent lines 28,30,32,34, which terminate in venting orifices 36,38,40,42. Der Kanal 14 ist durch die Verbindungsstellen 20,22,24,26 in einzelne Kanalabschnitte 44,46,48 unterteilt; The channel 14 is partitioned by the joints into individual channel sections 20,22,24,26 44,46,48; in jedem Kanalabschnitt 44,46,48 befindet sich eine Reaktionskammer 50,52,54. in each channel section 44,46,48 is a reaction chamber 50,52,54.
  • [0020]
    Das in This in Fig. 1 Fig. 1 gezeigte Kapillarkanalsystem 10 lässt sich wie folgt selektiv mit Flüssigkeit befüllen. Capillary channel 10 shown can be selectively filled with liquid as follows.
  • [0021]
    Im Ausgangszustand sind sämtliche Entlüftungsöffnungen 36,38,40,42 sowie der Auslass 18 des Kanals 14 verschlossen. In the initial state all the vent openings 36,38,40,42 and the outlet 18 of the channel 14 are closed. 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. Is now in the flow direction 56 (see arrow) first vent hole 36 is opened, reaches the sample liquid which is present at the inlet 16 of the channel 14, to the connecting point 20 and in the vent passage 28 may be up to the vent hole 36. By shortening the vent passages 28, the dead volume the Kapillarkanalsystems be minimized 10th Die Entlüftungsöffnungen 36 können auch direkt in der Wandung des Kanals 14 ausgebildet sein. The vent openings 36 may also be formed directly in the wall of the channel fourteenth Nachdem die Öffnung 36 freigelegt worden ist, wandert die Flüssigkeitsfront innerhalb des Kanals 14 also bis zur Verbindungsstelle 20; After the opening has been exposed 36, the liquid front travels within the channel 14 so far as the connecting point 20; in jedem Fall gelangt (noch) keine Flüssigkeit in den Kanalabschnitt 44. in each case passes (as yet) no fluid in the channel portion 44th
  • [0022]
    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. If, however, then the next in the direction of flow vent 38 exposed so liquid enters into the second channel section 44 and fills out, which means that the reaction chamber is filled with 50 to be examined liquid. 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. The advancing liquid front is in the channel at the connection point 22 to a standstill, wherein the liquid only from there is still flowing in the vent passage 30 to the vent 38th Dieser Zustand ist in This state is in Fig. 2 Fig. 2 wiedergegeben. played.
  • [0023]
    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 Will be the next vent 40 is opened, the process for the other channel section 46 previously described is repeated, so that finally the situation according to Fig. 3 Fig. 3 einstellt. established. Durch Freilegen der nächsten Entlüftungsöffnung 42 wird schließlich der nächste Kanalabschnitt 48 mit Flüssigkeit aufgefüllt, was in By exposing the next vent opening 42. Finally, the next channel portion 48 is filled with liquid, which in Fig. 4 Fig. 4 gezeigt ist. is shown. 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. If one then opens the outlet 18 of the channel 14, the fluid passes from the channel 14 out into a (not shown) collecting container or a collecting chamber.
  • [0024]
    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. The capillary channel 10 described above may still have so-called capillary stops which are overcome in the liquid only after imparting a pressure pulse, followed by in turn induced by capillary forces of the further transport of the liquid. Derartige Kapillarstops könnten beispielsweise an den Ausgängen der Reaktionskammern 50,52,54 ausgebildet bzw. angeordnet sein. Such capillary stop could be formed at the exits of the reaction chambers 50,52,54 or arranged, for example. Der selektive Transport der Flüssigkeit durch das Kapillarkanalsystem 10 erfolgt in einem solchen Falle also wechselweise durch Freilegen von Entlüftungsöffnungen und Aufprägen eines Druckimpulses. The selective transport of the liquid through the capillary channel 10 is in such a case, therefore, alternately by exposing vents and imparting a pressure pulse.
  • [0025]
    Es sei darauf hingewiesen, dass es nach der Erfindung nicht zwingend erforderlich ist, dass vor der ersten Reaktionskammer 50 eine Entlüftungsöffnung 36 angeordnet ist. It should be noted that it is not absolutely necessary according to the invention is that a vent hole 36 is disposed in front of the first reaction chamber 50th Diese könnte mitsamt der Entlüftungsleitung 28 entfallen, wie dies in den This could, together with the vent line 28 accounts, as in the Fign. FIGS. 5 bis 7 5 through 7 gezeigt ist. is shown.
  • [0026]
    In den In the Fign. FIGS. 5 bis 7 5 through 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiels eines Kapillarkanalsystems 10' dargestellt. a second embodiment of a Kapillarkanalsystems 10 'is shown. Der grundsätzliche Aufbau des Kapillarkanalsystems 10' der The basic structure of Kapillarkanalsystems 10 'of the Fign. FIGS. 5 bis 7 5 through 7 ist identisch mit demjenigen gemäß den is identical to that according to the Fign. FIGS. 1 bis 4 1 to 4 . , Ein Unterschied besteht in der Art und Weise der Freilegung der Entlüftungsöffnungen. One difference is in the way of exposing the vents. Diese wurden bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den These were in the embodiment according to Fign. FIGS. 1 bis 4 1 to 4 durch beispielsweise einzelne Deckelelemente 58 freigelegt, während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den exposed by for example, individual cover elements 58, whereas in the embodiment according to Fign. FIGS. 5 bis 7 5 through 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. a continuous cover strip 60 is provided as a lid member, which is more or less withdrawn far and thus exposes gradually the vent openings 36,38,40,42. Der Abdeckstreifen 60 kann als Klebestreifen ausgebildet sein, der einzelne durch Perforationslinien oder andere Arten von Sollbruchlinien 62 verbundene Teilabschnitte 64,66,68 aufweist. The cover 60 can be formed as adhesive tape, comprising the single connected by perforation lines or other types of lines of weakness 62 sections 64,66,68. Die Sollbruchlinien 62 befinden sich zwischen jeweils zwei benachbarten Entlüftungsöffnungen 38,40 bzw. 40,42 und vorzugsweise etwa in der Mitte zwischen diesen Öffnungen. The tear lines 62 are located between each two adjacent vents 38,40 and 40,42 and preferably about midway between these openings. 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. At least on the side of a predetermined breaking line 62, which faces the downstream next vent opening, the adhesive side of the cover strip is free from adhesive in a region adjacent to the predetermined breaking line 62 range 70th 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. After detachment of the first section 64 having a non-adhesive portion 72 at its free end, which serves as Anfassende, this part of portion 64 can be torn off at the predetermined breaking line 62nd 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. The area 70 of the next portion of section 66 is then used again as Anfassende to facilitate the detachment of the part portion 66 for the purpose of exposing the next vent opening 40th
  • [0027]
    Fig. 8 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 Kapillarkan Finally, a further embodiment of a Kapillarkanalsystems shows 10 ", the channels 14 has a plurality of (in this embodiment, two), each of which as in connection with the foregoing embodiments described, designed and configured so a plurality of (in this embodiment, two) fluidically comprising series-connected reaction chambers 50,52. from each channel 14 so more vent branch lines 28,30,32 with vents 36,38,40 at their ends from. The first in the flow direction of vent holes 36 of all the channels 14 are in groups, or all or by a plurality of . a common lid member 74 closed. the same constellation is obtained for the next in the flow direction vents 38,40, which are closed by a lid member 76 and 78, respectively. This system of common or group-wise joint cover elements 74,76,78 is over the entire Kapillarkan alsystem 10" hinweg betrachtet gleich. ALSystem 10 "away considered equal. 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. The channels 14 are branched from a reservoir 80 from which is filled with the into and through the reaction chambers 50,52 to conductive liquid or is.
  • [0028]
    Durch die Deckelelemente 74,76,78 ist es nun möglich, den schrittweisen Flüssigkeitstransport durch sämtliche Kanäle 14 zeitgleich und parallel zu initiieren bzw. durchzuführen. By the cover elements 74,76,78, it is now possible to initiate the gradual fluid transport through all of the channels 14 at the same time and in parallel or to perform. 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 (zB konstruktionsbedingt) unterschiedlich lang sein können. The purpose of the first in the flow direction of reaction chambers 50 upstream vent openings 36 of the channels 14 becomes clear when one considers that the channels 14 (by design, for example) in their portions between the reservoir 80 and the first reaction chambers 50 can vary in length. 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. The connection points 20 of the channels 14 at which the vent lines 28 branch off, are arranged at the same distance along the channel 14 of the first reaction chambers 50th Nach Freilegung der ersten Entlüftungsöffnungen 36 steht dann in jedem Kanal 14 die Flüssigkeitsfront gleich weit von der ersten Reaktionskammer 50 an. After exposure of the first vent holes 36, the fluid front is then available at an equal distance from the first reaction chamber 50 in each channel fourteenth Damit ist das zeitgleiche Befüllen der ersten Reaktionskammern 50 nach Freilegen der zweiten Entlüftungsöffnungen 38 sichergestellt. In order for the simultaneous filling of the first reaction chambers 50 is ensured by exposing the second vent openings 38th
  • [0029]
    Alternativ kann für sämtliche Entlüftungsöffnungen ein gemeinsames Deckelelement vorgesehen sein, das nach und nach Entlüftungsöffnungen freigibt (entsprechend dem Deckelelement des Ausführungsbeispiels gemäß Alternatively, a common cover element may be provided for all the vent holes, which releases gradually vents (corresponding to the lid member of the embodiment of Fign. FIGS. 5 bis 7 5 through 7 ). ). Ferner kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Further, in the embodiment, according to Fig. 8 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. alternatively be provided that the branching off of the sample liquid transport channels 14 vent channels 28,30,32 groups (the first group comprises thereby the first in the flow direction venting channels 28, the second group the second in the flow direction of exhaust channels 30, etc.) in a common vent 36.38 end, 40th
  • [0030]
    Wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den As in connection with the first embodiment according to the Fign. FIGS. 1 bis 4 1 to 4 erwähnt, können auch die Kapillarkanalsysteme 10' und 10" der mentioned, the Kapillarkanalsysteme 10 'and 10 can "the Fign. FIGS. 5 bis 8 5 to 8 zusätzlich mit Kapillarstops versehen sein, die, wie oben ebenfalls erwähnt, beispielsweise am bezüglich der Strömungsrichtung betrachtet Auslassende der Reaktionskammern 50,52 angeordnet sind. additionally be provided with capillary stops, which, also as mentioned above, for example at the respect to the flow direction viewed outlet end of the reaction chambers are arranged 50.52.
  • [0031]
    Das erfindungsgemäße Kapillarkanalsystem zeichnet sich durch ein präzises Timing und Triggern des Weitertransports der Flüssigkeit aus. The capillary channel according to the invention is characterized by a precise timing and triggering of the further transport of the liquid. Ferner werden extrem einfache Öffnungsmechanismen für die Entlüftungsöffnungen beschrieben. Furthermore, extremely simple opening mechanisms for the vents are described. Das System ist zweckmäßigerweise für den Einfachgebrauch ausgelegt und als Einwegartikel konzipiert. The system is suitably designed for single use and designed to be disposable. Es wird ein Minimum an Testflüssigkeit benötigt sowie keinerlei Filter/Membran-Komponenten eingesetzt. It is required to test liquid a minimum and no filter / membrane components used. Ferner erlaubt das System die vollständig geschlossene Ausbildung auf einem Substrat o.dgl. Furthermore, the system allows the fully closed configuration or the like on a substrate. Träger, weshalb das Risiko bezüglich Kontaminationen minimiert ist. Carrier, so the risk is minimized with respect to contamination. Für die Auslösung der Reaktionen und insbesondere den Transport der Flüssigkeit sind keinerlei Zentrifugalkräfte o.dgl. no centrifugal forces or the like for triggering the reactions, and in particular the transport of the liquid. erforderlich. required. Das erfindungsgemäße System arbeitet lagenunabhängig, da zum Flüssigkeitstransport Kapillarkräfte ausgenutzt werden. The inventive system operates independent of position, since the fluid transport capillary forces are exploited.

Claims (7)

  1. A device for the stepwise transport of liquid, particularly of sample liquid to be analyzed, through several reaction chambers located in series in terms of flow while utilizing capillary forces, comprising
    - a channel (14) through which liquid is transportable on the basis of capillary forces, and
    - at least two closed vent holes (38,40,42) which are in fluid communication with the channel (14) at connection sites (22,24,26) spaced from each other along the channel (14), and which are adapted to be opened separately,
    - wherein the connection sites (22,24,26) divide the channel (14) into several channel sections (44,46,48),
    - wherein the fluid connection between a respective channel section (44,46,48) and the closed vent holes (38,40,42) allocated thereto is adapted to be flown through by liquid by being opened separately,
    - wherein at least one chamber (50,52,54) is arranged in the channel sections (44,46,48) upstream of each connection site (22,24,26) in flow direction,
    - wherein capillary vent channels (30,32,34) ending in the vent holes (38,40,42) branch off from the channel (14) at the connection sites (22,24,26) thereof,
    - wherein a capillary stop arranged inside each respective vent channel (30, 32, 34) is provided upstream of each respective vent opening (38, 40, 42), and
    - wherein the capillary stops are each configured as a hydrophobic partial surface of each respective vent channel (30, 32, 34).
  2. The device according to claim 1, characterized in that a reagent substance is arranged in at least one chamber (50,52,54).
  3. The device according to claim 2, characterized in that the reagent substance is immobilized and adapted to be mobilized when contacting the liquid.
  4. The device according to one of claims 1 to 3, characterized in that each vent hole (38,40,42) is closed by a cover element (60,74,76,78) that is adapted to be pulled off, punctured, melted open and/or soluble or air-permeable by initiating a reaction.
  5. The device according to claim 4, characterized in that all the vent holes (38,40,42) are covered by a common cover element (60,74,76,78), the cover element (60,74,76,78) being adapted to be selectively pulled off, punctured, melted open and/or soluble or air-permeable by initiating a reaction.
  6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that one or more heating elements thermally coupled with the cover element (60,74,76,78) are provided for melting open the cover element (60,74,76,78).
  7. The device according to one of claims 1 to 6, characterized in that several channels (14) are provided, the first, second and further vent holes (38,40,42) of which, which succeed each other in flow direction, are respectively adapted to be uncovered in common in groups.
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