EP1641564B1 - Verwendung eines einwegbehälters, mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur bearbeitung von molekülen - Google Patents

Verwendung eines einwegbehälters, mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur bearbeitung von molekülen Download PDF

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EP1641564B1
EP1641564B1 EP03817332A EP03817332A EP1641564B1 EP 1641564 B1 EP1641564 B1 EP 1641564B1 EP 03817332 A EP03817332 A EP 03817332A EP 03817332 A EP03817332 A EP 03817332A EP 1641564 B1 EP1641564 B1 EP 1641564B1
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EP
European Patent Office
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channel
disposable container
connection
liquid
piston
Prior art date
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EP03817332A
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English (en)
French (fr)
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Inventor
Jürgen SCHÜLEIN
Björn GRASSL
Jürgen KRAUSE
Roland Barten
Dirk Kuhlmeier
Jörg HASSMANN
Hans Kosak
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November AG Novus Medicatus Bertling Gesellschaft fuer Molekular Medizin
Original Assignee
November AG Novus Medicatus Bertling Gesellschaft fuer Molekular Medizin
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Publication date
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    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0478—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure pistons

Definitions

  • the invention relates to a use of a disposable container, a microfluidic device and a method for processing molecules.
  • automatic analyzers for carrying out chemical and biochemical reactions are generally known.
  • solutions necessary for the reaction are removed by means of a suction pump from a reservoir and fed to a sample space.
  • automatic analysis devices are known in which required for the reaction solutions are supplied, for example by means of a piston pump.
  • the required solutions are usually presented in a certain volume. In that regard, there is a risk of inaccurate filling by the user.
  • Automatic analyzers must be cleaned thoroughly after each analysis. This is time consuming. Apart from that, even with careful cleaning, a residue may remain in the device. Such a backlog will distort results in later analysis.
  • ampoules for holding liquid medicines are known from the medical field.
  • Such drugs can be injected, for example by means of a syringe.
  • the filling of an exact volume in the ⁇ l range is therefore not possible.
  • microfluidic devices for detecting predetermined biochemical molecules. Such devices operate with low volumes. This is a proof of biochemical molecules, eg. As of DNA, possible. Such a device is for example from the EP 0 397 424 A2 or the EP 0 189 316 B1 known.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • a use, a microfluidic device and a method are to be specified, which enable a simplified and as accurate as possible automated carrying out of a sample preparation for carrying out chemical detection reactions and / or chemical detection reactions.
  • a simplified automated preparation of samples to detect biochemical molecules, such as DNA is to be made possible.
  • a disposable container which has a cylinder with a piston displaceably guided therein and a connection provided at a first end of the cylinder opposite the piston, for generating a pressure difference in one microfluidic device and for providing a means for processing molecules and / or as a reaction vessel.
  • Such a disposable container can be produced inexpensively. It can be filled by means of suitable machines exactly with a predetermined volume. In this case, the filling process can be performed so that contamination is excluded.
  • the disposable container can serve not only as a reservoir for the means for processing molecules, but also as a reaction vessel. This can z. B. first a means for processing of molecules in a microfluidic device and then pressed out of the microfluidic device again a solution in the disposable container or sucked.
  • the disposable containers are easy to handle. An operation of microfluidic devices is thus fast, easy and easy to carry out.
  • a "microfluidic device” is understood to mean a compact and handy device for carrying out an analysis, synthesis, purification, modification and / or increasing the concentration of molecules.
  • a microfluidic device can form a closed system to the environment.
  • a sample taken in the microfluidic device is moved to carry out the respective reaction via at least one channel provided therein and, if necessary, brought into contact with a liquid introduced in the microfluidic device.
  • the channel is designed so that the liquid can be moved exactly over a predetermined section and thus can be moved precisely to a predetermined location of the device.
  • the processing means is a liquid, a gel or a solid or a combination thereof.
  • the solid may comprise at least one of the following: soluble or suspendable particles, lyophilizate, chromatographic material, preferably an ion exchanger or an affinity matrix.
  • the processing means may also be selected from the following group: lysis liquid, elution liquid, buffer solution, beads, enzymes, primers, reactants, reagents.
  • the proposed disposable containers are preferably kept as a kit.
  • a kit may be prefabricated for certain analysis or diagnostic purposes. For example, it may contain solutions necessary for the digestion of cells, as well as adsorbents for DNA.
  • the disposable containers are designed differently depending on the type of agent presented therein for processing molecules, for example in their diameter or in their length. This can prevent a disposable container from being inadvertently connected to an improper connection of a microfluidic system.
  • a receptacle of a microfluidic device is designed in this case so that only the respectively correct disposable container can be inserted therein.
  • the processing of the molecules can be an analysis, synthesis, purification and / or increase of the concentration of the molecules. Such reactions always take place in vitro.
  • the disposable container is completely filled with the means for processing.
  • the means for processing is a liquid, a paste, in gel or the like.
  • a complete filling is understood to mean a substantially bubble-free filling in which the proportion of gas bubbles is ⁇ 5.0% by volume, Suitably ⁇ 1.0 vol.%, Preferably ⁇ 0.1 vol.%, Particularly preferably ⁇ 0.01 vol.% Is.
  • Liquids are conveniently degassed before filling the disposable container.
  • the filling is preferably carried out under sterile conditions. It is also possible to sterilize the disposable container after its filling. This increases the durability of the processing agent received in the disposable container.
  • the piston may be made of an elastic material, preferably made of rubber or plastic. It can have at least one circumferential cross-sectionally symmetrical seal. This allows a repeated pushing back and forth of the piston, at any time a complete sealing effect is ensured.
  • the piston is designed to correspond to the connection, so that a complete discharge of the cylinder and, if appropriate, the connection is possible when the piston is in contact with the first end. This allows a particularly accurate process management; no residual volumes remain in the disposable container. If the connection has a volume, an emptying of this volume is guaranteed.
  • the piston has a means for engaging a pushing and / or pulling means.
  • a pushing and / or pulling means This allows for easy connection of the disposable container a device for moving the piston.
  • the means for engagement may be a centrally provided in the piston recess, z. As a hemispherical or conical recess to a thread, a bayonet or a snap closure or the like. Act. It may also be that a push and / or drag means is attached to the piston. It can be a rod or a cylinder. In this case, the pushing and / or entraining means at the free end on a means for engaging in a pushing and / or towing device.
  • the means for engagement may be an aperture, radially extending tabs, a flange or the like.
  • the means for engagement is expediently designed so that it can be connected by inserting a push and / or tow bar of a pushing and / or towing device.
  • the cylinder is made of a transparent material. This allows a simple visual inspection. It can be determined immediately whether the cylinder is correct, d. H. bubble-free, filled.
  • the cylinder may also be made of an opaque material, in particular for receiving light-sensitive reagents.
  • the cylinder is preferably made of a material inert for processing therein.
  • the cylinder is suitably made of an elastic plastic, preferably polypropylene. Also polyethylene or polycarbonate are suitable for the production of the cylinder. When using an elastic material, a particularly good sealing effect is achieved.
  • connection is closed with a closure means.
  • the closure means may be a rubber or plastic membrane, a ball, a cone or a closure cylinder.
  • the ball, the cone and / or the closure cylinder are made of a plastic inert to the recorded means for processing or of glass.
  • a radially inwardly projecting, a displacement of the piston from the cylinder blocking projection is provided at a second end of the cylinder opposite the terminal. This makes removal of the piston impossible. Unwanted manipulation of the disposable container is avoided.
  • a radially inwardly projecting, a displacement of the piston in the direction of the terminal a resistance opposing further projection may be provided.
  • the further projection is expediently designed so that the piston can be displaced only by applying a predetermined force in the direction of the first end. The force is expediently chosen so that the connection is brought into a correct connection position with the connection piece before a displacement of the piston. Once that is the case, a further axial displacement of the disposable container is no longer possible.
  • the force acting on the further projection is then so great that the resistance formed thereby can be overcome and the piston can be displaced in the direction of the first end.
  • the provision of the further projection in addition to ensuring a proper and tight connection of the disposable container to the microfluidic device has the further advantage that an undesired escape of liquid received in the disposable container prior to manufacture a completely tight connection is avoided.
  • the piston can only be moved after making a tight connection.
  • the further projection is expediently radially symmetrical. This avoids uneven wear or damage to the piston upon overcoming the further projection.
  • a means for automatically reading out information about the recorded in the disposable container means for processing is provided.
  • the means may be a bar code, a transponder, a chip or a specific shape.
  • a bar code may be printed on the outside of the cylinder or applied by means of a label.
  • a transponder or a suitable chip may be molded into a suitable location of the disposable container.
  • the cylinder has a specific shape, for example provided on the outside protrusions or recesses, which contain the information in a codified form.
  • a microfluidic device for processing molecules is provided with at least one channel for conveying a sample having means, wherein at least two fittings for connecting two disposable containers are provided on the channel, each of the disposable containers a cylinder with a guided therein displaceable Piston and one provided at a piston opposite the first end of the cylinder connection provided, and wherein the disposable container with the connection provided thereon can be connected in each case to one of the connecting pieces, so that liquid can be conveyed through the channel by displacing one of the pistons.
  • the proposed microfluidic device is particularly simple. It may be dispensed with the use of micropumps and the like. A pressure for displacing the liquid in the channel of the microfluidic device is generated by the displacement of the pistons.
  • the disposable containers not only serve to provide means for processing molecules, but can also serve as a reaction space. When connecting at least two disposable containers to the microfluidic device, it is possible, for example, to purify or digest biological material by reciprocating a liquid between the disposable containers.
  • the proposed microfluidic device is surprisingly simple. It is easy to handle. The use of the proposed disposable containers eliminates the need to manually deliver exact volumes of, for example, liquids required to carry out reactions. Contamination is virtually eliminated. With the proposed microfluidic devices, accurate results can be achieved quickly and reliably.
  • the channel is a channel system of several interconnected channels.
  • the channel or the channel system may be formed at least partially meandering.
  • the device may have in connection with the channel a microfluidic mixing chamber and / or a microfluidic reaction space and / or a microfluidic detection space and / or a bubble trap.
  • the channel may have a diameter of at most 2 mm, preferably less than 1.5 mm.
  • the device can furthermore have at least one means selected from the following group: sensor, electrode, temperature control unit, sieve, filter, membrane, affinity matrix, introduced substance or magnet.
  • a connecting channel connecting the connecting piece with the channel can be provided.
  • a connected to the channel, preferably by means of a first valve, closable input opening may be provided.
  • a connected to the channel, preferably by means of a second valve, closable output port can be provided.
  • the proposed embodiments of the device enable a differentiated and automated process management.
  • the arrangement and design of the channel are suitably chosen so that the desired reaction is easy and quick to carry out.
  • liquid can be conveyed into the other disposable container by displacing the pistons.
  • the piston can be pushed back into other disposable containers. But it can also be that the piston is retracted in the other container by a tow bar.
  • each connecting piece has a pipe socket, preferably a hollow needle, for opening a closure means closing the connection.
  • the connecting piece or the pipe socket can be closed with a further closure means. It may be a rubber or plastic membrane or the like. This avoids contamination of the device and / or a liquid presented therein.
  • the disposable container may expediently be a disposable container with the above-described features.
  • Each of the disposable containers may have a connection corresponding to the connection pieces. This allows a simple and tight connection of disposable containers on the connector.
  • the connection can be closed with a closure means, for example a plastic or rubber membrane, a metal foil or the like.
  • the device has a means for fixing the disposable container in a fixed position relative to the connector.
  • This avoids unwanted loosening of the connection from the connection piece. It can not lead to leaks in particular in a movement of a liquid from the disposable container into the device or from the device in the disposable container.
  • the fixing means may, for example, be a thread, a bayonet catch or the like.
  • the connection piece can have an inner thread and the connection can have an outer thread. Contamination of the incorporated in the disposable container means for processing the molecules is avoided.
  • the device has at least one corresponding to the outer diameter of the disposable container, preferably cylindrical, recess for guiding the connection of the disposable container in an engaged position with the connector.
  • the proposed microfluidic device is compact, stable and robust. Due to its design, it can easily be placed in a device for automatic movement of the piston. Another advantage of the compact design of the microfluidic device is that its transport, packaging and storage is particularly easy. A faulty, possibly insufficiently tight connection is prevented.
  • the means for fixing may comprise means for holding the disposable container fully inserted into the recess and engaging in the fitting in a fixed position. This prevents unwanted loosening of the connection from the connection piece.
  • the means for holding may be, for example, at least one first latching means peripherally embracing the second end of the disposable container.
  • a distance between the first locking means and the connecting piece is selected so that the disposable container is insertable into the recess without a closure means provided thereon is opened.
  • the disposable container is conveniently received in the recess with unopened closure means.
  • second locking means On the cylinder of the disposable container and / or on the inner wall of the recess second locking means may be provided.
  • the second locking means can be designed so that the disposable container, for. B. by pressure on the piston, is displaceable in a detent position, in which the connection closes the connector liquid-tight.
  • Such a configuration is expedient, provided that the connecting piece or the pipe socket are not closed with a second connection means.
  • the second latching means may further be configured so that the disposable container is displaceable from the first to a second latching position, in which the connection closes the connection piece in a liquid-tight manner and the pipe socket pierces the closure means. In the second detent position only a connection between the disposable container and the channel is made. It is then possible, for example, to press a liquid from the disposable container into the channel.
  • the channel is filled with liquid.
  • a bubble-free liquid column in the entire device can be easily manufactured. This allows a particularly accurate displacement of the liquid in the channel.
  • a plurality of recesses may be provided on one side of the device. This simplifies and reduces the cost of building a device for automatically moving the pistons of the disposable containers. Such a device must be equipped in this case only with a variety of suitable for depressing the piston adjacent juxtaposed push rods that are moved to a predetermined program.
  • the parallel arrangement of the recesses contributes to a particularly compact design of the device according to the invention.
  • the device is manufactured in one piece from plastic.
  • the cost of producing the proposed device is not particularly high.
  • the device can be produced for example by means of injection molding.
  • the combined from the device with the disposable containers device can be produced in total without much effort. It can be kept ready in the manner of a disposable device.
  • the device may have a means for automatically reading out information about processing means accommodated in the device.
  • the means may be a bar code, a transponder, a chip or a specific shape of the device.
  • the microfluidic device may be designed as a kit comprising the device as well as several of the disposable containers according to the invention.
  • the disposable containers can already be inserted captive into the recesses, the closure means are of course still closed.
  • Such a kit or such a microfluidic device is particularly easy to store, transport and operate by the user.
  • the proposed method allows a particularly simple processing of molecules.
  • the pressure for moving or moving the liquid in the channel of the device is generated by displacing the pistons in the disposable containers. In this way, the liquid can be easily carried from one location to the other in the facility. In particular, no micropumps and the like are required. Due to the exact positioning of the liquid in the device, the number of required valves can be reduced.
  • the liquid is contained in one of the disposable containers. It may also be that in the channel liquid is submitted. This allows the easy production of a bubble-free liquid column in the device.
  • the device can be kept as another disposable part.
  • the liquid can be transported from one container to another.
  • the piston received therein is expediently displaced by the fluid pressure. In this case, it is not necessary to drag the piston by means of a special towing device in order to convey the liquid into the disposable container.
  • a liquid in the channel By displacing one of the pistons, a liquid in the channel can be transformed into a predetermined, preferably meander-shaped, section of the channel and / or a microfluidic mixing chamber and / or a microfluidic reaction space and / or a microfluidic detection space and / or a bubble trap are moved.
  • the displacement of the pistons allows an exact displacement of the liquid.
  • the liquid can be processed according to a predetermined program at certain points of the channel.
  • the predetermined section of the channel may have a meandering channel and / or microfluidic detection space for this purpose.
  • at least one valve provided therein can also be opened and / or closed according to a predetermined program. According to the predetermined program, the movements of the pistons also take place, so that the liquid in the channel or in the disposable containers is moved in accordance with predetermined reaction steps.
  • the disposable containers are inserted into provided on the device recesses. This allows a precise guiding of the provided on the disposable containers connections to the fittings of the device.
  • the disposable container is expediently fixed relative to the connection piece.
  • a means for fixing can be provided. The fixation is expediently only when the connection is properly connected to the connector. Thus, the production of a leaky connection can be avoided.
  • the disposable container can be displaced in the recess provided on the device into a first latching position, so that the connection closes the connection piece in a liquid-tight manner. Furthermore, can the disposable container are moved from the first to a second latching position, so that the connection closes the connection piece in a liquid-tight manner and the pipe socket pierces the closure means. In the second latching position only a connection between the disposable container and the channel is made.
  • the liquid is carried in the device so as to carry out the steps required to carry out at least one of the following procedures: washing, purification, PCR, detection.
  • washing, purification, PCR, detection are particularly suitable for the detection of DNA from different samples.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a first disposable container.
  • a first disposable container In a suitably made of a transparent plastic, such as polyethylene or polypropylene, cylinder 1 is slidably on, z. B. made of plastic or rubber produced piston 2 slidably.
  • a connection 3 At a first end E1 of the cylinder 1 opposite the piston 2, a connection 3 is provided.
  • the connection 3 is closed with a closure means 4, here for example in the form of a glass ball.
  • a liquid F is received in the volume formed by the cylinder 1 and the piston 2 therein. It may, for example, be a lysis liquid, an elution liquid, a buffer solution or the like.
  • the piston 2 is formed on its side facing the first end E1 of the cylinder 1 side corresponding to the first end E1 of the cylinder 1. In particular, it has a projection 5 corresponding to the shape of the connection 3. If the piston 2 is pressed completely to the first end E1, the projection 5 fulfills the connection 3, so that complete emptying of the liquid F from the cylinder 1 and the volume formed by the connection 3 is possible.
  • a central recess, a central projection or the like For engaging a push and / or tow bar is provided.
  • a first end E1 opposite the second end of the cylinder 1 is designated by the reference E2.
  • Fig. 2 shows a sectional view of a microfluidic device 13, namely a receptacle 6 for the disposable container shown in Fig. 1.
  • the receptacle 6 has a cylindrical recess 7 corresponding to the diameter of the cylinder 1.
  • the recess 7 is designed so that therein the disposable container can be inserted.
  • the connection 3 is guided in such a way that it correctly enters an engagement position of a connection piece 8.
  • the connecting piece 8 may comprise a hollow needle 9, with which the closure means 4 pierced or pushed into the cylinder 1 and thus a connection of the cylinder 1 with the microfluidic device 13 is achieved.
  • Fig. 3 shows the use of the receptacle 6 connected to the connector 8 disposable container.
  • the piston 2 can be pressed in the direction of the connecting piece 8 by means of a push rod 10. This situation is shown in Figs. 4 and 5.
  • Fig. 6 shows in cross section a second disposable container.
  • the cylinder 1 has at the second end E2 a radially inwardly directed retaining means 11. With the retaining means 11, a displacement of the piston 2 is prevented beyond the second end E2 addition.
  • the piston 2 has on its side facing away from the terminal 3 an engagement means 12 for connection 3 to a push and / or tow bar.
  • the engagement means 12 can - as shown here - be designed for example in the form of a stamp. Of course, other suitable embodiments are possible.
  • the closure means 4 is designed in the present embodiment as a membrane. It can be a plastic and rubber membrane. Appropriately, it is a trained in einstükkiger training with the cylinder 1 plastic film.
  • the cylinder 1 can be produced together with the plastic film in one piece, for example by means of injection molding. In the liquid F, as shown in FIG. 6, particles P can be suspended.
  • FIG. 7 shows in cross-section a microfluidic device 13 which has a plurality of adjacent connecting pieces 14 lying next to one another.
  • the other connecting pieces 14 are closed with a further closure means 15, so that a Contamination of the microfluidic device 13 is excluded.
  • the further closure means 15 may also be a plastic film, a rubber membrane or the like.
  • Each of the further connecting pieces 14 is connected via a connecting channel 16 with a channel 17 connecting the connecting channels 16.
  • the channel 17 is further connected via a first valve 18 to an inlet opening 19 and via a second valve 20 to an outlet opening 21.
  • the connecting channels 16 and the channel 17 expediently have a diameter in the range of 1 to 2 mm. They are incorporated in a base plate 22 made of transparent plastic.
  • Each of the connecting pieces 8, 14 has a hollow needle 9 for piercing the closure means 4.
  • FIG. 8 shows the microfluidic device 13, wherein the second disposable container with the connection 3 is connected to the further connection piece 14.
  • the hollow needle 9 penetrates the terminal 3, so that a tight connection is made.
  • the liquid F can now be moved through the hollow needle 9 in the connecting channel 16 and in the channel 17 by moving the piston 2 in the direction of the terminal 3.
  • FIG. 9 shows a sectional view of the microfluidic device 13 according to FIG. 8, wherein second disposable containers 14 are connected to all other connecting pieces 14 here.
  • the diameter of the second disposable containers can be designed differently.
  • recesses 7 provided on the microfluidic device 13 can be designed such that in each case only certain disposable containers can be inserted therein.
  • a malfunction by connecting a disposable container to a wrong further connection piece 14 can be prevented.
  • the other disposable containers shown in FIG. 9 are identical to the second disposable container.
  • FIG. 10 shows the microfluidic device 13 according to FIG. 9, wherein here a syringe 23 is connected to the inlet opening 19, in which sample liquid PF is accommodated.
  • the sample liquid PF can be pressed, for example, in the opposite second disposable container.
  • the sample liquid PF is forced via the connecting channel 16 into the disposable container opposite the syringe 23. Due to the applied pressure, a piston 24 located therein is displaced (see FIG. 11).
  • the transferred sample liquid PF can be mixed, for example, by depressing the piston 2 with the liquid F contained in the cylinder 1.
  • the first and / or second valve can be a simply designed one-way valve, which has, for example, a spring-loaded ball or a spring-loaded cone as the valve body.
  • Such a one-way valve is arranged so that under pressure a liquid flow in the direction of the channel is possible and is pressed by a pressure generated in the channel, the valve body in its closed position. By the valve body is moved from the outside of its closed position, a discharge can take place through the valve.
  • At the first And / or second valve may also be a simply designed multiway valve, z. B. a diaphragm valve act.
  • the sample liquid PF can be successively acted upon by a plurality of different liquids. It can be mixed intensively with the liquids. For example, a simple digestion of cells contained in the sample fluid PF is possible. Once the cells are disrupted, DNA molecules contained therein can be separated by magnetic beads containing liquids taken up in the disposable containers and sent to another detection method for analysis.
  • FIG. 13 shows a further exemplary embodiment of a microfluidic device 13.
  • the microfluidic device 13 shown in FIGS. 7 to 12 it has recesses 7 for insertion of disposable containers (not shown here) on one side, preferably in a parallel arrangement ,
  • the recesses 7 have at their the connecting piece 8 opposite ends first latching means 26.
  • the first locking means 26 serve that a once inserted into the recess 7 disposable container can not be easily removed from the recess 7.
  • a distance A between the first locking means 26 and the connecting piece 8 is selected so that a disposable container can be completely inserted into the recess 7, without thereby provided at the terminal 3 closure means 4 is pierced by the hollow needle 9.
  • the disposable container can thus be presented captive with the microfluidic device. To start up the device according to the invention, it is only necessary that the To move disposable container in the direction of the connecting piece 8 and thus to connect to the microfluidic device 13.
  • FIG. 14a to 14c show an advantageous embodiment of connecting the disposable container to the microfluidic device 13.
  • 27 second designated in the recess 7 in the vicinity of the connecting piece 8 locking means are designated.
  • third locking means 28 are provided on the cylinder 1, which are formed corresponding to the second locking means 25.
  • the hollow needle 9 is connected to a, z. B. executed as an O-ring, sealant 29 is provided.
  • the disposable container In the first position shown in FIG. 14 a, the disposable container is inserted into the recess 7 of the microfluidic device 13. There is no sealing connection between the terminal 3 and the provided on the hollow needle 9 sealant 29 is made. The closure means 4 is closed.
  • the disposable container In the second position shown in Fig. 14b, the disposable container is in a first detent position. In this position, the terminal 3 engages over the sealing means 29. The terminal 3 thus closes liquid-tightly the opening formed by the hollow needle 9.
  • Fig. 14c the disposable container is in a second detent position.
  • the hollow needle 9 penetrates the closure means 4 (not shown here). There is a fluid connection between the hollow needle 9 and the disposable container made.
  • the proposed microfluidic device can readily be equipped with a wide variety of combinations of reagents, agents, buffers and the like.
  • the proposed device can be used for a wide variety of assays. For this it is only necessary to fill the disposable containers with the necessary reagents, agents and the like.
  • the disposable containers themselves and the microfluidic device need not be changed. Nevertheless, they can be manufactured extremely inexpensively from injection-molded plastic. This makes it possible to perform the disposable container as well as the microfluidic device as a disposable part. Nevertheless, this achieves an extremely precise reaction. In the disposable containers defined concentrations and volumes can readily be maintained. Since the proposed system is completely closed, contamination is avoided.
  • the proposed device is eminently suitable for the automated detection of DNA or similar biochemical molecules.
  • a device to be provided for the automatic control of the movements of the pistons 2, 24 of the disposable containers can be made relatively simple and inexpensive. Such a device requires no particularly high maintenance, since leakage of liquids from the proposed device does not take place.
  • the proposed disposable containers allow a simple and flexible storage, packaging and production of the proposed device.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines Einwegbehälters, eine mikrofluidische Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Bearbeitung von Molekülen.
  • Nach dem Stand der Technik sind allgemein Analyseautomaten zur Durchführung chemischer und biochemischer Reaktionen bekannt. Dabei werden für die Reaktion notwendige Lösungen mittels einer Saugpumpe aus einem Vorratsbehälter entnommen und einem Probenraum zugeführt. Daneben sind auch automatische Analysevorrichtungen bekannt, bei denen zur Reaktion erforderliche Lösungen beispielsweise mittels einer Kolbenpumpe zugeführt werden. - Bei den bekannten Vorrichtungen kann es nachteiligerweise zu einer Verschmutzung der Lösungen kommen. Die erforderlichen Lösungen sind in der Regel in einem bestimmten Volumen vorzulegen. Insoweit besteht die Gefahr eines nicht exakten Abfüllens durch den Anwender. Automatische Analysevorrichtungen müssen nach jeder Analyse sorgfältig gereinigt werden. Das ist zeitaufwändig. Abgesehen davon kann es auch bei einer sorgfältigen Reinigung dazu kommen, dass ein Rückstand in der Vorrichtung verbleibt. Ein solcher Rückstand führt zur Verfälschung von Ergebnissen bei später durchgeführten Analysen.
  • Aus dem Bereich der Medizin sind z. B. aus der DE 33 90 336 T1 Einwegspritzen bekannt. Solche Einwegspritzen werden z. T. befüllt vorgehalten. Ein in einem Zylinder geführter Kolben ist so ausgeführt, dass die im Zylinder aufgenommene Flüssigkeit manuell mittels des Kolbens herausgedrückt werden kann.
  • Aus dem medizinischen Bereich sind des Weiteren Ampullen zur Aufnahme flüssiger Medikamente bekannt. Solche Medikamente können beispielsweise mittels einer Spritze injiziert werden. Die Abfüllung eines exakten Volumens im µl-Bereich ist damit nicht möglich.
  • Nach dem Stand der Technik sind des Weiteren so genannte mikrofluidische Vorrichtungen zum Nachweis vorgegebener biochemischer Moleküle bekannt. Solche Vorrichtungen arbeiten mit geringen Volumina. Damit ist ein Nachweis biochemischer Moleküle, z. B. von DNA, möglich. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 397 424 A2 oder der EP 0 189 316 B1 bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere eine Verwendung, eine mikrofluidische Vorrichtung und ein Verfahren angegeben werden, welche eine vereinfachte und möglichst genaue automatisierte Durchführung einer Probenvorbereitung zur Durchführung chemischer Nachweisreaktionen und/oder chemische Nachweisreaktionen ermöglichen. Insbesondere soll eine vereinfachte automatisierte Vorbereitung von Proben zum Nachweis biochemischer Moleküle, wie DNA, ermöglicht werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 21 und 49 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 20, 22 bis 48 und 50 bis 58.
  • Nach Maßgabe der Erfindung ist die Verwendung eines Einwegbehälters vorgesehen, welcher einen Zylinder mit einem darin verschiebbar geführten Kolben und einen an einem dem Kolben gegenüberliegenden ersten Ende des Zylinders vorgesehen Anschluss aufweist, zur Erzeugung einer Druckdifferenz in einer mikrofluidischen Vorrichtung und zur Bereitstellung eines Mittels zur Bearbeitung von Molekülen und/oder als Reaktionsgefäß.
  • Ein solcher Einwegbehälter kann kostengünstig hergestellt werden. Er kann mittels geeigneter Automaten exakt mit einem vorgegebenen Volumen befüllt werden. Dabei kann der Befüllvorgang so geführt werden, dass eine Kontamination ausgeschlossen ist. Der Einwegbehälter kann nicht nur als Vorratsbehälter für das Mittel zur Bearbeitung von Molekülen dienen, sondern auch als Reaktionsgefäß. Dazu kann z. B. zunächst ein Mittel zur Bearbeitung von Molekülen in eine mikrofluidische Vorrichtung und anschließend aus der mikrofluidischen Vorrichtung wieder eine Lösung in den Einwegbehälter gedrückt oder gesaugt werden. Die Einwegbehälter sind leicht handhabbar. Ein Betrieb mikrofluidischer Vorrichtungen ist damit schnell, einfach und leicht durchführbar.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einer "mikrofluidischen Vorrichtung" eine kompakte und handliche Vorrichtung zur Durchführung einer Analyse, Synthese, Aufreinigung, Modifizierung und/oder Erhöhung der Konzentration von Molekülen verstanden. Eine solche mikrofluidische Vorrichtung kann gegenüber der Umwelt ein geschlossenes System bilden. Eine in der mikrofluidischen Vorrichtung aufgenommene Probe wird zur Durchführung der jeweiligen Reaktion über mindestens einen darin vorgesehenen Kanal bewegt und ggf. mit einer in der mikrofluidischen Vorrichtung vorgelegten Flüssigkeit in Kontakt gebracht. Der Kanal ist dabei so ausgestaltet, dass die Flüssigkeit exakt über einen vorgegebenen Abschnitt verschoben und damit präzise an einen vorgegebenen Ort der Vorrichtung bewegt werden kann.
  • Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Mittel zur Bearbeitung eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Feststoff oder eine Kombination daraus ist. Der Feststoff kann zumindest einen der folgenden Bestandteile umfassen: lösliche oder suspendierbare Partikel, Lyophilisat, chromatografisches Material, vorzugsweise einen Ionentauscher oder eine Affinitätsmatrix. Das Mittel zur Bearbeitung kann aber auch der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Lyseflüssigkeit, Elutionsflüssigkeit, Pufferlösung, beads, Enzyme, Primer, Reaktanten, Reagenzien.
  • Die vorgeschlagenen Einwegbehälter werden vorzugsweise als Kit bereitgehalten. Ein solcher Kit kann für bestimmte Analyse- oder Diagnosezwecke vorkonfektioniert sein. Er kann beispielsweise zum Aufschluss von Zellen erforderliche Lösungen sowie Adsorptionsmittel für DNA enthalten. Vorteilhafterweise sind die Einwegbehälter je nach Art des darin vorgelegten Mittels zur Bearbeitung von Molekülen beispielsweise in ihrem Durchmesser oder in ihrer Länge unterschiedlich ausgebildet. Damit kann verhindert werden, dass ein Einwegbehälter versehentlich an einen nicht korrekten Anschluss eines mikrofluidischen Systems angeschlossen wird. Eine Aufnahme einer mikrofluidischen Einrichtung ist in diesem Fall so ausgeführt, dass darin nur der jeweils korrekte Einwegbehälter einsetzbar ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, zur Vermeidung von Verwechslungen einen entsprechenden Aufdruck oder eine Farbgebung auf dem Einwegbehälter vorzusehen.
  • Bei der Bearbeitung der Moleküle kann es sich um eine Analyse, Synthese, Aufreinigung und/oder Erhöhung der Konzentration der Moleküle handeln. Derartige Reaktionen finden stets in vitro statt.
  • Zweckmäßigerweise ist der Einwegbehälter mit dem Mittel zur Bearbeitung vollständig gefüllt. Bei dem Mittel zur Bearbeitung handelt es sich in diesem Fall um eine Flüssigkeit, eine Paste, in Gel oder dgl.. Unter einer vollständigen Füllung wird eine im Wesentlichen blasenfreie Füllung verstanden, bei welcher der Anteil an Gasblasen < 5,0 Vol.%, zweckmäßigerweise < 1,0 Vol.%, vorzugsweise < 0,1 Vol.%, besonders vorzugsweise < 0,01 Vol.%, ist. Flüssigkeiten werden vor dem Befüllen des Einwegbehälters zweckmäßigerweise entgast. Das Befüllen erfolgt bevorzugt unter sterilen Bedingungen. Es ist auch möglich, den Einwegbehälter nach dessen Befüllung zu sterilisieren. Damit wird die Haltbarkeit des im Einwegbehälter aufgenommenen Mittels zur Bearbeitung erhöht.
  • Der Kolben kann aus einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise aus Gummi oder Kunststoff, hergestellt sein. Er kann zumindest eine umlaufende im Querschnitt symmetrische Dichtung aufweisen. Das ermöglicht ein wiederholtes Hin- und Herschieben des Kolbens, wobei jederzeit eine vollständige Dichtwirkung gewährleistet ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Kolben korrespondierend zum Anschluss ausgebildet, so dass bei am ersten Ende anliegendem Kolben eine vollständige Entleerung des Zylinders und ggf. des Anschlusses möglich ist. Das ermöglicht eine besonders exakte Verfahrensführung; es bleiben keinerlei Restvolumina im Einwegbehälter zurück. Sofern der Anschluss ein Volumen aufweist, wird auch eine Entleerung dieses Volumens gewährleistet.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Kolben ein Mittel zum Eingriff eines Schub- und/oder Schleppmittels auf. Das ermöglicht einen einfachen Anschluss des Einwegbehälters an eine Vorrichtung zum Bewegen des Kolbens. Bei dem Mittel zum Eingriff kann es sich um eine zentrisch im Kolben vorgesehene Ausnehmung, z. B. eine halbkugel- oder kegelförmige Ausnehmung, um ein Gewinde, einen Bajonett- oder einen Rastverschluss oder dgl. handeln. Es kann auch sein, dass am Kolben ein Schub- und/oder Schleppmittel angebracht ist. Es kann sich dabei um eine Stange oder einen Zylinder handeln. In diesem Fall weist das Schub- und/oder Schleppmittel am freien Ende ein Mittel zum Eingriff in eine Schub- und/oder Schleppvorrichtung auf. Bei dem Mittel zum Eingriff kann es sich um einen Durchbruch, um radial abstehende Fortsätze, einen Flansch oder dgl. handeln. Das Mittel zum Eingriff ist zweckmäßigerweise so ausgeführt, dass es durch ein Einstecken eine Schub- und/oder Schleppstange einer Schub- und/oder Schleppvorrichtung verbunden werden kann.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Zylinder aus einem transparenten Material hergestellt. Das erlaubt eine einfache Sichtkontrolle. Es kann sofort festgestellt werden, ob der Zylinder beispielsweise korrekt, d. h. blasenfrei, befüllt ist. Der Zylinder kann insbesondere zur Aufnahme lichtempfindlicher Reagenzien auch aus einem lichtundurchlässigen Material hergestellt sein. Der Zylinder ist vorzugsweise aus einem für das darin aufgenommene Mittel zur Bearbeitung inerten Material hergestellt.
  • Der Zylinder ist zweckmäßigerweise aus einem elastischen Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen, hergestellt. Auch Polyethylen oder Polycarbonat eignen sich zur Herstellung des Zylinders. Bei der Verwendung eines elastischen Materials wird eine besonders gute Dichtwirkung erreicht.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Anschluss mit einem Verschlussmittel verschlossen. Es kann sich bei dem Verschlussmittel um eine Gummi- oder Kunststoffmembran, eine Kugel, einen Kegel oder einen Verschluss-Zylinder handeln. Vorteilhafterweise sind die Kugel, der Kegel und/oder der Verschluss-Zylinder aus einem für das aufgenommene Mittel zur Bearbeitung inerten Kunststoff oder aus Glas hergestellt.
  • Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist an einem dem Anschluss gegenüberliegenden zweiten Ende des Zylinders ein radial nach innen vorspringender, eine Verschiebung des Kolbens aus dem Zylinder blockierender Vorsprung vorgesehen. Damit wird eine Entfernung des Kolbens unmöglich gemacht. Eine unerwünschte Manipulation des Einwegbehälters wird vermieden. Des Weiteren kann am zweiten Ende ein radial nach innen vorspringender, einer Verschiebung des Kolbens in Richtung des Anschlusses einen Widerstand entgegensetzender weiterer Vorsprung vorgesehen sein. Der weitere Vorsprung ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass der Kolben nur unter Aufbringen einer vorgegebenen Kraft in Richtung des ersten Endes verschoben werden kann. Die Kraft ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass vor einer Verschiebung des Kolbens der Anschluss in eine korrekte Anschlussposition mit dem Anschlussstück gebracht wird. Sobald das der Fall ist, ist eine weitere axiale Verschiebung des Einwegbehälters nicht mehr möglich. Die auf den weiteren Vorsprung wirkende Kraft ist dann so groß, dass der damit gebildete Widerstand überwunden und der Kolben in Richtung des ersten Endes verschoben werden kann. Das Vorsehen des weiteren Vorsprungs hat neben der Gewährleistung eines ordnungsgemäßen und dichten Anschlusses des Einwegbehälters an die mikrofluidische Einrichtung den weiteren Vorteil, dass ein unerwünschter Austritt von im Einwegbehälter aufgenommener Flüssigkeit vor der Herstellung eines vollkommen dichten Anschlusses vermieden wird. Der Kolben kann erst nach der Herstellung eines dichten Anschlusses bewegt werden. Der weitere Vorsprung ist zweckmäßigerweise radialsymmetrisch ausgebildet. Damit wird eine ungleichmäßige Abnutzung oder Beschädigung des Kolbens bei Überwinden des weiteren Vorsprungs vermieden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ein Mittel zum automatischen Auslesen von Informationen über das im Einwegbehälter aufgenommene Mittel zur Bearbeitung vorgesehen. Bei dem Mittel kann es sich um einen Barcode, einen Transponder, einen Chip oder eine spezifische Formgebung handeln. Ein Barcode kann beispielsweise auf der Außenseite des Zylinders aufgedruckt oder mittels eines Etiketts aufgebracht sein. Ein Transponder oder ein geeigneter Chip können an einer geeigneten Stelle des Einwegbehälters eingegossen sein. Ferner kann es sein, dass der Zylinder eine spezifische Formgebung, beispielsweise an der Außenseite vorgesehene Vorsprünge oder Ausnehmungen aufweist, welche in kodifizierter Form die Information enthalten.
  • Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist eine mikrofluidische Vorrichtung zur Bearbeitung von Molekülen mit einer mindestens einen Kanal zur Beförderung einer Probe aufweisenden Einrichtung vorgesehen, wobei am Kanal mindestens zwei Anschlussstücke zum Anschließen zweier Einwegbehälter vorgesehen sind, wobei jeder der Einwegbehälter einen Zylinder mit einem darin verschiebbar geführten Kolben und einen an einem dem Kolben gegenüberliegenden ersten Ende des Zylinders vorgesehenen Anschluss aufweist, und wobei die Einwegbehälter mit dem daran vorgesehenen Anschluss jeweils an einem der Anschlussstücke anschließbar sind, so dass durch Verschieben einer der Kolben Flüssigkeit durch den Kanal beförderbar ist.
  • Die vorgeschlagene mikrofluidische Vorrichtung ist besonders einfach ausgestaltet. Es kann auf die Verwendung von Mikropumpen und dgl. verzichtet werden. Ein Druck zum Verschieben der Flüssigkeit im Kanal der mikrofluidischen Vorrichtung wird durch das Verschieben der Kolben erzeugt. Die Einwegbehälter dienen nicht nur zur Bereitstellung von Mitteln zur Bearbeitung von Molekülen, sondern können auch als Reaktionsraum dienen. Bei einem Anschluss mindestens zweier Einwegbehälter an die mikrofluidische Vorrichtung ist es möglich, durch Hin- und Herbewegen einer Flüssigkeit zwischen den Einwegbehältern beispielsweise biologisches Material aufzureinigen oder aufzuschließen. Die vorgeschlagene mikrofluidische Vorrichtung ist überraschend einfach aufgebaut. Sie ist leicht handhabbar. Durch die Verwendung der vorgeschlagenen Einwegbehälter entfällt die Notwendigkeit des manuellen Vorlegens exakter Volumina beispielsweise von zur Durchführung von Reaktionen erforderlichen Flüssigkeiten. Eine Kontamination ist praktisch ausgeschlossen. Mit den vorgeschlagenen mikrofluidischen Vorrichtungen können schnell und zuverlässig exakte Ergebnisse erzielt werden.
  • Nach einer Ausgestaltung ist der Kanal ein Kanalsystem aus mehreren miteinander verbundenen Kanälen. Der Kanal oder das Kanalsystem können zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet sein. Die Einrichtung kann in Verbindung mit dem Kanal eine mikrofluidische Mischkammer und/oder eine mikrofluidischen Reaktionsraum und/oder einen mikrofluidischen Detektionsraum und/oder eine Blasenfalle aufweisen. Der Kanal kann einen Durchmesser von höchstens 2 mm, vorzugsweise weniger als 1,5 mm aufweisen.
  • Die Einrichtung kann ferner zumindest ein aus der folgenden Gruppe ausgewähltes Mittel aufweisen: Sensor, Elektrode, Temperiereinheit, Sieb, Filter, Membran, Affinitätsmatrix, vorgelegte Substanz oder Magnet. Ferner kann ein das Anschlussstück mit dem Kanal verbindender Verbindungskanal vorgesehen sein. Darüberhinaus kann eine mit dem Kanal verbundene, vorzugsweise mittels eines ersten Ventils, verschließbare Eingangsöffnung vorgesehen sein. Ferner kann eine mit dem Kanal verbundene, vorzugsweise mittels eines zweiten Ventils, verschließbare Ausgangsöffnung vorgesehen sein. Die vorgeschlagenen Ausgestaltungen der Einrichtung ermöglichen eine differenzierte und automatisierte Verfahrensführung. Die Anordnung und Ausgestaltung des Kanals sind zweckmäßigerweise so gewählt, dass die gewünschte Reaktion einfach und schnell durchführbar ist.
  • Vorteilhafterweise ist durch das Verschieben der Kolben Flüssigkeit in den anderen Einwegbehälter beförderbar. Dabei kann der Kolben in anderen Einwegbehälter zurückgedrückt werden. Es kann aber auch sein, dass der Kolben im anderen Behälter durch eine Schleppstange zurückgezogen wird.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Anschlussstück einen Rohrstutzen, vorzugsweise eine Hohlnadel, zum Öffnen eines den Anschluss verschließenden Verschlussmittels auf. Das Anschlussstück oder der Rohrstutzen kann mit einem weiteren Verschlussmittel verschlossen sein. Es kann sich dabei um eine Gummi- oder Kunststoffmembran oder dgl. handeln. Damit wird eine Kontamination der Einrichtung und/oder einer darin vorgelegten Flüssigkeit vermieden. Bei dem Einwegbehälter kann es sich zweckmäßigerweise um einen Einwegbehälter mit den vorbeschriebenen Merkmalen handeln.
  • Jeder der Einwegbehälter kann einen zu den Anschlussstücken korrespondierenden Anschluss aufweisen. Das ermöglicht einen einfachen und dichten Anschluss der Einwegbehälter am Anschlussstück. Der Anschluss kann mit einem Verschlussmittel, beispielsweise einer Kunststoff- oder Gummimembran, einer Metallfolie oder dgl., verschlossen sein.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Einrichtung ein Mittel zum Fixieren des Einwegbehälters in eine relativ zum Anschlussstück festen Stellung auf. Damit wird ein unerwünschtes Lösen des Anschlusses vom Anschlussstück vermieden. Es kann nicht zu Undichtigkeiten insbesondere bei einer Bewegung einer Flüssigkeit aus dem Einwegbehälter in die Einrichtung oder von der Einrichtung in den Einwegbehälter kommen. Bei dem Mittel zum Fixieren kann es sich beispielsweise um ein Gewinde, einen Bajonettverschluss oder dgl. handeln. So können das Anschlussstück beispielsweise ein Innen- und der Anschluss ein Außengewinde aufweisen. Eine Kontamination des im Einwegbehälter aufgenommenen Mittels zur Bearbeitung der Moleküle wird vermieden.
  • Vorteilhafterweise weist die Einrichtung mindestens eine zum Außendurchmesser des Einwegbehälters korrespondierende, vorzugsweise zylindrische, Ausnehmung zum Führen des Anschlusses des Einwegbehälters in eine Eingriffsposition mit dem Anschlussstück auf. Das erleichtert das Anschließen des Einwegbehälters. Die vorgeschlagene mikrofluidische Einrichtung ist kompakt aufgebaut, stabil und robust. Auf Grund ihrer Ausgestaltung kann sie einfach in ein Gerät zur automatischen Bewegung der Kolben eingelegt werden. Ein weiterer Vorteil der kompakten Ausgestaltung der mikrofluidischen Einrichtung besteht darin, dass deren Transport, Verpackung und Lagerung besonders einfach ist. Ein fehlerhafter, möglicherweise nicht ausreichend dichter Anschluss wird verhindert.
  • Des Weiteren kann das Mittel zum Fixieren ein Mittel zum Halten des in die Ausnehmung vollständig eingeschobenen und in das Anschlussstück eingreifenden Einwegbehälters in einer fixierten Position aufweisen. Damit wird ein unerwünschtes Lösen des Anschlusses vom Anschlussstück verhindert. Bei dem Mittel zum Halten kann es sich beispielsweise um zumindest ein das zweite Ende des Einwegbehälters randlich umgreifendes erstes Rastmittel handeln.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ein Abstand zwischen dem ersten Rastmittel und dem Anschlussstück so gewählt, dass der Einwegbehälter in die Ausnehmung einführbar ist, ohne dass ein daran vorgesehenes Verschlussmittel geöffnet wird. Das ermöglicht es, den Einwegbehälter bereits herstellerseitig in eine der vorgegebenen Ausnehmungen einzusetzen. Damit wird ein unkorrektes Einsetzen der Einwegbehälter beim Anwender vermieden. Es kann herstellerseitig bereits die Einrichtung vorkonfektioniert mit den zum jeweiligen Zweck geeigneten Einwegbehältern geliefert werden. Eine solche vorkonfektionierte Einrichtung, die beispielsweise nach Art einer Kassette ausgebildet sein kann, muss dann lediglich noch in ein geeignetes Gerät zur automatischen Bewegung der Kolben eingesetzt und mit der zu bearbeitenden Probe befüllt werden. Fehlbedienungen und Kontaminationen werden mit einer solchen vorkonfektionierten Einrichtung praktisch ausgeschlossen.
  • Der Einwegbehälter ist in der Ausnehmung zweckmäßigerweise mit ungeöffnetem Verschlussmittel aufgenommen. Am Zylinder des Einwegbehälters und/oder an der Innenwand der Ausnehmung können zweite Rastmittel vorgesehen sein. Die zweiten Rastmittel können so ausgebildet sein, dass der Einwegbehälter, z. B. durch Druck auf dessen Kolben, in eine Rastposition verschiebbar ist, in welcher der Anschluss das Anschlussstück flüssigkeitsdicht verschließt. Eine solche Ausgestaltung ist zweckmäßig, sofern das Anschlussstück oder der Rohrstutzen nicht mit einem zweiten Anschlussmittel verschlossen sind. Die zweiten Rastmittel können ferner so ausgebildet sein, dass der Einwegbehälter von der ersten in eine zweite Rastposition verschiebbar ist, in welcher der Anschluss das Anschlussstück flüssigkeitsdicht verschließt und der Rohrstutzen das Verschlussmittel durchstößt. In der zweiten Rastposition wird erst eine Verbindung zwischen dem Einwegbehälter und dem Kanal hergestellt. Es ist dann möglich, beispielsweise eine Flüssigkeit vom Einwegbehälter in den Kanal zu drükken.
  • Vorteilhafterweise ist der Kanal mit Flüssigkeit gefüllt. Damit kann eine blasenfreie Flüssigkeitssäule in der gesamten Vorrichtung einfach hergestellt werden. Das ermöglicht ein besonders exaktes Verschieben der Flüssigkeit im Kanal.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung können mehrere Ausnehmungen an einer Seite der Einrichtung vorgesehen sein. Das vereinfacht und verbilligt den Aufbau eines Geräts zur automatischen Bewegung der Kolben der Einwegbehälter. Ein solches Gerät muss in diesem Fall lediglich mit einer Vielzahl zum Niederdrücken der Kolben geeigneter nebeneinander liegender Schubstangen ausgestattet sein, die nach einem vorgegebene Programm bewegt werden. Außerdem trägt die parallele Anordnung der Ausnehmungen zu einer besonders kompakten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei.
  • Vorteilhafterweise ist die Einrichtung einstückig aus Kunststoff hergestellt. Die Kosten für die Herstellung der vorgeschlagenen Einrichtung sind nicht besonders hoch. Die Einrichtung kann beispielsweise mittels Spritzguss hergestellt werden. Die aus der Einrichtung mit den Einwegbehältern kombinierte Vorrichtung lässt sich insgesamt ohne großen Aufwand herstellen. Sie kann nach Art einer Einwegvorrichtung bereitgehalten werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Einrichtung ein Mittel zum automatischen Auslesen von Informationen über in der Einrichtung aufgenommene Mittel zur Bearbeitung aufweisen. Bei dem Mittel kann es sich um einen Barcode, einen Transponder, einen Chip oder eine spezifische Formgebung der Einrichtung handeln.
  • Die mikrofluidische Vorrichtung kann als Kit ausgeführt sein, der die Einrichtung sowie mehrere der erfindungsgemäßen Einwegbehälter umfasst. Dabei können die Einwegbehälter bereits unverlierbar in die Ausnehmungen eingeschoben sein, wobei deren Verschlussmittel selbstverständlich noch geschlossen sind. Ein solcher Kit bzw. eine solche mikrofluidische Vorrichtung lässt sich besonders einfach lagern, transportieren und vom Anwender bedienen.
  • Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Molekülen mit folgenden Schritten vorgesehen:
    • Bereitstellen mindestens zweier Einwegbehälter, von denen jeder einen Zylinder mit einem darin verschiebbar geführten Kolben und einen an einem dem Kolben gegenüberliegenden ersten Ende des Zylinders vorgesehenen Anschluss aufweist,
    • Bereitstellen einer mikrofluidischen Einrichtung mit mindestens einem Kanal, wobei am Kanal mindestens zwei Anschlussstücke zum Anschließen der Einwegbehälter vorgesehen sind,
    • Anschließen der Einwegbehälter mit den daran vorgesehenen Anschlüssen an den Anschlussstücken,
    • Verschieben eines der Kolben, so dass eine Flüssigkeit in dem Kanal befördert wird.
  • Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine besonders einfache Bearbeitung von Molekülen. Der Druck zur Bewegung bzw. Beförderung der Flüssigkeit im Kanal der Einrichtung wird durch Verschieben der Kolben in den Einwegbehältern erzeugt. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit einfach von einem Ort an den anderen in der Einrichtung befördert werden. Es sind insbesondere keine Mikropumpen und dgl. erforderlich. Durch die exakte Positionierung der Flüssigkeit in der Einrichtung kann die Anzahl erforderlicher Ventile reduziert werden.
  • Zweckmäßigerweise ist die Flüssigkeit in einem der Einwegbehälter enthalten. Es kann auch sein, dass im Kanal Flüssigkeit vorgelegt ist. Das ermöglicht die einfache Herstellung einer blasenfreien Flüssigkeitssäule in der Einrichtung. Die Einrichtung kann als weiteres Einwegteil vorgehalten werden. Die Flüssigkeit kann von einem in den anderen Behälter befördert werden. Beim Befüllen eines der Einwegbehälter wird zweckmäßigerweise der darin aufgenommene Kolben durch den Flüssigkeitsdruck verschoben. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, den Kolben mittels einer besonderen Schleppvorrichtung zu schleppen, um die Flüssigkeit in den Einwegbehälter zu befördern. Durch Verschieben eines der Kolben kann eine im Kanal befindliche Flüssigkeit in einen vorgegebenen, vorzugsweise mäanderförmig ausgebildeten, Abschnitt des Kanals und/oder einer mikrofluidische Mischkammer und/oder einen mikrofluidischen Reaktionsraum und/oder einen mikrofluidischen Detektionsraum und/oder eine Blasenfalle verschoben werden. Das Verschieben der Kolben ermöglicht eine exakte Verschiebung der Flüssigkeit. Die Flüssigkeit kann nach einem vorgegebenen Programm an bestimmten Stellen des Kanals bearbeitet werden. Der vorgegebene Abschnitt des Kanals kann zu diesem Zweck einen mäanderförmigen Kanal und/oder mikrofluidischen Detektionsraum aufweisen. Zur Steuerung der Bewegung der Flüssigkeit im Kanal können ferner mindestens ein darin vorgesehenes Ventil gemäß einem vorgegebenen Programm geöffnet und/oder geschlossen werden. Nach dem vorgegebenen Programm erfolgen auch die Bewegungen der Kolben, so dass die Flüssigkeit im Kanal bzw. in den Einwegbehältern gemäß vorgegebenen Reaktionsschritten bewegt wird.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung werden die Einwegbehälter in an der Einrichtung vorgesehene Ausnehmungen eingeschoben. Das ermöglicht ein exaktes Führen der an den Einwegbehältern vorgesehenen Anschlüsse zu den Anschlussstücken der Einrichtung. Bei der Verbindung des Anschlusses mit dem Anschlussstück wird der Einwegbehälter zweckmäßigerweise relativ zum Anschlussstück fixiert. Dazu kann ein Mittel zum Fixieren vorgesehen sein. Die Fixierung erfolgt zweckmäßigerweise erst dann, wenn der Anschluss ordnungsgemäß mit dem Anschlussstück verbunden ist. So kann die Herstellung einer undichten Verbindung vermieden werden.
  • ) Der Einwegbehälter kann nach einer weiteren Ausgestaltung in der an der Einrichtung vorgesehenen Ausnehmung in eine erste Rastposition verschoben werden, so dass der Anschluss das Anschlussstück flüssigkeitsdicht verschließt. Des Weiteren kann der Einwegbehälter von der ersten in eine zweite Rastposition verschoben werden, so dass der Anschluss das Anschlussstück flüssigkeitsdicht verschließt und der Rohrstutzen das Verschlussmittel durchstößt. In der zweiten Rastposition ist erst eine Verbindung zwischen dem Einwegbehälter und dem Kanal hergestellt.
  • Vorteilhafterweise wird die Flüssigkeit durch das Verschieben der Kolben derart in der Einrichtung befördert, dass die zur Durchführung mindestens einer der folgenden Verfahren erforderlichen Schritte ausgeführt werden: Waschen, Aufreinigung, PCR, Detektion. Die vorgenannten Verfahren eignen sich insbesondere zum Nachweis von DNA aus unterschiedlichen Proben.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittansicht eines ersten Einwegbehälters,
    Fig. 2
    eine schematische Teilschnittansicht einer ersten mikrofluidischen Einrichtung,
    Fig. 3
    die Teilschnittansicht nach Fig. 2 mit eingesetztem Einwegbehälter,
    Fig. 4
    die Teilschnittansicht gemäß Fig. 3 mit Schubstange,
    Fig. 5
    die Teilschnittansicht gemäß Fig. 4 mit teilweise eingedrücktem Kolben,
    Fig. 6
    eine schematische Schnittansicht eines zweiten Einwegbehälters,
    Fig. 7
    eine schematische Schnittansicht einer mikrofluidischen Einrichtung mit dem zweiten Einwegbehälter gemäß Fig. 6,
    Fig. 8
    die Anordnung gemäß Fig. 7, wobei der zweite Einwegbehälter an der mikrofluidischen Einrichtung angeschlossen ist,
    Fig. 9
    die Anordnung gemäß Fig. 8, wobei weitere Einwegbehälter angeschlossen sind,
    Fig. 10
    die Anordnung gemäß Fig. 9, wobei ein Probenbehälter angeschlossen ist,
    Fig. 11
    die Anordnung gemäß Fig. 10, wobei der Probenbehälter entleert worden ist,
    Fig. 12
    die Anordnung gemäß Fig. 11, wobei der zweite Einwegbehälter entleert worden ist,
    Fig. 13
    eine Schnittansicht einer weiteren mikrofluidischen Einrichtung und
    Fig. 14a - c
    Schnittansichten des Anschlusses und des Anschlussstücks in verschiedenen Raststellungen.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines ersten Einwegbehälters. In einem zweckmäßigerweise aus einem transparenten Kunststoff, beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen, hergestellten Zylinder 1 ist verschiebbar ein, z. B. aus Kunststoff oder Gummi hergestellter Kolben 2 verschiebbar geführt. An einem dem Kolben 2 gegenüberliegenden ersten Ende E1 des Zylinders 1 ist ein Anschluss 3 vorgesehen. Der Anschluss 3 ist mit einem Verschlussmittel 4, hier beispielsweise in Form einer Glaskugel, verschlossen. In dem durch den Zylinder 1 und den darin befindlichen Kolben 2 gebildeten Volumen ist eine Flüssigkeit F aufgenommen. Es kann sich dabei beispielsweise um eine Lyseflüssigkeit, eine Elutionsflüssigkeit, eine Pufferlösung oder dgl. handeln. Der Kolben 2 ist an seiner dem ersten Ende E1 des Zylinders 1 zugewandten Seite korrespondierend zum ersten Ende E1 des Zylinders 1 ausgebildet. Er weist insbesondere einen zur Ausformung des Anschlusses 3 korrespondierenden Vorsprung 5 auf. Sofern der Kolben 2 vollständig bis an das erste Ende E1 gedrückt wird, erfüllt der Vorsprung 5 den Anschluss 3, so dass eine vollständige Entleerung der Flüssigkeit F aus dem Zylinder 1 und dem durch den Anschluss 3 gebildeten Volumen möglich ist. An der dem Vorsprung 5 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 2 kann eine zentrische Ausnehmung, ein zentrischer Vorsprung oder dgl. zum Eingriff einer Schub- und/oder Schleppstange vorgesehen ist. Ein dem ersten Ende E1 gegenüberliegendes zweites Ende des Zylinders 1 ist mit dem Bezugszeichen E2 bezeichnet.
  • Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung 13, und zwar eine Aufnahme 6 für den in Fig. 1 gezeigten Einwegbehälter. Die Aufnahme 6 weist eine zum Durchmesser des Zylinders 1 korrespondierende zylindrische Ausnehmung 7 auf. Die Ausnehmung 7 ist so ausgeführt, dass darin der Einwegbehälter einschiebbar ist. Der Anschluss 3 wird dabei so geführt, dass er korrekt in eine Eingriffsposition eines Anschlussstücks 8 gelangt. Das Anschlussstück 8 kann eine Hohlnadel 9 umfassen, mit welcher das Verschlussmittel 4 durchstoßen oder in den Zylinder 1 gedrückt und damit eine Verbindung des Zylinders 1 mit der mikrofluidischen Einrichtung 13 erreicht wird.
  • Fig. 3 zeigt den unter Verwendung der Aufnahme 6 am Anschlussstück 8 angeschlossenen Einwegbehälter. Zum Überführen der Flüssigkeit F kann mittels einer Schubstange 10 der Kolben 2 in Richtung des Anschlussstücks 8 gedrückt werden. Diese Situation ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt.
  • Fig. 6 zeigt im Querschnitt einen zweiten Einwegbehälter. Der Zylinder 1 weist am zweiten Ende E2 ein radial nach innen weisendes Rückhaltemittel 11 auf. Mit dem Rückhaltemittel 11 wird ein Verschieben des Kolbens 2 über das zweite Ende E2 hinaus verhindert. Der Kolben 2 weist an seiner dem Anschluss 3 abgewandten Seite ein Eingriffsmittel 12 zum Anschluss 3 an eine Schub- und/oder Schleppstange auf. Das Eingriffsmittel 12 kann - wie hier gezeigt ist - beispielsweise in Form eines Stempels ausgeführt sein. Selbstverständlich sind auch andere geeignete Ausgestaltungen möglich. Das Verschlussmittel 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Membran ausgeführt. Es kann sich dabei um eine Kunststoff- und Gummimembran handeln. Zweckmäßigerweise handelt es sich um einen in einstükkiger Ausbildung mit dem Zylinder 1 ausgebildeten Kunststofffilm. Der Zylinder 1 kann zusammen mit dem Kunststofffilm in einem Stück beispielsweise mittels Spritzguss hergestellt werden. In der Flüssigkeit F können - wie in Fig. 6 gezeigt ist - Partikel P suspendiert sein.
  • Fig. 7 zeigt im Querschnitt eine mikrofluidische Einrichtung 13, die mehrere nebeneinander liegende weitere Anschlussstükke 14 aufweist. Die weiteren Anschlussstücke 14 sind mit einem weiteren Verschlussmittel 15 verschlossen, so dass eine Kontamination der mikrofluidischen Einrichtung 13 ausgeschlossen ist. Auch bei dem weiteren Verschlussmittel 15 kann es sich um einen Kunststofffilm, eine Gummimembran oder dgl. handeln. Jedes der weiteren Anschlussstücke 14 ist über einen Verbindungskanal 16 mit einem die Verbindungskanäle 16 verbindenden Kanal 17 verbunden. Der Kanal 17 ist ferner über ein erstes Ventil 18 mit einer Eingangsöffnung 19 und über ein zweites Ventil 20 mit einer Ausgangsöffnung 21 verbunden. Die Verbindungskanäle 16 und der Kanal 17 weisen zweckmäßigerweise einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 2 mm auf. Sie sind in eine aus transparentem Kunststoff hergestellte Basisplatte 22 eingearbeitet. Jedes der Anschlussstücke 8, 14 weist eine Hohlnadel 9 zum Durchstoßen des Verschlussmittels 4 auf.
  • Fig. 8 zeigt die mikrofluidische Einrichtung 13, wobei der zweite Einwegbehälter mit dem Anschluss 3 an das weitere Anschlussstück 14 angeschlossen ist. Die Hohlnadel 9 durchdringt den Anschluss 3, so dass eine dichte Verbindung hergestellt ist. Die Flüssigkeit F kann nunmehr durch die Hohlnadel 9 in den Verbindungskanal 16 sowie in den Kanal 17 durch Verschieben des Kolbens 2 in Richtung des Anschlusses 3 bewegt werden.
  • Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht der mikrofluidischen Einrichtung 13 gemäß Fig. 8, wobei hier an sämtlichen weiteren Anschlussstücken 14 zweite Einwegbehälter angeschlossen sind. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, kann der Durchmesser der zweiten Einwegbehälter unterschiedlich ausgeführt sein. Damit können ggf. an der mikrofluidischen Einrichtung 13 vorgesehene Ausnehmungen 7 so ausgeführt werden, dass jeweils nur bestimmte Einwegbehälter darin einsetzbar sind. So kann eine Fehlbedienung durch Anschließen eines Einwegbehälters an ein falsches weiteres Anschlussstück 14 verhindert werden. Die in Fig. 9 gezeigten weiteren Einwegbehälter sind im Übrigen identisch mit dem zweiten Einwegbehälter.
  • Fig. 10 zeigt die mikrofluidische Einrichtung 13 gemäß Fig. 9, wobei hier an die Eingangsöffnung 19 eine Spritze 23 angeschlossen ist, in welcher Probenflüssigkeit PF aufgenommen ist. Mittels der Spritze 23 kann die Probenflüssigkeit PF beispielsweise in den gegenüberliegenden zweiten Einwegbehälter gedrückt werden. Dazu ist es erforderlich, das erste Ventil 20 zu öffnen und einen weiteren Kolben 24 eines weiteren Einwegbehälters 25 niedergedrückt zu halten. In diesem Fall wird die Probenflüssigkeit PF über den Verbindungskanal 16 in den der Spritze 23 gegenüberliegenden Einwegbehälter gedrückt. Durch den aufgebrachten Druck wird ein darin befindlicher Kolben 24 verschoben (siehe Fig. 11).
  • Anschließend kann die überführte Probenflüssigkeit PF beispielsweise durch Niederdrücken des Kolbens 2 mit der im Zylinder 1 enthaltenen Flüssigkeit F gemischt werden. Dazu ist es erforderlich, den Kolben 2 niederzudrücken und wiederum den zweiten Kolben 24 in seiner Position festzuhalten, sowie das erste 18 und das zweite Ventil 20 geschlossen zu halten (siehe Fig. 12). Bei dem ersten und/oder zweiten Ventil kann es sich um ein einfach ausgeführtes Einwegventil handeln, welches als Ventilkörper beispielsweise eine federbelastete Kugel oder einen federbelasteten Kegel aufweist. Ein solches Einwegventil ist so angeordnet, dass damit unter Druck ein Flüssigkeitsstrom in Richtung des Kanals möglich ist und durch einen im Kanal erzeugten Druck der Ventilkörper in seine Verschlussstellung gedrückt wird. Indem der Ventilkörper von außen von seiner Verschlussstellung weg bewegt wird, kann eine Entleerung durch das Ventil erfolgen. Bei dem ersten und/oder zweiten Ventil kann es sich aber auch um ein einfach ausgeführtes Mehrwegventil, z. B. ein Membranventil, handeln.
  • Durch eine programmgesteuerte vorgegebene Bewegung der Kolben 2, 24 der Einwegbehälter kann die Probeflüssigkeit PF nacheinander mit mehreren unterschiedlichen Flüssigkeiten beaufschlagt werden. Sie kann intensiv mit den Flüssigkeiten gemischt werden. Es ist beispielsweise ein einfacher Aufschluss von in der Probenflüssigkeit PF enthaltenen Zellen möglich. Sobald die Zellen aufgeschlossen sind, können darin enthaltende DNA-Moleküle durch in den Einwegbehältern aufgenommenen Flüssigkeiten enthaltende magnetische beads abgetrennt und zur Analyse einem weiteren Nachweisverfahren zugeführt werden.
  • Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mikrofluidischen Einrichtung 13. Sie weist im Gegensatz zu der in den Fig. 7 bis 12 gezeigten mikrofluidischen Einrichtung 13 an einer Seite, vorzugsweise in paralleler Anordnung, Ausnehmungen 7 zum Einschieben von Einwegbehältern (hier nicht gezeigt) auf. Die Ausnehmungen 7 weisen an ihren dem Anschlussstück 8 gegenüberliegenden Enden erste Rastmittel 26 auf. Die ersten Rastmittel 26 dienen dazu, dass ein in die Ausnehmung 7 einmal eingeschobener Einwegbehälter nicht mehr ohne weiteres aus der Ausnehmung 7 entfernt werden kann. Ein Abstand A zwischen dem ersten Rastmittel 26 und dem Anschlussstück 8 ist so gewählt, dass ein Einwegbehälter vollständig in die Ausnehmung 7 eingeschoben werden kann, ohne dass dabei ein an dessen Anschluss 3 vorgesehenes Verschlussmittel 4 von der Hohlnadel 9 durchstoßen wird. Der Einwegbehälter kann also unverlierbar mit der mikrofluidischen Einrichtung vorgelegt werden. Zur Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es lediglich noch erforderlich, den Einwegbehälter in Richtung des Anschlussstücks 8 zu bewegen und damit an die mikrofluidische Einrichtung 13 anzuschließen.
  • Die Schnittansichten Fig. 14a bis 14c zeigen eine vorteilhafte Ausgestaltung des Anschließens des Einwegbehälters an die mikrofluidische Einrichtung 13. Mit 27 sind zweite in der Ausnehmung 7 in der Nähe des Anschlussstücks 8 vorgesehene Rastmittel bezeichnet. Im Bereich des Anschlusses 3 des Einwegbehälters sind am Zylinder 1 dritte Rastmittel 28 vorgesehen, die korrespondierend zu den zweiten Rastmitteln 25 ausgebildet sind. Die Hohlnadel 9 ist mit einem, z. B. als O-Ring ausgeführten, Dichtmittel 29 versehen.
  • In der in Fig. 14a gezeigten ersten Position ist der Einwegbehälter in die Ausnehmung 7 der mikrofluidischen Einrichtung 13 eingeschoben. Es ist keine dichtende Verbindung zwischen dem Anschluss 3 und dem an der Hohlnadel 9 vorgesehenen Dichtmittel 29 hergestellt. Das Verschlussmittel 4 ist verschlossen.
  • Bei der in Fig. 14b gezeigten zweiten Position befindet sich der Einwegbehälter in einer ersten Raststellung. In dieser Stellung übergreift der Anschluss 3 das Dichtmittel 29. Der Anschluss 3 verschließt damit flüssigkeitsdicht die durch die Hohlnadel 9 gebildete Öffnung.
  • In Fig. 14c befindet sich der Einwegbehälter in einer zweiten Rastposition. Die Hohlnadel 9 durchdringt das Verschlussmittel 4 (hier nicht gezeigt). Es ist eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Hohlnadel 9 und dem Einwegbehälter hergestellt.
  • Aus den Ausführungsbeispielen ist ohne weiteres ersichtlich, dass sich die vorgeschlagene mikrofluidische Einrichtung ohne weiteres mit den unterschiedlichsten Kombinationen von Reagenzien, Agenzien, Puffern und dgl. bestücken lässt. Die vorgeschlagene Vorrichtung lässt sich für verschiedenste Assays verwenden. Dazu ist es lediglich erforderlich, die Einwegbehälter mit den dafür erforderlichen Reagenzien, Agenzien und dgl. zu befüllen. Die Einwegbehälter selbst und die mikrofluidische Einrichtung müssen dazu nicht geändert werden. Sie können gleichwohl äußerst preisgünstig aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt werden. Das ermöglicht es, die Einwegbehälter ebenso wie die mikrofluidische Einrichtung als Wegwerfteil auszuführen. Gleichwohl wird damit eine äußerst präzise Reaktionführung erreicht. In den Einwegbehältern können definierte Konzentrationen und Volumina ohne weiteres vorgehalten werden. Da das vorgeschlagene System vollständig geschlossen ausgeführt ist, wird eine Kontamination vermieden. Die vorgeschlagene Vorrichtung eignet sich hervorragend zum automatisierten Nachweis von DNA oder ähnlichen biochenischen Molekülen. Ein dazu vorzusehendes Gerät zur automatischen Steuerung der Bewegungen der Kolben 2, 24 der Einwegbehälter kann relativ einfach und kostengünstig ausgeführt werden. Ein solches Gerät erfordert keinen besonders hohen Wartungsaufwand, da ein Austritt von Flüssigkeiten aus der vorgeschlagenen Vorrichtung nicht stattfindet. Die vorgeschlagenen Einwegbehälter erlauben eine einfache und flexible Lagerhaltung, Konfektionierung und Herstellung der vorgeschlagenen Vorrichtung.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zylinder
    2
    Kolben
    3
    Anschluss
    4
    Verschlussmittel
    5
    Vorsprung
    6
    Aufnahme
    7
    Ausnehmung
    8
    Anschlussstück
    9
    Hohlnadel
    10
    Schubstange
    11
    Rückhaltemittel
    12
    Eingriffsmittel
    13
    mikrofluidische Einrichtung
    14
    weiteres Anschlussstück
    15
    weiteres Verschlussmittel
    16
    Verbindungskanal
    17
    Kanal
    18
    erstes Ventil
    19
    Eingangsöffnung
    20
    zweites Ventil
    21
    Ausgangsöffnung
    22
    Basisplatte
    23
    Spritze
    24
    weiterer Kolben
    25
    weiterer Einwegbehälter
    26
    erstes Rastmittel
    27
    zweites Rastmittel
    28
    drittes Rastmittel
    A
    Abstand
    F
    Flüssigkeit
    P
    Partikel
    PF
    Probenflüssigkeit

Claims (58)

  1. Verwendung eines Einwegbehälters, welcher einen Zylinder (1) mit einem darin verschiebbar geführten Kolben (2, 24) und einen an einem dem Kolben (2, 24) gegenüberliegenden ersten Ende (E1) des Zylinders (1) vorgesehenen, mit einem Verschlussmittel (4) verschlossenen Anschluss (3) aufweist, zum Anschließen an eine mikrofluidische Vorrichtung (13) und einem dadurch bewirkten Öffnen des Verschlussmittels (4) und zur Erzeugung einer Druckdifferenz in der mikrofluidischen Vorrichtung (13) sowie zur Bereitstellung eines Mittels (F, P) zur Bearbeitung von Molekülen und/oder als Reaktionsgefäß.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das Mittel (F, P) zur Bearbeitung eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Feststoff oder eine Kombination daraus ist.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Feststoff zumindest einen der folgenden Bestandteile umfasst: lösliche oder suspendierbare Partikel, Lyophilisat, chromatografisches Material, vorzugsweise einen Ionentauscher oder eine Affinitätsmatrix.
  4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel (F, P) zur Bearbeitung aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Lyseflüssigkeit, Elutionsflüssigkeit, Pufferlösung, beads, Enzyme, Primer, Reaktanten, Agenzien.
  5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bearbeitung eine Analyse, Synthese, Aufreinigung, Modifizierung und/oder Erhöhung der Konzentration der Moleküle ist.
  6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einwegbehälter mit dem Mittel zur Bearbeitung vollständig gefüllt ist.
  7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (2, 24) aus einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise aus Gummi oder Kunststoff, hergestellt ist.
  8. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (2, 24) zumindest eine umlaufende im Querschnitt symmetrische Dichtung aufweist.
  9. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (2, 24) korrespondierend zum Anschluss (3) ausgebildet ist, so dass bei am ersten Ende (E1) anliegendem Kolben (2, 24) eine vollständige Entleerung des Zylinders (1) und ggf. des Anschlusses (3) möglich ist.
  10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (2, 24) ein Mittel (12) zum Eingriff eines Schub- und/oder Schleppmittels aufweist.
  11. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Kolben (2, 24) ein Schub- und/oder Schleppmittel (10) angebracht ist.
  12. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schub- und/oder Schleppmittel (10) am freien Ende ein Mittel zum Eingriff in eine Schub- und/oder Schleppvorrichtung aufweist.
  13. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zylinder (1) aus einem transparenten oder einem lichtundurchlässigen Material hergestellt ist.
  14. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zylinder (1) aus einem elastischen Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen, hergestellt ist.
  15. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschlussmittel (4) eine Gummi- oder Kunststoffmembran, eine Kugel, einen Kegel oder ein Verschluss-Zylinder ist.
  16. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kugel, der Kegel und/oder der Verschluss-Zylinder aus einem inerten Kunststoff oder aus Glas hergestellt sind.
  17. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einem dem Anschluss (3) gegenüberliegenden zweiten Ende (E2) des Zylinders (1) ein radial nach innen vorspringender, eine Verschiebung des Kolbens (2, 24) aus dem Zylinder (1) blockierender Vorsprung (11) vorgesehen ist.
  18. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am zweiten Ende (E2) ein radial nach innen vorspringender, einer Verschiebung des Kolbens (2, 24) in Richtung des Anschlusses (3) einen Widerstand entgegensetzender weiterer Vorsprung vorgesehen ist.
  19. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Mittel zum automatischen Auslesen von Informationen über das im Einwegbehälter aufgenommene Mittel (F, P) zur Bearbeitung vorgesehen ist.
  20. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel ein Barcode, ein Transponder, ein Chip oder eine spezifische Formgebung ist.
  21. Mikrofluidische Vorrichtung zur Bearbeitung von Molekülen mit einer mindestens einen Kanal (16, 17) zur Beförderung einer Probe (PF) aufweisenden Einrichtung (13),
    wobei am Kanal (16, 17) mindestens zwei Anschlussstücke (8, 14) zum Anschließen zweier Einwegbehälter vorgesehen sind,
    wobei jeder der Einwegbehälter einen Zylinder (1) mit einem darin verschiebbar geführten Kolben (2, 24) und einen an einem dem Kolben (2, 24) gegenüberliegenden ersten Ende (E1) des Zylinders (1) vorgesehenen, mit einem Verschlussmittel (4) verschlossenen Anschluss (3) aufweist, und
    wobei die Einwegbehälter mit dem daran vorgesehenen Anschluss (3) jeweils an einem der Anschlussstücke (8, 14) angeschlossen sind, so dass das Verschlussmittel (4) geöffnet und durch Verschieben einer der Kolben (2, 24) Flüssigkeit (F) durch den Kanal (16, 17) beförderbar ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Kanal (16, 17) ein Kanalsystem aus mehreren miteinander verbundenen Kanälen ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei der Kanal (16, 17) oder das Kanalsystem zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet ist.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die Einrichtung (13) in Verbindung mit dem Kanal (16, 17) eine mikrofluidische Mischkammer und/oder einen mikrofluidischen Reaktionsraum und/oder einen mikrofluidischen Detektionsraum und/oder eine Blasenfalle aufweist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei der Kanal (16, 17) einen Durchmesser von höchsten 2 mm, vorzugsweise weniger als 1,5 mm, aufweist
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei die Einrichtung (13) zumindest ein aus der folgenden Gruppe ausgewähltes Mittel aufweist: Sensor, Elektrode, Temperiereinheit, Sieb, Filter, Membran, Affinitätsmatrix, vorgelegte Substanz, Magnet.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei ein das Anschlussstück (8, 14) mit dem Kanal (17) verbindender Verbindungskanal (16) vorgesehen ist.
  28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 27, wobei eine mit dem Kanal (17) verbundene, vorzugsweise mittels eines ersten Ventils (18), verschließbare Eingangsöffnung (19) vorgesehen ist.
  29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, wobei eine mit dem Kanal (18) verbundene, vorzugsweise mittels eines zweiten Ventils (20), verschließbare Ausgangsöffnung (21) vorgesehen ist.
  30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 29, wobei durch das Verschieben eines der Kolben (2, 24) Flüssigkeit (F) in den anderen Einwegbehälter beförderbar ist.
  31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 30, wobei jedes Anschlussstück (8, 14) einen Rohrstutzen, vorzugsweise eine Hohlnadel (9), zum Öffnen eines den Anschluss (3) verschließenden Verschlussmittels (4) aufweist.
  32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 31, wobei das Anschlussstück (8) und/oder der Rohrstutzen mit einem weiteren Verschlussmittel (15) verschlossen ist.
  33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 32, wobei der Einwegbehälter ein Einwegbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 20 ist.
  34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 33, wobei jeder der Einwegbehälter einen zu den Anschlussstücken (8, 14) korrespondierenden Anschluss (3) aufweist.
  35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 34, wobei die Einrichtung (17) mindestens eine zum Außendurchmesser des Einwegbehälters korrespondierende, vorzugsweise zylindrische, Ausnehmung (7) zum Führen des Anschlusses (3) des Einwegbehälters in eine Eingriffsposition mit dem Anschlussstück (8, 14) aufweist.
  36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 35, wobei die Einrichtung des Weiteren ein Mittel zum Fixieren des Einwegbehälters in einer relativ zum Anschlussstück (8, 14) festen Stellung aufweist.
  37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 36, wobei das Mittel zum Fixieren ein Mittel zum Halten des in die Ausnehmung (7) vollständig eingeschobenen und in das Anschlussstück (8, 14) eingreifenden Einwegbehälters in einer fixierten Position aufweist.
  38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 37, wobei das Mittel zu Halten zumindest ein das zweite Ende (E2) des Einwegbehälters randlich umgreifendes erstes Rastmittel (26) ist.
  39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 38, wobei ein Abstand (A) zwischen dem ersten Rastmittel (26) und dem Anschlussstück (8) so gewählt ist, dass der Einwegbehälter in die Ausnehmung (7) einführbar ist, ohne dass ein daran vorgesehenes Verschlussmittel (4) geöffnet wird.
  40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 39, wobei der/die Einwegbehälter mit ungeöffnetem Verschlussmittel (4) in der Ausnehmung (7) aufgenommen ist/sind.
  41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 40, wobei am Zylinder (1) des Einwegbehälters und/oder an der Innenwand der Ausnehmung (7) zweite Rastmittel (27) vorgesehen sind.
  42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 41, wobei die zweiten Rastmittel (27) so ausgebildet sind, dass der Einwegbehälter in eine erste Rastposition verschiebbar ist, in welcher der Anschluss (3) das Anschlussstück (8) flüssigkeitsdicht verschließt.
  43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 42, wobei die zweiten Rastmittel (27) so ausgebildet sind, dass der Einwegbehälter von der ersten in eine zweite Rastposition verschiebbar ist, in welcher der Anschluss (3) das Anschlussstück (8) flüssigkeitsdicht verschließt und der Rohrstutzen (9) das Verschlussmittel (4) durchstößt.
  44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 43, wobei im Kanal Flüssigkeit vorgelegt ist.
  45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 44, wobei mehrere Ausnehmungen (7) an einer Seite der Einrichtung (13) vorgesehen sind.
  46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 45, wobei die Einrichtung einstückig aus Kunststoff hergestellt ist.
  47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 46, wobei die Einrichtung (13) ein Mittel zum automatischen Auslesen von Informationen über in der Einrichtung (13) aufgenommene Mittel (F, P) zur Bearbeitung aufweist.
  48. Vorrichtung nach Anspruch 47, wobei das Mittel ein Barcode, ein Transponder, ein Chip oder eine spezifische Formgebung ist.
  49. Verfahren zur Bearbeitung von Molekülen mit folgenden Schritten:
    Bereitstellen mindestens zweier Einwegbehälter, von denen jeder einen Zylinder (1) mit einem darin verschiebbar geführten Kolben (2, 24) und einen an einem dem Kolben (2, 24) gegenüberliegenden ersten Ende (E1) des Zylinders (1) vorgesehenen Anschluss (3) aufweist,
    Bereitstellen einer mikrofluidischen Einrichtung (13) mit mindestens einem Kanal (16, 17), wobei am Kanal (16, 17) mindestens zwei Anschlussstücke (8, 14) zum Anschließen der Einwegbehälter vorgesehen sind,
    Anschließen der Einwegbehälter mit den daran vorgesehenen Anschlüssen (3) an den Anschlussstücken (8, 14),
    Verschieben eines der Kolben (2, 24), so dass eine Flüssigkeit (F) in dem Kanal (16, 17) befördert wird.
  50. Verfahren nach Anspruch 49, wobei die Flüssigkeit (F) in einem der Einwegbehälter enthalten ist.
  51. Verfahren nach Anspruch 49 oder 50, wobei die Flüssigkeit (F) vom einen in den anderen Einwegbehälter befördert wird.
  52. Verfahren nach einem der Ansprüche 49 bis 51, wobei beim Befüllen eines der Einwegbehälter der darin aufgenommene Kolben (2, 24) durch den Flüssigkeitsdruck verschoben wird.
  53. Verfahren nach einem der Ansprüche 49 bis 52, wobei durch Verschieben eines der Kolben (2, 24) eine im Kanal (16, 17) befindliche Flüssigkeit in einen vorgegebenen, vorzugsweise mäanderförmig ausgebildeten, Abschnitt des Kanals (16, 17) und/oder eine mikrofluidische Mischkammer und/oder einen mikrofluidischen Reaktionsraum und/oder einen mikrofluidischen Detektionsraum und/oder eine Blasenfalle verschoben wird.
  54. Verfahren nach einem der Ansprüche 49 bis 53, wobei zur Steuerung der Bewegung der Flüssigkeit im Kanal (16, 17) mindestens ein darin vorgesehene Ventil (18, 20) gemäß einem vorgegebenen Programm geöffnet und/oder geschlossen wird.
  55. Verfahren nach einem der Ansprüche 49 bis 54, wobei der Einwegbehälter in eine an der mikrofluidischen Einrichtung vorgesehene Ausnehmung (7) eingeschoben wird.
  56. Verfahren nach einem der Ansprüche 49 bis 55, wobei der Einwegbehälter in der Ausnehmung (7) in eine erste Rastposition verschoben wird, so dass der Anschluss (3) das Anschlussstück (8) flüssigkeitsdicht verschließt.
  57. Verfahren nach einem der Ansprüche 49 bis 56, wobei der Einwegbehälter von der ersten in eine zweite Rastposition verschoben wird, so dass der Anschluss (3) das Anschlussstück (8) flüssigkeitsdicht verschließt und der Rohrstutzen (9) das Verschlussmittel (4) durchstößt.
  58. Verfahren nach einem der Ansprüche 49 bis 57, wobei die Flüssigkeit (F) durch das Verschieben der Kolben (2, 24) derart in der Einrichtung (13) befördert wird, dass die zur Durchführung mindestens einer der folgenden Verfahren erforderlichen Schritte ausgeführt werden: Waschen, Aufreinigung, PCR, Detektion.
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