EP1856495A1 - Verfahren zur temperaturmessung in einem mikrofluidik kanal einer mikrofluidikvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur temperaturmessung in einem mikrofluidik kanal einer mikrofluidikvorrichtung

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Publication number
EP1856495A1
EP1856495A1 EP06706752A EP06706752A EP1856495A1 EP 1856495 A1 EP1856495 A1 EP 1856495A1 EP 06706752 A EP06706752 A EP 06706752A EP 06706752 A EP06706752 A EP 06706752A EP 1856495 A1 EP1856495 A1 EP 1856495A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
raman
light
microfluidic
volume element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06706752A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk G. Kurth
Alexander Iles
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Publication of EP1856495A1 publication Critical patent/EP1856495A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring temperature in a microfluidic channel of a microfluidic device.
  • Microfluidic devices for example microfluidic chips
  • microfluidic chips have in the meantime become indispensable tools in many fields of the natural sciences and medical diagnostics or have become promising candidates for hope.
  • the trend toward miniaturization with the aim of realizing reactions and analyzes on a chip (on-chip) is driven primarily by economic aspects, since the implementation of reactions and analyzes in microfluidic channels promises many advantages.
  • on-chip reactions and analyzes can be carried out quickly and resource-conserving on the basis of parallelization and automated control of reaction sequences, as well as high throughput rates and low transport times.
  • a controllable and efficient reaction execution is possible, in particular through targeted and rapid heat supply or heat dissipation.
  • microfluidic chips can be inexpensively produced in high quantities, for example by means of photolithographic processes, which is why they are particularly suitable for single use in medical diagnostics.
  • PCR polymerase chain reaction
  • thermocouples or transistors as well as by fluorescence.
  • the temperature measurement by means of thermocouples and transistors requires that they be integrated into the microfluidic device, which also interfaces must be provided to decrease the measured signals, which complicates the structure and thus the production of the microfluidic device.
  • the wires connected to the thermocouples and transistors are generally good thermal conductors, which can dissipate heat from the area to be measured, which can lead to inaccuracies in the temperature measurement.
  • the thermoelements or transistors must be provided with an insulating layer, which makes a determination of the in-situ temperature considerably more difficult.
  • fluorescence for temperature measurement can generally also be used in microfluidic systems.
  • it has proved to be disadvantageous in this method that in addition to the temperature, a large number of further factors influence the fluorescence signals and the system is difficult to calibrate when only one fluorescent dye is used.
  • US 2003/0048831 A1 describes an optical method and an optical device based on a laser source for carrying out an optical method for the trouble-free measuring of the temperature of a liquid flowing through a measuring chamber by fluorescence measurement, which is guided by a laser beam, which is directed into the measuring chamber. is measured.
  • the method is to use a fluorescence tracer sensitive to a single temperature.
  • the fluorescence tracer has at least two separate spectral detection windows. Rhodamine B, for example, is used as such a tracer.
  • GB 2373860 A discloses a monitoring system for measuring temperatures within a process chamber.
  • This chamber comprises a channel for the passage of the liquid, in which a chemical reaction takes place.
  • the channel extends through the entire chamber.
  • the chamber also includes temperature sensors to measure the temperature of the liquid flowing through.
  • the measuring principle is that the liquid in the channel has a mass that only after a certain time can follow a temperature change, that is heated or cooled. Thereby, the change in temperature of the product can be measured from the relationship between the temperature coefficients of the fluid (s) and the product during the chemical reaction.
  • DE 60002044 T2 describes a sensor and a sensor housing for measuring the thermal conductivity of fluids.
  • it is an encapsulated sensor, which is based on differential and absolute flow measurement of the fluid flowing through or its convection currents.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for measuring temperature in a microfluidic channel of a microfluidic device, with which the temperature can be measured easily and with reliable accuracy.
  • a volume element of the microfluidic channel in which the temperature is to be measured is irradiated with a light source
  • the Raman scattered light is detected by a detection means
  • the detected Raman scattered light is converted into Raman signals
  • the temperature prevailing in the volume element is calculated on the basis of the Raman signals.
  • the temperature can be measured simply and with reliable accuracy in a microfluidic channel of a microfluidic device, the principle of the measuring method being based on the so-called Raman scattering.
  • Raman scattering is the result of an inelastic interaction between a photon and a molecule.
  • the frequency of the scattered photon changes as it changes its energy, giving Stokes and Antistokes lines in the spectrum.
  • the photon transfers part of its kinetic energy to the molecule as vibrational energy during the interaction, a red shift of the primary light beam occurs. This process manifests itself in the Stokes lines of a spectrum. If the molecule is in an excited state, it can transmit this energy when interacting with the photon, returning to the ground state. The photon thus has a higher energy after the interaction than before the interaction, whereby its frequency changes and one observes a blue shift of the primary light beam.
  • the Stokes fraction predominates in the spectrum, since there are fewer molecules in the excited state. If, however, the temperature is increased, more and more molecules get into the excited state, so that the proportion of Antistokes lines in the spectrum increases. This changes the shape and intensity of the spectrum, giving information about the shape and intensity of the temperature.
  • the solution according to the invention also has the advantage that the Raman effect is not limited to a specific wavelength of the primary light beam, so that a large number of different light sources are suitable for the measurement. Furthermore, the method is non-invasive, which is why, in principle, any transparent microfluidic device is suitable for being measured without significant influencing of the medium to be examined. Furthermore, the method according to the invention can be applied to microfluidic devices over a wide temperature range, it being possible to obtain not only temperature but also further information, for example the identity of emerging molecules or the formation of radicals and intermediates, via the Raman scattering obtained.
  • the light scattered in the volume element Raman it is not absolutely necessary for the light scattered in the volume element Raman to be separated off before its detection by means of the detection means of elastically scattered and other unwanted light, for example by means of a beam splitter.
  • the separation can also take place after detection and conversion of the Raman scattered light into Raman signals, z. B. by extraction of the Raman signals from the other light signals.
  • Suitable light sources are monochromatic light sources or arrangements which generate monochromatic light, for example by means of monochromators or filters.
  • the volume element of the microfluidic channel in which the temperature is to be measured is irradiated with laser light. By increasing the intensity of Raman scattering, the accuracy of the temperature measurement can be further improved.
  • the volume element can also be irradiated simultaneously with monochromatic light of different wavelengths.
  • the volume element is irradiated with pulsed laser light in order to separate Raman scattering from fluorescence signals.
  • the laser beam is guided and focused several times by means of an arrangement of mirrors and lenses through the volume element in which the temperature is to be measured.
  • the microfluidic device can have mirrored surfaces which guide the irradiated light several times through the volume element and / or focus the scattered light, in particular Raman scattered light. This can be achieved according to a particularly preferred embodiment in that regions of the microfluidic channel bounding surfaces are mirrored.
  • the scattered light is focused by means of a lens.
  • the lens is an integral part of the microfluidic device.
  • the temperature measurement is carried out in corresponding volume elements of the microfluidic channel according to a further preferred embodiment of the invention.
  • the detection means is limited to the respective depth of the volume element, i. in the z-direction, while for correct positioning of the detection means in the x, y-direction, either the detection means or the microfluidic device is moved accordingly.
  • the Raman scattered light is detected by a set of detection means, so that a method of a single detection means or the microfluidic device is not required.
  • the corresponding volume elements are successively selectively irradiated with light and the temperature is measured separately for each of them.
  • the Raman scattered light is supplied to the detection means by means of a transfer means, preferably a glass fiber. This can be arranged on the microfluidic device.
  • the detection of the Raman scattered light can be carried out by means of a photomultiplier, a photodiode, a CCD and / or a CMOS photodetector.
  • the calculation of the temperature is preferably carried out on the basis of the shape of a Stokes line of an OH stretching vibration, since water shows a temperature-dependent OH stretching vibration, which is particularly well suited for this purpose.
  • the calculation of the temperature is performed on the basis of the intensity of an anti-Stokes line of the Raman signals.
  • a calibration can be carried out in a particularly simple manner by forming the ratio of the intensity of the Antistokes line and a corresponding Stokes line whose intensity is less temperature-dependent.
  • the accuracy of the temperature calculation can be further improved if it is done by means of more than one pair of Antistokes line and corresponding Stokes line of a Raman scattering molecule.
  • the temperature is calculated by comparing the measured Raman signals with Raman signals theoretically calculated for different temperatures during temperature calculation, assigning to the volume element the temperature of the theoretically calculated signals that best resemble the measured Raman signals.
  • the Raman scattered light is surface-enhanced, for example by means of metal colloids.
  • Metal colloids can be used in Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) to enhance scattered light.
  • SERS Surface Enhanced Raman Scattering
  • silver nanoparticles are used, which are added, for example, to the fluid flowing through a microfluidic channel.
  • the invention further relates to a use of the method according to the invention in the synthesis of molecules in a microfluidic device, in particular of biomolecules.
  • Oligonucleotides and polynucleotides which are preferably synthesized by means of the polymerase chain reaction, are particularly preferred as the molecules
  • Oligopeptides polypeptides and proteins.
  • the invention further relates to a use of the method according to the invention in the production of biochips, in particular in the in situ synthesis of biomolecules, in which the target molecules, i. the molecules with known identity, directly on the
  • the invention further relates to a Use of the method according to the invention in the production of laboratory-on-a-chip systems suitable for diagnostic methods.
  • the invention relates to a use of the method according to the invention in the immobilization of molecules, in particular of peptides, proteins, oligonucleotides or polynucleotides, or cells on a matrix in a microfluidic device.
  • immobilizing a precise adjustment of the temperature is usually required because on the one hand must be split off to initiate the Immobilmaschinesre syndrome temperature-labile protecting groups, on the other hand, for example proteins must not be heated too much, otherwise there is a risk of denaturation.
  • the invention relates to a use of the method according to the invention when using eukaryotic cells.
  • Eukaryotic cells are particularly sensitive to temperature fluctuations, which requires a largely accurate temperature measurement and a corresponding temperature control.
  • the invention further relates to the use of the method according to the invention in the screening of catalysts.
  • heat of reaction is released.
  • the size of the heat development is a measure of the activity of a catalyst.
  • the invention further relates to a use of the method according to the invention in the synthesis of nanoparticles.
  • the size distribution and the crystallinity of nanoparticles depend crucially on the temperature in their synthesis, so that in the synthesis to a desired size distribution and crystallinity of the particles to obtained, a corresponding temperature must be maintained as closely as possible.
  • the temperature measuring method according to the invention is therefore preferably used in the synthesis of nanoparticles in microfluidic devices.
  • the invention relates to a use of the method according to the invention in the label-free drug screening.
  • drug screenings are performed in microfluidic devices by means of labeled substances, for example by means of fluorescence-labeled substances.
  • the temperature measuring method according to the invention can be used in label-free drug screening, for example, the affinity of a substance to a target molecule by means of determined by the binding to the target molecule heat energy is determined by a temperature increase can be measured.
  • the invention further relates to a use of the method according to the invention in the label-free analytical electrophoresis in a microfluidic device, in which with regard to the accuracy and the reproducibility of the electrophoresis a precise maintenance of a predetermined temperature is required.
  • the invention relates to a device for measuring temperature in a microfluidic channel of a microfluidic device, comprising
  • a light source for irradiating a volume element of the microfluidic channel in which the temperature is to be measured
  • Detecting means for detecting the separated Raman scattered light Means for converting the detected Raman scattered light into Raman signals;
  • a computer for calculating the temperature in the volume element based on the Raman signals; a holding device that can be equipped with a microfluidic device.
  • the light source is a laser light source.
  • the detection means for detecting the Raman scattered light is formed by a photodiode.
  • Photodiodes are commercially available at particularly low cost and with them the Raman scattered light can be detected with sufficient accuracy and reliability.
  • the temperature can be measured in a microfluidic channel of a microfluidic device.
  • the holding device comprises at least one heating element.
  • the holding device comprises an adjusting device.
  • the holding device can be equipped with a compact disc.
  • a compact disc Such compact discs are described in the publication "Nature Biotechnology 2001 Aug; 19 (8): 717-21".
  • the device according to the invention comprises a microfluidic device.
  • Figure 1 is a schematic view of a device according to the invention
  • Figure 2 is a plan view of one of a holding device of the invention
  • FIG. 1 shows a device according to the invention which is designated overall by the reference numeral 10.
  • the device comprises a laser 15 as a light source, with which specifically desired volume elements of a microfluidic channel 20 of a microfluidic chip 25 can be irradiated as a microfluidic device in which the temperature is to be measured.
  • the scattered in the volume elements light is collected and focused by means of a converging lens 30 and the scattered light then fed to a beam splitter 35 as a separating agent, which Raman scattered light separated from elastically scattered and other unwanted light.
  • the separated Raman scattered light is supplied to a photodiode 40 as detection means for detecting the scattered light and as a means for converting the detected Raman scattered light into Raman signals.
  • the Raman signals are passed from the photodiode 40 to a computer 45, which calculates from these the temperature of the respective volume element. If the measured temperature values deviate from the desired values, then the actual temperatures are regulated to the desired values by means of heat elements 50, 55, 60.
  • the microfluidic chip rests on the three heat elements 50, 55, 60 as a holding device.
  • the heat elements 50, 55, 60 regulate the temperatures in the opposite to these sections of the microfluidic channel 20 of the microfluidic chip 25 for performing a polymerase chain reaction (PCR) to the target temperatures of about 95 0 C, 50 0 C and 70, respectively 0 C.
  • PCR polymerase chain reaction
  • each cycle requires the PCR, the passage of three temperature levels: in the denaturation (95 0 C) the double-stranded DNA separates into two single strands.
  • primer DNA sequences are attached to the single strands.
  • PCR reaction solution passes first in the regulated Mitteis of the thermal element 50 to a temperature of 95 0 C channel section 65, in which the double-stranded DNA is separated into two single strands. From the section 65, the solution then passes into the means of the heat element 55 to a temperature of 50 0 C regulated channel section 70, in which attach primer DNA sequences to the liberated single strands. After annealing of the primers, the reaction medium is fed into the regulated by the heating element 60 to a temperature of 70 0 C channel section 75, in which the individual strands are completed to a new DNA double strand and is abschlössen the cycle.
  • a renewed DNA doubling cycle begins with the denaturation phase when the
  • Channel section 85 enters. After the reaction solution has passed through the appropriate number of cycles, it exits from the outlet opening 95 and is collected there.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturmessung in einem mikrofluidik Kanal einer Mikrofluidikvorrichtung. Um ein Verfahren zur Temperaturmessung in einem mikrofluidik Kanal einer Mikrofluidikvorrichtung bereitzustellen, mit welchem die Temperatur einfach und mit zuverlässiger Genauigkeit gemessen werden kann, wird vorgeschlagen, dass ein Volumenelement des mikrofluidik Kanals, in dem die Temperatur gemessen werden soll, mit einer Lichtquelle bestrahlt wird; von dem in dem Volumenelement Raman gestreuten Licht elastisch gestreutes und anderes unerwünschtes Licht abgetrennt wird; das Raman-Streulicht von einem Erfassungsmittel erfasst wird; das erfasste Raman-Streulicht in Raman-Signale umgewandelt wird; die in dem Volumenelement herrschende Temperatur anhand der Raman-Signale berechnet wird.

Description

VERFAHREN ZUR TEMPERATURMESSUNG IN EINEM MIKROFLUIDIK KANAL EINER MIKROFLUIDIKVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturmessung in einem mikrofluidik Kanal einer Mikrofluidikvorrichtung.
Mikrofluidikvorrichtungen, beispielsweise mikrofluidik Chips, sind mittlerweile in einigen Bereichen der Naturwissenschaften und der medizinischen Diagnostik zu unentbehrlichen Werkzeugen bzw. zu vielversprechenden Hoffnungsträgern geworden. Dabei wird der Trend zur Miniaturisierung mit dem Ziel, Reaktionen und Analysen auf einem Chip (on- chip) zu realisieren, vor allem auch durch wirtschaftliche Aspekte vorangetrieben, da die Durchführung von Reaktionen und Analysen in mikrofluidik Kanälen viele Vorteile verspricht.
Zu diesen zählen zum einen, dass on-chip durch Parallelisierung und automatisierte Steuerung von Reaktionsabläufen, ebenso aufgrund hoher Durchsatzraten bzw. geringer Transportzeiten Reaktionen und Analysen schnell und ressourcenschonend durchgeführt werden können. Zum anderen ist prinzipiell eine steuerbare und effiziente Reaktionsdurchführung möglich, insbesondere durch gezielte und schnelle Wärmezuführung bzw. Wärmeableitung. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich mikrofluidik Chips beispielsweise mittels photolithographischer Prozesse preisgünstig in hohen Stückzahlen herstellen lassen, weshalb sie sich insbesondere auch für die Einmalverwendung in der medizinischen Diagnostik eignen.
Neuere Entwicklungen in der Mikrofluidik-Technik befassen sich mit dem Konzept des „Lab-on-a-Chip"-Systems, einem Mikrofluidiksystem, das für die Durchführung im konventionellen Labor entwickelte Verfahrensschritte auf Chipgröße verkleinert.
Eine besondere Bedeutung kommt dabei der Polymerase-Kettenreaktion (PCR Polymerase Chain Reaction) zu. Sie beinhaltet die Vervielfältigung von Genfragmenten mit Hilfe der wiederholten Aufspaltung und Ergänzung des DNA-Doppelstrangs durch biochemische Reaktionen und ist ein unentbehrliches Werkzeug der Molekularbiologie geworden, da mit ihr kleinste Probenmengen vermehrt werden können, bis die Zahl der gesuchten DNA-Moleküle ausreicht, um eindeutige Nachweise zu führen. Methoden wie der genetische Fingerabdruck wären ohne die PCR undenkbar, und auch in der medizinischen Diagnostik, etwa zum Auffinden von Tumorgenen in Gewebeproben oder dem Erkennen genetisch bedingter Krankheiten, spielt die PCR eine wichtige Rolle.
Aufgrund der imensen Bedeutung der PCR ist ihre Durchführung on-chip von großem Vorteil, da bei Reaktionen on-chip neben dem geringen Reaktionsvolumen nur wenig Chipmaterial erhitzt und abgekühlt werden muss, so dass ein miniaturisiertes PCR- System die Temperaturzyklen deutlich schneller durchfahren kann als dies mit herkömmlichen Verfahren möglich ist. So wird es möglich, bei genauer Temperaturregelung in kurzer Zeit mit einem PCR-Chip fast 100 Reaktionsschritte auszuführen und die DNA-Menge etwa zehnmilliardenfach zu vermehren.
Entscheidend für einen erfolgreichen Verlauf der PCR ist jedoch eine präzise Temperierung der Reaktionslösung. Jeder Zyklus der Kettenreaktion erfordert das Durchlaufen von drei Temperaturstufen: In der Denaturierungsphase (ca. 95 0C) trennt sich die doppelsträngige DNA in zwei Einzelstränge. Im nachfolgenden Annealing-Schritt (ca. 50 0C) lagern sich so genannte Primer-DNA-Sequenzen an die Einzelstränge an. In der abschließenden Elongations-Phase (ca. 70 0C) vervollständigen spezielle Enzyme die Einzelstränge zu einem neuen DNA-Doppelstrang. Mit jedem dieser Zyklen verdoppelt sich so die Zahl der DNA-Moleküle.
Die Entwicklung und die Ausdehnung der on-chip-Technologie auf Bereiche der Molekülsynthese, deren Erfolg und Ausbeute stark abhängig von einer genauen Einhaltung vorgegebener Temperaturen ist, gestaltet sich jedoch als problematisch, da in den kleinen Volumina von Mikrofluidiksystemen die Temperatur nur relativ aufwendig und nicht immer mit hinreichender Genauigkeit gemessen werden kann.
Im Stand der Technik bekannte Verfahren zur Temperaturmessung in Mikrofluidikvorrichtungen beinhalten im Wesentlichen die Messung mittels Thermoelementen oder -transistoren sowie mittels Fluoreszenz. Die Temperaturmessung mittels Thermoelementen und -transistoren erfordert, dass diese in die Mikrofluidikvorrichtung integriert werden, wobei ebenfalls Schnittstellen zur Abnahme der gemessenen Signale bereitgestellt werden müssen, was den Aufbau und damit die Herstellung der Mikrofluidikvorrichtung verkompliziert. Ferner sind die mit den Thermoelementen und -transistoren verbundenen Drähte im Regelfall gute thermische Leiter, welche Wärme von dem zu messenden Bereich abführen können, was zu Ungenauigkeiten in der Temperaturmessung führen kann. Weiterhin müssen die Thermoelemente bzw. -transistoren, um Reaktionen mit dem fluiden Medium oder mit den in diesem enthaltenen Substanzen zu vermeiden, mit einer Isolierschicht versehen werden, was eine Bestimmung der in-situ-Temperatur deutlich erschwert.
Da die Temperatur einen signifikanten Einfluss auf Fluoreszenzsignale hat, kann die Fluoreszenz zur Temperaturmessung im Allgemeinen auch in Mikrofluidiksystemen herangezogen werden. Als nachteilig bei diesem Verfahren hat sich allerdings erwiesen, dass neben der Temperatur eine Vielzahl weiterer Faktoren die Fluoreszenzsignale beeinflussen und bei der Verwendung lediglich einer Fluoreszenzfarbe das System nur schwer zu kalibrieren ist.
Die US 2003/0048831 A1 beschreibt ein optisches Verfahren und eine optische Vorrichtung basierend auf einer Laserquelle zur Durchführung eines optischen Verfahrens für das störungsfreie Messen der Temperatur einer durch eine Meßkammer durchfließenden Flüssigkeit durch Fluoreszenzmessung, die über einen Laserstrahl, der in die Meßkammer gelenkt wird, gemessen wird. Das Verfahren besteht darin, dass man einen Fluoreszenztracer, der für eine einzige Temperatur empfindlich ist, verwendet. Der Fluoreszenztracer weist wenigstens zwei getrennte spektrale Nachweisfenster auf. Als derartiger Tracer wird beispielsweise Rhodamin B verwendet.
Die GB 2373860 A offenbart ein Überwachungssystem zur Messung von Temperaturen innerhalb einer Prozesskammer. Diese Kammer umfasst einen Kanal für das Durchfließen der Flüssigkeit, in der eine chemische Reaktion stattfindet. Der Kanal erstreckt sich durch die gesamte Kammer. Die Kammer umfasst außerdem Temperatursensoren, um die Temperatur der durchfließenden Flüssigkeit zu messen. Das Meßprinzip besteht darin, dass die Flüssigkeit in dem Kanal eine Masse aufweist, die erst nach einer gewissen Zeit einem Temperaturwechsel folgen kann, d. h. erwärmt oder abgekühlt wird. Dadurch kann der Wechsel der Temperatur des Produkts aus der Beziehung zwischen den Temperaturkoeffizienten des Fluids bzw. der Edukte und des Produkts während der chemischen Reaktion gemessen werden.
Die DE 60002044 T2 beschreibt einen Sensor sowie ein Sensorgehäuse zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von Fluiden. Insbesondere handelt es sich dabei um einen eingekapselten Sensor, der auf differentieller und absoluter Strömungsmessung des durchfließenden Fluids bzw. von dessen Konvektionsströmungen beruht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperaturmessung in einem mikrofluidik Kanal einer Mikrofluidikvorrichtung bereitzustellen, mit welchem die Temperatur einfach und mit zuverlässiger Genauigkeit gemessen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
ein Volumenelement des mikrofluidik Kanals, in dem die Temperatur gemessen werden soll, mit einer Lichtquelle bestrahlt wird;
von dem in dem Volumenelement Raman gestreuten Licht elastisch gestreutes und anderes unerwünschtes Licht abgetrennt wird;
das Raman-Streulicht von einem Erfassungsmittel erfasst wird;
das erfasste Raman-Streulicht in Raman-Signale umgewandelt wird;
die in dem Volumenelement herrschende Temperatur anhand der Raman-Signale berechnet wird.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann in einem mikrofluidik Kanal einer Mikrofluidikvorrichtung die Temperatur einfach und mit zuverlässiger Genauigkeit gemessen werden, wobei das Prinzip des Messverfahrens auf der sogenannten Raman- Streuung beruht. Die Raman-Streuung ist das Ergebnis einer inelastischen Wechselwirkung zwischen einem Photon und einem Molekül. Dabei ändert sich die Frequenz des gestreuten Photons, da es seine Energie ändert, wobei man Stokes- und Antistokes-Linien im Spektrum erhält.
Gibt das Photon bei der Wechselwirkung einen Teil seiner kinetischen Energie an das Molekül als Schwingungsenergie ab, so tritt eine Rotverschiebung des Primärlichtstrahls auf. Dieser Prozess äußert sich in den Stokes-Linien eines Spektrums. Befindet sich das Molekül in einem angeregten Zustand, so kann es bei der Wechselwirkung mit dem Photon diesem Energie mitgeben und dabei in den Grundzustand zurückkehren. Das Photon besitzt nach der Wechselwirkung also eine höhere Energie als vor der Wechselwirkung, wodurch sich seine Frequenz ändert und man eine Blauverschiebung des Primärlichtstrahls beobachtet.
Bei niedrigen Temperaturen überwiegt der Stokes-Anteil im Spektrum, da sich weniger Moleküle im angeregten Zustand befinden. Erhöht man jedoch die Temperatur, so gelangen mehr und mehr Moleküle in den angeregten Zustand, so dass sich der Anteil der Antistokes-Linien im Spektrum erhöht. Damit ändert sich die Form und die Intensität des Spektrums, wobei man über die Form und die Intensität Informationen über die Temperatur erhält.
Die erfindungsgemäße Lösung weist ferner den Vorteil auf, dass der Raman-Effekt nicht auf eine bestimmte Wellenlänge des Primärlichtstrahls beschränkt ist, so dass eine Vielzahl verschiedener Lichtquellen für die Messung geeignet sind. Weiter ist das Verfahren nicht invasiv, weshalb im Prinzip jede transparente Mikrofluidikvorrichtung geeignet ist, ohne nennenswerte Beeinflussung des zu untersuchenden Mediums vermessen zu werden. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren bei Mikrofluidikvorrichtungen über einen weiten Temperaturbereich angewendet werden, wobei über die erhaltene Raman-Streuung neben der Temperatur auch weitere Informationen, beispielsweise die Identität entstehender Moleküle oder das Entstehen von Radikalen und Zwischenprodukten, erhalten werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht unbedingt notwendig, dass das in dem Volumenelement Raman gestreuten Licht vor seiner Erfassung mittels des Erfassungsmittels von elastisch gestreutem und anderem unerwünschten Licht, beispielsweise mittels eines Strahlenteilers, abgetrennt wird. Die Abtrennung kann auch nach Erfassung und Umwandlung des Raman-Streulichts in Raman-Signale erfolgen, z. B. durch Extraktion der Raman-Signale von den übrigen Licht-Signalen.
Als Lichtquelle eignen sich monochromatische Lichtquellen oder Anordnungen, die beispielsweise mittels Monochromatoren oder Filter monochromatisches Licht erzeugen. Zur Erhöhung der Intensität der Raman-Streuung und damit der Raman-Signale kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass das Volumenelement des mikrofluidik Kanals, in dem die Temperatur gemessen werden soll, mit Laserlicht bestrahlt wird. Durch eine Erhöhung der Intensität der Raman-Streuung kann die Genauigkeit der Temperaturmessung weiter verbessert werden. Das Volumenelement kann auch gleichzeitig mit monochromatischem Licht verschiedener Wellenlängen bestrahlt werden.
Wird die Raman-Streuung von Fluoreszenzsignalen überlagert, so kann gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Volumenelement mit gepulstem Laserlicht bestrahlt wird, um Raman-Streuung von Fluoreszenzsignalen zu trennen.
Zur Erhöhung der Intensität der Raman-Streuung und damit zur weiteren Verbesserung der Temperaturmessung kann vorgesehen sein, dass der Laserstrahl mittels einer Anordnung von Spiegeln und Linsen mehrfach durch das Volumenelement, in welchem die Temperatur gemessen werden soll, geleitet und fokussiert wird.
Ferner kann zur Erhöhung der Intensität der Raman-Streuung die Mikrofluidikvorrichtung verspiegelte Flächen aufweisen, die das eingestrahlte Licht mehrfach durch das Volumenelement leiten und/oder die gestreutes Licht, insbesondere Raman-Streulicht, fokussieren. Dies lässt sich gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform dadurch erreichen, dass Bereiche von den den mikrofluidik Kanal begrenzenden Flächen verspiegelt sind. Um einen möglichst hohen Anteil des Raman-Streulichts für die Temperaturmessung zu sammeln, kann vorgesehen sein, dass das Streulicht mittels einer Linse fokussiert wird. Dabei ist entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung die Linse integraler Bestandteil der Mikrofluidikvorrichtung.
Zur Erstellung eines zwei- oder dreidimensionalen Temperaturprofils des mikrofluidik Kanals wird gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Temperaturmessung in entsprechenden Volumenelementen des mikrofluidik Kanals durchgeführt. Dazu kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass das Erfassungsmittel auf die jeweilige Tiefe des Volumenelements, d.h. in z-Richtung, fokussiert wird, während für eine korrekte Positionierung des Erfassungsmittels in x,y-Richtung entweder das Erfassungsmittel oder die Mikrofluidikvorrichtung entsprechend verfahren wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Raman-Streulicht von einem Satz von Erfassungsmitteln erfasst wird, so dass ein Verfahren eines einzelnen Erfassungsmittels oder der Mikrofluidikvorrichtung nicht erforderlich ist.
Zur Erstellung eines zwei- oder dreidimensionalen Temperaturprofils des mikrofluidik Kanals kann auch vorgesehen sein, dass die entsprechenden Volumenelemente nacheinander selektiv mit Licht bestrahlt werden und für diese jeweils gesondert die Temperatur gemessen wird.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Raman- Streulicht dem Erfassungsmittel mittels eines Transfermittels, vorzugsweise einer Glasfaser, zugeführt. Dieses kann an der Mikrofluidikvorrichtung angeordnet sein.
Die Erfassung des Raman-Streulichts kann mittels eines Photomultipliers, einer Photodiode, eines CCD- und/oder eines CMOS-Photodetektors durchgeführt werden.
Insbesondere bei zu untersuchenden wässrigen Systemen wird die Berechnung der Temperatur bevorzugt anhand der Gestalt einer Stokes-Linie einer OH-Streckschwingung durchgeführt, da Wasser eine temperaturabhängige OH-Streckschwingung zeigt, die für diese Zwecke besonders gut geeignet ist. Alternativ oder zusätzlich wird die Berechnung der Temperatur anhand der Intensität einer Antistokes-Linie der Raman-Signale durchgeführt. Dabei kann für die Temperaturberechnung eine Kalibrierung in besonders einfacher Weise erfolgen, indem das Verhältnis der Intensität der Antistokes-Linie und einer entsprechenden Stokes-Linie gebildet wird, deren Intensität weniger temperaturabhängig ist.
Die Genauigkeit der Temperaturberechnung lässt sich weiter verbessern, wenn sie mittels mehr als einem Paar von Antistokes-Linie und entsprechender Stokes-Linie eines Raman streuenden Moleküls erfolgt.
Alternativ wird die Temperatur berechnet, indem bei der Temperaturberechnung die gemessenen Raman-Signale mit für verschiedene Temperaturen theoretisch berechneten Raman-Signalen verglichen werden, wobei dem Volumenelement die Temperatur der theoretisch berechneten Signale zugeordnet wird, die den gemessenen Raman-Signalen am besten gleichen.
Um die Empfindlichkeit des Verfahrens weiter zu erhöhen, kann gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Raman-Streulicht beispielsweise mittels Metallkolloide oberfächenverstärkt wird. Metallkolloide können bei der oberflächenverstärkten Raman-Streuung (SERS, surface enhanced Raman spectroscopy) zur Verstärkung des Streulichtes verwendet werden. Dabei kommen vorzugsweise Silber-Nanopartikel zum Einsatz, welche beispielsweise dem durch einen mikrofluidik Kanal fließenden Fluid zugesetzt werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Synthese von Molekülen in einer Mikrofluidikvorrichtung, insbesondere von Biomolekülen.
Dabei sind als Moleküle insbesondere Oligonucleotide und Polynucleotide bevorzugt, die vorzugsweise mittels der Polymerase-Kettenreaktion synthetisiert werden, sowie
Oligopeptide, Polypeptide und Proteine.
Die Erfindung betrifft femer eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Herstellung von Biochips, insbesondere bei der in-situ-Synthese von Biomolekülen, bei welcher die Zielmoleküle, d.h. die Moleküle mit bekannter Identität, direkt auf der
Oberfläche des Biochips synthetisiert werden. Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von für Diagnostizierverfahren geeignete Labor-auf-einem-Chip Systeme.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Immobilisierung von Molekülen, insbesondere von Peptiden, Proteinen, Oligonucleotiden oder Polynucleotiden, oder Zellen an einer Matrix in einer Mikrofluidikvorrichtung. Bei der Immobilisierung ist in der Regel eine genaue Einstellung der Temperatur erforderlich, da einerseits zum Einleiten der Immobilisierungsreaktion temperaturlabile Schutzgruppen abgespalten werden müssen, andererseits zum Beispiel Proteine nicht zu stark erwärmt werden dürfen, da ansonsten die Gefahr ihrer Denaturierung besteht.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Einsatz eukaryontischer Zellen. Eukaryontische Zellen reagieren besonders empfindlich auf Temperturschwankungen, was eine weitestgehend genaue Temperaturmessung und eine entsprechende Temperaturregelung erforderlich macht.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Screening von Katalysatoren. Bei der Umsetzung von Substraten mittels Katalysatoren wird Reaktionswärme frei. Dabei ist die Größe der Wärmeentwicklung unter anderem ein Maß für die Aktivität eines Katalysators. Mittels des erfindungsgemäßen Temperaturmessverfahrens können daher in Mikrofluidikvorrichtungen potentielle Katalysatoren für eine vorgegebene Reaktion auf ihre Aktivität und damit auf ihre Geeignetheit hin untersucht werden. Es können sowohl homogene als auch heterogene Katalysatoren oder Katalysatorsysteme untersucht werden. Bei den beiden letzteren beispielsweise wird ein Katalysator in einem Bereich eines mikrofluidik Kanals einer Mikrofluidikvorrichtung immobilisiert und die Wärmeentwicklung während der Reaktion in diesem Bereich anhand der Temperatur bestimmt, mittels welcher die Aktivität des Katalysators bestimmbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Synthese von Nanopartikeln. Insbesondere die Größenverteilung und die Kristallinität von Nanopartikeln hängt entscheidend von der Temperatur bei ihrer Synthese ab, so dass bei der Synthese, um eine gewünschte Größenverteilung und Kristallinität der Partikel zu erhalten, eine entsprechende Temperatur weitestgehend genau eingehalten werden muss. Das erfindungsgemäße Temperaturmessverfahren wird daher bevorzugt bei der Synthese von Nanopartikeln in Mikrofluidikvorrichtungen eingesetzt.
Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim markierungsfreien Wirkstoff-Screening. In der Regel werden Wirkstoff-Screenings in Mikrofluidikvorrichtungen mittels markierter Substanzen, beispielsweise mittels fluoreszenzmarkierter Substanzen, durchgeführt. Da das erfindungsgemäße Verfahren eine genaue und sensitive Temperaturmessung innerhalb einer Mikrofluidikvorrichtung erlaubt, kann das erfindungsgemäße Temperaturmessverfahren beim markierungsfreien Wirkstoff-Screening eingesetzt werden, wobei beispielsweise die Affinität einer Substanz zu einem Zielmolekül mittels der durch die Bindung an dem Zielmolekül freiwerdenden Wärmeenergie bestimmt wird, die anhand einer Temperaturerhöhung gemessen werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der markierungsfreien analytischen Elektrophorese in einer Mikrofluidikvorrichtung, bei der hinsichtlich der Genauigkeit und der Reproduzierbarkeit der Elektrophorese eine genaue Einhaltung einer vorgegebenen Temperatur erforderlich ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Temperaturmessung in einem mikrofluidik Kanal einer Mikrofluidikvorrichtung, umfassend
eine Lichtquelle zur Bestrahlung eines Volumenelements des mikrofluidik Kanals, in dem die Temperatur gemessen werden soll;
Separierungsmittel zum Abtrennen von in dem Volumenelement Raman gestreutem Licht von elastisch gestreutem und anderem unerwünschten Licht;
Erfassungsmittel zum Erfassen des abgetrennten Raman-Streulichts; Mittel zum Umwandeln des erfassten Raman-Streulichts in Raman-Signale;
einen Computer zur Berechnung der in dem Volumenelement herrschenden Temperatur anhand der Raman-Signale; eine Haltevorrichtung, die mit einer Mikrofluidikvorrichtung bestückbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Lichtquelle eine Laserlichtquelle. Dadurch kann eine Erhöhung der Intensität der Raman- Streuung und damit der Raman-Signale erreicht werden.
Günstig ist es, wenn das Erfassungsmittel zum erfassen des Raman-Streulichts von einer Photodiode gebildet ist. Photodioden sind im Handel besonders kostengünstig erhältlich und mit ihnen kann das Raman-Streulicht ausreichend genau und zuverlässig erfasst werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Temperatur in einem mikrofluidik Kanal einer Mikrofluidikvorrichtung gemessen werden. Um bei Abweichung der in dem mikrofluidik Kanal der Mikrofluidikvorrichtung gemessenen Temperatur von der Solltemperatur die Temperatur in dem Kanal regeln zu können, umfasst die Haltevorrichtung zumindest ein Wärmeelement.
Um die Lichtquelle und eine mittels der Haltevorrichtung gehaltenen Mikrofluidikvorrichtung aufeinander abstimmen zu können, so dass die Lichtquelle ein vorgegebenes Volumenelement bestrahlt, ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung eine Justiervorrichtung umfasst.
Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung mit einer Kompakt-Disc bestückbar. Derartige Kompakt-Discs sind in der Schrift „Nature Biotechnology 2001 Aug;19(8):717-21" beschrieben.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Mikrofluidikvorrichtung.
Die nachfolgende Beschreibung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Figur 1 schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 2 Draufsicht auf eine von einer Haltevorrichtung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gehaltenen Mikrofluidikvorrichtung;
Figur 3 Ansicht einer Stirnseite der Haltevorrichtung und der
Mikrofluidikvorrichtung.
In der Figur 1 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt. Die Vorrichtung umfasst einen Laser 15 als Lichtquelle, mit dem gezielt gewünschte Volumenelemente eines mikrofluidik Kanals 20 eines Mikrofluidik- Chips 25 als Mikrofluidikvorrichtung, in denen die Temperatur gemessen werden soll, bestrahlt werden können. Das in den Volumenelementen gestreute Licht wird mittels einer Sammellinse 30 gesammelt und fokussiert und das Streulicht anschließend einem Strahlenteiler 35 als Separierungsmittel zugeführt, welcher Raman gestreutes Licht von elastisch gestreutem und anderem unerwünschten Licht abtrennt.
Das abgetrennte Raman-Streulicht wird einer Photodiode 40 als Erfassungsmittel zum Erfassen des Streulichts und als Mittel zum Umwandeln des erfassten Raman-Streulicht in Raman-Signale zugeleitet. Die Raman-Signale werden von der Photodiode 40 zu einem Computer 45 weitergeleitet, der aus diesen die Temperatur des jeweiligen Volumenelements berechnet. Weichen die gemessenen Temperaturwerte von den Sollwerten ab, so werden die Ist-Temperaturen mittels Wärmeelemente 50, 55, 60 auf die Sollwerte geregelt.
Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, liegt der Mikrofluidik-Chip auf den drei Wärmeelementen 50, 55, 60 als Haltevorrichtung auf. Die Wärmeelemente 50, 55, 60 regeln die Temperaturen in den gegenüber diesen gelegenen Abschnitte des mikrofluidik Kanals 20 des Mikrofluidik-Chips 25 für die Durchführung einer Polymerase- Kettenreaktion (PCR) auf die Solltemperaturen von ungefähr 95 0C, 50 0C bzw. 70 0C. Dabei erfordert jeder Zyklus der PCR das Durchlaufen von drei Temperaturstufen: In der Denaturierungsphase (ca. 95 0C) trennt sich die doppelsträngige DNA in zwei Einzelstränge. Im nachfolgenden Annealing-Schritt (ca. 50 0C) lagern sich Primer-DNA- Sequenzen an die Einzelstränge an. In der abschließenden Elongations-Phase (ca. 70 0C) vervollständigen spezielle Enzyme die Einzelstränge zu einem neuen DNA- Doppelstrang. Mit jedem dieser Zyklen verdoppelt sich die Zahl der DNA-Moleküle. Die über die Eintrittsöffnung 90 in den Kanal 20 eintretende PCR-Reaktionslösung gelangt zunächst in den mitteis des Wärmeelements 50 auf eine Temperatur von 95 0C geregelten Kanalabschnitt 65, in welchem sich die doppelsträngige DNA in zwei Einzelstränge auftrennt. Von dem Abschnitt 65 gelangt die Lösung dann in den mittels des Wärmeelements 55 auf eine Temperatur von 50 0C geregelten Kanalabschnitt 70, in welchem sich Primer-DNA-Sequenzen an die freigesetzten Einzelstränge anlagern. Nach der Anlagerung der Primer wird das Reaktionsmedium in den durch das Wärmeelement 60 auf eine Temperatur von 70 0C geregelten Kanalabschnitt 75 geführt, in dem die Einzelstränge zu einem neuen DNA-Doppelstrang vervollständigt werden und der Zyklus abschlössen wird.
Ein erneuter DNA-Verdoppelungs-Zyklus beginnt mit der Denaturierungsphase, wenn die
Lösung über den auf 50 0C temperierten Abschnitt 80 in den auf 95 0C geregelten
Kanalabschnitt 85 eintritt. Nachdem die Reaktionslösung die entsprechende Anzahl von Zyklen durchlaufen hat, tritt sie aus der Austrittsöffnung 95 aus und wird dort aufgefangen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Temperaturmessung in einem mikrofluidik Kanal (20) einer Mikrofluidikvorrichtung (25), bei welchem
ein Volumenelement des mikrofluidik Kanals (20), in dem die Temperatur gemessen werden soll, mit einer Lichtquelle (15) bestrahlt wird;
von dem in dem Volumenelement Raman gestreuten Licht elastisch gestreutes und anderes unerwünschtes Licht abgetrennt wird;
das Raman-Streulicht von einem Erfassungsmittel (40) erfasst wird;
das erfasste Raman-Streulicht in Raman-Signale umgewandelt wird;
die in dem Volumenelement herrschende Temperatur anhand der Raman-Signale berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenelement des mikrofluidik Kanals (20), in dem die Temperatur gemessen werden soll, mit
Laserlicht bestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserlicht gepulstes Laserlicht ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserlicht mittels einer Anordnung von Spiegeln und Linsen mehrfach durch das Volumenelement, in welchem die Temperatur gemessen werden soll, geleitet und/oder fokussiert wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofluidikvorrichtung (25) verspiegelte Flächen aufweist, die das eingestrahlte Licht mehrfach durch das Volumenelement leiten und/oder das gestreute Licht, insbesondere Raman-Streulicht, fokussieren.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche von den den mikrofluidik Kanal (20) begrenzenden Flächen verspiegelt sind.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Streulicht mittels einer Linse (30) fokussiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse integraler Bestandteil der Mikrof luidikvorrichtung (25) ist.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessung in mehreren voneinander verschiedenen Volumenelementen des mikrofluidik Kanals (20) durchgeführt wird zur Erstellung eines zwei- oder dreidimensionalen Temperaturprofils des Kanals (20).
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Raman-Streulicht dem Erfassungsmittel (40) mittels eines Transfermittels, vorzugsweise einer Glasfaser, zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Transfermittel an der Mikrofluidikvorrichtung (25) angeordnet ist.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Raman-Streulichts mittels eines Photomultipliers, einer
Photodiode (40), eines CCD- oder eines CMOS-Photodetektors durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Temperatur anhand der Gestalt einer Stokes-Linie der Raman-Signale durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Temperatur anhand der Intensität einer Antistokes-Linie der Raman-Signale durchgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Temperaturberechnung eine Kalibrierung erfolgt, bei welcher das Verhältnis der
Intensität der Antistokes-Linie und einer entsprechenden Stokes-Linie gebildet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturberechnung mittels mehr als einem Paar von Antistokes-Linie und entsprechender Stokes-Linie eines Raman streuenden Moleküls erfolgt.
17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Temperaturberechnung die gemessenen Raman-Signale mit für verschiedene Temperaturen theoretisch berechneten Raman-Signalen verglichen werden, wobei dem Volumenelement die Temperatur der theoretisch berechneten Signale zugeordnet wird, die den gemessenen Raman-Signalen am besten gleichen.
18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Raman-Streulicht beispielsweise mittels Metallkolloide oberfächenverstärkt wird.
19. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 bei der Synthese von Molekülen, insbesondere von Biomolekülen, in einer
Mikrofluidikvorrichtung (25).
20. Verwendung nach Anspruch 19 , dadurch gekennzeichnet, dass die Moleküle Oligonucleotide sind.
21. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Moleküle Polynucleotide sind.
22. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion zur Synthese der Moleküle eine Polymerase-Kettenreaktion ist.
23. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Moleküle Oligopeptide oder Polypeptide sind.
24. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Moleküle Proteine sind.
25. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 bei der Herstellung von Biochips oder bei der Herstellung von für Diagnostizierverfahren geeignete Labor-auf-einem-Chip Systeme.
26. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 bei der Immobilisierung von Molekülen, insbesondere von Peptiden, Proteinen, Oligonucleotiden oder Polynucleotiden, oder Zellen an einer Matrix in einem mikrofluidik Kanal (20) einer Mikrofluidikvorrichtung (25).
27. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 beim Einsatz eukaryontischer Zellen.
28. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 beim Screening von Katalysatoren.
29. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 bei der Synthese von Nanopartikeln.
30. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 bei der Durchführung eines markierungsfreien Wirkstoff-Screenings.
31. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 bei der Durchführung einer markierungsfreien Elektrophorese.
32. Vorrichtung (10) zur Temperaturmessung in einem mikrofluidik Kanal (20) einer Mikrofluidikvorrichtung (25), umfassend
eine Lichtquelle (15) zur Bestrahlung eines Volumenelements des mikrofluidik Kanals (20), in dem die Temperatur gemessen werden soll;
Separierungsmittel (35) zum Abtrennen von in dem Volumenelement Raman gestreutem Licht von elastisch gestreutem und anderem unerwünschten Licht;
Erfassungsmittel (40) zum Erfassen des abgetrennten Raman-Streulichts;
Mittel (40) zum Umwandeln des erfassten Raman-Streulicht in Raman-Signale;
einen Computer (45) zur Berechnung der in dem Volumenelement herrschenden Temperatur anhand der detektierten Raman-Signale;
eine Haltevorrichtung (50, 55, 60), die mit einer Mikrofluidikvorrichtung (25) bestückbar ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (15) ein Laserlichtquelle ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel (40) zum erfassen des Raman-Streulicht von einer Photodiode gebildet ist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (50, 55, 60) zumindest ein Wärmeelement umfasst.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (50, 55, 60) eine Justiervorrichtung umfasst.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (50, 55, 60) mit einer Kompakt-Disc bestückbar ist.
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