EP2737949A2 - Abgabe- und Dosiersystem, insbesondere von Substanzen in mikrofluidischen Systemen, sowie Verfahren und Kartusche mit dem Abgabe- und Dosiersystem - Google Patents

Abgabe- und Dosiersystem, insbesondere von Substanzen in mikrofluidischen Systemen, sowie Verfahren und Kartusche mit dem Abgabe- und Dosiersystem Download PDF

Info

Publication number
EP2737949A2
EP2737949A2 EP13191863.3A EP13191863A EP2737949A2 EP 2737949 A2 EP2737949 A2 EP 2737949A2 EP 13191863 A EP13191863 A EP 13191863A EP 2737949 A2 EP2737949 A2 EP 2737949A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dispensing
fluid
separating element
actuation
substance
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Withdrawn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
EP13191863.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2737949A3 (de
Inventor
Melanie HOEHL
Martina Daub
Juergen Steigert
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2737949A2 publication Critical patent/EP2737949A2/de
Publication of EP2737949A3 publication Critical patent/EP2737949A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/52—Containers specially adapted for storing or dispensing a reagent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0621—Control of the sequence of chambers filled or emptied
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0672—Integrated piercing tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0832—Geometry, shape and general structure cylindrical, tube shaped
    • B01L2300/0841—Drums
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087—Multiple sequential chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/163—Biocompatibility
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0409—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0472—Diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0677—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0677—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers
    • B01L2400/0683—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers mechanically breaking a wall or membrane within a channel or chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5021—Test tubes specially adapted for centrifugation purposes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes

Definitions

  • biochemical processes are based in particular on the handling of liquids. Typically, this manipulation is done manually with tools such as pipettes, reaction vessels, active probe surfaces or laboratory equipment. By pipetting robots or special equipment, these processes are already partially automated.
  • Lab-on-a-Chip systems (also referred to as the West Pocket Laboratory or the Chiplabor) accommodate all the functionality of a macroscopic laboratory on a plastic plastic-sized plastic substrate.
  • Lab-on-a-chip systems typically consist of two major components.
  • a test carrier includes structures and mechanisms for the implementation of basic fluidic operations (e.g., mixers), which may consist of passive components such as channels, reaction chambers and upstream reagents, or even active components such as valves or pumps.
  • the second main component is actuation, detection and control units.
  • Such systems make it possible to carry out biochemical processes fully automatically.
  • US 2005/0191708 A1 shows a microfluidic system in which small volumes of liquid can be agitated or mixed due to microwave heated materials.
  • the defined in the claim 1 dispensing and metering system, the defined in claim 11 cartridge and the method defined in claim 12 have over conventional solutions the advantage that it selectively upstream Substances (in any state of aggregation) can be released by actuation or by contact with other substances in a fluid, wherein the upstream substance is in an initial configuration of the dispensing and dosing in the fluid or adjacent to the fluid and a mixing by a separating element Prevented substance and fluid is prevented until the occurrence of Aktuation on the separating element.
  • the present dosing and dispensing system can advantageously be used for the storage of substances, for their targeted release and thereby as a dosing, dispensing and modeling system.
  • the present metering and dispensing system is particularly well adapted for selectively adjusting the reaction kinetics of the fluid with the dispensed precursor substance, which reaction kinetics can be controlled primarily by the choice of material for the separator.
  • the present Metering and dispensing system in an advantageous manner regardless of device control methods, such as the speed of the centrifuge or use of pneumatic valves, activated or its delivery behavior can be selectively changed.
  • the present dosing and dispensing system can be used, for example, for chemical reactions, biological reactions (in the form of reagent pre-storage, kinetic assays, eg, fluorescence, immuno or enzyme steps) and other processes (enzyme or reagent for kinetic enzymatic reaction in a cartridge with a so-called 'Ballpoint pen mechanism').
  • the hitherto required elaborate welding, sealing, thermal or ultrasonic bonding of chambers for certain reagents can advantageously be dispensed with.
  • the present dosing and dispensing system is inexpensive, technically easy to implement and easily integrated into existing devices and devices.
  • an actuation is to be understood as meaning any type of targeted and / or predetermined action on the separating element, which is responsible for dispensing the upstream one Substance provides the fluid.
  • the actuation can also be effected by the contact of the separating element with the upstream substance and / or the fluid.
  • the actuation of the separating element takes place from outside the dispensing and metering system (for example in the manner of heat or radiation or contact with a substance).
  • Fluid and upstream substance herein means a liquid, a gas, one (or more) particles, or a solid.
  • the actuation comprises a physical or chemical stimulation of the separating element.
  • physical stimulation an (external) force, centrifugal force, (hydrostatic) pressure or electrical energy may be listed.
  • chemical stimulation the pH, the solubility, the surface area and the temperature of the upstream substance, separating element or fluid can be listed.
  • the actuation may also include the contact of the upstream substance with the fluid.
  • the delivery of the upstream substance to the fluid after the actuation of the separating element is continuously metered, discrete, time-delayed or multi-stage over a predefined period.
  • a continuously metered delivery is intended to describe a delivery with a substantially constant delivery rate of the upstream substance over the predefined period of time.
  • a discrete delivery is intended to describe a substantially one-time delivery of the upstream substance over the predefined period of time.
  • a time-delayed delivery is intended to describe a delivery of the upstream substance after a predetermined delay time following the actuation of the separation element over the predefined time period.
  • the delivery rate for the time-delayed release may be chosen to be constant or variable depending on the material and properties of the separator.
  • a multi-level delivery is to describe a multiple delivery of the upstream substance over the predefined period.
  • the delivery rate for the multi-stage delivery can again be chosen to be constant or variable, depending on the material and the properties of the separating element.
  • the separating element consists of a bioprocess-compatible material.
  • material for the separating element in principle, all materials come into question, which become unstable through contact with substances and / or by Aktuation. These include, for example, (special) polymers, wax (for example paraffins), materials for the production of drug capsules (for example gelatin, decomposable polymers, sugars, sugar derivatives).
  • a bioprocess-compatible material is characterized by being degradable and harmless to health, and there is no significant involvement of the material in a (chemical) reaction of upstream substance and fluid. In this way, interactions of the separating element or the predetermined breaking point with the fluid and other substances used in the dispensing and dosing system can be minimized or avoided.
  • the separating element completely surrounds the upstream substance in the initial configuration.
  • the upstream substance may for example be enclosed in a capsule on all sides.
  • the capsule may have a round, oval or square shell or may have any other shape.
  • the capsule can be formed completely or only partially from the material of the separating element.
  • the separating element surrounds the upstream substance in the initial configuration in sections.
  • the upstream substance is surrounded only on one side by the separating element.
  • This may be a configuration in which a channel or a chamber open on one side in each case receive the fluid and the upstream substance, wherein the fluid and the upstream substance in the initial configuration are separated from one another by the intermediate separating element.
  • the upstream substance may also be surrounded by the separating element from more than one side, as is the case, for example, with an L-shaped or T-shaped branching of a duct or pipe.
  • the actuation of the separating element ensures a permeability of the Separating element for the upstream substance.
  • the actuation leads to a targeted change in the material structure and / or the surface of the separating element, so that the upstream substance can pass through the separating element and then comes into contact with the fluid.
  • Aktuationsparametern for example, temperature, pressure, pH, etc.
  • a permeability of the separating element can be achieved.
  • the actuation of the separator may provide for substantially complete dissolution or destruction of the separator, with the precursor then being delivered all at once and completely to the fluid.
  • the separating element has a multilayer construction.
  • an outer layer may be formed such that a release of the upstream substance is prevented until the actuation of the separating element takes place, wherein the outer layer is degraded or destroyed by the actuation, for example, substantially completely or at least in sections.
  • An underlying layer may be formed so that it remains substantially unchanged after the actuation of the separating element, and this is designed such that it realizes the desired release behavior of the upstream substance to the fluid over time.
  • the separating element has a first material and a second material and in the initial configuration both the first material and the second material are in contact with the fluid.
  • the present dispensing and metering system may be formed, for example, by mixing or alternately arranging the at least two materials for the separator or joining the two materials, which two materials may have different material properties (eg different strength, variability the stability upon contact with the fluid (for example solubility), different surface area (for example grain size), dependence on actuation parameters (for example temperature dependence, pressure dependence, etc.)
  • the two materials for the separating element can be formed from different materials However, also be formed of one and the same material, which, however, each having different properties in accordance with the intended use of the dispensing and metering system
  • Separating element is also a combination of a multi-layered structure and a construction by means of multiple materials possible.
  • the separating element has a predetermined breaking point.
  • the predetermined breaking point preferably consists of a bioprocess-compatible material, such as sugar or gelatin.
  • the material for the predetermined breaking point can be selected such that it is, for example, temperature and / or liquid-dependent.
  • At least two dispensing and dispensing systems according to the invention can be nested, stored one above the other, arranged in cascade, and connected in parallel and / or in series.
  • a cartridge comprising a dispensing and dosing system, a housing of the cartridge, a drum having at least one chamber, wherein the dispensing and metering system is disposed inside the drum.
  • the present cartridge may be used to advantage for the release of an upstream substance into the fluid, as required, for example, in the medical analysis and / or diagnosis of a sample material.
  • proteinase K can be released in the lysis step over a defined period of time or for incubation, for example in the lysis step, over a defined period of time.
  • a method for producing a component comprising the steps of: providing a dispensing and metering system according to the invention, producing a component by the dispensing of the upstream substance to the fluid, wherein the component of the discharged upstream substance and Fluid is formed after the actuation of the separating element.
  • Component herein means a liquid, a gas, one (or a plurality of) solid particles, or a solid.
  • the present method can be used advantageously for the production of substances of all kinds, in the production of which initially a separation of upstream substance and fluid is required.
  • the present method is particularly suitable for the production of chemicals, biological products and medicinal substances.
  • the respective processes for example chemical, physical and biological reactions
  • the present dispensing and dosing system may also find application in processes where the pooling of the reactants involved may take place only shortly before use due to poor stability. These include, for example, the mixing of buffers, enzymes, vitamins and dyes with liquids, but other reactants are also conceivable.
  • the delivery of the upstream substance to the fluid after the actuation of the separating element is continuously metered, discrete, time-delayed or multi-stage over a predefined period.
  • a continuously metered delivery is intended to describe a delivery with a substantially constant delivery rate of the upstream substance over the predefined period of time.
  • a discrete delivery is intended to describe a substantially one-time delivery of the upstream substance over the predefined period of time.
  • a time-delayed delivery is intended to describe a delivery of the upstream substance after a predetermined delay time following the actuation of the separation element over the predefined time period.
  • the delivery rate for the time-delayed release may be chosen to be constant or variable depending on the material and properties of the separator.
  • a multi-level delivery is to describe a multiple delivery of the upstream substance over the predefined period.
  • the delivery rate for the multi-stage delivery can again be chosen to be constant or variable, depending on the material and the properties of the separating element.
  • FIG. 1 schematically shows a side view of a dispensing and dispensing system 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the dispensing and dosing system 100 comprises a fluid 10, which in a chamber 15 in a Output configuration of the dispensing and dispensing 100 is recorded.
  • the partition member 30 completely surrounds the upstream substance 20 and is formed in the manner of a capsule having an ellipsoidal shape. A release of the upstream substance 20 to the fluid 10 takes place by an actuation (not shown) on the separating element 30.
  • FIG. 2 shows a plan view of a dispensing and dispensing system 100 according to a second embodiment of the present invention.
  • the dispensing and metering system 100 includes a fluid 10 received in a first chamber 15 in an initial configuration of the dispensing and metering system 100.
  • an upstream substance 20 is received in a second chamber 16, the first chamber 15 and the second chamber 16 being separated from one another by a separator 30.
  • the partition member 30 prevents in the initial configuration a contact of the upstream substance 20 with the fluid 10.
  • the partition member 30 extends over the entire cross section of the first chamber 15 and is formed in the manner of a membrane.
  • the separating element 30 has a predetermined breaking point 80, which is provided as a planned break point.
  • the predetermined breaking point 80 is formed in the manner of a notch or a scribe.
  • a discharge of the upstream substance 20 to the fluid 10 is effected by an actuation (not shown) on the separating element 30, in particular in the region of the predetermined breaking point 80, whereby the separating element 30 deliberately and predictably fails to thereby achieve the desired output.
  • FIG. 3 shows a plan view of a dispensing and dispensing system 100 according to a third embodiment of the present invention.
  • the dispensing and metering system 100 includes a fluid 10 received in a first chamber 15 in an initial configuration of the dispensing and metering system 100. Adjacent to the first chamber 15, a second chamber 16 is formed, which is arranged perpendicular to the first chamber 15.
  • an upstream substance 20 is received in a connecting region of the first chamber 15 with the second chamber 16, wherein the upstream substance 20 is completely surrounded by a separating element 30, and in the Output configuration of the dispensing and metering system 100, the fluid 10 separates from the upstream substance 20.
  • the separating element 30 has a first separation region 31 which, in the initial configuration of the dispensing and metering system 100, separates the fluid 10 from the upstream substance 20 and extends over the entire cross section of the first chamber 15 and is designed in the manner of a membrane.
  • the separating element 30 also has a second separating region 32, which extends in the initial configuration of the dispensing and dosing system 100 over the entire cross section of the second chamber 16 and is also formed in the manner of a membrane.
  • the separating element 30 has a predetermined breaking point 80 in the region of the second separating region 32, which is provided as a planned breaking point.
  • the predetermined breaking point 80 is formed in the manner of a notch or a scribe.
  • a release of the upstream substance 20 to the fluid 10 is effected by an actuation (not shown) on the separating element 30, in particular first on the first separation region 31 and then on the second separation region 32 in the region of the predetermined breaking point 80.
  • the mixture of the upstream substance 20th and the fluid 10 flows into the second chamber 16 after the destruction or actuation of the second separation area 32.
  • FIG. 4A shows an initial configuration of the dispensing and dosing system 100, in which the upstream substance 20 is located together with a separating element 30 in a chamber 15.
  • the partition member 30 completely surrounds the upstream substance 20 and is formed in the manner of a capsule having an ellipsoidal shape.
  • the entire upstream substance 20 was delivered to the fluid 10, wherein in the chamber 15 now both the fluid 10 and the new substance, which is formed from the upstream substance 20 and the fluid 10 contains (see FIG. 4C ).
  • the remains of the separating element 30 are still in the chamber 15.
  • the separator 30 may also completely decompose or degrade due to the actuation.
  • FIG. 5 schematically shows a top view of a separator 30 with a layer structure according to the present invention.
  • the separator 30 has, in the initial configuration of the dispensing and metering system 100, a first layer 40 in contact with an upstream substance (not shown).
  • the first layer 40 may completely or partially surround the upstream substance.
  • Adjacent to the first layer 40 is a second layer 50 which is coupled to the first layer 40 and may be in contact with a fluid (not shown).
  • the materials of the first layer 40 and the second layer 50 for the separator 30 can be formed of different materials, but they can also be formed of one and the same material, but each having different properties depending on the intended use or the desired release behavior of the Dispensing and dosing 100 has.
  • FIG. 6 schematically shows a top view of a separator 30 made of different materials 60, 70 in a mixed arrangement according to the present invention.
  • the separator 30 has a first material 60 and a second material 70, and in the initial configuration of the dispensing and metering system (not shown), both the first material 60 and the second material 70 are in contact with a fluid (not shown).
  • the present dispensing and metering system can be formed, for example, by mixing or alternately arranging the at least two materials 60, 70 for the separator 30 or joining the two materials 60, 70, the two materials 60, 70 being different Material properties (for example, different strength, variability of stability in contact with the fluid (for example, solubility), different surface area (for example, grain size), dependence on Aktuationsparametern (for example, temperature dependence, pressure dependence, etc.)
  • the two materials 60, 70 for the partition member 30 may be formed of different materials, but they may also be formed of one and the same material, but each having different properties depending on the intended use of the dispensing and metering system 100.
  • a combination of a multilayer structure and a construction by means of a plurality of materials is also provided for the separating element 30 FIG. 5 possible.
  • FIG. 7 schematically shows a cartridge 200 with a dispensing and dispensing system 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the cartridge 200 includes a housing 102 in the form of a tube.
  • the housing 102 may be formed as a 5 to 100 mL, especially 50 mL, centrifuge tube, 1.5 mL or 2 mL Eppendorf tube, or alternatively as a microtiter plate (e.g., 20 ⁇ L per well).
  • a first drum 106 and a second drum 108 are received in the housing 102.
  • the drums 106 and 108, 110 are arranged one behind the other and with their respective central axes coaxial with the longitudinal axis of the housing 102.
  • the housing 102 is formed closed at its one end 112.
  • the end 112 opposite the other end of the housing 102 is closed by a closure 118.
  • the closure 118 may be removed to remove the drums 106 and 108 from the housing 102.
  • the housing 102 itself can be disassembled to remove the drums 106 and 108.
  • a respective drum 106, 108 may include one or more chambers.
  • the drum 106 includes a plurality of chambers, such as a first chamber 120 for receiving an actuation material and a second chamber 122 for receiving a sample, such as a blood sample, that has been removed from a patient.
  • the drum 108 downstream of the drum 108 comprises a mixing chamber 124 in which the actuation material from the chamber 120 is mixed with an upstream substance 20 of the dispensing and metering system 100.
  • the upstream substance 20 is protected from contact with the environment by a separator 30 in the initial configuration of the dispensing and metering system 100, with the separator 30 completely surrounding the upstream substance 20.
  • the dispensing and dispensing system 100 may also be integrated with the first drum 106 or elsewhere in the cartridge 200.
  • the separator 30 is replaced by one or more gaseous, solid or liquid actuation material (s) from the chamber 120 actuated.
  • the actuation material can also be supplied via a predetermined breaking point (not shown) or other mechanisms (for example capillary forces, centrifugal forces, valves, etc.).
  • the upstream substance 20 is supplied together with the separating element 30 to the actuation material.
  • the drum 108 includes, for example, another chamber 126 in which the mixture from the mixing chamber 124 flows through a solid phase 130.
  • the solid phase 130 may be a gel column, a silica matrix, or a filter.
  • a fluidic connection between the drums 106 and 108 is realized through the use of a lancing device 226.
  • the lancing device 226 includes a plate having a plurality of spikes 230, which are each disposed adjacent to an opening (not shown) in the plate.
  • the mandrels 230 serve to control a respective opening in the underside of the drum 106 in a controlled manner, whereupon in particular liquid flows from the corresponding chamber 120, 122 through the opening into the chambers 124 and / or 126.
  • one or more further actuation steps may be necessary (for example, by means of temperature, setting of a predetermined pH, centrifugal force, pressure, electric, etc.). If a cartridge 200 contains several dispensing and dispensing systems, these can also be used in series, in parallel or nested.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Abgabe- und Dosiersystem (100), insbesondere von Substanzen in mikrofluidischen Systemen, aufweisend ein Fluid (10), eine vorgelagerte Substanz (20), wobei in einer Ausgangskonfiguration die vorgelagerte Substanz (20) von dem Fluid (10) mittels eines Trennelements (30) getrennt ist, und eine Abgabe der vorgelagerten Substanz (20) an das Fluid (10) durch eine Aktuation auf das Trennelement (30) erfolgt.

Description

    Stand der Technik
  • Die Durchführung biochemischer Prozesse basiert insbesondere auf der Handhabung von Flüssigkeiten. Typischerweise wird diese Handhabung manuell mit Hilfsmitteln wie Pipetten, Reaktionsgefäßen, aktiven Sondenoberflächen oder Laborgeräten durchgeführt. Durch Pipettierroboter oder Spezialgeräte sind diese Prozesse zum Teil bereits automatisiert.
  • Lab-on-a-Chip-Systeme (auch als Westentaschenlabor oder Chiplabor bezeichnet) bringen die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem nur plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat unter. Lab-on-a-Chip-Systeme bestehen typischerweise aus zwei Hauptkomponenten. Ein Testträger beinhaltet Strukturen und Mechanismen für die Umsetzung der fluidischen Grundoperationen (z.B. Mischer), welche aus passiven Komponenten, wie Kanälen, Reaktionskammern und vorgelagerten Reagenzien, oder auch aktiven Komponenten wie Ventilen oder Pumpen bestehen können. Die zweite Hauptkomponente sind Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten. Solche Systeme ermöglichen es, biochemische Prozesse vollautomatisiert durchzuführen.
  • US 2005/0191708 A1 zeigt ein mikrofluidisches System, bei welchem kleine Flüssigkeitsvolumen aufgrund von mittels Mikrowellen erwärmten Materialien bewegt oder gemischt werden können.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das in dem Anspruch 1 definierte Abgabe- und Dosiersystem, die in dem Anspruch 11 definierte Kartusche sowie das in dem Anspruch 12 definierte Verfahren weisen gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil auf, dass es gezielt vorgelagerte Substanzen (in einem beliebigen Aggregatszustand) durch Aktuation oder durch den Kontakt mit weiteren Substanzen in einem Fluid freisetzen kann, wobei sich die vorgelagerte Substanz in einer Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems in dem Fluid oder angrenzend an das Fluid befindet und durch ein Trennelement eine Vermischung von vorgelagerter Substanz und Fluid bis zum Auftreten der Aktuation auf das Trennelement verhindert wird.
  • Das vorliegende Dosier- und Abgabesystem kann in vorteilhafter Weise zur Lagerung von Substanzen, zu deren gezielten Freisetzung und dabei als Dosierungs-, Abgabe- und Modellierungssystem verwendet werden. Allgemein gilt, dass das vorliegende Dosier- und Abgabesystem besonders zur gezielten Anpassung der Reaktionskinetik von dem Fluid mit der abgegebenen vorgelagerten Substanz geeignet ist, wobei die Reaktionskinetik primär durch die Wahl des Materials für das Trennelement gesteuert werden kann. Durch die Wahl des Materials für das Trennelement und dessen gezielten Einstellung seiner Eigenschaften (zum Beispiel der Oberflächenbeschaffenheit, Topgraphie, Dichte und Geometrie), der Anordnung des Trennelements (zum Beispiel räumlich oder geometrisch) und/oder durch eine Änderung der äußeren Aktuation kann das vorliegende Dosier- und Abgabesystem in vorteilhafter Weise unabhängig von Gerätansteuerungsmethoden, wie beispielsweise der Drehzahl der Zentrifuge oder Nutzung von pneumatischen Ventilen, aktiviert bzw. dessen Abgabeverhalten gezielt verändert werden.
  • Das vorliegende Dosier- und Abgabesystem kann beispielsweise Anwendung für chemische Reaktionen, biologische Reaktionen (in der Art einer Reagenzienvorlagerung, Kinetische Assays, z.B. Fluorenszenz, Immuo- oder Enzymschritte) und andere Prozesse (Enzym oder Reagenz für kinetische enzymatische Reaktion in einer Kartusche mit einer sogenannten 'Kugelschreibermechanik') finden.
  • Des Weiteren kann bei dem vorliegenden Abgabe- und Dosiersystem das bislang erforderliche aufwändige Verschweißen, Versiegeln, thermische oder Ultraschallbonden von Kammern für bestimmte Reagenzien (mit zum Bespiele einer Metallfolie) in vorteilhafter Weise entfallen. Somit ist das vorliegende Dosier- und Abgabesystem kostengünstig, technisch einfach realisierbar und in bestehende Vorrichtungen und Geräte leicht integrierbar.
  • Unter einer Aktuation soll jegliche Art von gezielter und/oder vorbestimmter Einwirkung auf das Trennelement verstanden werden, welche für eine Abgabe der vorgelagerten Substanz an das Fluid sorgt. Grundsätzlich kann die Aktuation auch durch den Kontakt des Trennelements mit der vorgelagerten Substanz und/oder dem Fluid erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Aktuation auf das Trennelement jedoch von außerhalb des Abgabe- und Dosiersystems (beispielsweise in der Art von Wärme oder Strahlung oder Kontakt mit einer Substanz).
  • "Fluid" und "vorgelagerte Substanz" meint vorliegend eine Flüssigkeit, ein Gas, einen (oder mehrere) Partikel oder einen festen Stoff.
  • Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems umfasst die Aktuation eine physikalische oder chemische Stimulation des Trennelements. Als Beispiele für eine physikalische Stimulation können eine (äußere) Kraft, Zentrifugalkraft, (hydrostatischer) Druck oder elektrische Energie aufgeführt werden. Als Beispiele für eine chemische Stimulation können der pH-Wert, die Löslichkeit, die Oberflächengröße sowie die Temperatur von vorgelagerter Substanz, Trennelement oder Fluid aufgeführt werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Aktuation auch den Kontakt der vorgelagerten Substanz mit dem Fluid umfassen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems erfolgt die Abgabe der vorgelagerten Substanz an das Fluid nach der Aktuation des Trennelements kontinuierlich dosiert, diskret, zeitverzögert oder mehrstufig über einen vordefinierten Zeitraum. Eine kontinuierlich dosierte Abgabe soll eine Abgabe mit im Wesentlichen konstanter Abgaberate der vorgelagerten Substanz über den vordefinierten Zeitraum beschreiben. Eine diskrete Abgabe soll eine im Wesentlichen einmalige Abgabe der vorgelagerten Substanz über den vordefinierten Zeitraum beschreiben. Eine zeitverzögerte Abgabe soll eine Abgabe der vorgelagerten Substanz nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit im Nachgang zu der Aktuation des Trennelements über den vordefinierten Zeitraum beschreiben. Die Abgaberate für die zeitverzögerte Abgabe kann in Abhängigkeit von dem Material und der Eigenschaften des Trennelements konstant oder variabel gewählt werden. Eine mehrstufige Abgabe soll eine mehrmalige Abgabe der vorgelagerten Substanz über den vordefinierten Zeitraum beschreiben. Die Abgaberate für die mehrstufige Abgabe kann in Abhängigkeit von dem Material und der Eigenschaften des Trennelements wiederum konstant oder variabel gewählt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems besteht das Trennelement aus einem bioprozesskompatiblen Material. Als Material für das Trennelement kommen grundsätzlich alle Materialien in Frage, welche durch Kontakt mit Substanzen und/oder durch Aktuation instabil werden. Hierzu gehören beispielsweise (spezielle) Polymere, Wachs (zum Beispiel Paraffine), Materialien zur Herstellung von Medikamentenkapseln (zum Beispiel Gelatine, verrottbare Polymere, Zucker, Zuckerderivate). Ein bioprozesskompatibles Material zeichnet sich dadurch aus, dass es abbaubar sowie gesundheitlich unbedenklich ist, und es zu keiner nennenswerten Beteiligung des Materials an einer (chemischen) Reaktion von vorgelagerter Substanz und Fluid kommt. Auf diese Weise können Wechselwirkungen des Trennelements bzw. der Sollbruchstelle mit dem Fluid und anderen Substanzen, die in dem Abgabe- und Dosiersystem verwendet werden, minimiert oder vermieden werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems umgibt das Trennelement die vorgelagerte Substanz in der Ausgangskonfiguration vollständig. So kann die vorgelagerte Substanz beispielsweise in einer Kapsel nach allen Seiten hin eingeschlossen sein. Die Kapsel kann eine runde, ovale oder eckige Hülle aufweisen oder kann jede beliebige andere Form aufweisen. Die Kapsel kann vollständig oder auch nur teilweise aus dem Material des Trennelements ausgebildet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems umgibt das Trennelement die vorgelagerte Substanz in der Ausgangskonfiguration abschnittsweise. Bei einem derartigen Abgabe- und Dosiersystem ist die vorgelagerte Substanz zum Beispiel nur an einer Seite von dem Trennelement umgeben. Dabei kann es sich um eine Konfiguration handeln, bei welcher ein Kanal oder eine einseitig geöffnete Kammer jeweils das Fluid und die vorgelagerte Substanz aufnehmen, wobei das Fluid und die vorgelagerte Substanz in der Ausgangskonfiguration durch das zwischenliegende Trennelement voneinander getrennt sind. Zusätzlich dazu kann die vorgelagerte Substanz auch von mehr als einer Seite mit dem Trennelement umgeben sein, wie es beispielsweise bei einer L-förmigen oder T-förmigen Verzweigung eines Kanals oder Rohres der Fall ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems sorgt die Aktuation des Trennelements für eine Durchlässigkeit des Trennelements für die vorgelagerte Substanz. Dabei kommt es durch die Aktuation zu einer gezielten Veränderung des Materialaufbaus und/oder der Oberfläche des Trennelements, so dass die vorgelagerte Substanz durch das Trennelement hindurchtreten kann und anschließend mit dem Fluid in Kontakt kommt. So kann in Abhängigkeit von ausgewählten Aktuationsparametern (zum Beispiel Temperatur, Druck, pH-Wert, etc.) eine Durchlässigkeit des Trennelements erreicht werden. Alternativ kann die Aktuation des Trennelements für eine im Wesentlichen vollständigen Auflösung oder Zerstörung des Trennelements sorgen, wobei die vorgelagerte Substanz dann auf einmal und vollständig an das Fluid abgegeben wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems weist das Trennelement einen mehrschichtigen Aufbau auf. Dabei kann zum Beispiel eine äußere Schicht derart ausgebildet sein, dass eine Abgabe der vorgelagerten Substanz solange verhindert wird, bis die Aktuierung des Trennelements erfolgt, wobei die äußere Schicht durch die Aktuierung zum Beispiel im Wesentlichen vollständig oder zumindest abschnittsweise abgebaut oder zerstört wird. Eine darunter liegende Schicht kann derart ausgebildet sein, dass diese nach der Aktuierung des Trennelements im Wesentlichen unverändert bleibt, und diese derart ausgebildet ist, dass sie das gewünschte Abgabeverhalten der vorgelagerten Substanz an das Fluid über die Zeit realisiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems weist das Trennelement ein erstes Material und ein zweites Material auf und in der Ausgangskonfiguration ist sowohl das erste Material als auch das zweite Material mit dem Fluid in Kontakt. Auf diese Weise kann das vorliegende Abgabe- und Dosiersystem beispielsweise durch das Mischen oder alternierende Anordnen von den zumindest zwei Materialien für das Trennelement oder das Verbinden von den beiden Materialien ausgebildet werden, wobei die beiden Materialien unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen können (zum Beispiel unterschiedliche Festigkeit, Veränderbarkeit der Stabilität bei Kontakt mit dem Fluid (zum Beispiel Löslichkeit), unterschiedliche Oberflächengröße (zum Beispiel Körnergröße), Abhängigkeit von Aktuationsparametern (zum Beispiel Temperaturabhängigkeit, Druckabhängigkeit, etc.). Die beiden Materialien für das Trennelement können aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet werden, sie können jedoch auch von ein und demselben Werkstoff gebildet werden, welcher jedoch jeweils unterschiedliche Eigenschaften in Übereinstimmung mit dem Verwendungszweck des Abgabe- und Dosiersystems aufweist. Für das Trennelement ist auch eine Kombination aus einem mehrschichtigen Aufbau und einem Aufbau mittels mehrerer Materialien möglich.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems weist das Trennelement eine Sollbruchstelle auf. Dabei besteht die Sollbruchstelle vorzugsweise aus einem bioprozesskompatiblen Material, wie zum Beispiel Zucker oder Gelatine. Auf diese Weise können Wechselwirkungen des Trennelements bzw. der Sollbruchstelle mit dem Fluid und anderen Substanzen, die in dem Abgabe- und Dosiersystem verwendet werden, minimiert oder vermieden werden. Zusätzlich dazu kann das Material für die Sollbruchstelle derart gewählt werden, dass es beispielsweise temperatur- und/oder flüssigkeitsabhängig ist.
  • Es können auch bei einer Abgabe- und Dosieranordnung zumindest zwei erfindungsgemäße Dosier- und Abgabesysteme verschachtelt, übereinander gelagert, kaskadenförmig angeordnet, sowie parallel und/oder in Serie verbunden werden.
  • Gemäß einem weiteren nebengeordneten Patentanspruch wird eine Kartusche beansprucht, aufweisend
    ein Abgabe- und Dosiersystem,
    ein Gehäuse der Kartusche,
    eine Trommel, welche zumindest eine Kammer aufweist,
    wobei das Abgabe- und Dosiersystem im Inneren der Trommel angeordnet ist.
  • Die vorliegende Kartusche kann in vorteilhafter Weise für das Freisetzen von einer vorgelagerten Substanz in das Fluid verwendet werden, wie es beispielsweise bei der medizinischen Analyse und/oder Diagnose eines Probenmaterials erforderlich ist. So kann dabei zum Beispiel Proteinase K im Lyseschritt über einen bestimmten Zeitraum oder für die Inkubation, beispielsweise im Lyseschritt, über einen definierten Zeitraum freigesetzt werden.
  • Gemäß einem weiteren nebengeordneten Patentanspruch wird ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente beansprucht, welches folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Abgabe- und Dosiersystems, Herstellen einer Komponente durch das Abgeben der vorgelagerten Substanz an das Fluid, wobei die Komponente aus der abgegebenen vorgelagerten Substanz und dem Fluid nach der Aktuation des Trennelements gebildet wird.
  • "Komponente" meint vorliegend eine Flüssigkeit, ein Gas, einen (oder eine Vielzahl von) festen Partikel oder einen festen Stoff.
  • Das vorliegende Verfahren kann in vorteilhafter Weise für die Herstellung von Substanzen aller Art verwendet werden, bei deren Herstellung zunächst eine Trennung von vorgelagerter Substanz und Fluid erforderlich ist. Somit eignet sich das vorliegende Verfahren insbesondere für die Herstellung von Chemikalien, biologischen Erzeugnissen und medizinische Substanzen. Je nach Abgabekinetik der vorgelagerten Substanz können die jeweiligen Prozesse (beispielsweise chemische, physikalische und biologische Reaktionen) gezielt reguliert werden. Zum Beispiel kann das vorliegende Abgabe- und Dosiersystem auch Anwendung bei Prozessen finden, bei denen das Zusammenführen der beteiligten Reaktionspartner aufgrund von geringer Stabilität erst kurz vor der Verwendung stattfinden kann. Dazu gehören beispielsweise das Mischen von Puffern, Enzymen, Vitaminen und Farbstoffen mit Flüssigkeiten, es sind aber auch andere Reaktionspartner denkbar.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Komponente erfolgt die Abgabe der vorgelagerten Substanz an das Fluid nach der Aktuation des Trennelements kontinuierlich dosiert, diskret, zeitverzögert oder mehrstufig über einen vordefinierten Zeitraum. Eine kontinuierlich dosierte Abgabe soll eine Abgabe mit im Wesentlichen konstanter Abgaberate der vorgelagerten Substanz über den vordefinierten Zeitraum beschreiben. Eine diskrete Abgabe soll eine im Wesentlichen einmalige Abgabe der vorgelagerten Substanz über den vordefinierten Zeitraum beschreiben. Eine zeitverzögerte Abgabe soll eine Abgabe der vorgelagerten Substanz nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit im Nachgang zu der Aktuation des Trennelements über den vordefinierten Zeitraum beschreiben. Die Abgaberate für die zeitverzögerte Abgabe kann in Abhängigkeit von dem Material und der Eigenschaften des Trennelements konstant oder variabel gewählt werden. Eine mehrstufige Abgabe soll eine mehrmalige Abgabe der vorgelagerten Substanz über den vordefinierten Zeitraum beschreiben. Die Abgaberate für die mehrstufige Abgabe kann in Abhängigkeit von dem Material und der Eigenschaften des Trennelements wiederum konstant oder variabel gewählt werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    schematisch eine seitliche Ansicht eines Abgabe- und Dosiersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    Figur 2
    eine Draufsicht auf ein Abgabe- und Dosiersystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    Figur 3
    eine Draufsicht auf ein Abgabe- und Dosiersystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    Figuren 4A-4C
    den zeitlichen Ablauf einer Abgabe einer vorgelagerten Substanz an ein Fluid in einem Abgabe- und Dosiersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    Figur 5
    schematisch eine Ansicht von oben für ein Trennelement mit einer Schichtstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
    Figur 6
    schematisch eine Ansicht von oben für ein Trennelement aus unterschiedlichen Materialien in gemischter Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
    Figur 7
    schematisch eine Kartusche mit einem Abgabe- und Dosiersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • Figur 1 zeigt schematisch eine seitliche Ansicht eines Abgabe- und Dosiersystems 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Abgabe- und Dosiersystem 100 weist ein Fluid 10 auf, welches in einer Kammer 15 in einer Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 aufgenommen wird. Innerhalb des Fluid 10 befindet sich in der Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 eine vorgelagerte Substanz 20, welche durch ein Trennelement 30 an einem Kontakt mit dem Fluid 10 gehindert wird. Das Trennelement 30 umgibt die vorgelagerte Substanz 20 vollständig und ist in der Art einer Kapsel ausgebildet, welche eine ellipsenartige Form aufweist. Eine Abgabe der vorgelagerten Substanz 20 an das Fluid 10 erfolgt durch eine Aktuation (nicht dargestellt) auf das Trennelement 30.
  • Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Abgabe- und Dosiersystem 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Abgabe- und Dosiersystem 100 weist ein Fluid 10 auf, welches in einer ersten Kammer 15 in einer Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 aufgenommen wird. In der Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 wird eine vorgelagerte Substanz 20 in einer zweiten Kammer 16 aufgenommen, wobei die erste Kammer 15 und die zweite Kammer 16 durch ein Trennelement 30 voneinander getrennt sind. Das Trennelement 30 verhindert in der Ausgangskonfiguration einen Kontakt der vorgelagerten Substanz 20 mit dem Fluid 10. Das Trennelement 30 erstreckt sich über den gesamten Querschnitt der ersten Kammer 15 und ist in der Art einer Membran ausgebildet.
  • Des Weiteren weist das Trennelement 30 eine Sollbruchstelle 80 auf, welche als eine geplante Bruchstelle vorgesehen ist. Die Sollbruchstelle 80 ist in der Art einer Kerbe oder einer Einritzung ausgebildet. Eine Abgabe der vorgelagerten Substanz 20 an das Fluid 10 erfolgt durch eine Aktuation (nicht dargestellt) auf das Trennelement 30, insbesondere im Bereich der Sollbruchstelle 80, wodurch das Trennelement 30 gezielt und vorhersagbar versagt, um hierdurch die gewünschte Abgabe zu erreichen.
  • Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Abgabe- und Dosiersystem 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Abgabe- und Dosiersystem 100 weist ein Fluid 10 auf, welches in einer ersten Kammer 15 in einer Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 aufgenommen wird. Angrenzend an die erste Kammer 15 ist eine zweite Kammer 16 ausgebildet, welche senkrecht zu der ersten Kammer 15 angeordnet ist. In der Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 wird eine vorgelagerte Substanz 20 in einem Verbindungsbereich der ersten Kammer 15 mit der zweiten Kammer 16 aufgenommen, wobei die vorgelagerte Substanz 20 von einem Trennelement 30 vollständig umgeben ist, und in der Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 das Fluid 10 von der vorgelagerten Substanz 20 trennt. Das Trennelement 30 weist einen ersten Trennbereich 31 auf, welcher in der Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 das Fluid 10 von der vorgelagerten Substanz 20 trennt und sich über den gesamten Querschnitt der ersten Kammer 15 erstreckt und in der Art einer Membran ausgebildet ist. Das Trennelement 30 weist zudem einen zweiten Trennbereich 32 auf, welcher sich in der Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 über den gesamten Querschnitt der zweiten Kammer 16 erstreckt und ebenfalls in der Art einer Membran ausgebildet ist. Des Weiteren weist das Trennelement 30 im Bereich des zweiten Trennbereichs 32 eine Sollbruchstelle 80 auf, welche als eine geplante Bruchstelle vorgesehen ist. Die Sollbruchstelle 80 ist in der Art einer Kerbe oder einer Einritzung ausgebildet.
  • Eine Abgabe der vorgelagerten Substanz 20 an das Fluid 10 erfolgt durch eine Aktuation (nicht dargestellt) auf das Trennelement 30, insbesondere zunächst auf den ersten Trennbereich 31 und anschließend auf den zweiten Trennbereich 32 im Bereich der Sollbruchstelle 80. Das Gemisch aus der vorgelagerten Substanz 20 und dem Fluid 10 strömt nach der Zerstörung bzw. der Aktuierung des zweiten Trennbereichs 32 in die zweite Kammer 16.
  • Figuren 4A-4C zeigen den zeitlichen Ablauf einer Abgabe einer vorgelagerten Substanz 20 an ein Fluid 10 in einem Abgabe- und Dosiersystem 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Figur 4A zeigt eine Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100, bei welcher sich die vorgelagerte Substanz 20 zusammen mit einem Trennelement 30 in einer Kammer 15 befindet. Das Trennelement 30 umgibt die vorgelagerte Substanz 20 vollständig und ist in der Art einer Kapsel ausgebildet, welche eine ellipsenartige Form aufweist. Sobald das Trennelement 30 mit dem Fluid 10, welches gasförmig, fest oder flüssig sein kann, in Kontakt kommt, beginnt es durchlässig zu werden und die vorgelagerte Substanz 20 wird in der Art von einer Vielzahl von Tröpfchen 25 an das Fluid 10 freigesetzt, wie in Figur 4B dargestellt.
  • Nach einer vorbestimmten definierten Zeit wurde die gesamte vorgelagerte Substanz 20 an das Fluid 10 abgegeben, wobei in der Kammer 15 nun sowohl das Fluid 10 als auch die neue Substanz, welche aus der vorgelagerten Substanz 20 und dem Fluid 10 gebildet wird, enthält (siehe hierzu Figur 4C). Die Reste des Trennelements 30 befinden sich noch in der Kammer 15. Alternativ dazu kann sich das Trennelement 30 aufgrund der Aktuierung auch vollständig zersetzen oder abbauen.
  • Figur 5 zeigt schematisch eine Ansicht von oben für ein Trennelement 30 mit einer Schichtstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Trennelement 30 weist in der Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 eine erste Schicht 40 auf, welche mit einer vorgelagerten Substanz (nicht dargestellt) in Kontakt ist. Die erste Schicht 40 kann die vorgelagerte Substanz vollständig oder abschnittsweise umgeben. Angrenzend an die erste Schicht 40 ist eine zweite Schicht 50 ausgebildet, welche mit der ersten Schicht 40 gekoppelt ist, und mit einem Fluid (nicht dargestellt) in Kontakt sein kann. Die Materialien der ersten Schicht 40 und der zweiten Schicht 50 für das Trennelement 30 können aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet werden, sie können jedoch auch von ein und demselben Werkstoff gebildet werden, welcher jedoch jeweils unterschiedliche Eigenschaften in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck bzw. dem gewünschten Abgabeverhalten des Abgabe- und Dosiersystems 100 aufweist.
  • Figur 6 zeigt schematisch eine Ansicht von oben für ein Trennelement 30 aus unterschiedlichen Materialien 60, 70 in gemischter Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Trennelement 30 weist ein erstes Material 60 und ein zweites Material 70 auf und in der Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems (nicht dargestellt) ist sowohl das erste Material 60 als auch das zweite Material 70 mit einem Fluid (nicht dargestellt) in Kontakt. Auf diese Weise kann das vorliegende Abgabe- und Dosiersystem beispielsweise durch das Mischen oder alternierende Anordnen von den zumindest zwei Materialien 60, 70 für das Trennelement 30 oder das Verbinden von den beiden Materialien 60, 70 ausgebildet werden, wobei die beiden Materialien 60, 70 unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen können (zum Beispiel unterschiedliche Festigkeit, Veränderbarkeit der Stabilität bei Kontakt mit dem Fluid (zum Beispiel Löslichkeit), unterschiedliche Oberflächengröße (zum Beispiel Körnergröße), Abhängigkeit von Aktuationsparametern (zum Beispiel Temperaturabhängigkeit, Druckabhängigkeit, etc.). Die beiden Materialien 60, 70 für das Trennelement 30 können aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet werden, sie können jedoch auch von ein und demselben Werkstoff gebildet werden, welcher jedoch jeweils unterschiedliche Eigenschaften in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck des Abgabe- und Dosiersystems 100 aufweist.
  • Für das Trennelement 30 ist in einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) auch eine Kombination aus einem mehrschichtigen Aufbau und einem Aufbau mittels mehrerer Materialien gemäß Figur 5 möglich.
  • Figur 7 zeigt schematisch eine Kartusche 200 mit einem Abgabe- und Dosiersystem 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die Kartusche 200 umfasst ein Gehäuse 102 in Form eines Röhrchens. Beispielsweise kann das Gehäuse 102 als ein 5 bis 100 mL, insbesondere 50 mL, Zentrifugenröhrchen, 1.5 mL oder 2 mL Eppendorfröhrchen oder alternativ als eine Mikrotiterplatte (z.B. 20 µL pro Kavität) ausgebildet sein.
  • In dem Gehäuse 102 wird eine erste Trommel 106 und eine zweite Trommel 108 aufgenommen. Die Trommeln 106 und 108, 110 sind hintereinander und mit ihren jeweiligen Mittelachsen koaxial mit der Längsachse des Gehäuses 102 angeordnet.
  • Das Gehäuse 102 ist an seinem einen Ende 112 geschlossen ausgebildet. Das dem Ende 112 gegenüber liegende andere Ende des Gehäuses 102 ist mittels eines Verschlusses 118 verschlossen. Bevorzugt kann der Verschluss 118 abgenommen werden, um die Trommeln 106 und 108 aus dem Gehäuse 102 zu entnehmen. Alternativ kann auch das Gehäuse 102 selbst zerlegbar sein, um die Trommeln 106 und 108 zu entnehmen.
  • Eine jeweilige Trommel 106, 108 kann eine oder mehrere Kammern aufweisen. So umfasst beispielsweise die Trommel 106 mehrere Kammern, wie eine erste Kammer 120 für die Aufnahme eines Aktuationsmaterials sowie eine zweite Kammer 122 zur Aufnahme einer Probe, beispielsweise einer Blutprobe, die von einem Patienten entnommen wurde.
  • Die der Trommel 106 nachgeschaltete Trommel 108 umfasst eine Mischkammer 124, in welcher das Aktuationsmaterial aus der Kammer 120 mit einer vorgelagerten Substanz 20 des Abgabe- und Dosiersystems 100 gemischt werden. Die vorgelagerte Substanz 20 wird von einem Trennelement 30 in der Ausgangskonfiguration des Abgabe- und Dosiersystems 100 vor dem Kontakt mit der Umgebung geschützt, wobei das Trennelement 30 die vorgelagerte Substanz 20 vollständig umgibt. Alternativ kann das Abgabe- und Dosiersystem 100 auch in der ersten Trommel 106 oder einer anderen Stelle in der Kartusche 200 integriert sein. Das Trennelement 30 wird hier durch ein oder mehrere gasförmig, feste oder flüssige Aktuationsmaterial(ien) aus der Kammer 120 aktuiert. Alternativ kann das Aktuationsmaterial auch über eine Sollbruchstelle (nicht dargestellt) oder andere Mechanismen (zum Beispiel Kapillarkräfte, Zentrifugalkräfte, Ventile, etc.) zugeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) wird die vorgelagerte Substanz 20 zusammen mit dem Trennelement 30 zum Aktuationsmaterial zugeführt.
  • Außerdem umfasst die Trommel 108 beispielsweise eine weitere Kammer 126, in welcher das Gemisch aus der Mischkammer 124 durch eine feste Phase 130 strömt. Bei der festen Phase 130 kann es sich um eine Gelsäule, eine Silicamatrix oder einen Filter handeln.
  • Eine fluidische Verbindung zwischen den Trommeln 106 und 108 wird durch die Verwendung einer Lanzetteneinrichtung 226 realisiert. Die Lanzetteneinrichtung 226 umfasst eine Platte mit mehreren Dornen 230, welche jeweils benachbart zu einer Öffnung (nicht dargestellt) in der Platte angeordnet sind. Die Dorne 230 dienen dazu, drehzahlgesteuert eine jeweilige Öffnung in der Unterseite der Trommel 106 zu durchzustoßen, woraufhin insbesondere Flüssigkeit aus der entsprechenden Kammer 120, 122 durch die Öffnung hindurch in die Kammern 124 und/oder 126 fließt.
  • Zur Initiierung des Abgabe- und Dosiersystems 100 kann zusätzlich zum Zusammenführen der vorgelagerten Substanz(en) und Aktuationsmaterial(ien) ein oder mehrere weitere Aktuationsschritt(e) notwendig sein (zum Beispiel mittels Temperatur, Einstellen eines vorbestimmten pH-Werts, Zentrifugalkraft, Druck, elektrisch, etc.). Sofern eine Kartusche 200 mehrere Abgabe- und Dosiersysteme enthält, können diese auch in Reihe, parallel oder verschachtelt eingesetzt werden.
  • Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass "ein" vorliegend keine Vielzahl ausschließt.

Claims (13)

  1. Abgabe- und Dosiersystem (100), insbesondere von Substanzen in mikrofluidischen Systemen, aufweisend
    ein Fluid (10),
    eine vorgelagerte Substanz (20), wobei in einer Ausgangskonfiguration die vorgelagerte Substanz (20) von dem Fluid (10) mittels eines Trennelements (30) getrennt ist, und
    eine Abgabe der vorgelagerten Substanz (20) an das Fluid (10) durch eine Aktuation auf das Trennelement (30) erfolgt.
  2. Abgabe- und Dosiersystem nach Anspruch 1, wobei die Aktuation eine physikalische oder chemische Stimulation des Trennelements (30) umfasst.
  3. Abgabe- und Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgabe der vorgelagerten Substanz (20) an das Fluid (10) nach der Aktuation des Trennelements (30) kontinuierlich dosiert, diskret, zeitverzögert oder mehrstufig über einen vordefinierten Zeitraum erfolgt.
  4. Abgabe- und Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennelement (30) aus einem bioprozesskompatiblen Material besteht.
  5. Abgabe- und Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennelement (30) die vorgelagerte Substanz (20) in der Ausgangskonfiguration vollständig umgibt.
  6. Abgabe- und Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Trennelement (30) die vorgelagerte Substanz (20) in der Ausgangskonfiguration abschnittsweise umgibt.
  7. Abgabe- und Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktuation des Trennelements (30) für eine Durchlässigkeit des Trennelements (30) für die vorgelagerte Substanz (20) sorgt.
  8. Abgabe- und Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennelement (30) einen mehrschichtigen Aufbau (40, 50) aufweist.
  9. Abgabe- und Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennelement (30) ein erstes Material (60) und ein zweites Material (70) aufweist und in der Ausgangskonfiguration sowohl das erste Material (60) als auch das zweite Material (70) mit dem Fluid (10) in Kontakt ist.
  10. Abgabe- und Dosiersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennelement (30) eine Sollbruchstelle (80) aufweist.
  11. Kartusche (200), aufweisend
    ein Abgabe- und Dosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    ein Gehäuse (210) der Kartusche (200),
    eine Trommel (220), welche zumindest eine Kammer (230) aufweist,
    wobei das Abgabe- und Dosiersystem im Inneren der Trommel (220) angeordnet ist.
  12. Verfahren zum Herstellen einer Komponente, aufweisend folgende Schritte:
    - Bereitstellen eines Abgabe- und Dosiersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    - Herstellen einer Komponente durch das Abgeben der vorgelagerten Substanz (20) an das Fluid (10), wobei die Komponente aus der abgegebenen vorgelagerten Substanz (20) und dem Fluid nach der Aktuation des Trennelements (30) gebildet wird.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Komponente nach Anspruch 11, wobei die Abgabe der vorgelagerten Substanz (20) an das Fluid (10) nach der Aktuation des Trennelements (30) kontinuierlich dosiert, diskret, zeitverzögert oder mehrstufig über einen vordefinierten Zeitraum erfolgt.
EP13191863.3A 2012-11-29 2013-11-07 Abgabe- und Dosiersystem, insbesondere von Substanzen in mikrofluidischen Systemen, sowie Verfahren und Kartusche mit dem Abgabe- und Dosiersystem Withdrawn EP2737949A3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012221848.3A DE102012221848A1 (de) 2012-11-29 2012-11-29 Abgabe- und Dosiersystem, insbesondere von Substanzen in mikrofluidischen Systemen, sowie Verfahren und Kartusche mit dem Abgabe- und Dosiersystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2737949A2 true EP2737949A2 (de) 2014-06-04
EP2737949A3 EP2737949A3 (de) 2014-11-05

Family

ID=49551525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13191863.3A Withdrawn EP2737949A3 (de) 2012-11-29 2013-11-07 Abgabe- und Dosiersystem, insbesondere von Substanzen in mikrofluidischen Systemen, sowie Verfahren und Kartusche mit dem Abgabe- und Dosiersystem

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140144514A1 (de)
EP (1) EP2737949A3 (de)
DE (1) DE102012221848A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050191708A1 (en) 2000-10-03 2005-09-01 Mirari Biosciences, Inc. Microwave microfluidics

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3178157A (en) * 1962-05-15 1965-04-13 United Process Machinery Co Portable foam generating apparatus
BE635656A (de) * 1962-07-31 1900-01-01
FR2031791A6 (de) * 1968-12-11 1970-11-20 Oreal
US3568448A (en) * 1969-04-01 1971-03-09 Thiokol Chemical Corp Ignition system for igniting a gas generator by the use of combustion gases from a solid propellant rocket motor having selective zoning capabilities
US3881629A (en) * 1973-09-04 1975-05-06 Continental Disc Corp Self-aligning rupture disc
US4294247A (en) * 1977-07-25 1981-10-13 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Frangible, resealable closure for a flexible tube
DE19519804A1 (de) * 1995-05-31 1996-12-05 Juergen Dr Schrezenmeir Bioaktive Kapsel mit veränderlicher Hülle
DE102006035549A1 (de) * 2006-07-27 2008-01-31 Evonik Röhm Gmbh Arzneiform mit mindestens zweischichtiger Trennschicht
DE102007059533A1 (de) * 2007-12-06 2009-06-10 Thinxxs Microtechnology Ag Mikrofluidische Speichervorrichtung
EP2300164B1 (de) * 2008-06-19 2018-03-14 Boehringer Ingelheim Microparts GmbH Fluiddosierbehälter
WO2011087813A2 (en) * 2009-12-22 2011-07-21 University Of Washington Capillarity-based devices for performing chemical processes and associated systems and methods
DE102010042740A1 (de) * 2010-10-21 2012-04-26 Ing. Erich Pfeiffer Gmbh Austragvorrichtung für Medien
DE102011003856B4 (de) * 2011-02-09 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Mikrosystem für fluidische Anwendungen sowie Herstellungsverfahren und Benutzungsverfahren für ein Mikrosystem für fluidische Anwendungen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050191708A1 (en) 2000-10-03 2005-09-01 Mirari Biosciences, Inc. Microwave microfluidics

Also Published As

Publication number Publication date
EP2737949A3 (de) 2014-11-05
US20140144514A1 (en) 2014-05-29
DE102012221848A1 (de) 2014-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60207708T2 (de) Mikrofluidik-Systeme zum Kombinieren diskreter Fluidvolumen
DE60300980T2 (de) Lochmikromischer
DE60208235T2 (de) Mikrofluidische vorrichtungen mit verteilungseinlässen
DE112011102770B4 (de) Mikrofluidische Einheit mit Hilfs- und Seitenkanälen
DE102004021822B3 (de) Verfahren und Anordnung zur DNA-Amplifikation mittels PCR unter Einsatz von Trockenreagenzien
DE102014224664B3 (de) Vorrichtung und verfahren zur tropfenerzeugung
DE60214167T2 (de) Mehrschichtiger Mikrofluid-Splitter
EP2836302B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gezielten prozessführung in einem mikrofluidik-prozessor mit integrierten aktiven elementen
DE102009001257A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Handhabung von Flüssigkeiten
WO2004103565A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur strukturierung von flüssigkeiten und zum zudosieren von reaktionsflüssigkeiten zu in separationsmedium eingebetteten flüssigkeitskompartimenten
EP1566215A2 (de) Mikrostrukturierte Plattform und Verfahren zum Handhaben einer Flüssigkeit
EP2094387A2 (de) Automatischer mikrofluidik-prozessor
WO2018086897A1 (de) Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur analyse von nukleinsäuren
DE102008009199A1 (de) Reaktionsmischersystem zur Vermischung und chemischer Reaktion von mindestens zwei Fluiden
EP2624954B1 (de) Verfahren zum waschen einer mikrofluidischen kavität
EP4334036A2 (de) Dosierkopf und fluidiksystem zur aufnahme und dosierung wenigstens eines mediums
EP1843833B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur dosierung und durchmischung kleiner flüssigkeitsmengen, apparat und verwendung
EP2737949A2 (de) Abgabe- und Dosiersystem, insbesondere von Substanzen in mikrofluidischen Systemen, sowie Verfahren und Kartusche mit dem Abgabe- und Dosiersystem
WO2020200351A1 (de) Mikrotropfenrückhalteanordnung
WO2010040758A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ausführung mehrerer paralleler pcr-reaktionen im durchflussverfahren
EP1833598B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur dosierung und durchmischung kleiner flüssigkeitsmengen
DE102014221309B4 (de) Mikrofluidisches System sowie Verfahren zum Analysieren einer Probenlösung und Verfahren zum Herstellen eines mikrofluidischen Systems zum Analysieren einer Probenlösung
EP2392397A2 (de) Vorrichtung zum Behandeln einer Flüssigkeit
EP1740296B1 (de) Verfahren zur herstellung einer lösung, zugehörige anordnung sowie anwendungen des verfahrens und der anordnung
DE10218280C1 (de) Integriertes Misch- und Schaltsystem für die Mikroreaktionstechnik

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20131107

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: B01L 3/00 20060101AFI20141001BHEP

R17P Request for examination filed (corrected)

Effective date: 20150506

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

R17P Request for examination filed (corrected)

Effective date: 20131107

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150507