EP3408025A1 - Tube having a microfluidic structure - Google Patents

Tube having a microfluidic structure

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EP3408025A1
EP3408025A1 EP17701136.8A EP17701136A EP3408025A1 EP 3408025 A1 EP3408025 A1 EP 3408025A1 EP 17701136 A EP17701136 A EP 17701136A EP 3408025 A1 EP3408025 A1 EP 3408025A1
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EP
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tube
microfluidic structure
reaction
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bioanalytical
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Jürgen Rühe
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Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
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Abstract

Embodiments of the present invention provide a tube which has a region that tapers in the direction of an end of the tube; an opening at the end of the tube for receiving a sample material; and a microfluidic structure which is arranged inside the tube in the tapering region thereof and which is connected to the opening, wherein the microfluidic structure is formed so as to carry out a multi-stage bioanalytical reaction with the sample material.

Description

Röhre mit einer mikrofluidischen Struktur  Tube with a microfluidic structure
Beschreibung description
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Röhre mit einer mikrofluidischen Struktur, insbesondere auf eine Röhre in Form einer Pipette in dessen Spitze die mikrofluidische Struktur angeordnet ist. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Durchführung einer Untersuchung in einer Pipette (Pipettenspitze), beispielsweise auf die Durchführung einer mehrstufigen bioanalytischen Reaktion in einem konischen (Pipetten-) Röhrchen durch Integration einer mikrofluidischen Vorrichtung, die mindestens zwei Kompartimenten erzeugt. Modifikationen von Pipettenspitzen und entsprechende funktionale Formen sind teils weit verbreitet [1 -3]. Die bekannten Ansätze beschreiben lediglich eine Vereinfachung einzelner Analyseschritte, insbesondere der Probenvorbereitung und Probenaufarbeitung. Mikrofluidische Systeme, die in der Lage sind mehrere zusammenhängende Analyseschritte durchzuführen sind besonders vorteilhaft wenn kleinste Probenvolumina in einem geschlossenen Ablauf prozessiert und analysiert werden müssen[4]. Dabei finden die Analyseschritte fast immer diskontinuierlich statt, d.h. es sind prinzipiell immer mehrere diskrete Reaktionsräume erforderlich oder zumindest mehrere Start-Stopp-Phasen notwendig um einen Analyten aufzunehmen, für die Nachweisreaktion vorzubereiten und letztendlich den analysierenden Schritt durchzuführen. Das Ziel ist gewöhnlich, dass Automation und ein geschlossener Ablauf aller notwendigen Schritte mögliche manuelle Fehler bei insbesondere sehr kleinen Probenvolumina reduzieren soll. Betrachtet man die Tauglichkeit automatisierter mikrofluidischer Systeme für die Vor-Ort-Analyse, bzw. in kleinen dezentralisierten Laboreinrichtungen, so werden insbesondere technische Lösungen als vorteilhaft erachtet, die robust sind, sich durch einfache Handgriffe bedienen lassen, möglichst wenige elektronische Komponenten besitzen und dadurch wenig Energie benötigen [5, 6]. Obwohl es viele technische Lösungsvorschläge individueller Probleme gibt, sind Beispiele einfacher geschlossener Systeme kaum auffindbar. Neben der Komplexität mehrstufige bioanalytische Prozesse in eine mikrofluidische Einheit zu integrieren, besteht zusätzlich das Problem der Probenaufnahme bei kleinen Volumina oder Partikeln wie z.B. Zellen. Das LAB-ON-A-Pipette System (dt. Labor-in-einer-Pipette System) [7, 8] kombiniert hierfür eine spezielle„micro aspiration tip" Spitze mit einer mikro-fluidischen analysierenden Einheit, um insbesondere genetische Einzelzellanalysen zu optimieren. Bei diesem System werden ebenfalls alle zur Nachweisreaktion notwendigen Reagenzien vorgelagert. Letztendlich handelt es sich aber bei dem Lab-on-a-Pipette System um eine spezielle vorteilhafte Ergänzung gängiger Lab-on-Chip Systeme (dt. Labor-auf-einem-Chip Systeme) durch eine vorgelagerte Mikrospitze, die lediglich der gezielten und exakten Probenaufnahme dient. Die analysierende Lab-on-Chip Einheit (Fluidik und Temperierung) wurde dabei in eine speziell entwickelte Pipette integriert. Auch die Beschreibung der Herstellung entsprechender mikrofluidischer Strukturen entspricht denen klassischer chipbasierter Herstellungsverfahren. Aufgrund prozesstechnischer Entwicklungen von mikrofluidischen Plattformen besitzen derzeitige integrative Systeme eine, wie der Name schon sagt, platte Form im Sinne eines Chips, einer Disk oder einer Kassette [6]. Mag dieser Aufbau produktionsbedingt z.T. noch deutliche Vorteile besitzen, so ergeben sich beim mikrofluidischen Ablauf, bzw. dem mikrofluidischen Transport von Flüssigkeiten häufig intrinsische Probleme. Beispiele sind das Benetzen von Oberflächen und damit verbunden das lufblasenfreie Füllen von Kompartimenten [9], die Bildung von Gasblasen [10] sowie der Druckausgleich [1 1 , 12]. Durch die vertikale Begrenzung des flachen Aufbaus und die horizontale Lage des Fluidmanagements kann keine natürliche Trennung von Gas- und wässriger Phase stattfinden. Desweiteren müssen, um die Flüssigkeitsmengen zu bewegen und einen reibungslosen automatisierten Ablauf zu gewähren, derzeit sowohl spezielle als auch große und komplexe Geräteplattformen verwendet werden [13, 14]. Beides führt dazu, dass derzeitige Lösungsansätze als umsetzbar aber kaum praktikabel gelten. Eine äußerst komplexe Fluidik ist für einen Einmalgebrauch meist teuer in der Produktion und birgt zusätzlich eine höhere Gefahr der Störanfälligkeit. Große und komplexe Geräteplattformen bieten gewöhnlich Lösungen für eine individuelle Fluidik auf die sie zugeschneidert wurden. Der mögliche Preis für solche Geräte ist meist unrentabel, sofern nicht ein breites Einsatzspektrum gewährleistet wird. Ein weiterer Nachteil mikrofluidische Plattformen ist die Schnittstelle zwischen Probe und Fluidik, d.h. das Beladen/Füllen der mikrofluidischen Einheit. Bis auf wenige Ausnahmen [7, 8] besitzen Lab-on-chip Systeme keine adäquaten Möglichkeiten eine Probe direkt aufzunehmen und zu verarbeiten. Embodiments of the present invention relate to a tube having a microfluidic structure, in particular to a tube in the form of a pipette in whose tip the microfluidic structure is arranged. Further embodiments relate to performing a test in a pipette (pipette tip), for example, to carry out a multi-stage bioanalytical reaction in a conical (pipette) tube by integration of a microfluidic device which generates at least two compartments. Modifications of pipette tips and corresponding functional forms are in part widespread [1 -3]. The known approaches merely describe a simplification of individual analysis steps, in particular sample preparation and sample processing. Microfluidic systems that are able to perform several coherent analysis steps are particularly advantageous when the smallest sample volumes have to be processed and analyzed in a closed sequence [4]. The analysis steps are almost always discontinuous, ie in principle always several discrete reaction spaces required or at least several start-stop phases necessary to receive an analyte to prepare for the detection reaction and finally perform the analyzing step. The goal is usually that automation and a closed sequence of all necessary steps should reduce possible manual errors, especially for very small sample volumes. Considering the suitability of automated microfluidic systems for on-site analysis, or in small decentralized laboratory facilities, so particular technical solutions are considered to be advantageous, which are robust, can be operated by simple operations, have as few electronic components and thus little Need energy [5, 6]. Although there are many technical solutions to individual problems, examples of simple closed systems are hard to find. In addition to the complexity of integrating multistep bioanalytical processes into a microfluidic unit, there is the additional problem of sample uptake in the case of small volumes or particles such as cells. The LAB-ON-A pipette system [7, 8] combines a special "micro aspiration tip" tip with a micro-fluidic analyzing unit to optimize especially genetic single-cell analyzes In this system All reagents necessary for the detection reaction are also pre-stored. Ultimately, however, is the Lab-on-a-pipette system is a special advantageous addition of common lab-on-chip systems (dt. Laboratory-on-a-chip systems) by an upstream microtip, the only targeted and accurate Sample holder serves. The analyzing lab-on-chip unit (fluidics and temperature control) was integrated into a specially developed pipette. The description of the production of corresponding microfluidic structures also corresponds to those of classical chip-based production methods. Due to process engineering developments of microfluidic platforms, current integrative systems have, as the name suggests, a flat shape in the sense of a chip, a disk or a cassette [6]. Although this design may have significant advantages for production reasons, intrinsic problems often arise in the case of the microfluidic process or the microfluidic transport of liquids. Examples include the wetting of surfaces and, associated therewith, the filling of compartments without air bubbles [9], the formation of gas bubbles [10] as well as the pressure compensation [1 1, 12]. Due to the vertical limitation of the flat structure and the horizontal position of the fluid management, no natural separation of gas and aqueous phase can take place. Furthermore, in order to move liquid volumes and to ensure a smooth automated process, both special and large and complex instrument platforms have to be used [13, 14]. Both factors mean that current solutions are considered practicable but hardly practicable. An extremely complex fluidics is usually expensive for a single use in production and also carries a higher risk of susceptibility. Large and complex instrument platforms usually provide solutions for individual fluidics to which they have been tailored. The possible price for such devices is usually unprofitable, unless a wide range of applications is guaranteed. Another disadvantage of microfluidic platforms is the interface between sample and fluidics, ie the loading / filling of the microfluidic unit. With a few exceptions [7, 8], lab-on-chip systems do not have adequate possibilities to directly record and process a sample.
In der US 8,394,625 B2 wird ein Lab-on-a-Pipette System beschrieben, welches eine Kombination aus einem Lab-on-Chip System und einer Mikrospitze ist. Die Mikrospitze ist dabei eine Erweiterung einer Chip-Plattform, wobei die Fluidik und Analytik im Lab-on-Chip System erfolgt. Die US 2007/0059215 A1 zeigt eine Mikropipette in Kombination mit einem MEMS Strömungssensor. Die Mikropipette umfasst einen Hauptabschnitt, einen Betriebsabschnitt und einen Rohrabschnitt, wobei der Rohrabschnitt einen Betriebsraum definiert. Die Erfassungsvorrichtung ist an einer geeigneten Position im Betriebsraum des Rohrabschnitts angeordnet. Der MEMS Strömungssensor erfasst dabei eine Gasbewegung in dem Betriebsraum. US Pat. No. 8,394,625 B2 describes a lab-on-a-pipette system which is a combination of a lab-on-chip system and a microtip. The microtip is an extension of a chip platform, wherein the fluidics and analytics is done in the lab-on-chip system. US 2007/0059215 A1 shows a micropipette in combination with a MEMS flow sensor. The micropipette comprises a main section, an operating section and a pipe section, wherein the pipe section defines an operating space. The detection device is arranged at a suitable position in the operating space of the pipe section. The MEMS flow sensor detects a gas movement in the operating room.
Die EP 1 381 468 B1 beschreibt eine Vorrichtung zum Entnehmen eines Aliquots einer Probe aus einem verschlossenen Behälter. EP 1 381 468 B1 describes a device for taking an aliquot of a sample from a sealed container.
In der WO 201 1/032228 A1 wird eine experimentelle Einheit beschrieben, die zwei Schnittstellen aufweist - eine Schnittstelle für eine Pipette und eine Schnittstelle für eine Spitze (Probenaufnahme). Die experimentelle Einheit ist somit in Reihe zwischen der Spitze und der Pipette verbunden, wobei die Spitze lediglich zur Probenaufnahme dient. WO 201 1/032228 A1 describes an experimental unit which has two interfaces - an interface for a pipette and an interface for a tip (sample holder). The experimental unit is thus connected in series between the tip and the pipette, with the tip serving only for sample collection.
Die WO 2006/029387 A1 beschreibt ein handliches und portables mikrofluidisches Gerät, welches einen Reinigungschip und eine spritzenartige Vorrichtung zur Probenaufnahme und Bewegung umfasst. Dabei erfolgt lediglich eine Vorbereitung bzw. Aufreinigung der Probe. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zu schaffen, welches einerseits einen einfacheren Aufbau erfordert und eine andererseits eine zuverlässigere Untersuchung der Probe ermöglicht. WO 2006/029387 A1 describes a handy and portable microfluidic device which comprises a cleaning chip and a syringe-like device for sample taking and movement. Only a preparation or purification of the sample takes place. The present invention is therefore based on the object to provide a concept which on the one hand requires a simpler structure and on the other hand allows a more reliable examination of the sample.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen. This object is solved by the independent claims. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Röhre mit einem zu einem Ende der Röhre hin verjüngenden Bereich; einer Öffnung an dem Ende der Röhre zum Aufnehmen eines Probenmaterials; und einer mikrofluidischen Struktur, die innerhalb der Röhre in dem verjüngenden Bereich der Röhre angeordnet ist und die mit der Öffnung verbunden ist, wobei die mikrofluidische Struktur ausgebildet ist, um mit dem Probenmaterial eine mehrstufige bioanalytische Reaktion durchzuführen. Embodiments of the present invention provide a tube having a portion tapering toward one end of the tube; an opening at the end of the tube for receiving a sample material; and a microfluidic structure disposed within the tube in the tapered region of the tube and connected to the opening, wherein the microfluidic structure is configured to perform a multi-step bioanalytical reaction with the sample material.
Gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung wird zur Analyse bzw. Untersuchung einer Probe mittels einer mehrstufigen bioanalytischen Reaktion eine mikrofluidische Struktur verwendet, die direkt in einem sich verjüngenden Bereich einer Röhre, wie z.B. einer Spitze einer Pipette bzw. Pipettenspitze, angeordnet ist. Dies ermöglicht eine zuverlässige und kostengünstige Durchführung komplexer, mehrstufiger Reaktionen direkt innerhalb des sich verjüngenden Bereichs der Röhre. In accordance with the concept of the present invention, a microfluidic structure is used to analyze a sample by a multistage bioanalytical reaction, located directly in a tapered region of a tube, such as a tip of a pipette tip. This allows a reliable and cost-effective performance of complex, multi-step reactions directly within the tapered region of the tube.
Manche Ausführungsbeispiele ermöglichen es, bioanalytische Nachweisreaktionen, die in mehreren räumlich oder zeitlich getrennten Schritten ablaufen, in den Gefäßen durchzuführen, die direkt der Auf- und Entnahme von Probenmaterial dienen (z.B. Pipetten- Röhrchen). Ermöglicht wird dies durch eine Unterteilung des Gefäßvolumens mithilfe einer beweglichen Fluidik. Dessen Inkorporation in das Gefäßvolumen bildet dabei mindestens zwei getrennte Reaktionsräume/Kompartimente. Als besonders geeignete und vorteilhafte Ausführungen werden konisch zulaufende Röhrchen angesehen in denen eine schlauchförmige Fluidik dem inneren Konus aufsitzt. Entsprechende funktionale Ausführungen lösen gängige produktionstechnische und mikrofluidische Probleme chipbasierter Strukturen, die mehr als einen Reaktionsraum besitzen. Weitere Ausführungsbeispiele umfassen die Durchführung eines sequenziellen, mehrstufigen bioanalytischen Verfahrens (bioassay) in dem Volumen eines konisch zulaufenden Röhrchens (in Form und Funktion einer Pipettenspitze), welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine integrierte mikrofluidische Vorrichtung mindestens zwei Kompartimente erzeugt, in denen analytische Reagenzien vorgelagert und mit einer Probenflüssigkeit in zeitlicher Folge (sukzessiv/konsekutiv) zur Reaktion gebracht werden können. Die Besonderheit der integrierten Mikrofluidik besteht darin, dass ein verschachteltes schlauchförmiges Kanalsystem lose der Innenwand des Konus aufsitzt, dadurch Kompartimente bildet und diese funktional abdichtet. Die gebildeten Kompartimente sind durch (ringförmige) Spalten/Öffnungen hydrophober Oberflächen voneinander getrennt. Durch Bewegung des Kanalsystems entgegen der Verjüngung kann die Flüssigkeit über die Konus-Öffnung zu jedem Zeitpunkt gezielt freigesetzt werden. Some embodiments make it possible to perform bioanalytical detection reactions, which take place in several spatially or temporally separate steps, in the vessels that directly serve for the collection and withdrawal of sample material (e.g., pipette tubes). This is made possible by a subdivision of the vessel volume by means of a movable fluidics. Its incorporation into the vessel volume thereby forms at least two separate reaction spaces / compartments. As particularly suitable and advantageous embodiments, tapered tubes are considered in which a tubular fluidity rests on the inner cone. Corresponding functional designs solve common production-related and microfluidic problems of chip-based structures that have more than one reaction space. Other embodiments include performing a sequential, multi-stage bioassay in the volume of a tapered tube (in the form and function of a pipette tip), characterized in that an integrated microfluidic device produces at least two compartments preceded by analytical reagents and with a sample liquid in time sequence (successive / consecutive) can be reacted. The peculiarity of the integrated microfluidics is that a nested tubular channel system loosely rests on the inner wall of the cone, thereby forming compartments and sealing them functionally. The compartments formed are separated by (annular) gaps / openings of hydrophobic surfaces. By moving the channel system against the taper, the fluid can be selectively released through the cone opening at any time.
Manche Ausführungsbeispiele ermöglichen in einer sehr einfachen und kostengünstigen Weise die Durchführung komplexer, mehrstufiger und zusammenhängender Reaktionen innerhalb des Volumens eines Pipetten-Röhrchens, wie es üblicherweise zur Auf- und Entnahme von Probenmaterial genutzt wird. Some embodiments allow, in a very simple and inexpensive manner, the implementation of complex, multi-stage and cohesive reactions within the volume of a pipette tube, as is commonly used for the collection and removal of sample material.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren, mit folgenden Schritten: Further embodiments provide a method with the following steps:
- Aufnehmen eines Probenmaterials durch eine Öffnung einer Röhre, wobei die Röhre einem zu einem Ende der Röhre hin, die die Öffnung bildet, einen verjüngenden Bereich aufweist; und Durchführen einer mehrstufigen bioanalytischen Reaktion mit einer mikrofluidischen Struktur, die innerhalb der Röhre in dem verjüngenden Bereich der Röhre angeordnet ist und mit der Öffnung verbunden ist. Ausführungsbeispiele werden bezugnehmen auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: - receiving a sample material through an opening of a tube, the tube having a tapered region towards an end of the tube forming the opening; and Performing a multi-stage bioanalytical reaction with a microfluidic structure disposed within the tube in the tapered region of the tube and connected to the opening. Embodiments will be explained with reference to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Röhre mit einem zu einem Ende der Röhre hin sich verjüngenden Bereich und einer mikrofluidischen Struktur, die in dem sich verjüngenden Bereich der Röhre angeordnet ist, gemäß einem1 is a schematic cross-sectional view of a tube having an area tapering toward one end of the tube and a microfluidic structure disposed in the tapered area of the tube, according to FIG
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Embodiment of the present invention;
Fig. 2a-2b schematische Querschnittsansichten einer Röhre mit einem zu einem Ende der 2a-2b are schematic cross-sectional views of a tube with one to one end of
Röhre hin sich verjüngenden Bereich und einer mikrofluidischen Struktur, die zumindest teilweise in dem sich verjüngenden Bereich der Röhre angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  Tube toward the tapered region and a microfluidic structure at least partially disposed in the tapered region of the tube according to an embodiment of the present invention;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer Röhre mit einem zu einem Ende der Röhre hin sich verjüngenden Bereich und einer mikrofluidischen Struktur, die zumindest teilweise in dem sich verjüngenden Bereich der Röhre angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 is a schematic cross-sectional view of a tube having an area tapering toward one end of the tube and a microfluidic structure at least partially disposed in the tapered area of the tube according to an embodiment of the present invention;
Fig. 4a-4b ein Foto und eine schematische Querschnittsansicht einer Röhre mit einem zu einem Ende der Röhre hin sich verjüngenden Bereich und einer mikrofluidischen Struktur, die in zumindest teilweise in dem sich verjüngenden Bereich der Röhre angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4a-4b show a photograph and a schematic cross-sectional view of a tube with an area tapering towards one end of the tube and a microfluidic structure disposed in at least partially in the tapered area of the tube according to an embodiment of the present invention;
Fig. 5a-5e zeigen schematische Querschnittsansichten der in Fig. 2 gezeigten Röhre bei bzw. nach Unterschiedlichen Schritten eines Verfahrens zum Untersuchen eines Probenmaterials mit der Röhre, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Figures 5a-5e show schematic cross-sectional views of the tube shown in Figure 2 during different steps of a method of assaying a sample material with the tube, according to an embodiment of the present invention;
Fig. 6a-6d zeigen schematische Querschnittsansichten der in Fig. 2 gezeigten Röhre bei bzw. nach Unterschiedlichen Schritten eines Verfahrens zum Entnehmen eines Probenmaterials nach der Durchführung der mehrstufigen bioanalytischenFIGS. 6a-6d show schematic cross-sectional views of the tube shown in FIG. 2 during and after different steps of a method for removing a sample material after performing the multistage bioanalytical
Reaktion, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 7a-7e zeigen schematische Querschnittsansichten der in Fig. 2 gezeigten Röhre bei bzw. nach Unterschiedlichen Schritten eines Verfahrens zum Untersuchen eines Probenmaterials mit der Röhre, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Fotoaufnahme einer Pipettenspitze durch eine Filterscheibe; Reaction, according to an embodiment of the present invention; FIGS. 7a-7e are schematic cross-sectional views of the tube shown in FIG. 2 at different stages of a method of inspecting a sample material with the tube, according to one embodiment of the present invention; a photograph of a pipette tip through a filter disc;
Fig. 9 eine Fotoaufnahme einer Gelelektrophorese von zwei PCR Produkten; und Fig. 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9 shows a photograph of a gel electrophoresis of two PCR products; and FIG. 10 is a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar ist. In the following description of the embodiments of the invention, the same or equivalent elements are provided with the same reference numerals in the figures, so that their description in the different embodiments is interchangeable.
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Röhre 100 mit einem zu einem Ende 102 der Röhre 100 hin sich verjüngenden Bereich 104 und einer mikrofluidischen Struktur 106, die in dem sich verjüngenden Bereich 104 der Röhre 100 angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die mikrofluidische Struktur 106 ist mit einer Öffnung 108 an dem Ende 102 der Röhre 100 zum Aufnehmen eines Probenmaterials verbunden, wobei die mikrofluidische Struktur 106 ausgebildet ist, um mit dem Probenmaterial eine mehrstufige bioanalytische Reaktion durchzuführen. 1 shows a schematic cross-sectional view of a tube 100 having a region 104 tapering toward an end 102 of the tube 100 and a microfluidic structure 106 disposed in the tapered region 104 of the tube 100 according to one embodiment of the present invention. The microfluidic structure 106 is connected to an opening 108 at the end 102 of the tube 100 for receiving a sample material, wherein the microfluidic structure 106 is configured to perform a multi-stage bioanalytical reaction with the sample material.
Bei Ausführungsbeispielen kann der sich verjüngende Bereich 104 der Röhre 100 zu dem Ende 102 der Röhre 100 hin konisch zulaufend bzw. kegelförmig (hohlkegelförmig) sein. Der sich verjüngende Bereich 104 der Röhre 100 kann somit die Form einer Spitze aufweisen bzw. spitzenförmig sein. Die Röhre 100 kann dabei nur aus dem sich verjüngenden Bereich 104 bestehen. Die Röhre 100 kann jedoch auch optional einen zylinderförmigen (hohlzylinderförmigen) Bereich 1 10 aufweisen. Die Röhre kann somit sowohl eine Pipettenspitze als auch eine Pipette mit einer Spitze sein, wobei die mikrofluidische Struktur 106 innerhalb der Spitze 104 angeordnet ist. In embodiments, the tapered portion 104 of the tube 100 may be tapered (tapered-shaped) toward the end 102 of the tube 100. The tapered portion 104 of the tube 100 may thus be in the shape of a tip or pointed. The tube 100 can only consist of the tapered region 104. However, the tube 100 can also optionally have a cylindrical (hollow-cylindrical) region 110. Thus, the tube may be both a pipette tip and a pipette having a tip with the microfluidic structure 106 disposed within the tip 104.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann die mikrofluidische Struktur 106 nur bzw. ausschließlich innerhalb des sich verjüngenden Bereichs 104 der Röhre 100 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die mikrofluidische Struktur 106 über den verjüngenden Bereich hinaus bis in den kegelförmigen Bereich 1 10 erstreckt. In diesem Fall ist die mikrofluidische Struktur also (nur) zumindest teilweise innerhalb des sich verjüngenden Bereichs 104 der Röhre angeordnet. Fig. 2a und 2b zeigen schematische Querschnittsansichten einer Röhre 100 mit einem zu einem Ende 102 der Röhre 100 hin sich verjüngenden Bereich 104 und einer mikrofluidischen Struktur 106, die zumindest teilweise in dem sich verjüngenden Bereich 104 der Röhre 100 angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden in Fig. 2a und 2b Details der mikrofluidischen Struktur 106 gezeigt. As shown in FIG. 1, the microfluidic structure 106 may be disposed only within the tapered portion 104 of the tube 100. However, it is also possible that the microfluidic structure 106 extends over the tapered region out to the conical portion 1 10 extends. In this case, the microfluidic structure is thus (only) at least partially disposed within the tapered region 104 of the tube. 2 a and 2 b show schematic cross-sectional views of a tube 100 with a region 104 tapering towards an end 102 of the tube 100 and a microfluidic structure 106 which is at least partially disposed in the tapered region 104 of the tube 100, according to an embodiment of FIGS present invention. In comparison with the exemplary embodiment shown in FIG. 1, details of the microfluidic structure 106 are shown in FIGS. 2 a and 2 b.
Wie in Fig. 2a und 2b zu erkennen ist, kann die mikrofluidische Struktur 106 eine bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 aufweisen. Die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 kann mit der Öffnung 108 der Röhre verbunden sein. Die mikrofluidische Struktur 106 kann dabei ausgebildet sein, um ein über die Öffnung 108 der Röhre aufgenommenes Probenmaterial über die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 in eine erste Richtung (in Fig. 2a und 2b nach„oben") zu transportieren. As can be seen in FIGS. 2 a and 2 b, the microfluidic structure 106 may have a movable, tubular component 14. The movable, tubular component 14 may be connected to the opening 108 of the tube. The microfluidic structure 106 may be designed to transport a sample material received via the opening 108 of the tube via the movable, tubular component 14 in a first direction (in FIGS. 2a and 2b "upwards").
Ferner kann die mikrofluidische Struktur 106 zumindest zwei Reaktionskammern 1 2_1 bis 12_3 (zwei Reaktionskammern 1 12_1 und 1 12_2 in Fig. 2a; drei Reaktionskammern 1 12_1 bis 1 12_3 in Fig. 2b) zur Durchführung der mehrstufigen bioanalytischen Reaktion aufweisen. Die (zumindest) zwei Reaktionskammern 1 12_1 bis 1 12_3 können voneinander getrennt sein. Die mikrofluidische Struktur 106 kann dabei ausgebildet sein, um das (zuvor durch die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 in die erste Richtung (nach„oben) transportierte) Probenmaterial zur Durchführung der mehrstufigen bioanalytische Reaktion durch die zumindest zwei Reaktionskammern 1 12_1 bis 1 12_3 in eine zweite Richtung (in Fig. 2 nach„unten") zu transportieren. Furthermore, the microfluidic structure 106 may have at least two reaction chambers 1 2_1 to 12_3 (two reaction chambers 1 12_ 1 and 1 12_ 2 in FIG. 2 a, three reaction chambers 1 12_ 1 to 1 12_ 3 in FIG. 2 b) for carrying out the multi-stage bioanalytical reaction. The (at least) two reaction chambers 1 12_1 to 1 12_3 can be separated from each other. The microfluidic structure 106 can be designed to be the sample material (previously transported by the movable, tubular component 14 in the first direction (upwards) for carrying out the multistage bioanalytical reaction through the at least two reaction chambers 1 12_ 1 to 1 12_ 3 in FIG a second direction (in Fig. 2 to "down") to transport.
Mit der in Fig. 2 gezeigten mikrofluidischen Struktur 106 ist es somit möglich, die mehrstufige bioanalytische Reaktion sequentiell bzw. in zeitlich getrennten Schritten durchzuführen.With the microfluidic structure 106 shown in FIG. 2, it is thus possible to carry out the multistage bioanalytical reaction sequentially or in time-separated steps.
Beispielsweise kann hierzu in zumindest einer der zumindest zwei Reaktionskammern 1 12 1 bis 1 12_3 ein analytisches Reagenz für die mehrstufige bioanalytische Reaktion vorgelagert sein. Natürlich können auch in den zumindest zwei Reaktionskammern 1 12 1 bis 1 12_3, d.h. in den zwei Reaktionskammern 1 12_1 und 1 12_2 (in Fig. 2a und 2b) bzw. in den drei Reaktionskammern 1 12_1 bis 1 12_3 in Fig. 2b, analytische Reagenzien vorgelagert sein, wobei die fluidische Struktur 106 ausgebildet sein kann, um die analytischen Reagenzien mit dem Probenmaterial in zeitlicher Reihenfolge zur Reaktion zu bringen, um die mehrstufige bioanalytische Reaktion durchzuführen. For example, an analytical reagent for the multi-stage bioanalytical reaction can be arranged upstream of at least one of the at least two reaction chambers 1 12 1 to 12 12 for this purpose. Of course, in the at least two reaction chambers 1 12 1 to 1 12_3, ie in the two reaction chambers 1 12_1 and 1 12_2 (in Fig. 2a and 2b) and in the three reaction chambers 1 12_1 to 1 12_3 in Fig. 2b, analytical Reagents may be upstream, wherein the fluidic structure 106 may be formed to the analytical reagents with to react the sample material in chronological order to perform the multistep bioanalytical reaction.
Um die zumindest zwei Reaktionskammern 1 12 1 bis 1 12_3 zu bilden, kann die mikrofluidische Struktur 106 zumindest eine ringförmige Komponente 16 1 und 1 16_2 aufweisen, die an einer Innenwand der Röhre anliegt. Die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 ist dabei so angeordnet, dass diese in dem sich verjüngenden Bereich 104 der Röhre an einer Innenwand der Röhre und zumindest teilweise an der zumindest einen ringförmigen Komponente 1 16_1 und 1 16_2 anliegt. Die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 kann dabei so an der ringförmigen Komponente 1 16 anliegen, dass die gebildeten zumindest zwei Reaktionskammern 1 1 1 bis 1 12_3 durch Öffnungen hydrophober Oberflächen oder hydrophobe kapillare Öffnungen voneinander getrennt sind. In order to form the at least two reaction chambers 1 12 1 to 1 12_ 3, the microfluidic structure 106 may have at least one annular component 16 1 and 16_ 2 which bears against an inner wall of the tube. The movable, tubular component 1 14 is arranged so that it rests in the tapering portion 104 of the tube on an inner wall of the tube and at least partially on the at least one annular component 1 16_1 and 1 16_2. The movable, tubular component 1 14 can in this case abut the annular component 16 so that the formed at least two reaction chambers 11 1 to 12 12 are separated from one another by openings of hydrophobic surfaces or hydrophobic capillary openings.
Die Röhre 100 kann ferner einen Filter bzw. O-Ring 120 umfassen. Über den O-Ring 120 kann das Probenmaterial beispielsweise aufgesaugt werden. The tube 100 may further include a filter or O-ring 120. For example, the sample material can be absorbed via the O-ring 120.
Mit anderen Worten, Fig. 2a und 2b zeigen schematische Darstellungen spitzenförmiger Röhrchen 100 zur Auf- und Entnahme von Probenmaterial mit integrierter schlauchförmiger Fluidik, die das Volumen des Röhrchens 100 in zwei, bzw. drei getrennte Reaktionsbereiche 1 12_1 bis 1 12_3 unterteilt und die Durchführung mehrstufiger Nachweisreaktionen ermöglicht. In other words, FIGS. 2 a and 2 b show schematic representations of tip-shaped tubes 100 for taking in and taking up sample material with integrated tubular fluidics, which subdivides the volume of tube 100 into two or three separate reaction regions 1 12_ 1 to 1 12_ 3 and the passage multi-stage detection reactions allows.
Probenflüssigkeiten können von extern über den konisch zulaufenden Teil des Röhrchens (Spitze) 104 sehr präzise aufgenommen werden und können über einen zentralen schlauchförmigen Kanal 1 14, der lose dem inneren konischen Bereich 104 aufsitzt, in das erste Kompartiment 112_1 im proximalen (geweiteter) Bereich des Pipetten-Röhrchens 100 gelangen. Der Flüssigkeitstransport ist dadurch gekennzeichnet, dass er primär in Richtung der Zylinder-/Kegelachse, d.h. vertikal mithilfe von Druckdifferenzen und Zentrifugalkräften verläuft. Zwischen den Kompartimenten 1 12_1 bis 1 12_3 erfolgt der Flüssigkeitstransport vorzugsweise über Zentrifugalkräfte und in Richtung der Konus-Spitze, so dass die Flüssigkeit eines proximalen Kompartiments über die hydrophobe kapillare Öffnung in das nächstgelegene distale Kompartiment (in Richtung Konus-Spitze) gezwungen wird. Bei mehr als zwei Kompartimenten 1 12_1 bis 1 12_3 kann so z.B. durch Variation der Kapillaröffnung (Länge, Weite, Oberfläche) sowie der applizierten Zentrifugalkraft der Transport von Kompartiment zu Kompartiment gesteuert werden. Dies ermöglicht die örtliche und zeitliche Trennung von Reaktionsabläufen. Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Röhre 100 mit einem zu einem Ende 102 der Röhre 100 hin sich verjüngenden Bereich 104 und einer mikrofluidischen Struktur 106, die zumindest teilweise in dem sich verjüngenden Bereich 104 der Röhre 100 angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu dem in Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispielen, umfasst die mikrofluidische Struktur 106 vier Reaktionskammern 1 12_1 bis 1 12_4, die über drei ringförmige Komponenten 1 16_1 bis 1 16_3 sowie die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 gebildet werden. Sample liquids may be picked up very precisely externally via the tapered portion of the tube (tip) 104 and may enter the first compartment 112_1 in the proximal (widened) area of the first compartment 112 via a central tubular channel 14 loosely fitting the inner conical portion 104 Get pipette tube 100. The liquid transport is characterized in that it runs primarily in the direction of the cylinder / cone axis, ie vertically by means of pressure differences and centrifugal forces. Between the compartments 1 12_1 to 1 12_3, the liquid transport preferably takes place via centrifugal forces and in the direction of the cone tip, so that the liquid of a proximal compartment is forced via the hydrophobic capillary opening into the nearest distal compartment (in the direction of the cone tip). In the case of more than two compartments 1 12_1 to 1 12_3, for example, by varying the capillary opening (length, width, surface area) and the applied centrifugal force, the transport from compartment to compartment can be controlled. This allows the local and temporal separation of reaction processes. 3 shows a schematic view of a tube 100 having a region 104 tapering towards an end 102 of the tube 100 and a microfluidic structure 106 at least partially disposed in the tapered region 104 of the tube 100, according to one embodiment of the present invention Invention. In comparison to the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 a and 2 b, the microfluidic structure 106 comprises four reaction chambers 1 12_ 1 to 1 12_ 4 that are formed via three annular components 1 16_ 1 to 1 16_ 3 and the movable, tubular component 14.
Mit anderen Worten, Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit insgesamt 4 Kompartimenten 1 12_1 bis 112_4, die durch unterschiedlich breite und lange kapillare Spalten/Öffnungen voneinander getrennt sind. Die beiden mittleren Kompartimente (2 und 3) 1 12_2 und 1 12_3 besitzen jeweils eine ringförmige Seitentasche 1 18_1 und 1 18_2 in denen Flüssigkeit zurückgehalten werden kann, z.B. für separate Reaktionen oder zum Abschöpfen überflüssiger Reaktionslösungen. Zusammen mit Kompartiment 4 (1 12_4) ergeben sich durch die hier dargestellte Anordnung drei Reaktionsräume mit Sackgassenfunktion. Werden die Schlauchförmigen Kanäle 104 entgegen der Verjüngung bewegt, kann die Flüssigkeit in Richtung Spitze entleert werden. In other words, Fig. 3 shows a schematic representation of a microfluidic device 100 with a total of 4 compartments 1 12_1 to 112_4, which are separated by differently broad and long capillary gaps / openings. The two middle compartments (2 and 3) 1 12_2 and 1 12_3 each have an annular side pocket 1 18_1 and 1 18_2 in which liquid can be retained, e.g. for separate reactions or to skim off superfluous reaction solutions. Together with compartment 4 (1 12_4) result from the arrangement shown here, three reaction chambers with dead end function. If the tube-shaped channels 104 are moved counter to the taper, the liquid can be emptied towards the tip.
Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, kann die in das konische Pipetten-Röhrchen 100 integrierte Mikrofluidik 106 auch so gestaltet werden, dass einzelne Kompartimente 1 12_2 und 12_3 sackgassenartige Taschen 1 18_1 und 1 18_2 bilden. Dadurch können Reaktionslösungen aufgeteilt und vor dem Transport in das nächste Kompartiment volumenmäßig reduziert werden. Das letzte, der Spitze am nächsten gelegene (distale) Kompartiment 1 12_4 kann dadurch gekennzeichnet sein, dass es von dem integrierten schlauchförmigen Kanalsystem in Richtung des Konus abgedichtet ist. Hierbei begünstigen die Zentrifugalkräfte für den Flüssigkeitstransport simultan den selbstdichtenden Aufbau. Des Weiteren können die hydrophoben Oberflächen der Kapillarspalten sowie der Aufbau des schlauchförmigen Kanalsystems ein Verdunsten der Flüssigkeit verhindern, so dass selbst Reaktionen im Bereich des Siedepunktes der Reaktionslösung (z.B. PCR (Polymerase chain reaction, dt. Polymerase-Kettenreaktion) mit Temperaturen von bis zu über 95°C) über einen langen und praktikablen Zeitraum möglich sind. Das gezielte Freisetzen der Reaktionslösung aus dem distalen (der Spitze zugewandten) Kompartiment kann durch eine Bewegung des schlauchförmigen Kanalsystems 1 14 entgegen der Verjüngung initiiert werden. In den Kompartimenten selbst, aber auch in den jeweiligen Übergängen/Verbindungen, können Reagenzien (in bevorzugter Weise gefriergetrocknet) vorgelagert werden. Durch das Vorlagern aller für eine Reaktion notwendiger Reagenzien ist nur die Flüssigkeitsaufnahme der zu untersuchenden Probe notwendig. Dies bedeutet, dass Flüssigkeitsproben von nur wenigen Mikrolitern nach einmaliger Aufnahme bis zum Abschluss der Nachweisreaktion in dem konisch zulaufenden Röhrchen (Pipetten-Röhrchen) prozessiert werden können. Je nach Methode kann die Detektion dann im Röhrchen 100 oder nach Freisetzten der Reaktionslösung auch extern stattfinden. Geräte und Gegenstände zur Erzeugung von Druckunterschieden (z.B. Laborpipette), von Zentrifugalkräften und zur Temperierung können zur Bedienung und der Assay-Durchführung verwendet werden. Mögliche Anwendungsbeispiele sind prinzipiell alle mehrstufigen bioanalytische Verfahren der Proben Vor- und Aufbereitung mit Nachweisreaktion. Als bevorzugtes Beispiel wäre hierfür die Nukleinsäure-Analytik zu nennen. Ein einfaches Zwei-Kompartimente-System wäre z.B. die Kombination und Durchführung einer sogenannten flüssigen DNA Extraktion mit anschließender PCR. Ein Beispiel für ein dreistufiges System wäre z.B. eine RT-PCR, bestehend aus Zellaufschluss, Reverse Transkription und PCR in räumlicher Trennung. Weitere Anwendungsbeispiele sind Enzymatische Reaktionen, bei denen die Produkte in einer zeitlichen und räumlichen Trennung für weitere Reaktionen genutzt werden können. Ein weiteres Beispiel wäre auch die Lagerung von Reagenzien in den einzelnen Kompartimenten, die eine Start-Stop-Funktion für die Reaktion ermöglichen. As can be seen in FIG. 3, the microfluidic device 106 integrated into the conical pipette tube 100 can also be designed such that individual compartments 1 12_ 2 and 12_ 3 form dead-end pockets 1 18_ 1 and 1 18_ 2. As a result, reaction solutions can be divided and reduced in volume prior to transport to the next compartment. The last (distal) compartment 1 12_4 closest to the tip may be characterized by being sealed from the integrated tubular channel system in the direction of the cone. Here, the centrifugal forces for liquid transport simultaneously favor the self-sealing construction. Furthermore, the hydrophobic surfaces of the capillary gaps and the structure of the tubular channel system can prevent evaporation of the liquid, so that even reactions in the range of the boiling point of the reaction solution (eg PCR (Polymerase Chain Reaction) with temperatures of up to 95 ° C) over a long and practicable period are possible. The targeted release of the reaction solution from the distal (tip-facing) compartment can be initiated by movement of the tubular channel system 14 against the taper. In the compartments themselves, but also in the respective transitions / compounds, reagents (preferably freeze-dried) can be pre-stored. By pre-storing all reagents necessary for a reaction, only the liquid uptake of the sample to be examined is necessary. This means that liquid samples of only a few microliters after a single shot until completion of the detection reaction in the tapered tube (pipette tube) can be processed. Depending on the method, the detection can then take place in the tube 100 or after release of the reaction solution also externally. Devices and objects for generating pressure differences (eg laboratory pipette), centrifugal forces and for temperature control can be used for operation and assay performance. Possible application examples are, in principle, all multistage bioanalytical methods of the samples preparation and preparation with detection reaction. A preferred example would be the nucleic acid analysis. A simple two-compartment system would be, for example, the combination and implementation of a so-called liquid DNA extraction followed by PCR. An example of a three-stage system would be eg an RT-PCR consisting of cell disruption, reverse transcription and PCR in spatial separation. Further application examples are enzymatic reactions, in which the products can be used in a temporal and spatial separation for further reactions. Another example would be the storage of reagents in the individual compartments, which allow a start-stop function for the reaction.
Ausführungsbeispiele schaffen mehrere Vorteile, wie im Folgenden beschrieben wird. Ein Vorteil ist, dass der Aufbau und das Funktionsprinzip der in das Pipetten-Röhrchen integrierten Mikrofluidik bedürfen keiner aufwendigen Prozesse und Verfahren wie sie üblicherweise bei der Mikrostrukturierung von Chipstrukturen angewandt werden. Ferner werden durch die Vertikale Anordnung der Kompartimente sowie der vertikale Flüssigkeitstransportes gängige Probleme der chipbasierten Mikrofluidik gelöst. Hinzu kommt, dass durch die Anordnung des Flüssigkeitstransportes Druckausgleich und Gasblasenbildung, sowie das rasche luftblasenfreie Füllen der Kompartimente keine Probleme darstellen. Darüber hinaus kann die Flüssigkeitsaufnahme manuell und ohne elektrische Pumpen in sehr präziser Weise (z.B. auch über Standard-Laborpipetten) erfolgen. Des Weiteren bleibt die Flüssigkeit bei allen Schritten der Analyse in dem Pipetten- Röhrchen (Einrohrlösung). Eine Transferierung der Probe in die analysierende Mikrofluidik ist nicht nötig. Ferner ermöglicht der selbstdichtende Aufbau der Fluidik innerhalb des Pipetten- Röhrchens sowohl das Zentrifugieren, als auch deren Erhitzen der Reaktionslösung ohne Flüssigkeitsverlust. Ferner kann zur Detektion (fakultativ) die Reaktionslösung schnell und einfach freigesetzt werden. Letztendlich wird durch die Form und das Fehlen elektrischer Schnittstellen eine einfache Parallelisierung, sowie kostengünstige Integration in die Standard-Laborausrüstung ermöglicht. Im Folgenden wird ein Aufbau beschrieben, mit dem mindestens zwei separate Reaktionen, wie z.B. Zelllysen/DNA Extraktion und PCR, in einer Pipettenspitze durchgeführt werden können. Beispielhaft kann eine mikrofluidische Struktur aufgebaut werden, welche (1 ) eine Filterspitze (z.B. ep Dualfilter T.I.P.S.®), (2) einen Silikonschlauch „lang, dünn" (z.B. Innendurchmesser 0,5 mm; Außendurchmesser 1 ,3 mm; Länge 25 mm), (3) einen Silikonschlauch„dick, kurz" (z.B. Innendurchmesser 1 ,58 mm; Außendurchmesser 3, 18 mm; Länge 4 mm), (4) anstelle des Dualfilters der Filterspitze kann auch ein kurzes Stück eines zusätzlichen Silikonschlauchs eingesetzt werden (z.B. Innendurchmesser 0,5 mm; Außendurchmesser 3,7mm; Länge 3 mm), und (5) einen Spiraldraht (z.B. tordierter Flachdraht aus Edelstahl 0, 1 x 0,5 mm) aufweist. Als Bedienungselemente können dabei (1 ) eine handelsübliche Pipette (z.B. Eppendorf Research ®), (2) eine Tischzentrifuge (z.B. peqlab ®, PerfectSpin ® Mini Zentrifuge mit Rotor-Einsatz für 0.5 ml Reaktionsgefäße) und (3) ein PCR Gerät für Kapillaren oder Röhrchen (z.B. Roche LightCycler 1 .5 ®) zum Einsatz kommen. Embodiments provide several advantages, as described below. One advantage is that the structure and functional principle of the microfluidics integrated into the pipette tube do not require any elaborate processes and methods as are usually used in the microstructuring of chip structures. Furthermore, the vertical arrangement of the compartments and the vertical liquid transport solve common problems of chip-based microfluidics. In addition, the arrangement of the liquid transport pressure equalization and gas bubble formation, as well as the rapid bubble-free filling of the compartments pose no problems. In addition, the liquid intake can be done manually and without electrical pumps in a very precise manner (eg also on standard laboratory pipettes). Furthermore, at all stages of the analysis, the liquid remains in the pipette tube (single tube solution). A transfer of the sample into the analyzing microfluidics is not necessary. Further, the self-sealing construction of the fluidics within the pipette tube allows both centrifugation and heating of the reaction solution without loss of fluid. Further, for detection (optional), the reaction solution can be released quickly and easily. Ultimately, the shape and absence of electrical interfaces enable easy parallelization and cost-effective integration into standard laboratory equipment. The following describes a structure with which at least two separate reactions, such as cell lysis / DNA extraction and PCR, can be performed in a pipette tip. By way of example, it is possible to construct a microfluidic structure which comprises (1) a filter tip (eg ep Dualfilter TIPS®), (2) a silicone tube "long, thin" (eg inner diameter 0.5 mm, outer diameter 1, 3 mm, length 25 mm) , (3) a silicone tube "thick, short" (eg inside diameter 1, 58 mm, outside diameter 3, 18 mm, length 4 mm), (4) instead of the dual filter of the filter tip also a short piece of an additional silicone tube can be used (eg Inner diameter 0.5 mm, outer diameter 3.7 mm, length 3 mm), and (5) a spiral wire (eg twisted flat wire made of stainless steel 0, 1 x 0.5 mm). (1) a commercially available pipette (eg Eppendorf Research®), (2) a bench top centrifuge (eg peqlab®, PerfectSpin® mini centrifuge with rotor insert for 0.5 ml reaction vessels) and (3) a PCR device for capillaries or Tubes (eg Roche LightCycler 1 .5 ®) are used.
Fig. 4a zeigt ein Foto und Fig. 4b eine schematische Querschnittsansicht einer Röhre 100 mit einem zu einem Ende 102 der Röhre 100 hin sich verjüngenden Bereich 104 und einer mikrofluidischen Struktur 106, die in zumindest teilweise in dem sich verjüngenden Bereich 104 der Röhre 100 angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die mikrofluidische Struktur 106 umfasst zwei Reaktionskammern 1 12_1 und 1 12_2, die über eine ringförmige Komponenten 1 16_1 und eine bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 gebildet werden, wie dies bereits in Bezug auf Fig. 2a detailliert beschrieben wurde. Ferner ist in Fig. 4a und 4b ein O-Ring bzw. Filter 120 zu erkennen. Mit anderen Worten, Fig. 4a zeigt eine Fotoaufnahme und Fig. 4b eine schematische Zeichnung die den Aufbau der Fluidik 106 und die dadurch resultierenden Kompartimente 1 12_1 und 1 12_2 in der Pipettenspitze 104 zeigen. Bei der Fotoaufnahme wurde zur besseren Sichtbarkeit für die Schläuche blau (erste Schraffur) und für den Gummiring grüngelb-gestreift (zweite Schraffur) verwendet. 4 a shows a photo and FIG. 4 b shows a schematic cross-sectional view of a tube 100 with a region 104 tapering towards an end 102 of the tube 100 and a microfluidic structure 106 arranged in at least partially in the tapered region 104 of the tube 100 is, according to an embodiment of the present invention. The microfluidic structure 106 comprises two reaction chambers 1 12_1 and 1 12_2, which are formed via an annular component 1 16_1 and a movable, tubular component 1 14, as has already been described in detail with reference to FIG. 2 a. Furthermore, an O-ring or filter 120 can be seen in FIGS. 4a and 4b. In other words, Fig. 4a shows a photograph and Fig. 4b is a schematic drawing showing the structure of the fluidics 106 and the resulting compartments 1 12_1 and 1 12_2 in the pipette tip 104. The photo was taken for better visibility of the hoses blue (first hatching) and for the rubber ring green-yellow striped (second hatching).
Fig. 5a-5e zeigen schematische Querschnittsansichten der in Fig. 2 gezeigten Röhre 100 bei bzw. nach Unterschiedlichen Schritten eines Verfahrens zum Untersuchen eines Probenmaterials mit der Röhre 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. FIGS. 5a-5e show schematic cross-sectional views of the tube 100 shown in FIG. 2 during different steps of a method of inspecting a sample material with the tube 100, according to one embodiment of the present invention.
Im Detail zeigt Fig. 5a eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 vor einem Schritt des Aufsaugens des Probenmaterials 130. Wie in Fig. 5a zu erkennen ist, können an einer Innenseite der beweglichen, schlauchförmigen Komponente 1 14 Lyse Reagenzien 122 vorgelagert werden, während in der zweiten Reaktionskammer 1 12_2 PCR Reagenzien 124 vorgelagert werden können, Fig. 5b zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 nach einem Schritt des Aufsaugens des Probenmaterials 130, wodurch das Probenmaterial 130 durch die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 in die erste Reaktionskammer 1 12_1 transportiert wurde. Durch den Transport des Probenmaterials durch die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 ist das Probenmaterial mit den Lyse Reagenzien 122, die an der Innenwand der bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 vorgelagert waren, in Kontakt getreten, wodurch es zu einer ersten bioanalytische Reaktion mit dem Probenmaterial kam. Fig. 5c zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 bei einem Schritt des Zentrifugierens, wodurch das Probenmaterial von der ersten Reaktionskammer 1 12_1 in die zweite Reaktionskammer 1 12_2 gelangt. Fig. 5d zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 nach dem Schritt des Zentrifugierens, wodurch das Probenmaterial 130 vollständig von der ersten Reaktionskammer 1 12_1 in die zweite Reaktionskammer 1 12_2 gelangt ist, wo das Probenmaterial mit den PCR Reagenzien 124 in Kontakt tritt, wodurch es zu einer zweiten bioanalytische Reaktion mit dem Probenmaterial 130 kommt. Fig. 5e zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 während der zweiten bioanalytischen Reaktion. Mit anderen Worten, Fig. 5a bis 5e zeigen einen beispielhaften schematischen Ablauf im Falle von vorgelagerten Reagenzien (z.B. Gefriergetrocknet) zur flüssigen DNA Extraktion (blau (erste Schraffur), z.B. Lyse von Zellsuspensionen) mit anschließender PCR (gelb (zweite Schraffur). Durch die Wahl geeigneter Lyse Reagenzien 122 können Zelllysat, bzw. DNA Extrakt, direkt mit den Reagenzien 124 der PCR gemischt werden (grün (dritte Schraffur)). Der Reaktionsverlauf kann durch fluoreszierende Farbstoffe (türkis (vierte Schraffur)) sichtbar gemacht werden. In detail, Fig. 5a shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 prior to a step of soaking up the sample material 130. As can be seen in Fig. 5a, can an inner side of the movable, tubular component 1 14 lysis reagents are 122 upstream, while in the second reaction chamber 1 12_2 PCR reagents 124 can be upstream, Fig. 5b shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 after a step of sucking the sample material 130, whereby the Sample material 130 was transported through the movable, tubular component 1 14 in the first reaction chamber 1 12_1. As a result of the transport of the sample material through the movable, tubular component 14, the sample material has come into contact with the lysis reagents 122, which were arranged upstream of the inner, tubular component 14, resulting in a first bioanalytical reaction with the sample material came. Fig. 5c shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 in a step of centrifuging, whereby the sample material from the first reaction chamber 1 12_1 enters the second reaction chamber 1 12_2. 5d shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 after the centrifuging step, whereby the sample material 130 has completely passed from the first reaction chamber 12_1 into the second reaction chamber 12_2, where the sample material contacts the PCR reagents 124 to a second bioanalytical reaction with the sample material 130 comes. Fig. 5e shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 during the second bioanalytical reaction. In other words, Figures 5a to 5e show an exemplary schematic sequence in the case of upstream reagents (eg freeze-dried) for liquid DNA extraction (blue (first hatching), eg lysis of cell suspensions) with subsequent PCR (yellow (second hatching) the choice of suitable lysing reagents 122, cell lysate, or DNA extract, can be mixed directly with the reagents 124 of the PCR (green (third hatching)) .The course of the reaction can be visualized by fluorescent dyes (turquoise (fourth hatching)).
Fig. 6a bis 6d zeigen schematische Querschnittsansichten der in Fig. 2 gezeigten Röhre 100 bei bzw. nach Unterschiedlichen Schritten eines Verfahrens zum Entnehmen eines Probenmaterials nach der Durchführung der mehrstufigen bioanalytischen Reaktion, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6a to 6d show schematic cross-sectional views of the tube 100 shown in FIG. 2 during different steps of a method for taking a sample material after performing the multi-stage bioanalytical reaction, according to an exemplary embodiment of the present invention.
Im Detail zeigt Fig. 6a eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 nach der Durchführung der mehrstufigen bioanalytischen Reaktion. Wie in Fig. 6a zu erkennen ist, befindet sich nach der mehrstufigen bioanalytischen Reaktion das Probenmaterial 130 (zusammen mit etwaigen Reagenzien) in der zweiten Reaktionskammer 1 12_2. Fig. 6b zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 nach einem Schritt des Applizierens einer Entnahmevorrichtung 132 (z.B. eines spiralisierten Drahtes) in die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14. Fig. 6c zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 bei einem Schritt des Verschiebens der bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 durch das Applizieren der Entnahmevorrichtung 132 in die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14. Fig. 6d zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 nach dem Schritt des Verschiebens der beweglichen, schlauchförmigen Komponente 1 14, wodurch das Probenmaterial 130 aus der Röhre 100 entweichen kann. In detail, Fig. 6a shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 after performing the multistage bioanalytical reaction. As can be seen in FIG. 6a, after the multi-stage bioanalytical reaction, the sample material 130 (together with any reagents) is located in the second reaction chamber 12_2. Fig. 6b shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 after a step of applying Fig. 6c shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 in a step of displacing the movable, tubular component 1 14 by applying the removal device 132 in the movable, Tubular Component 1 14. FIG. 6d shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 after the step of displacing the moveable tubular component 14, allowing the sample material 130 to escape from the tube 100.
Mit anderen Worten, Fig. 6a bis 6d zeigen schematische Darstellungen wie nach dem Ende der Reaktion durch nachträgliches Applizieren eines spiralisierten Drahtes 132 die Reaktionsflüssigkeit 130 für weiterführende Untersuchungen freigesetzt werden kann. Der Draht 132 kann im Falle des O-Rings von der Pipettenseite (oben) oder im Falle des Filters von der Spitze (unten) in die Pipettenspitze eingeführt werden. In beiden Fällen soll mit dem Draht 132 der lange, dünne Schlauch 1 14 nach oben bewegt werden, damit durch Betätigung der Pipette die Flüssigkeit 130 durch die Spitze entweichen kann. In other words, FIGS. 6a to 6d show schematic representations of how, after the end of the reaction, by subsequently applying a spiral-wound wire 132, the reaction liquid 130 can be released for further examinations. In the case of the O-ring, the wire 132 may be inserted from the pipette side (top) or, in the case of the filter, from the tip (bottom) into the pipette tip. In both cases, with the wire 132, the long, thin tube 1 14 is moved upward, so that the liquid 130 can escape through the tip by operating the pipette.
Fig. 7a bis 7e zeigen schematische Querschnittsansichten der in Fig. 2 gezeigten Röhre 100 bei bzw. nach Unterschiedlichen Schritten eines Verfahrens zum Untersuchen eines Probenmaterials mit der Röhre 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. FIGS. 7a-7e show schematic cross-sectional views of the tube 100 shown in FIG. 2 during different steps of a method of inspecting a sample material with the tube 100, according to one embodiment of the present invention.
Im Detail zeigt Fig. 7a eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 vor einem Schritt des Aufsaugens des Probenmaterials 130. Wie in Fig. 5a zu erkennen ist, kann die Entnahmevorrichtung 132 (z.B. ein spiralisierter Draht) bereits in die bewegliche, schlauchförmige Komponente eingeführt sein, wobei die Lyse Reagenzien 122 auf der Entnahmevorrichtung 132 vorgelagert sein können. Ferner können in der zweiten Reaktionskammer 1 12_2 PCR Reagenzien 124 vorgelagert sein. Fig. 7b zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 nach einem Schritt des Aufsaugens des Probenmaterials 130, wodurch das Probenmaterial 130 durch die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 in die erste Reaktionskammer 1 12_1 transportiert wurde. Durch den Transport des Probenmaterials durch die bewegliche, schlauchförmige Komponente 1 14 ist das Probenmaterial mit den Lyse Reagenzien 122, die auf der Entnahmevorrichtung 132 vorgelagert waren, in Kontakt getreten, wodurch es zu einer ersten bioanalytische Reaktion mit dem Probenmaterial kam. Fig. 7c zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 bei einem Schritt des Zentrifugierens, wodurch das Probenmaterial von der ersten Reaktionskammer 1 12_1 in die zweite Reaktionskammer 1 12_2 gelangt. Fig. 7d zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 nach dem Schritt des Zentrifugierens, wodurch das Probenmaterial 130 vollständig von der ersten Reaktionskammer 1 12_1 in die zweite Reaktionskammer 1 12_2 gelangt ist, wo das Probenmaterial mit den PCR Reagenzien 124 in Kontakt tritt, wodurch es zu einer zweiten bioanalytische Reaktion mit dem Probenmaterial 130 kommt. Fig. 5e zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Röhre 100 nach der zweiten bioanalytischen Reaktion und dem Verschieben der beweglichen, schlauchförmigen Komponente, wodurch das Probenmaterial aus der Röhre 100 entweichen kann. In detail, Figure 7a shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 prior to a step of soaking up the sample material 130. As seen in Figure 5a, the sampling device 132 (eg, a spiral wire) may already be inserted into the moveable, tubular component. wherein the lysis reagents 122 may be upstream of the sampling device 132. Furthermore, in the second reaction chamber 1 12_2 PCR reagents 124 may be upstream. FIG. 7b shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 after a step of sucking up the sample material 130, whereby the sample material 130 has been transported through the movable, tubular component 14 into the first reaction chamber 112. As a result of the transport of the sample material through the movable, tubular component 14, the sample material has come into contact with the lysis reagents 122, which were located upstream of the removal device 132, resulting in a first bioanalytical reaction with the sample material. Fig. 7c shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 in a step of centrifuging, whereby the sample material from the first reaction chamber 1 12_1 enters the second reaction chamber 1 12_2. FIG. 7 d shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 the centrifuging step, whereby the sample material 130 has completely passed from the first reaction chamber 1 12_ 1 into the second reaction chamber 1 12_ 2 where the sample material contacts the PCR reagents 124, resulting in a second bioanalytical reaction with the sample material 130. FIG. 5 e shows a schematic cross-sectional view of the tube 100 after the second bioanalytical reaction and displacement of the moveable tubular component, allowing the sample material to escape from the tube 100.
Mit anderen Worten, Fig. 7a bis 7e zeigen schematische Darstellungen einer Anwendung ähnlich der Fig. 5a bis 5e. In diesem Fall ist der Draht 132 schon zu Beginn Teil der Fluidik. Die Lyse Reagenzien 124 werden in diesem Fall sogar auf der Oberfläche des Drahtes 132 vorgelagert und beim Aufsaugen der Probe 130 von diesem abgewaschen. Ein Vorteil hierbei ist eine bessere Durchmischung der Lyse Reagenzien 122 mit der Probe 130 und ein einfacheres Einbringen der Lyse Reagenzien 122. Der weitere Verlauf ist wie bei Fig. 5b bis 5e beschrieben, zusätzlich ist jedoch die Funktion von wie unter Fig. 6a bis 6d beschrieben bereits integriert. In other words, Figs. 7a to 7e show schematic representations of an application similar to Figs. 5a to 5e. In this case, the wire 132 is already part of the fluidics at the beginning. The lysis reagents 124 are in this case even pre-deposited on the surface of the wire 132 and washed off during the absorption of the sample 130 of this. An advantage here is a better mixing of the lysis reagents 122 with the sample 130 and a simpler introduction of the lysis reagents 122. The further course is as described in FIGS. 5b to 5e, but in addition the function of FIG. 6a to 6d described already integrated.
Fig. 8 zeigt eine Fotoaufnahme einer Pipettenspitze (Lab in a Pipette Tip, dt. Labor in einer Pipettenspitze) durch eine Filterscheibe. In der Pipettenspitze befindet sich ein PCR Produkt mit dem Farbstoff SYBR Green I der im Wellenlängenbereich von Fluorescein mit blauem Licht (~495nm) angeregt werden kann und grünes Licht (-520 nm) abgibt. 8 shows a photograph of a pipette tip (lab in a pipette tip, German laboratory in a pipette tip) through a filter disk. In the pipette tip is a PCR product with the dye SYBR Green I which can be excited in the wavelength range of fluorescein with blue light (~ 495nm) and emits green light (-520 nm).
Fig. 9 zeigt eine Fotoaufnahme einer Gelelektrophorese (1 ,5 % Agarose; 70 V; 45 min.) von zwei PCR Produkten. Die Positivkontrolle (Pos.) wurde in einer Kunststoffkapillare temperiert. Bei der PCR in einer Pipettenspitze (PCR in tip) wurde die Pipettenspitze mit 10 μΙ der PCR Lösung gefüllt. Die Temperierung erfolgte in einem Roche LightCycler 1.5 ®. 9 shows a photograph of a gel electrophoresis (1.5% agarose, 70 V, 45 min.) Of two PCR products. The positive control (Pos.) Was tempered in a plastic capillary. During the PCR in a pipette tip (PCR in tip) the pipette tip was filled with 10 μΙ of the PCR solution. The temperature was controlled in a Roche LightCycler 1.5 ®.
Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 202 des Aufnehmens eines Probenmaterials durch eine Öffnung einer Röhre, wobei die Röhre einem zu einem Ende der Röhre hin, die die Öffnung bildet, einen verjüngenden Bereich aufweist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt 204 des Durchführens einer mehrstufigen bioanalytischen Reaktion mit einer mikrofluidischen Struktur, die innerhalb der Röhre in dem verjüngenden Bereich der Röhre angeordnet ist und mit der Öffnung verbunden ist. 10 shows a flowchart of a method 200, according to an embodiment of the present invention. The method 200 includes a step 202 of receiving a sample material through an opening of a tube, the tube having a tapered portion toward an end of the tube forming the opening. Further, the method includes a step 204 of performing a multi-stage bioanalytical reaction with a microfluidic structure disposed within the tube in the tapered region of the tube and connected to the opening.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Konzepten, bei denen die Pipettenspitze nur als Ergänzung/Erweiterung gesehen wird, stellt diese bei Ausführungsbeispielen einen essentiellen Teil des analysierenden Systems und der Fluidik dar. Bei Ausführungsbeispielen wird das Probenröhrchen (Pipettenspitze) selbst zur Fluidik mit zumindest zwei Reaktionsräumen (=experimentelle Einheit). Dies bedeutet auch, dass nicht eine experimentelle Einheit in die Spitze eingefügt wird, sondern die Spitze selbst essentieller Teil der Analytischen Struktur ist. In contrast to conventional concepts, in which the pipette tip is only seen as a supplement / extension, this represents one embodiment essential part of the analyzing system and the fluidics. In embodiments, the sample tube (pipette tip) itself becomes fluidic with at least two reaction spaces (= experimental unit). This also means that not an experimental unit is inserted into the tip, but the tip itself is an essential part of the analytic structure.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein ent- sprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hard- ware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Compu-ter oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispie-Ien können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method such that a block or device of a device is also to be understood as a corresponding method step or feature of a method step , Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device). commodity), such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus. The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
Literatur literature
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Claims

Patentansprüche claims
1 . Röhre (100), mit folgenden Merkmalen: einem zu einem Ende (102) der Röhre (100) hin verjüngenden Bereich (104); einer Öffnung (108) an dem Ende (102) der Röhre (100) zum Aufnehmen eines Probenmaterials; und einer mikrofluidischen Struktur (106), die innerhalb der Röhre (100) zumindest teilweise in dem verjüngenden Bereich (104) der Röhre (100) angeordnet ist und die mit der Öffnung (108) verbunden ist, wobei die mikrofluidische Struktur (106) ausgebildet ist, um mit dem Probenmaterial eine mehrstufige bioanalytische Reaktion durchzuführen. 1 . Tube (100), comprising: a portion (104) tapering toward one end (102) of the tube (100); an opening (108) at the end (102) of the tube (100) for receiving a sample material; and a microfluidic structure (106) disposed within the tube (100) at least partially in the tapered region (104) of the tube (100) and connected to the aperture (108), wherein the microfluidic structure (106) is formed is to perform a multi-stage bioanalytical reaction with the sample material.
2. Röhre (100) nach Anspruch 1 , wobei die mikrofluidische Struktur (106) ausgebildet ist, um die mehrstufige bioanalytische Reaktion sequentiell durchzuführen. The tube (100) of claim 1, wherein the microfluidic structure (106) is configured to sequentially perform the multi-step bioanalytical reaction.
3. Röhre (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die mikrofluidische Struktur (106) ausgebildet ist, um die mehrstufige bioanalytische Reaktion in zeitlich getrennten Schritten durchzuführen. 4. Röhre (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mikrofluidische Struktur (106) eine bewegliche, schlauchförmige Komponente (1 14) aufweist. 3. tube (100) according to any one of claims 1 to 2, wherein the microfluidic structure (106) is adapted to perform the multi-stage bioanalytical reaction in separate temporal steps. 4. tube (100) according to one of claims 1 to 3, wherein the microfluidic structure (106) has a movable, tubular component (1 14).
5. Röhre (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mikrofluidische Struktur (106) zumindest zwei Reaktionskammern (1 12_1 : 1 12_3) zur Durchführung der mehrstufigen bioanalytischen Reaktion aufweist. 5. tube (100) according to one of claims 1 to 4, wherein the microfluidic structure (106) at least two reaction chambers (1 12_1: 1 12_3) for performing the multi-stage bioanalytical reaction.
6. Röhre (100) nach Anspruch 5, wobei die zumindest zwei Reaktionskammern (1 12_1 :1 12_3) voneinander getrennt sind. 7. Röhre (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei in zumindest einer der zumindest zwei Reaktionskammern (1 12_1 : 1 12_3) ein analytisches Reagenz (122; 124) für die mehrstufige bioanalytische Reaktion vorgelagert ist. Röhre (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei in den zumindest zwei Reaktionskammern (1 12_1 : 1 12_3) analytische Reagenzien (122; 124) vorgelagert sind; wobei die fluidische Struktur (106) ausgebildet ist, um die analytischen Reagenzien (122; 124) mit dem Probenmaterial in zeitlicher Reihenfolge zur Reaktion zu bringen, um die mehrstufige bioanalytische Reaktion durchzuführen. 6. tube (100) according to claim 5, wherein the at least two reaction chambers (1 12_1: 1 12_3) are separated from each other. 7. tube (100) according to any one of claims 5 to 6, wherein in at least one of the at least two reaction chambers (1 12_1: 1 12_3) an analytical reagent (122; 124) is upstream of the multi-stage bioanalytical reaction. Tube (100) according to one of claims 5 to 7, wherein in the at least two reaction chambers (1 12_1: 1 12_3) analytical reagents (122; 124) are upstream; wherein the fluidic structure (106) is adapted to react the analytical reagents (122; 124) with the sample material in chronological order to perform the multistage bioanalytical reaction.
Röhre (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die mikrofluidische Struktur (106) folgende Merkmale aufweist: zumindest eine ringförmige Komponente (1 16_1 ;1 16_2), die an einer Innenwand der Röhre (100) anliegt; und eine bewegliche, schlauchförmige Komponente (1 14), die in dem verjüngenden Bereich (104) der Röhre (100) an der Innenwand der Röhre (100) und zumindest teilweise an der zumindest einen ringförmigen Komponente (1 16_1 ; 1 16_2) anliegt, um die zumindest zwei Reaktionskammern (1 2_1 : 1 12_3) zu bilden. The tube (100) according to any one of claims 5 to 8, wherein the microfluidic structure (106) comprises: at least one annular component (1 16_1; 1 16_2) abutting an inner wall of the tube (100); and a moveable tubular component (11-14) abutting the inner wall of the tube (100) in the tapered region (104) of the tube (100) and at least partially against the at least one annular component (16-1; 16_2); to form the at least two reaction chambers (1 2_1: 1 12_3).
Röhre (100) nach Anspruch 9, wobei die bewegliche, schlauchförmige Komponente (1 14) so an der zumindest einen ringförmigen Komponente (1 16_1 ; 1 16_2) anliegt, dass die gebildeten zumindest zwei Reaktionskammern (1 12_1 :1 12_3) durch Öffnungen hydrophober Oberflächen oder hydrophobe kapillare Öffnungen voneinander getrennt sind. Tube (100) according to claim 9, wherein the movable, tubular component (1 14) abuts against the at least one annular component (1 16_1; 1 16_2) such that the formed at least two reaction chambers (1 12_1: 1 12_3) are more hydrophobic through openings Surfaces or hydrophobic capillary openings are separated.
Röhre (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die bewegliche, schlauchförmige Komponente (1 14) entnehmbar oder verschiebbar ist, um das Probenmaterial nach der Durchführung der mehrstufigen bioanalytischen Reaktion aus der Röhre (100) zu entnehmen. The tube (100) of any one of claims 9 to 10, wherein the moveable tubular component (1 14) is removable or displaceable to withdraw the sample material from the tube (100) after performing the multi-step bioanalytical reaction.
Röhre (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei bei der Aufnahme des Probenmaterials das Probenmaterial durch die mikrofluidische Struktur (106) in eine erste Richtung transportiert wird; und wobei das Probenmaterial zur Durchführung der mehrstufigen bioanalytische Reaktion durch die mikrofluidische Struktur (106) in eine zweite Richtung transportiert wird, wobei die erste Richtung und zweite Richtung entgegengesetzt sind. 13. Röhre (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die mikrofluidische Struktur (106) so ausgebildet ist, dass ein Transport des Probenmaterials durch die mikrofluidische Struktur (106) durch Druckdifferenzen und/oder Zentrifugalkräfte erfolgt. 14. Röhre nach Anspruch 10 und nach Anspruch 13, wobei die mikrofluidische Struktur (106) so ausgebildet ist, um durch Variation der Kapillaröffnung und/oder der applizierten Zentrifugalkraft der Transport des Probenmaterials zwischen den zumindest zwei Reaktionskammern (1 12_1 : 1 12_2) gesteuert wird. 15. Röhre (100) nach Anspruch 14, wobei Materialien der Komponenten der mikrofluidischen Struktur (106) so gewählt sind, dass durch deren hydrophoben Eigenschaften der Transport des Probenmaterials zwischen den zumindest zwei Reaktionskammern (1 12_1 : 1 12_2) begünstigt wird. 16. Röhre (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die mikrofluidische Struktur (106) oder zumindest eine Komponente der mikrofluidischen Struktur (106) beweglich oder verschiebbar ausgebildet ist. The tube (100) of any one of claims 1 to 1 1, wherein upon receiving the sample material, the sample material is transported through the microfluidic structure (106) in a first direction; and wherein the sample material is transported through the microfluidic structure (106) in a second direction to perform the multi-stage bioanalytical reaction, the first direction and the second direction being opposite. 13. A tube (100) according to any one of claims 1 to 12, wherein the microfluidic structure (106) is formed so that a transport of the sample material through the microfluidic structure (106) takes place by pressure differences and / or centrifugal forces. 14. A tube according to claim 10 and claim 13, wherein the microfluidic structure (106) is designed to control the variation of the capillary opening and / or the applied centrifugal force, the transport of the sample material between the at least two reaction chambers (1 12_1: 1 12_2) becomes. 15. tube (100) according to claim 14, wherein materials of the components of the microfluidic structure (106) are selected so that by their hydrophobic properties of the transport of the sample material between the at least two reaction chambers (1 12_1: 1 12_2) is favored. 16. tube (100) according to one of claims 1 to 15, wherein the microfluidic structure (106) or at least one component of the microfluidic structure (106) is designed to be movable or displaceable.
Röhre (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Röhre (100) eine Spitze einer Pipette oder eine Pipette ist. The tube (100) of any one of claims 1 to 16, wherein the tube (100) is a tip of a pipette or a pipette.
18. Verfahren (200), mit folgenden Schritten: 18. Method (200), comprising the following steps:
Aufnehmen (202) eines Probenmaterials durch eine Öffnung einer Röhre, wobei die Röhre einem zu einem Ende der Röhre hin, die die Öffnung bildet, einen verjüngenden Bereich aufweist; und Receiving (202) a sample material through an opening of a tube, the tube having a tapered region toward an end of the tube forming the opening; and
Durchführen (204) einer mehrstufigen bioanalytischen Reaktion mit einer mikrofluidischen Struktur, die zumindest teilweise innerhalb der Röhre in dem verjüngenden Bereich der Röhre angeordnet ist und mit der Öffnung verbunden ist. Performing (204) a multi-stage bioanalytical reaction having a microfluidic structure at least partially disposed within the tube in the tapered region of the tube and connected to the opening.
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