EP3538268A1 - Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur analyse von proben - Google Patents

Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur analyse von proben

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Publication number
EP3538268A1
EP3538268A1 EP17790781.3A EP17790781A EP3538268A1 EP 3538268 A1 EP3538268 A1 EP 3538268A1 EP 17790781 A EP17790781 A EP 17790781A EP 3538268 A1 EP3538268 A1 EP 3538268A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microfluidic device
samples
chamber
sample
amplification
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.)
Pending
Application number
EP17790781.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Faltin
Jochen Rupp
Juergen Steigert
Christian Dorrer
Karsten Seidl
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 EP3538268A1 publication Critical patent/EP3538268A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B01L3/50—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
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B01L7/525—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones
    • 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
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0663—Stretching or orienting elongated molecules or particles
    • 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
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0654—Lenses; Optical fibres
    • 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
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • 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

Definitions

  • Microfluidic device and method for analyzing samples The invention relates to a microfluidic device and a method for analyzing samples.
  • microfluidic device From DE 10 2011 078 770 AI a microfluidic device is known.
  • the microfluidic device comprises, in particular, fluidically interconnected channels.
  • the microfluidic device is particularly suitable for transport and
  • DE 10 2010 031 212 A1 discloses a multilayer system comprising a plurality of material layers, as well as a production method for producing such a multilayer system.
  • a microfluidic device for analyzing samples which has at least two fluidic paths for sample ingestion and at least one detection zone for a detection unit for measuring light, which is adapted to detect emitted light from samples in the at least two fluidic paths over the detection area , includes.
  • microfluidic refers here in particular to the size of the microfluidic device
  • the microfluidic device is characterized in that in the fluidic channels and chambers arranged therein physical phenomena that are generally associated with microtechnology are relevant, for example capillary effects , Effects (especially mechanical effects) associated with surface tensions of the fluid, effects such as thermophoresis and electrophoresis, which are usually dominant in microfluidics over gravitational effects, which may also be characterized by:
  • the term "microfluidic” may also be characterized over the cross-sections within the device, w elche serve to guide the fluid. Typical are, for example, cross sections in the range of 100 ⁇ [microns] times 100 ⁇ up to 800 ⁇ times 800 ⁇ .
  • the microfluidic device may be a so-called "lab on a chip.” Such a “lab on a chip” is intended and configured to perform biochemical processes. This means that functionalities of a macroscopic laboratory z. B. be integrated into a plastic substrate.
  • the microfluidic device may e.g. As channels, reaction chambers, upstream reagents, valves, pumps and / or Aktuations-, detection and control units have.
  • the microfluidic device can make it possible to process biochemical processes fully automatically. This can z. B. Tests on liquid samples are performed. Such tests can z. B. find application in medicine.
  • the microfluidic device may also be referred to as a microfluidic cartridge.
  • biochemical processes can be carried out in the microfluidic device.
  • the samples may also be admixed with additional substances which trigger, accelerate and / or facilitate biochemical reactions.
  • An evaluation can be carried out via the detection unit by placing the microfluidic device in such a way that the detection unit can cover at least the detection range (ie, in particular, can receive light which originates from the detection range is sent out).
  • the detection unit is not part of the microfluidic device.
  • the microfluidic device can be filled with samples independently of the detection unit.
  • microfluidic device is described by way of example by means of molecular diagnostic detection methods. Further areas of application of the microfluidic device may be, for example, in the field of immunology or clinical chemistry. In particular, the microfluidic device can be used for in vitro diagnostics.
  • the microfluidic device is preferably particularly adapted and designed to analyze nucleic acids. This may in particular include an analysis of DNA.
  • the microfluidic device can facilitate the implementation of several, in particular also different analysis and / or detection methods.
  • the microfluidic device may allow multiple analysis and / or detection methods to be performed simultaneously (or sequentially) and / or in combination.
  • different analysis and / or detection methods can be carried out in different regions of the microfluidic device or in different regions of the fluidic paths.
  • the microfluidic device is configured and intended to receive samples in the fluidic paths. In this case, a sample can be divided into a plurality of the fluidic paths. Alternatively, several different samples may be taken separately in the different fluidic paths.
  • the microfluidic device preferably comprises a microfluidic network (which is formed in particular by the fluidic paths). Particularly preferably, the microfluidic network is highly integrated. This means that a large functionality is possible in a small space.
  • the microfluidic device preferably includes pumps, valves and control devices that are designed and arranged to route samples into and / or through the fluidic paths. In particular, the microfluidic device can be utilized by variously adjusting valves for various applications.
  • the fluidic paths are preferably at least substantially separated from one another.
  • liquids and other substances in the individual fluidic paths do not come into contact with each other and / or mixed with each other, at least except for individual desired interfaces, where a thorough mixing is explicitly desired and is specifically produced.
  • a plurality of fluidic paths can be combined in a common reaction chamber (whereby the common reaction chamber then represents an interface between the individual fluidic paths). In that case, the fluidic paths are separated from each other except for openings in this common reaction chamber. Also, the fluidic paths can be completely separated from each other. In that case, there is no interface between different fluidic paths.
  • the fluidic paths are preferably still thermally separated so that the samples (parts) in the different fluidic paths may have different temperatures.
  • the temperature of the individual fluidic paths can be set individually.
  • radiation barriers are provided between the fluidic paths. In this way, it can be achieved in particular that an external radiation (eg for excitation purposes) can be coupled onto a fluidic path or locally limited.
  • the detection unit preferably comprises a sensor, in particular an optical sensor.
  • the optical sensor is preferably configured to detect electromagnetic radiation (in particular light) and to convert it into an electronic signal.
  • the detection unit is configured to perform a time and location resolved measurement and to generate a time and location resolved measurement signal.
  • the detection unit preferably comprises a signal processing unit for the electronic processing of the recorded signal, as well as a signal reproduction unit for the visual representation of the recorded and processed signal.
  • the signal processing unit is preferably designed as a computer (in particular comprising a computer processor).
  • the signal reproduction unit comprises a screen.
  • the Detection unit has only one terminal that outputs an electronic signal that is suitable and intended for processing by a signal processing unit and a subsequent representation by a signal reproduction unit.
  • a computer can be connected to the port.
  • the detection unit is preferably set up to particularly well detect light of such a wavelength which is emitted by samples in the microfluidic device or from which it is expected that a sample typically investigated in the microfluidic device will emit this light, if a certain examination method is performed on the sample.
  • the light may in particular be electromagnetic waves having a wavelength in the range of 150 to 900 nm [nanometers], in particular in the range of 300 to 700 nm. In particular, the light may be visible to human beings.
  • the light can be emitted from the samples as a result of biochemical processes.
  • the samples can also be at least partially converted by biochemical processes into a substance which can emit light.
  • substances that can emit light can also be released by biochemical processes.
  • the light can be emitted in particular due to fluorescence.
  • the microfluidic device is set up such that an external excitation of the samples or of a substance formed or released by biochemical processes is possible. As a result, fluorescence can be particularly strongly excited and measured particularly well.
  • the biochemical processes may in particular be those processes which are usually carried out for an analysis of nucleic acids (or of DNA).
  • Particularly suitable as analysis methods are (real time) amplification, melting curve analysis and microarray analysis.
  • Amplification is to be understood as meaning, in particular, the amplification of DNA by an enzyme (such as, for example, polymerase).
  • an enzyme such as, for example, polymerase
  • fluorescent substances can be released.
  • the degree of amplification can be determined. That is, a light intensity and / or a spatial Extension of a light signal can provide information about the degree of multiplication of the DNA.
  • the entire light emitted by a sample is detected, in particular over the entire extent of the sample. Alternatively, a representative section of the sample can be considered.
  • a value measured for a non-scaling property preferably corresponds to an average of the entire sample.
  • a non-scaling property does not depend on the amount of sample considered, such as. B. a density.
  • a value measured at the representative portion of the sample a scaling property (such as a mass) corresponding to the proportion of the portion of the total sample, is smaller than a value of that property measurable for the total sample.
  • the amplification can also be called a real-time amplification.
  • a time course of the amplification can be detected.
  • a quantitative multiplication of the DNA can be detected by means of (real-time amplification.)
  • the real-time amplification can be, for example, a so-called “real-time polymerase chain reaction (real-time PCR).”
  • the term “chain reaction C.chain reaction”) refers to thereby, that a product of an amplification reaction can in turn be the starting material of a renewed amplification reaction.
  • the multi-well (real-time) amplification is preferably carried out in a multi-well chamber of the microfluidic device,
  • the multi-well chamber preferably has a volume in the range from 5 ⁇ to 50 ⁇ [microliters], in particular in the range from 10 ⁇ to 25 ⁇ .
  • the depressions preferably each have a volume in the pico or nanoliter range.
  • melting curve analysis may involve heating of DNA.
  • a fluorescent substance can be emitted at a characteristic temperature.
  • the characteristic temperature may, for example, enable identification of a DNA segment. By measuring an intensity of fluorescent light against a (in particular continuously and controlled increased) temperature DNA can be identified.
  • it is preferred for melting curve analysis that light emitted from the sample can be detected over a full extent of the sample.
  • a microarray i.e., an array with columns and rows of micrometer-sized structures
  • the various test cells can be provided with different (known) test substances, in particular by using automated devices.
  • hybridization i.e., attachment
  • the sample may be provided with a fluorescent agent such that the emission of fluorescent light indicates the presence of (a constituent) of the sample in a particular test cell.
  • the microarray analysis can also be performed simultaneously with two or more samples. It can be z. B. a first sample are mixed with a first fluorescer and a second sample with a second fluorescer. If the light emitted by the first and second fluorescers differs in wavelength (ie, in color), both samples can be analyzed simultaneously by wavelength-selective measurement of the light.
  • Such a microarray analysis with different samples can be used, for example, to compare two samples, in particular healthy and diseased cells. With the described microfluidic device, the comparison within a closed Systems take place (ie within the microfluidic device), whereby errors can be reduced.
  • a spatially resolved measurement of the emitted light is preferred, in particular with a resolution which allows an evaluation of the individual test cells (that is to say that a pixel of a measuring signal is at least smaller than a test cell).
  • the resolution is preferably at least so great that a test cell with at least ten pixels can be represented.
  • the analysis methods described are preferably carried out in combination with one another. For example, it is preferable first to carry out an amplification (in particular by quantitative measurement of a degree of proliferation in real time) and then to qualitatively examine the DNA present in an increased amount by means of microarray analysis or to identify the constituents of the DNA in a sample.
  • the described analysis methods can be carried out with the described microfluidic device. This can be realized in particular simultaneously or chronologically immediately following one another.
  • the microfluidic device is preferably designed in such a way that the detection area for the detection unit comprises a part of the microfluidic device which is set up and intended for the (parallel) execution of different analysis methods.
  • the detection unit it may be possible to detect an overall intensity of emitted light within the detection area (as required, for example, for (real time) amplification and melting curve analysis).
  • Total intensity means that all the light that is emitted by the samples within the detection range is recorded in total.
  • the light intensity is integrated over the detection area. It may also be possible to determine an intensity not for the entire coverage area, but only for a part of it. This can be particularly useful for detecting light emitted by one of the fluidic paths (or by a part of one of the fluidic paths, in particular, for example, by a reaction chamber). In that case it is z. B.
  • microarray analysis can be performed for the microarray analysis same
  • Detection unit can be used. For microarray analysis, spatially resolved detection of emitted light is preferred.
  • the detection unit can be designed cost-effective, in particular, if either only a particularly large detection range or only a particularly high spatial resolution is realized. A high spatial resolution over a large coverage area can only be realized at great expense.
  • the microfluidic device described here offers the advantage of being designed in a particularly small space. Thus, within the detection range of the detection unit both z. B. several separate (real-time) amplifications, as well as a microarray analysis are performed, the spatial resolution is sufficient in particular for the microarray analysis. In particular, this can save costs for the detection unit (because no particularly high-resolution detection unit is needed) or it can be dispensed with the use of a plurality of detection units.
  • the detection area preferably has an area of 200 to 2000 mm 2
  • the detection area may be implemented as a 30 mm by 30 mm [millimeter] square.
  • the position of the detection area on the microfluidic device may be variable. This means that by moving the microfluidic device relative to the detection unit of the
  • Detection area on the microfluidic device can be moved.
  • biochemical processes can be carried out separately.
  • reactions between different samples or components of a sample are suppressed and a more robust process control can be achieved.
  • Such reactions between (constituents of) samples in different fluidic paths may also be referred to as cross reactions.
  • Transverse reactions are undesirable and hindering in most applications. For example, at a high multiplex level of more than four primer pairs (for example, in particular from 6 to 60 primer pairs) or in parallel RNA and DNA amplification undesired reactions may occur.
  • a process time can be reduced by the division into the fluidic paths, in particular without loss of quality.
  • RNA amplification takes place in a first of the fluidic paths and DNA amplification in a second of the fluidic paths.
  • analyzes can be carried out at different times and / or that at least the evaluation of different analyzes can take place at different times.
  • analyzes can be combined that take different lengths.
  • preliminary or intermediate results can be determined.
  • the samples can be further processed after a preliminary or intermediate result.
  • reference and target molecules of an analysis can be processed separately.
  • the reference and target molecules can be analyzed using only one wavelength of (fluorescent) light.
  • the detection unit is designed with a camera.
  • the camera can be embodied, for example, as a CCD or CMOS camera or have a CCD or CMOS chip.
  • the camera is preferably set up to detect the detection range of the microfluidic device spatially resolved and over a large area (ie to detect light which is emitted from the detection range, in particular of samples in the microfluidic device).
  • the camera is particularly preferably designed for the detection of fluorescence, chemiluminescence and / or bioluminescence.
  • the camera is preferably sensitive in particular to electromagnetic radiation (ie, in particular to light) having wavelengths in the range of 150 to 900 nm [nanometers], in particular in the range of 300 to 700 nm.
  • the microfluidic device has a coupling-in region for coupling an excitation emitted by an excitation device into the samples.
  • the excitation device is preferably a source of radiation, in particular electromagnetic radiation.
  • the excitation device is adapted to emit electromagnetic radiation having a wavelength in the range of 150 to 900 nm [nanometers].
  • the excitation device is preferably a heat source.
  • the excitation device comprises a laser.
  • the laser is preferably set up for fluorescence excitation (in particular within the samples).
  • the excitation device is not part of the microfluidic device.
  • the coupling-in area is the area in which an impact is possible.
  • the coupling-in region of the excitation device overlaps with the detection region of the detection unit.
  • the coupling-in region of the excitation device and the detection region of the detection unit are (completely) congruent.
  • the excitation device is adapted to act with electromagnetic radiation of one or more (discrete) wavelengths on the samples in the microfluidic device, or to couple such electromagnetic radiation into the samples in the microfluidic device. By such action or coupling in particular fluorescence can be generated within the samples.
  • excitation is preferably carried out, ie. H. Excitation of the sample.
  • a microarray analysis is preferably also carried out under excitation.
  • microarray analysis may also be autofluorescent (i.e., without external excitation).
  • the excitation it is also preferable for the excitation to take place via an excitation light and in particular via a filter system (in particular for setting an excitation wavelength).
  • At least one chamber is provided in each of the fluidic paths for receiving at least a portion of the sample.
  • the chamber can be, for example, a process or reaction chamber for carrying out a (bio) chemical reaction, an amplification chamber for performing a (real-time) amplification, a detection chamber for measuring (in particular fluorescence and in particular by means of the detection unit), a mixing chamber for Mixing a sample with a (test) substance and / or a storage chamber for (inter) storing a sample, a reaction (between) product or a (test) substance act.
  • a chamber can be used for several different purposes at the same time or in succession. Each of the chambers may be divided into a plurality of cells to form a microarray for microarray analysis.
  • an amplification chamber ie, a chamber in which amplification can take place
  • the entire amplification chamber or at least a representative part thereof eg with a size of 2 mm by 2 mm [millimeters]
  • a melting curve analysis or a (real-time) amplification can be performed and recorded directly in the amplification chamber.
  • the at least two fluidic paths are arranged in such a way that amplification chambers of all the paths are at the same time arranged in the detection range of the detection unit.
  • a detection chamber is (fluidically) connected to an amplification chamber, so that a sample from the amplification chamber can be transferred into the detection chamber.
  • the detection chamber lies within the detection range of the detection device.
  • the chambers can be tempered in particular between 25 ° C and 100 ° C, preferably even between 15 ° C and 100 ° C. In particular, it is preferred that the chambers can be individually brought to independent temperatures.
  • Cooling and / or heating means are preferably provided for cooling and / or heating the chambers.
  • the heating means may be, for example, heating wires for generating resistive heat or radiation sources for generating radiative heat.
  • the coolants can be, for example, cooling lines for a cooling medium.
  • the chambers are preferably arranged within a common plane. Alternatively, it is preferred that the chambers are arranged in a plurality of planes, which are arranged in particular parallel to the detection region (or a surface of the microfluidic device).
  • the microfluidic device further comprises an end chamber, which is connected to the at least two fluidic paths.
  • the end chamber may be divided into a plurality of cells to form a microarray for microarray analysis.
  • the end chamber can be, for example, a process or reaction chamber for carrying out a (bio) chemical reaction, an amplification chamber for performing a (real-time) amplification, a detection chamber for measuring (in particular fluorescence and in particular by means of the detection unit), a mixing chamber for Mixing a sample with a (test) substance and / or a storage chamber for (inter) storing a sample, a reaction (between) product or a (test) substance act.
  • the end chamber can be used for several different purposes at the same time or in succession. It is also preferred that the end chamber is designed as the multi-well chamber described further above.
  • the end chamber is preferably connected to the at least two fluidic paths in such a way that the samples can be guided from the fluidic paths into the end chamber and mixed there. It is preferred that, with the exception of an indirect connection of the fluidic paths via the end chamber, there is no connection between the fluidic paths (ie that they are separated from one another).
  • a microarray is preferably provided in the end chamber.
  • the end chamber lies completely within the detection range of the detection unit.
  • at least the microarray is (completely) within the detection range.
  • a (real-time) amplification precedes a microarray analysis.
  • the (real-time) amplification can be carried out in one or more of the fluidic paths (in particular separately from one another), while the microarray analysis is preferably carried out in the end chamber.
  • the reaction product or the reaction products of the (real-time) amplification can be mixed with a hybridization buffer, pumped into the end chamber (which serves here as analysis chamber) and hybridized in the end chamber.
  • This approach has the advantage that both (quantitative) information can be generated via the (real-time) amplification, as well as via the detection on the microarray multiplex detection can be performed.
  • the microfluidic conversion in the fluidic paths that terminate in the end chamber can enable a surface-density conversion in a plurality of separate regions (in particular within different chambers), in particular within the detection range of the detection unit.
  • a method for analyzing samples using a microfluidic device as described comprising at least the analysis of nucleic acids according to at least two different analysis methods, wherein in each case different analysis methods are performed in different fluidic paths of the device.
  • a sample is divided into a plurality of the fluidic paths.
  • microfluidic device By designing the microfluidic device with two paths, it is possible to perform two analysis methods, with two different samples, with a microfluidic device.
  • the at least two analysis methods are selected from the following group:
  • the (real-time) amplification is preferably a polymerase chain reaction (PCR).
  • endpoint amplification is meant, in particular, an amplification in which a measurement of the amplification takes place in a late phase or at the end point of the amplification.
  • an endpoint PC R is preferred.
  • At least part of the sample is alternately pumped between at least two chambers having different temperatures, so that the part of the sample undergoes a thermal cycle.
  • At least two samples are brought together in an end chamber, which is connected to the at least two fluidic paths of the device.
  • the at least two samples are mixed together in the end chamber.
  • a microarray analysis with the mixed samples is carried out in the end chamber.
  • the reaction mixture ie the samples to which additional substances have possibly been added
  • the reaction mixture are preferably pumped back and forth between two (or even more) different chambers, ie cyclically from a first chamber into a second chamber, from the second chamber in the first chamber, etc.
  • the reaction mixture can be thermally cycled by keeping the first and the second chamber at different temperatures. This approach can allow for particularly rapid thermal cycling because only the temperature of the reaction mixture is changed while the environment, ie, the microfluidic device, and particularly the reaction chambers, can be maintained at (various) constant temperatures.
  • reaction mixture is thermally cycled in a single reaction chamber, not only the temperature of the reaction mixture but also the temperature of the reaction chamber (i.e., in particular walls of the reaction chamber) would also have to be cycled. This can mean a greater amount of time.
  • the chambers involved in the thermal cycling are preferably arranged within the detection range of the detection unit. As a result, an (intermediate) measurement can take place via the detection unit between individual cycles. An (intermediate) measurement can also take place within a read cycle between two thermal cycles.
  • Reaction mixture is in the readout cycle, externally excited at least for a part of the duration of the readout cycle (eg by a laser). Thereby, the emission of a fluorescence signal can be excited, which can be detected by the detection unit.
  • a system comprising a microfluidic device as described, a detection unit and preferably also an excitation device.
  • the particular advantages and design features of the microfluidic device and the method described above are applicable to the system described and transferable.
  • the invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS.
  • the figures show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited.
  • the figures and in particular the illustrated proportions are only schematic. They show schematically:
  • Fig. 1 a microfluidic device for the analysis of samples
  • FIG. 2 a system comprising in particular the microfluidic device from FIG. 1.
  • the microfluidic device 1 shows a sectional view of a microfluidic device 1 for the analysis of samples.
  • the microfluidic device 1 comprises a first fluidic path 2 and a second fluidic path 3 for receiving samples.
  • the microfluidic device 1 comprises a detection area 11 for a detection unit 4 (shown in FIG. 2) for measuring light, which is set up to detect emitted light from samples in the two fluidic paths 2, 3.
  • the detection area 11 is shown by dashed lines.
  • a first chamber 8 is provided for receiving at least a portion of the sample.
  • a second chamber 9 is provided for receiving at least a portion of the sample.
  • the microfluidic device 1 furthermore has a coupling-in region 12 for coupling an excitation emitted by an excitation device 6 (shown in FIG. 2) into the samples.
  • the coupling-in area 12 is shown by dotted lines.
  • the coupling-in region 12 partially overlaps the detection region 11.
  • microfluidic device 1 has an end chamber 10, which is connected both to the first fluidic path 2 and to the second fluidic path 3.
  • the microfluidic device 1 can be used, for example, in the first two different samples, each containing DNA to be analyzed initially process fluidic path 2 and the second fluidic path 3 separately from each other.
  • a (real-time) amplification can be carried out in the first chamber 8 and in the second chamber 9. This can be detected quantitatively by the detection unit 4 because the detection area 11 completely encloses the first chamber 8 and the second chamber 9.
  • the samples in the end chamber 10 can be further processed.
  • a microarray may be provided in the end chamber 10.
  • a microarray analysis in the end chamber 10 can also be performed with the detection unit 4, because the end chamber 10 is located within the detection area 11.
  • the samples can be excited.
  • excitation in the first chamber 8, in the second chamber 9 and in the end chamber 10 is in each case possible in part because the coupling region 11 partially encloses the respective chambers.
  • FIG. 2 shows a system 13 comprising the microfluidic device 1 from FIG. 1, a detection unit 4 and an excitation device 6.
  • the detection unit 4 is designed with a camera 5.
  • the excitation device 6 is designed with a laser 7.
  • the detection unit 4 By means of the detection unit 4 or by means of the camera 5, it is possible to detect light emitted by samples within the detection area 11 of the microfluidic device. Dotted lines indicate which area the camera 5 can cover. The detection area 11 is formed on the surface of the microfluidic device 1 between the dotted lines.
  • the excitation device 6 By means of the excitation device 6 or by means of the laser 7, it is possible to act on the microfluidic device 1 or on a sample located therein. This is indicated by a dashed line.
  • the excitation device 6 can be adjusted in such a way that excitation is possible at any point of the (in particular of the entire) detection region 11. All of the areas of the surface of the microfluidic device 1 which can be reached by the laser 7 together form the coupling-in region 12 (only shown in FIG. 1). The excitation by the excitation device 6 can take place for a limited time.

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Abstract

Mikrofluidische Vorrichtung (1) zur Analyse von Proben umfassend mindestens zwei fluidische Pfade (2, 3) zur Probenaufnahme und mindestens einem Erfassungsbereich (11) für eine Detektionseinheit (4) zur Messung von Licht, welchedazu eingerichtet ist, emittiertes Licht von Proben in den mindestens zwei fluidischen Pfaden (2, 3) über den Erfassungsbereich (11) zu erfassen.

Description

Beschreibung
Titel
Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Analyse von Proben Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse von Proben.
Aus der DE 10 2011 078 770 AI ist eine mikrofluidische Vorrichtung bekannt. Die mikrofluidische Vorrichtung umfasst insbesondere fluidisch miteinander verbundene Kanäle. Die mikrofluidische Vorrichtung ist insbesondere zum Transport und zur
Analyse von Fluiden geeignet.
Weiterhin ist aus der DE 10 2010 031 212 AI ein Mehrlagensystems aus mehreren Materialschichten, sowie ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines solchen Mehrlagensystems bekannt.
Hiervon ausgehend wird eine mikrofluidischen Vorrichtung, mit einem Verfahren und mit einem System gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche beschrieben. Durch die in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der mikrofluidischen Vorrichtung und des Verfahrens möglich.
Es wird eine mikrofluidische Vorrichtung zur Analyse von Proben vorgestellt, die mindestens zwei fluidische Pfade zur Probenaufnahme und mindestens einen Erfassungsbereich für eine Detektionseinheit zur Messung von Licht, welche dazu eingerichtet ist, emittiertes Licht von Proben in den mindestens zwei fluidischen Pfaden über den Erfassungsbereich zu erfassen, umfasst. Der Begriff „mikrofluidisch" bezieht sich hier vor allem auf die Größenordnung der mikrofluidischen Vorrichtung. Die mikrofluidische Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den darin angeordneten fluidischen Kanälen und Kammern physikalische Phänomene relevant sind, die im Allgemeinen der Mikrotechnik zugeordnet werden. Hierzu zählen beispielsweise Kapillareffekte, Effekte (insbesondere mechanische Effekte) die im Zusammenhang mit Oberflächenspannungen des Fluids stehen. Hinzu zählen weiterhin Effekte wie Thermophorese und Elektrophorese. Diese Phänomene sind in der Mikrofluidik üblicherweise dominat gegenüber Effekten wie der Schwerkraft. Die mikrofluidische Vorrichtung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass sie zumindest teilweise mit einem schichtweisen Verfahren hergestellt ist und Kanäle zwischen Schichten des Schichtaufbaus angeordnet sind. Der Begriff „mikrofluidisch" kann auch über die Querschnitte innerhalb der Vorrichtung charakterisiert werden, welche zur Führung des Fluids dienen. Üblich sind beispielsweise Querschnitte im Bereich von 100 μηη [Mikrometer] mal 100 μηη bis hin zu 800 μηη mal 800 μηη.
Bei der mikrofluidischen Vorrichtung kann es sich insbesondere um ein sogenanntes „Lab on a Chip" handeln. Ein solches „Lab on a Chip" ist dazu bestimmt und eingerichtet, biochemische Prozesse durchzuführen. Das bedeutet, dass Funktionalitäten eines makroskopischen Labors z. B. in ein Kunststoffsubstrat integriert werden. Die mikrofluidische Vorrichtung kann z. B. Kanäle, Reaktionskammern, vorgelagerte Reagenzien, Ventile, Pumpen und/oder Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten aufweisen. Die mikrofluidische Vorrichtung kann ermöglichen, biochemische Prozesse vollautomatisch zu prozessieren. Damit können z. B. Tests an flüssigen Proben durchgeführt werden. Derartige Tests können z. B. in der Medizin Anwendung finden. Die mikrofluidische Vorrichtung kann auch als eine mikrofluidische Kartusche bezeichnet werden. Insbesondere durch Eingabe von Proben in die mikrofluidische Vorrichtung können in der mikrofluidischen Vorrichtung biochemische Prozesse durchgeführt werden. Dabei können den Proben auch zusätzliche Substanzen beigemischt werden, die biochemische Reaktionen auslösen, beschleunigen und/oder ermöglichen. Eine Auswertung kann über die Detektionseinheit erfolgen, indem die mikrofluidische Vorrichtung derart platziert wird, dass die Detektionseinheit zumindest den Erfassungsbereich abdecken kann (d. h. insbesondere Licht empfangen kann, welches aus dem Erfassungsbereich ausgesendet wird). Die Detektionseinheit ist kein Bestandteil der mikrofluidischen Vorrichtung. Insbesondere kann die mikrofluidische Vorrichtung unabhängig von der Detektionseinheit mit Proben befüllt werden.
Die mikrofluidische Vorrichtung wird beispielhaft anhand molekulardiagnostischer Detektionsmethoden beschrieben. Weitere Anwendungsbereiche der mikrofluidischen Vorrichtung können beispielsweise im Bereich der Immunologie oder der klinischen Chemie liegen. Insbesondere kann die mikrofluidische Vorrichtung für die in-vitro Diagnostik eingesetzt werden.
Die mikrofluidische Vorrichtung ist bevorzugt insbesondere dazu eingerichtet und bestimmt, Nukleinsäuren zu analysieren. Dies kann insbesondere eine Analyse von DNA umfassen. Die mikrofluidische Vorrichtung kann insbesondere die Durchführung mehrerer, insbesondere auch verschiedener Analyse- und/oder Detektionsmethoden erleichtern. Insbesondere kann die mikrofluidische Vorrichtung ermöglichen, dass mehrere Analyse- und/oder Detektionsmethoden gleichzeitig (bzw. sequentiell) und/oder im Kombination durchgeführt werden können. Insbesondere können in unterschiedlichen Bereichen der mikrofluidischen Vorrichtung bzw. in unterschiedlichen Bereichen der fluidischen Pfade unterschiedliche Analyse- und/oder Detektionsmethoden durchgeführt werden.
Die mikrofluidische Vorrichtung ist dazu eingerichtet und bestimmt, Proben in den fluidischen Pfaden aufzunehmen. Dabei kann eine Probe auf eine Mehrzahl der fluidischen Pfade aufgeteilt werden. Alternativ können mehrere verschiedene Proben in den verschiedenen fluidischen Pfaden getrennt aufgenommen werden. Die mikrofluidische Vorrichtung umfasst bevorzugt ein mikrofluidisches Netzwerk (welches insbesondere von den fluidischen Pfaden gebildet wird). Besonders bevorzugt ist das mikrofluidische Netzwerk hoch integriert ausgeführt. Das bedeutet, dass auf kleinem Raum eine große Funktionalität ermöglicht wird. Die mikrofluidische Vorrichtung umfasst bevorzugt Pumpen, Ventile und Steuerungsvorrichtungen, die dazu bestimmt und eingerichtet sind, Proben in und/oder durch die fluidischen Pfade zu leiten. Insbesondere kann die mikrofluidische Vorrichtung durch verschiedene Einstellung von Ventilen für verschiedene Anwendungen genutzt werden. Die fluidischen Pfade sind bevorzugt zumindest im Wesentlichen voneinander getrennt. Das bedeutet, dass Flüssigkeiten und andere Substanzen in den einzelnen fluidischen Pfaden nicht miteinander in Berührung kommen und/oder miteinander vermischt werden, jedenfalls bis auf einzelne gewollte Schnittstellen, an denen eine Durchmischung explizit gewünscht ist und gezielt hervorgerufen wird. Beispielsweise können mehrere fluidische Pfade in einer gemeinsamen Reaktionskammer zusammengeführt werden (wodurch dann die gemeinsame Reaktionskammer eine Schnittstelle zwischen den einzelnen fluidischen Pfaden darstellt). In dem Fall sind die fluidischen Pfade mit Ausnahme von Öffnungen in diese gemeinsame Reaktionskammer voneinander getrennt. Auch können die fluidischen Pfade vollständig voneinander getrennt sein. In dem Fall gibt es keine Schnittstelle zwischen verschiedenen fluidischen Pfaden.
Die fluidischen Pfade sind bevorzugt weiterhin thermisch voneinander getrennt, sodass die Proben(teile) in den verschiedenen fluidischen Pfaden verschiedene Temperaturen haben können. Vorzugsweise kann die Temperatur der einzelnen fluidischen Pfade individuell eingestellt werden. Auch ist es bevorzugt, dass zwischen den fluidischen Pfaden Strahlungsbarrieren vorgesehen sind. Damit kann insbesondere erreicht werden, dass eine externe Strahlung (z. B. zu Anregungszwecken) auf einen fluidischen Pfad bzw. lokal begrenzt eingekoppelt werden kann.
Die Detektionseinheit umfasst bevorzugt einen Sensor, insbesondere einen optischen Sensor. Der optische Sensor ist bevorzugt dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung (insbesondere Licht) zu detektieren und in ein elektronisches Signal umzuwandeln. Bevorzugt ist die Detektionseinheit dazu eingerichtet, eine zeit- und ortsaufgelöste Messung durchzuführen und ein zeit- und ortsaufgelöstes Messsignal zu generieren.
Weiterhin umfasst die Detektionseinheit bevorzugt eine Signalverarbeitungseinheit zur elektronischen Verarbeitung des aufgenommenen Signals, sowie eine Signalwiedergabeeinheit zur visuellen Darstellung des aufgenommenen und verarbeiteten Signals. Die Signalverarbeitungseinheit ist bevorzugt als ein Computer (insbesondere aufweisend einen Computerprozessor) ausgeführt. Bevorzugt umfasst die Signalwiedergabeeinheit einen Bildschirm. Alternativ ist es bevorzugt, dass die Detektionseinheit lediglich einen Anschluss aufweist, der ein elektronisches Signal ausgibt, das zur Verarbeitung durch eine Signalverarbeitungseinheit und eine darauf folgende Darstellung durch eine Signalwiedergabeeinheit geeignet und bestimmt ist. Beispielsweise kann ein Computer an den Anschluss angeschlossen werden.
Die Detektionseinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, insbesondere Licht einer derartigen Wellenlänge besonders gut zu detektieren, welches von Proben in der mikrofluidischen Vorrichtung emittiert wird bzw. von welchem zu erwarten ist, dass eine typischerweise in der mikrofluidischen Vorrichtung untersuchte Probe dieses Licht emittieren wird, wenn eine bestimmte Untersuchungsmethode mit der Probe durchgeführt wird. Bei dem Licht kann es sich insbesondere um elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge im Bereich von 150 bis 900 nm [Nanometer], insbesondere im Bereich von 300 bis 700 nm handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Licht um (für Menschen) sichtbares Licht handeln.
Das Licht kann von den Proben in Folge von biochemischen Prozessen ausgesendet werden. Auch können die Proben durch biochemische Prozesse zumindest teilweise in eine Substanz umgesetzt werden, welche Licht emittieren kann. Weiterhin können auch durch biochemische Prozesse Substanzen freigesetzt werden, die Licht emittieren können. Das Licht kann insbesondere aufgrund von Fluoreszenz emittiert werden. Bevorzugt ist die mikrofluidische Vorrichtung derart eingerichtet, dass eine externe Anregung der Proben bzw. einer durch biochemische Prozesse gebildeten oder freigesetzten Substanz möglich ist. Dadurch kann eine Fluoreszenz besonders stark angeregt und besonders gut gemessen werden.
Bei den biochemischen Prozessen kann es sich insbesondere um solche Prozesse handeln, die für eine Analyse von Nukleinsäuren (bzw. von DNA) üblicherweise durchgeführt werden. In Betracht kommen als Analysemethoden insbesondere (Echtzeit)amplifikation, Schmelzkurvenanalyse und Microarray-Analyse.
Unter der Amplifikation ist insbesondere die Vermehrung von DNA durch ein Enzym (wie z. B. Polymerase) zu verstehen. Dabei können fluoreszierende Stoffe freigesetzt werden. Durch Messung des fluoreszierenden Lichts kann das Maß der Amplifikation ermittelt werden. Das heißt, dass eine Lichtintensität und/oder eine räumliche Ausdehnung eines Lichtsignales Aufschluss über den Vermehrungsgrad der DNA geben kann. Bevorzugt wird das gesamte von einer Probe emittierte Licht erfasst, insbesondere über die gesamte Ausdehnung der Probe. Alternativ kann ein repräsentativer Ausschnitt der Probe betrachtet werden.
Repräsentativ bedeutet, dass nur ein Teil der Probe gemessen wird, wobei die gemessenen Werte auf die gesamte Probe umgerechnet werden können. Bei einem repräsentativen Ausschnitt einer Probe entspricht bevorzugt ein für eine nichtskalierende Eigenschaft gemessener Wert einem Durchschnitt der gesamten Probe. Eine nichtskalierende Eigenschaft hängt nicht von der Menge der betrachteten Probe ab, wie z. B. eine Dichte. Außerdem ist ein, an dem repräsentativen Ausschnitt der Probe gemessener Wert, einer skalierenden Eigenschaft (wie z. B. einer Masse) entsprechend dem Anteil des Ausschnitts an der Gesamtprobe kleiner, als ein für die Gesamtprobe messbarer Wert dieser Eigenschaft.
Wird das Licht in Echtzeit gemessen, so kann man die Amplifikation auch als eine Echtzeitamplifikation bezeichnen. Durch Echtzeitamplifikation kann ein zeitlicher Verlauf der Amplifikation erfasst werden. Insbesondere kann mittels (Echtzeitamplifikation ein quantitativer Vermehrungsgrad der DNA erfasst werden. Bei der Echtzeitamplifikation kann es sich beispielsweise um eine sogenannte„real-time Polymerase chain reaction (real-time PCR)" handeln. Der Begriff Kettenreaktion C.chain reaction") bezieht sich dabei darauf, dass ein Produkt einer Amplifikationsreaktion wiederum Ausgangsstoff einer erneuten Amplifikationsreaktion sein kann.
Da die (Echtzeitamplifikation mit der beschriebenen mikrofluidischen Vorrichtung in verschiedenen voneinander getrennten fluidischen Pfaden stattfinden kann, kann man auch von einer Multiwell-(Echtzeit)amplifikation sprechen. Die Multiwell- (Echtzeit)amplifikation wird bevorzugt in einer Multiwell-Kammer der mikrofluidischen Vorrichtung durchgeführt, in der eine Vielzahl von Vertiefungen (den wells) vorgesehen ist. Die Multiwell-Kammer hat bevorzugt ein Volumen im Bereich von 5 μΙ bis 50 μΙ [Mikroliter], insbesondere im Bereich von 10 μΙ bis 25 μΙ. Die Vertiefungen haben bevorzugt jeweils ein Volumen im Pico- oder Nanoliter-Bereich. Die Schmelzkurvenanalyse kann insbesondere ein Erwärmen von DNA umfassen. Dabei kann bei einer charakteristischen Temperatur eine fluoreszierende Substanz emittiert werden. Die charakteristische Temperatur kann beispielsweise eine Identifizierung eines DNA-Abschnitts ermöglichen. Durch Messung einer Intensität an fluoreszierendem Licht gegenüber einer (insbesondere kontinuierlich und kontrolliert gesteigerten) Temperatur kann DNA identifiziert werden. Wie auch bei der (Echtzeit)amplifikation ist für die Schmelzkurvenanalyse bevorzugt, dass Licht, das von der Probe emittiert wird, über eine gesamte Ausdehnung der Probe erfasst werden kann.
Für die Microarray-Analyse kann insbesondere ein Microarray (d. h. eine Anordnung mit Spalten und Zeilen mit Strukturen im Bereich von Mikrometern) aus einer Vielzahl von Testzellen verwendet werden. Insbesondere können mehrere Tausend Testzellen in einem Microarray angeordnet sein. Die verschiedenen Testzellen können mit verschiedenen (bekannten) Testsubstanzen versehen werden, insbesondere durch Einsatz von automatisierten Geräten. Durch Zugabe einer Probe auf das Microarray kann es zur Hybridisierung (d. h. Anlagerung) von Bestandteilen der Probe und verschiedenen der Testsubstanzen kommen. Dabei kann es zur Emission von fluoreszentem Licht bzw. zur Freisetzung und/oder Bildung von fluoreszierenden Substanzen kommen. Auch kann die Probe mit einem Fluoreszenzmittel versehen sein, sodass die Emission von fluoreszentem Licht auf das Vorhandensein von (einem Bestandteil) der Probe in einer bestimmten Testzelle hinweist. Durch Messung, in welchen der Testzellen (d. h. durch welche der Testsubstanzen) es zur Emission von fluoreszentem Licht kommt, können Bestandteile der Probe identifiziert werden.
Die Microarray-Analyse kann auch mit zwei oder mehr Proben gleichzeitig durchgeführt werden. Dabei kann z. B. eine erste Probe mit einem ersten Fluoreszenzmittel versetzt werden und eine zweite Probe mit einem zweiten Fluoreszenzmittel. Unterscheidet sich das Licht, das von dem ersten und dem zweiten Fluoreszenzmittel emittiert wird, in der Wellenlänge (d. h. in der Farbe), können beide Proben durch wellenlängenselektive Messung des Lichts gleichzeitig analysiert werden. Eine derartige Microarray-Analyse mit verschiedenen Proben kann beispielsweise dazu genutzt werden, zwei Proben zu vergleichen, insbesondere gesunde und kranke Zellen. Mit der beschriebenen mikrofluidischen Vorrichtung kann der Vergleich innerhalb eines geschlossenen Systems stattfinden (d. h. innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung), wodurch Fehler reduziert werden können.
Bei der Microarray-Analyse ist eine ortsaufgelöste Messung des emittierten Lichts bevorzugt, insbesondere mit einer Auflösung, die eine Auswertung der einzelnen Testzellen ermöglicht (d. h. dass ein Pixel eines Messsignals zumindest kleiner ist, als eine Testzelle). Bevorzugt ist die Auflösung mindestens so groß, dass eine Testzelle mit mindestens zehn Pixeln dargestellt werden kann.
Die beschriebenen Analysemethoden werden bevorzugt in Kombination miteinander durchgeführt. Beispielsweise ist es bevorzugt, zunächst eine Amplifikation durchzuführen (insbesondere unter quantitativer Messung eines Vermehrungsgrades in Echtzeit) und anschließend die in vergrößerter Menge vorliegende DNA mittels Microarray-Analyse qualitativ zu untersuchen bzw. die Bestandteile der DNA in einer Probe zu identifizieren. Mit der beschriebenen mikrofluidischen Vorrichtung können insbesondere die beschriebenen Analysemethoden durchgeführt werden. Dies kann insbesondere gleichzeitig oder zeitlich unmittelbar aufeinander folgend realisiert werden. Insbesondere ist die mikrofluidische Vorrichtung bevorzugt derart ausgeführt, dass der Erfassungsbereich für die Detektionseinheit einen solchen Teil der mikrofluidischen Vorrichtung umfasst, der für die (parallele) Durchführung verschiedener Analysemethoden eingerichtet und bestimmt ist.
Mit der Detektionseinheit kann es insbesondere möglich sein, innerhalb des Erfassungsbereichs eine Gesamtintensität von emittiertem Licht zu erfassen (wie es z. B. für die (Echtzeit)amplifikation und die Schmelzkurvenanalyse erforderlich ist). Dabei bedeutet Gesamtintensität, dass das gesamte Licht, das innerhalb des Erfassungsbereichs von den Proben emittiert wird, in Summe erfasst wird. Es wird also die Lichtintensität über den Erfassungsbereich integriert. Auch kann es möglich sein, eine Intensität nicht für den gesamten Erfassungsbereich zu bestimmen, sondern nur für einen Teil davon. Dies kann insbesondere sinnvoll sein, um Licht, das von einem der fluidischen Pfade (oder von einem Teil eines der fluidischen Pfade, insbesondere z. B. von einer Reaktionskammer) emittiert wird, zu erfassen. In dem Fall ist es z. B. möglich, mit der Detektionseinheit für zwei fluidische Pfade getrennt und gleichzeitig eine (Echtzeit)amplifikation durchzuführen, wobei eine quantitative Aussage über einen Vermehrungsgrad von DNA in den jeweiligen fluidischen Pfaden erhalten werden kann. Führt man anschließend beispielsweise eine Microarray-Analyse durch (z. B. in einer Reaktionskammer, die mit Proben aus zwei ansonsten getrennten fluidischen Pfaden befüllt werden kann und die ebenfalls innerhalb des Erfassungsbereichs der Detektionseinheit angeordnet ist), so kann für die Microarray-Analyse die gleiche
Detektionseinheit verwendet werden. Für die Microarray-Analyse ist eine ortsaufgelöste Erfassung von emittiertem Licht bevorzugt.
Das bedeutet, dass zum einen bevorzugt Räume für verschiedene Prozesse vorgesehen sind (z. B. für mehrere getrennte (Echtzeit)amplifikationen und für eine Microarray-Analyse). Zum anderen ist es bevorzugt, dass eine ortsaufgelöste Erfassung von emittiertem Licht möglich ist. Die Detektionseinheit kann insbesondere dann kostengünstig ausgeführt sein, wenn entweder nur ein besonders großer Erfassungsbereich oder nur eine besonders hohe Ortsauflösung realisiert sind. Eine hohe Ortsauflösung über einen großen Erfassungsbereich kann nur unter großem (Kosten)Aufwand realisiert werden. Die beschriebene mikrofluidische Vorrichtung bietet hier den Vorteil, auf besonders kleinem Raum ausgeführt zu sein. Damit können innerhalb des Erfassungsbereichs der Detektionseinheit sowohl z. B. mehrere getrennte (Echtzeit)amplifikationen, als auch eine Microarray-Analyse durchgeführt werden, wobei die Ortsauflösung insbesondere für die Microarray-Analyse ausreichend ist. Die kann insbesondere Kosten für die Detektionseinheit einsparen (weil keine besonders hochauflösende Detektionseinheit benötigt wird) bzw. es kann auf die Verwendung einer Mehrzahl von Detektionseinheiten verzichtet werden. Der Erfassungsbereich weist bevorzugt eine Fläche von 200 bis 2000 mm2
[Quadratmillimeter], insbesondere im Bereich von 500 bis 1500 mm2 auf. Beispielsweise kann der Erfassungsbereich als ein Quadrat mit 30 mm mal 30 mm [Millimeter] ausgeführt sein. Die Position des Erfassungsbereichs auf der mikrofluidischen Vorrichtung kann variabel sein. Das bedeutet, dass durch Verschieben der mikrofluidischen Vorrichtung relativ zu der Detektionseinheit der
Erfassungsbereich auf der mikrofluidischen Vorrichtung verschoben werden kann.
Durch die Aufteilung in mehrere fluidische Pfade können biochemische Prozesse getrennt voneinander durchgeführt werden. Dabei können insbesondere Reaktionen zwischen verschiedenen Proben bzw. Bestandteilen einer Probe unterdrückt werden und eine robustere Prozessführung erreicht werden. Derartige Reaktionen zwischen (Bestandteilen von) Proben in verschiedenen fluidischen Pfaden können auch als Querreaktionen bezeichnet werden. Querreaktionen sind in den meisten Anwendungen unerwünscht und hinderlich. Beispielsweise können bei einem hohen Multiplex-Grad von mehr als vier Primer-Paaren (beispielsweise insbesondere von 6 bis 60 Primer- Paaren) oder bei paralleler RNA- und DNA Amplifikation ungewünschte Reaktionen auftreten. Auch kann durch die Aufteilung in die fluidischen Pfade eine Prozesszeit reduziert werden, insbesondere auch ohne Qualitätsverlust. Das ist beispielsweise in der Ausführungsform der Fall, in der in einem ersten der fluidischen Pfade eine RNA- Amplifikation und in einem zweiten der fluidischen Pfade eine DNA-Amplifikation stattfindet. Durch die Aufteilung der Proben in die unterschiedlichen fluidischen Pfade kann ein Komplexitätsgrad einer (chemischen bzw. biochemischen) Reaktion, insbesondere einer Multiplexreaktion reduziert werden. Dies kann Reaktions- und/oder Prozesszeiten reduzieren.
Weiterhin kann durch die Aufteilung in die fluidischen Pfade erreicht werden, dass verschiedene Analysen zu verschiedenen Zeiten durchgeführt werden können und/oder dass zumindest die Auswertung verschiedener Analysen zu verschiedenen Zeiten erfolgen kann. So können insbesondere Analysen kombiniert werden, die unterschiedlich lange dauern. Auch können Vorab- oder Zwischenergebnisse ermittelt werden. Die Proben können nach einem Vorab- bzw. Zwischenergebnis weiterprozessiert werden. Optional können auch mehrere Vorab- bzw.
Zwischenergebnisse zwischen verschiedenen Prozessschritten ermittelt werden.
Auch können Referenz- und Zielmoleküle einer Analyse getrennt prozessiert werden. Insbesondere können die Referenz- und Zielmoleküle unter Verwendung von nur einer Wellenlänge (fluoreszierenden) Lichts analysiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der mikrofluidischen Vorrichtung ist die Detektionseinheit mit einer Kamera ausgeführt. Die Kamera kann beispielsweise als eine CCD- oder CMOS-Kamera ausgeführt sein bzw. einen CCD- oder CMOS-Chip aufweisen. Bevorzugt ist die Kamera dazu eingerichtet, ortsaufgelöst und großflächig den Erfassungsbereich der mikrofluidischen Vorrichtung zu erfassen (d. h. Licht zu detektieren, welches aus dem Erfassungsbereich ausgesendet wird, insbesondere von Proben in der mikrofluidischen Vorrichtung). Die Kamera ist insbesondere bevorzugt zur Detektion von Fluoreszenz, Chemolumineszenz und/oder Biolumineszenz eingerichtet. Bevorzugt ist die Kamera insbesondere für elektromagnetische Strahlung (d. h. insbesondere für Licht) mit Wellenlängen im Bereich von 150 bis 900 nm [Nanometer], insbesondere im Bereich von 300 bis 700 nm sensitiv.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die mikrofluidische Vorrichtung einen Einkopplungsbereich zur Einkopplung einer von einer Anregungsvorrichtung ausgesendeten Anregung in die Proben auf.
Bei der Anregungsvorrichtung handelt es sich bevorzugt um eine Quelle für Strahlung, insbesondere elektromagnetische Strahlung. Bevorzugt ist die Anregungsvorrichtung dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 150 bis 900 nm [Nanometer] auszusenden.
Bevorzugt handelt es sich bei der Anregungsvorrichtung um eine Wärmequelle. Besonders bevorzugt umfasst die Anregungsvorrichtung einen Laser. Der Laser ist bevorzugt zur Fluoreszenz-Anregung (insbesondere innerhalb der Proben) eingerichtet. Die Anregungsvorrichtung ist kein Bestandteil der mikrofluidischen Vorrichtung.
Eine Einwirkung der Anregungsvorrichtung auf die Proben ist über den (gesamten) Einkopplungsbereich möglich, wobei nicht an allen Stellen des Einkopplungsbereichs gleichzeitig eingewirkt werden muss. Der Einkopplungsbereich ist der Bereich, in dem eine Einwirkung möglich ist. Bevorzug überlappt der Einkopplungsbereich der Anregungsvorrichtung mit dem Erfassungsbereich der Detektionseinheit. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Einkopplungsbereich der Anregungsvorrichtung und der Erfassungsbereich der Detektionseinheit (vollständig) deckungsgleich sind. In einer Ausführungsform ist die Anregungsvorrichtung dazu eingerichtet, mit elektromagnetischer Strahlung einer oder mehrerer (diskreter) Wellenlängen auf die Proben in der mikrofluidischen Vorrichtung einzuwirken, bzw. dazu, eine solche elektromagnetische Strahlung in die Proben in der mikrofluidischen Vorrichtung einzukoppeln. Durch eine derartige Einwirkung bzw. Einkopplung kann insbesondere innerhalb der Proben Fluoreszenz erzeugt werden.
Insbesondere bei der (Echtzeit)amplifikation, der Multi-well Echtzeitamplifikation und der Schmelzkurvenanalyse erfolgt bevorzugt eine Excitation, d. h. Anregung der Probe. Eine Microarray-Analyse wird bevorzugt ebenfalls unter Anregung durchgeführt. Alternativ kann eine Microarray-Analyse aber auch autofluoreszent (d. h. ohne externe Anregung) stattfinden.
Auch ist es bevorzugt, dass die Anregung über ein Anregungslicht und insbesondere über ein Filtersystem (insbesondere zum Einstellen einer Anregungswellenlänge) erfolgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der mikrofluidischen Vorrichtung ist in jedem der fluidischen Pfade mindestens eine Kammer zur Aufnahme zumindest eines Teils der Probe vorgesehen.
Bei der Kammer kann es sich beispielsweise um eine Prozess- oder Reaktionskammer zur Durchführung einer (bio)chemischen Reaktion, eine Amplifikationskammer zur Durchführung einer (Echtzeit)Amplifikation, eine Detektionskammer zur Messung (insbesondere von Fluoreszenz und insbesondere mittels der Detektionseinheit), eine Mischkammer zum Vermischen einer Probe mit einer (Test)substanz und/oder eine Lagerkammer zum (Zwischen)lagern einer Probe, eines Reaktions(zwischen)produkts oder einer (Test)Substanz handeln. Auch kann eine Kammer für mehrere verschiedene Zwecke zeitgleich oder nacheinander genutzt werden. Jede der Kammern kann in eine Vielzahl von Zellen unterteilt sein, um ein Microarray für eine Microarray-Analyse zu bilden.
In einer Ausführungsform ist eine Amplifikationskammer (d. h. eine Kammer, in der eine Amplifikation stattfinden kann) für eine DNA- und/oder RNA-Amplifikation so angeordnet, dass die gesamte Amplifikationskammer oder zumindest ein repräsentativer Teil davon (z. B. mit einer Größe von 2 mm mal 2 mm [Millimeter]) im Erfassungsbereich der Detektionseinheit liegt. Somit können direkt in der Amplifikationskammer eine Schmelzkurvenanalyse oder eine (Echtzeit)amplifikation durchgeführt und erfasst werden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die mindestens zwei fluidischen Pfade derart angeordnet sind, dass Amplifikationskammern aller Pfade zugleich im Erfassungsbereich der Detektionseinheit angeordnet sind.
Auch bevorzugt ist die Ausführungsform, bei der eine Detektionskammer an eine Amplifikationskammer (strömungstechnisch) angeschlossen ist, sodass eine Probe aus der Amplifikationskammer in die Detektionskammer transferiert werden kann. Insbesondere ist bevorzugt, dass die Detektionskammer innerhalb des Erfassungsbereichs der Detektionsvorrichtung liegt.
Es ist bevorzugt, dass die Kammern insbesondere zwischen 25°C und 100°C temperiert werden können, bevorzugt sogar zwischen 15°C und 100°C. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Kammern einzeln auf unabhängige Temperaturen gebracht werden können. Zum Kühlen und/oder Heizen der Kammern sind bevorzugt Kühlmittel und/oder Heizmittel vorgesehen. Bei den Heizmitteln kann es sich beispielsweise um Heizdrähte zur Erzeugung resistiver Wärme oder um Strahlungsquellen zur Erzeugung radiativer Wärme handeln. Bei den Kühlmitteln kann es sich beispielsweise um Kühlleitungen für ein Kühlmedium handeln.
Die Kammern sind bevorzugt innerhalb einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Alternativ ist es bevorzugt, dass die Kammern in mehreren Ebenen angeordnet sind, die insbesondere parallel zu dem Erfassungsbereich (bzw. einer Oberfläche der mikrofluidischen Vorrichtung) angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die mikrofluidische Vorrichtung weiterhin eine Endkammer auf, die mit den mindestens zwei fluidischen Pfaden verbunden ist. Auch die Endkammer kann in eine Vielzahl von Zellen unterteilt sein, um ein Microarray für eine Microarray- Analyse zu bilden. Bei der Endkammer kann es sich beispielsweise um eine Prozess- oder Reaktionskammer zur Durchführung einer (bio)chemischen Reaktion, eine Amplifikationskammer zur Durchführung einer (Echtzeit)Amplifikation, eine Detektionskammer zur Messung (insbesondere von Fluoreszenz und insbesondere mittels der Detektionseinheit), eine Mischkammer zum Vermischen einer Probe mit einer (Test)substanz und/oder eine Lagerkammer zum (Zwischen)lagern einer Probe, eines Reaktions(zwischen)produkts oder einer (Test)Substanz handeln. Auch kann die Endkammer für mehrere verschiedene Zwecke zeitgleich oder nacheinander genutzt werden. Bevorzugt ist auch, dass die Endkammer als die weiter vorne beschriebene Multiwell-Kammer ausgeführt ist.
Die Endkammer ist bevorzugt derart mit den mindestens zwei fluidischen Pfaden verbunden, dass die Proben aus den fluidischen Pfaden in die Endkammer geleitet und dort vermischt werden können. Es ist bevorzugt, das mit Ausnahme einer indirekten Verbindung der fluidischen Pfade über die Endkammer keine Verbindung zwischen den fluidischen Pfaden besteht (dass diese also voneinander getrennt sind).
In der Endkammer ist bevorzugt ein Microarray vorgesehen. Bevorzugt liegt die Endkammer vollständig innerhalb des Erfassungsbereichs der Detektionseinheit. Alternativ liegt zumindest das Microarray (vollständig) innerhalb des Erfassungsbereichs.
In einer Ausführungsform ist eine (Echtzeit)Amplifikation (z. B. in Form einer real-time PCR) einer Microarray-Analyse vorgeschaltet. Dabei kann die (Echtzeit)Amplifikation in einem oder mehreren der fluidischen Pfade (insbesondere getrennt voneinander) durchgeführt werden, während die Microarray-Analyse bevorzugt in der Endkammer durchgeführt wird. Dafür kann das Reaktionsprodukt bzw. die Reaktionsprodukte der (Echtzeit)Amplifikation mit einem Hybridisierungspuffer vermischt werden, in die Endkammer (die hier als Analysekammer dient) gepumpt werden und in der Endkammer hybridisiert werden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass über die (Echtzeit) Amplifikation, sowohl quantitative Informationen generiert werden können, als auch über die Detektion auf dem Microarray eine Multiplex-Detektion durchgeführt werden kann. Die mikrofluidische Umsetzung in den fluidischen Pfaden, die in der Endkammer enden, kann eine flächendichte Umsetzung in mehreren voneinander getrennten Bereichen (insbesondere innerhalb verschiedener Kammern) insbesondere innerhalb des Erfassungsbereichs der Detektionseinheit ermöglichen.
Als weiterer Aspekt wird ein Verfahren zur Analyse von Proben unter Verwendung einer mikrofluidischen Vorrichtung wie beschrieben vorgestellt, umfassend zumindest die Analyse von Nukleinsäuren nach mindestens zwei verschiedenen Analysemethoden, wobei jeweils verschiedene Analysemethoden in verschiedenen fluidischen Pfaden der Vorrichtung durchgeführt werden.
Die weiter vorne beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale der mikrofluidischen Vorrichtung sind auf das beschriebene Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
Dass das Verfahren zumindest die Analyse von Nukleinsäuren nach mindestens zwei verschiedenen Analysemethoden umfasst, bedeutet, dass mindestens zwei Analysemethoden durchgeführt werden, was nacheinander oder (zumindest teilweise) gleichzeitig erfolgen kann. Auch können die mindestens zwei verschiedenen Analysemethoden an verschiedenen Stellen oder (zumindest im Falle der nacheinander durchgeführten Analysemethoden) an einer einzigen Stelle der mikrofluidischen Vorrichtung durchgeführt werden. Weiterhin können die mindestens zwei verschiedenen Analysemethoden mit der gleichen Probe (bzw. mit dem gleichen Teil einer Probe) oder aber auch mit verschiedenen Proben durchgeführt werden. Im letzten Fall ist es bevorzugt, dass es eine Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Proben gibt. Das kann beispielsweise bedeuten, dass zwei Proben zunächst getrennt voneinander jeweils nach einer Analysemethode behandelt werden, wobei anschließend eine gemeinsame Analyse durchgeführt wird, wozu die beiden Proben vermischt werden.
Bevorzugt wird eine Probe auf eine Mehrzahl der fluidischen Pfade aufgeteilt. Alternativ ist es bevorzugt, mehrere verschiedene Proben in den verschiedenen fluidischen Pfaden getrennt aufzunehmen. Auch ist es bevorzugt, eine erste Probe auf eine erste Mehrzahl der fluidischen Pfade aufzuteilen und eine zweite Probe in einem weiteren fluidischen Pfad aufzunehmen oder auf eine zweite Mehrzahl von fluidischen Pfaden zu verteilen.
Durch die Ausbildung der mikrofluidischen Vorrichtung mit zwei Pfaden ist es möglich, zwei Analysemethoden, mit zwei verschiedenen Proben, mit einer mikrofluidischen Vorrichtung durchzuführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind die mindestens zwei Analysemethoden aus der folgenden Gruppe ausgewählt:
- (Echtzeit)amplifikation,
- Endpunkt-Amplifikation
- Schmelzkurvenanalyse und
- Mikroarray-Analyse.
Bei der (Echtzeit)amplifikation handelt es sich bevorzugt um eine Polymerase Chain Reaction (PCR). Unter Endpunkt-Amplifikation ist insbesondere eine Amplifikation zu verstehen, bei der in einer späten Phase oder am Endpunkt der Amplifikation eine Messung der Amplifikation stattfindet. Als Endpunkt-Amplifikation ist eine Endpunkt- PC R bevorzugt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest ein Teil der Probe zwischen mindestens zwei Kammern mit unterschiedlichen Temperaturen alternierend gepumpt, so dass der Teil der Probe einen thermischen Zyklus durchläuft.
Besonders bevorzugt ist, wenn mindestens zwei Proben in einer Endkammer zusammengeführt werden, welche mit den mindestens zwei fluidischen Pfaden der Vorrichtung verbunden ist. Besonders bevorzugt werden die mindestens zwei Proben in der Endkammer miteinander vermischt. Weiter bevorzugt ist, wenn in der Endkammer eine Mikroarray-Analyse mit den vermischten Proben durchgeführt wird.
Bei einem solchen Verfahren können in den beiden Pfaden jeweils Verfahren mit den reinen, nicht vermischten Proben durchgeführt werden. In der Endkammer kann dann zusätzlich eine abschließende Analyse der vermischten Probe erfolgen. Die Reaktionsmischung (d. h. die Proben, zu denen ggf. weitere Substanzen zugegeben wurden) werden in dieser Ausführungsform bevorzugt zwischen zwei (oder auch mehr) verschiedenen Kammern hin- und hergepumpt, d. h. zyklisch von einer ersten Kammer in eine zweite Kammer, von der zweiten Kammer in die erste Kammer usw. Dabei kann die Reaktionsmischung thermisch zyklisiert werden, indem die erste und die zweite Kammer auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden. Dieses Vorgehen kann ein besonders schnelles thermisches Zyklisieren ermöglichen, weil nur die Temperatur der Reaktionsmischung verändert wird, während die Umgebung, d. h. die mikrofluidische Vorrichtung und insbesondere die Reaktionskammern, auf (verschiedenen) konstanten Temperaturen gehalten werden können. Würde die
Reaktionsmischung in einer einzelnen Reaktionskammer thermisch zyklisiert, müsste neben der Temperatur der Reaktionsmischung auch die Temperatur der Reaktionskammer (d. h. insbesondere von Wänden der Reaktionskammer) ebenfalls zyklisiert werden. Dies kann einen größeren Zeitaufwand bedeuten.
Die am thermischen Zyklisieren beteiligten Kammern sind bevorzugt innerhalb des Erfassungsbereichs der Detektionseinheit angeordnet. Dadurch kann zwischen einzelnen Zyklen eine (Zwischen) Messung über die Detektionseinheit stattfinden. Eine (Zwischen) Messung kann auch innerhalb eines Auslesezyklus zwischen zwei thermischen Zyklen stattfinden. Bevorzugt wird die Kammer, in der sich die
Reaktionsmischung im Auslesezyklus befindet, zumindest für einen Teil der Dauer des Auslesezyklus extern angeregt (z. B. durch einen Laser). Dadurch kann die Aussendung eines Fluoreszenzsignals angeregt werden, welches durch die Detektionseinheit erfasst werden kann.
Als weiterer Aspekt wird ein System vorgestellt, umfassend eine mikrofluidische Vorrichtung wie beschrieben, eine Detektionseinheit und bevorzugt weiterhin eine Anregungsvorrichtung. Die weiter vorne beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale der mikrofluidischen Vorrichtung und des Verfahrens sind auf das beschriebene System anwendbar und übertragbar. Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:
Fig. 1: eine mikrofluidische Vorrichtung zur Analyse von Proben und
Fig. 2: ein System umfassend insbesondere die mikrofluidische Vorrichtung aus Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer mikrofluidischen Vorrichtung 1 zur Analyse von Proben. Die mikrofluidische Vorrichtung 1 umfasst einen ersten fluidischen Pfad 2 und einen zweiten fluidischen Pfad 3 zur Aufnahme von Proben. Außerdem umfasst die mikrofluidische Vorrichtung 1 einem Erfassungsbereich 11 für eine (in Fig. 2 dargestellte) Detektionseinheit 4 zur Messung von Licht, welche dazu eingerichtet ist, emittiertes Licht von Proben in den beiden fluidischen Pfaden 2, 3 zu erfassen. Der Erfassungsbereich 11 ist durch gestrichelte Linien dargestellt. In dem ersten fluidischen Pfad 2 ist eine erste Kammer 8 zur Aufnahme zumindest eines Teils der Probe vorgesehen. In dem zweiten fluidischen Pfad 3 ist eine zweite Kammer 9 zur Aufnahme zumindest eines Teils der Probe vorgesehen.
Die mikrofluidische Vorrichtung 1 weist weiterhin einen Einkopplungsbereich 12 auf zur Einkopplung einer von einer (in Fig. 2 gezeigten) Anregungsvorrichtung 6 ausgesendeten Anregung in die Proben. Der Einkopplungsbereich 12 ist durch gepunktete Linien dargestellt. Der Einkopplungsbereich 12 überlappt teilweise den Erfassungsbereich 11.
Außerdem weist die mikrofluidische Vorrichtung 1 eine Endkammer 10 auf, die sowohl mit dem ersten fluidischen Pfad 2, als auch mit dem zweiten fluidischen Pfad 3 verbunden ist.
Die mikrofluidische Vorrichtung 1 kann beispielsweise dazu genutzt werden, zwei verschiedene Proben, die jeweils zu analysierende DNA enthalten, im ersten fluidischen Pfad 2 und im zweiten fluidischen Pfad 3 zunächst getrennt voneinander zu prozessieren. Beispielsweise kann in der ersten Kammer 8 und in der zweiten Kammer 9 eine (Echtzeit)amplifikation durchgeführt werden. Diese kann quantitativ durch die Detektionseinheit 4 erfasst werden, weil der Erfassungsbereich 11 die erste Kammer 8 und die zweite Kammer 9 vollständig umfasst. Anschließend können die Proben in der Endkammer 10 weiter prozessiert werden. Dazu kann beispielsweise ein Microarray in der Endkammer 10 vorgesehen sein. Eine Microarray-Analyse in der Endkammer 10 kann ebenfalls mit der Detektionseinheit 4 durchgeführt werden, weil auch die Endkammer 10 innerhalb des Erfassungsbereichs 11 liegt. Über die Anregungsvorrichtung 6 können die Proben angeregt werden. Dabei ist eine Anregung in der ersten Kammer 8, in der zweiten Kammer 9 und in der Endkammer 10 jeweils zum Teil möglich, weil der Einkopplungsbereich 11 die jeweiligen Kammern jeweils teilweise umfasst.
Fig. 2 zeigt ein System 13 umfassend die mikrofluidische Vorrichtung 1 aus Fig. 1, eine Detektionseinheit 4 und eine Anregungsvorrichtung 6. Die Detektionseinheit 4 ist mit einer Kamera 5 ausgeführt. Die Anregungsvorrichtung 6 ist mit einem Laser 7 ausgeführt.
Mittels der Detektionseinheit 4 bzw. mittels der Kamera 5 kann Licht erfasst werden, das von Proben innerhalb des Erfassungsbereichs 11 der mikrofluidischen Vorrichtung emittiert wird. Durch gepunktete Linien ist angedeutet, welchen Bereich die Kamera 5 abdecken kann. Der Erfassungsbereich 11 ist auf der Oberfläche der mikrofluidischen Vorrichtung 1 zwischen den gepunkteten Linien ausgebildet.
Mittels der Anregungsvorrichtung 6 bzw. mittels des Lasers 7 kann auf die mikrofluidische Vorrichtung 1 bzw. auf eine darin befindliche Probe eingewirkt werden. Dies ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Bevorzugt kann die Anregungsvorrichtung 6 derart verstellt werden, dass eine Anregung an jeder Stelle des (insbesondere des gesamten) Erfassungsbereichs 11 möglich ist. Alle mit dem Laser 7 erreichbaren Stellen der Oberfläche der mikrofluidischen Vorrichtung 1 gemeinsam bilden den (nur in Fig. 1 dargestellten) Einkopplungsbereich 12. Die Anregung durch die Anregungsvorrichtung 6 kann zeitlich begrenzt stattfinden.

Claims

Ansprüche
1. Mikrofluidische Vorrichtung (1) zur Analyse von Proben umfassend mindestens zwei fluidische Pfade (2, 3) zur Probenaufnahme und mindestens einem Erfassungsbereich (11) für eine Detektionseinheit (4) zur Messung von Licht, welche dazu eingerichtet ist, emittiertes Licht von Proben in den mindestens zwei fluidischen Pfaden (2, 3) über den Erfassungsbereich (11) zu erfassen.
2. Mikrofluidische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Detektionseinheit (4) mit einer Kamera (5) ausgeführt ist.
3. Mikrofluidische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen Einkopplungsbereich (12) zur Einkopplung einer, von einer Anregungsvorrichtung (6) ausgesendeten, Anregung in die Proben.
4. Mikrofluidische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in jedem der fluidischen Pfade (2, 3) mindestens eine Kammer (8, 9) zur Aufnahme zumindest eines Teils der Probe vorgesehen ist.
5. Mikrofluidische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Endkammer (10), die mit den mindestens zwei fluidischen Pfaden (2, 3) verbunden ist.
6. Verfahren zur Analyse von Proben unter Verwendung einer mikrofluidischen Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest die Analyse von Nukleinsäuren nach mindestens zwei verschiedenen Analysemethoden, wobei jeweils verschiedene Analysemethoden in verschiedenen fluidischen Pfaden (2, 3) der Vorrichtung (1) durchgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die mindestens zwei Analysemethoden aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind:
- (Echtzeit)amplifikation,
- Endpunkt-Amplifikation,
- Schmelzkurvenanalyse und
- Mikroarray-Analyse.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei zumindest ein Teil der Probe zwischen mindestens zwei Kammern (8, 9) mit unterschiedlichen Temperaturen alternierend gepumpt wird, so dass der Teil der Probe einen thermischen Zyklus durchläuft.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei, mindestens zwei Proben in einer Endkammer (10) zusammengeführt werden, welche mit den mindestens zwei fluidischen Pfaden (2, 3) der Vorrichtung (1) verbunden ist.
10. System (13) umfassend eine mikrofluidische Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, eine Detektionseinheit (4) und bevorzugt weiterhin eine Anregungsvorrichtung (6).
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