EP3740315A1 - Microfluidic device and method for the operation thereof - Google Patents

Microfluidic device and method for the operation thereof

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EP3740315A1
EP3740315A1 EP18845400.3A EP18845400A EP3740315A1 EP 3740315 A1 EP3740315 A1 EP 3740315A1 EP 18845400 A EP18845400 A EP 18845400A EP 3740315 A1 EP3740315 A1 EP 3740315A1
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EP
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medium
microfluidic device
chamber
channel
gas
Prior art date
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Pending
Application number
EP18845400.3A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Tino Frank
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52Heating 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
    • B01L7/525Heating 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

Definitions

  • Microfluidic systems allow the analysis of small sample volumes with high sensitivity. Automation, miniaturization and parallelization of procedures allow a reduction of manual steps and can therefore help to avoid errors. Miniaturization of microfluidic systems also allows laboratory processes to be carried out directly at the sample, so that no general laboratory environment is needed.
  • microfluidic applications may also be referred to as "lab-on-chip”. This field of application of microfluidics is also referred to as “point-of-care (PoC)".
  • PoC point-of-care
  • a particular challenge for microfluidic systems is the transfer of macroscopic samples into the microfluidic environment.
  • microfluidically limited sample solutions can be moved without loss in a microfluidic device with a microfluidic chamber and channel system using the described method.
  • a limited sample (For example, cell lysate from a few cells, cfDNA material, cytokine enrichment) from a sample input chamber into a chamber to perform a
  • Detection method e.g., PCR are transferred bubble and lossless.
  • Sample addition may allow rare material (e.g., cell-free DNA,
  • circulating cancer cells, secreted cytokines, lysate from a few cells) in a small volume of a microfluidic device are enriched and thus presented in a high concentration.
  • Sample entry chamber must not be in the same location of the microfluidic device in the described method, in which a
  • the sample may instead be transported within the microfluidic device by the described method. Such transport often occurs in the prior art in an aqueous solution by laminar flow. However, this may result in material being deposited on the channel walls or thinned by more liquid or diffusion. Furthermore, through a contact surface to the outside world and / or by a lack of possibility for prewetting the chamber air into the system, which can lead to disturbing bubbles for subsequent processes.
  • microfluidic refers here primarily to the order of magnitude of the microfluidic device.
  • the microfluidic device is characterized in that physical phenomena that are generally associated with microtechnology are relevant in the fluidic channels and chambers arranged therein. These include, for example, capillary effects, effects (especially mechanical effects) associated with
  • thermophoresis and electrophoresis. These phenomena are usually dominant in microfluidics over effects such as gravity.
  • the microfluidic device can also be characterized in that it is made at least partially by a layer-by-layer process and that channels are arranged between layers of the layer structure.
  • Microfluidic may also be characterized via the cross-sections within the device which serve to guide the fluid. Typical are, for example, cross sections in the range of 100 pm [microns] times 100 pm up to 800 pm times 800 pm. Also much smaller cross sections, for example in the range of 1 mhh to 20 mhh [microns], in particular in the range of 3 mhh to 10 mhh are possible.
  • the microfluidic device may in particular be a so-called “lab on a chip” or a “point-of-care” system (PoC).
  • a “lab on a chip” is designed and set up to perform biochemical processes. That means functionalities of a
  • the microfluidic device may e.g. As channels, reaction chambers, upstream reagents, valves, pumps and / or Aktuations-, detection and
  • 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.
  • a first medium can be transported from a first location of the microfluidic device to a second location of the microfluidic device.
  • step a) of the described method at least a first medium is provided at a first location of the microfluidic device.
  • the first medium is preferably a liquid, in particular an aqueous solution.
  • the first medium may be a sample to be examined.
  • provisioning is meant in particular that the at least one first medium is brought to the first location of the microfluidic device, for example by filling the at least one first medium through an opening in the microfluidic device.
  • Provision also includes, for example, the microfluidic device already contained the at least one first medium before the beginning of the described method. So for example, a microfluidic device can be obtained from a supplier in which the at least one first medium is already arranged upstream in a chamber. It is also possible for the at least one first medium in step a) to be obtained by combining several substances and provided in this respect.
  • a solvent may be preceded in the microfluidic device. When a sample is added to the microfluidic device, the solvent may be added to the sample. The solution of the sample in the solvent may be the first medium.
  • step b) of the described method the at least one first medium from the first location to a second location of the microfluidic
  • the at least one first medium of at least one second medium is enclosed in such a way that the at least one first medium only to the at least one second medium and to
  • Fluidbegrenz the microfluidic device or only adjacent to the at least one second medium.
  • the at least one first medium and the at least one second medium are not miscible with each other.
  • step b) the transport of the first medium takes place through the microfluidic device.
  • the at least one first medium can be protected particularly well.
  • the at least one first medium of the at least one second medium is preferably enclosed in such a way that the at least one first medium adjoins only the at least one second medium and optionally additionally fluid boundaries of the microfluidic device.
  • Microfluidic device for example, which limits a channel or a chamber of the microfluidic device.
  • Media such as the at least one first medium and the at least one second medium can, within the microfluidic device in particular within the
  • Fluid boundaries are present and moving.
  • the fluid boundaries may have a material such as glass and / or plastic on the fluid to be limited.
  • the at least one first medium can in particular be prevented from coming into contact with other substances in step b). This can be achieved by the at least one first medium, insofar as it is not in contact with a fluid boundary, being in contact only with the at least one second medium. Characterized in that the at least one first medium and the at least one second medium are not miscible with each other, the at least one first medium can be transported without change by contact with the second medium.
  • the at least one second medium can in particular be understood as an aid for the transport of the at least one first medium. After transport, the at least one first medium and the at least one second medium can be separated from one another.
  • the at least one second medium is preferably an oil. It is also preferred that the at least one second medium is an organic substance.
  • the at least one first medium is polar and the at least one second medium is nonpolar.
  • water as the first medium and oil as the second medium.
  • water can be added with classical attributes such as Tween, Triton-X, BSA and / or calcium for the first medium.
  • inert mineral oils, silicone oils and / or fluorinated oils can be used as possible second media.
  • a defined volume of an aqueous phase (as the at least one first medium) in an oil phase (as the at least one second medium) can be trapped and moved in a controlled manner.
  • an analyte present in the aqueous phase can be present in a limited, small amount and can be processed without loss and dilution in the microfluidic device.
  • the at least one first medium in particular an aqueous volume
  • the at least one first medium can be enclosed in such a way that, for example, a limited analyte in the at least one first medium does not dilute by deposition or diffusion. It is thus in particular a loss-free transport of Limited sample materials (as the first medium) possible.
  • a lysate produced locally in a microfluidic small volume may be transported from a few cells from an input chamber to another location in the microfluidic device for biochemical processing.
  • Lossless transport of limited material such as DNA, proteins, and / or single cells may allow for a design of a microfluidic processing unit, for example, where a heater or optical units are provided at a location other than a trial input. This may allow a particularly universal design of the microfluidic device.
  • a wetting of fluid boundaries ie in particular of channel walls and / or chamber walls
  • a thin layer of the second medium can deposit on the fluid boundaries.
  • this thin layer may have the advantage that no DNA is bound to the polycarbonate (or to the layer of the second medium) as material of the fluid boundary. This may contribute to a lossless transport of DNA in the at least one first medium.
  • the microfluidic device preferably comprises a one-way flow system which enables a diagnosis in the manner of point-of-care.
  • the components of the microfluidic device can thereby in a
  • Polycarbonate injection molded part are manufactured.
  • a predeterminable volume of the at least one first medium is provided in a chamber of the microfluidic device, wherein the chamber has at least one connection, and wherein the predeterminable volume of the at least one first medium in the chamber is separated and is measured by the at least one port is flowed around with the at least one second medium outside the chamber.
  • the at least one first medium may in particular be a sample to be analyzed.
  • the desired amount of the at least one first medium according to the present embodiment can be separated and measured.
  • the chamber of the microfluidic device considered in this embodiment can be filled, in particular via the at least one connection, with the at least one first medium. If the chamber is completely filled with the at least one first medium, the volume of the at least one first medium corresponds to the (preferably known) volume of the chamber.
  • a demarcation between the volume within the chamber and outside the chamber, especially in the region of the at least one port, can be problematic. It may therefore be unclear where exactly the boundary of the chamber passes through the at least one connection.
  • this limit can be determined by the at least one second medium.
  • the at least one connection is designed in such a way that a flow of the at least one second medium (with preferably fixed parameters, such as, for example, a flow velocity) flows around the at least one connection in a reproducible manner.
  • a reproducible recirculation there results an interface between the at least one first medium and the at least one second medium, which is located in particular in the region of the at least one connection.
  • a plurality of first media are provided in step a), wherein the plurality of first media according to step b) are transported such that the plurality of first media are mixed in a chamber of the microfluidic device.
  • the plurality of first media may be components of a substance to be analyzed.
  • the plurality of first media may remain separated from one another, for example, until an analysis is to be carried out.
  • a reaction between the plurality of first mediums may be prevented until the analysis is performed.
  • the two-phase technology in which the at least one first medium and the at least one second medium are used
  • Such mixing can therefore be carried out sufficiently fast, in particular, if the volumes to be mixed are sufficiently small.
  • At least a portion of the at least one first medium and / or at least a portion of the at least one second medium in step b) are transported at least temporarily by peristaltic pumping.
  • peristaltic pumping is meant here a pump which promotes a fluid by means of peristalsis.
  • a typical peristaltic pump is a peristaltic pump, also called peristaltic pump.
  • Peristaltic pumps are displacement pumps in which the medium to be pumped is pushed through a channel by an external mechanical deformation.
  • Microfluidic peristaltic pumps may be constructed by a plurality of valves. Frequently used microfluidic valves include a channel which is closable by a movement of the channel wall due to an electrical force or a magnetic force. Such valves produce an (internal) volume change of the channel. If such valves in one
  • Series connection are arranged along a channel can be achieved by a suitable control of the valves that a peristaltic of the channel occurs, which causes a promotion of the liquid.
  • a peristaltic pump has the advantage that it requires no (other) pumping elements in addition to the valves (for example mechanically or electrically operating pump chambers). It is sufficient that the majority of the valves is provided.
  • peristaltic pumping it is preferred that there is the possibility of an (automatic) valve circuit, according to which the valves are automatically controlled in a suitable order for the promotion.
  • dynamic volume adjustment can be achieved. That is in particular in a two-phase system (comprising the at least one first medium and the at least one second medium) particularly well possible.
  • a two-phase system comprising the at least one first medium and the at least one second medium
  • the volumes would be predetermined by fixed geometries of the chambers.
  • the chamber geometry only forms an upper limit of the possible volume. Since an aqueous and an oil phase do not mix, the inert oil can compensate for the volume not needed by the aqueous phase. This may allow additional dynamic component and volume adjustment within the microfluidic device.
  • the method further comprises at least the following method step, which is carried out before, during or after step b):
  • Gas inclusions can occur especially in the form of gas bubbles in the
  • Gas inclusions may be particularly disadvantageous because of these volumes can be determined only inaccurate and / or because it can cause reactions between the gas and in particular the at least one first medium.
  • gas inclusions can be removed.
  • the gas may be, in particular, air.
  • the gas can be a product of chemical reactions.
  • the at least one gas inclusion can be removed in particular by transporting a medium.
  • a medium enclosing the at least one gas inclusion can thus be replaced by the microfluidic one
  • the at least one gas inclusion can be removed, in particular, insofar as the gas is passed out of the microfluidic device or that the gas is introduced into at least one part of the microfluidic device other part of the microfluidic device is passed, wherein the gas is less harmful or disturbing in the latter part.
  • the at least one gas inclusion can also be removed by removing a gas dissolved in the at least one first medium (that is to say a substance which is present in gaseous form under normal conditions) from the at least one first medium.
  • a two-phase system comprising the at least one first medium and the at least one second medium
  • many oils which are preferably used as the at least one second medium
  • water the preferably as an essential component, the at least one first medium is used. Therefore, it can be achieved that dissolved in water gases in the
  • gas containment can also be removed by quasi-phase extraction.
  • Removal of the at least one gas inclusion may be achieved, in particular, in the preferred embodiment of the method in which the microfluidic device is oriented, at least during a portion of step c), such that one side of a portion from which the at least one gas inclusion is removed a horizontal plane is tilted.
  • the microfluidic device is oriented during the entire step c) in such a way that one side of a section from which the at least one gas inclusion is removed is tilted relative to a horizontal plane.
  • the microfluidic device is oriented such that the side of the portion from which the at least one gas inclusion is removed is tilted with respect to the horizontal plane by an angle in the range of 20 ° to 45 °, in particular by 30 °.
  • a temperature of a fluid in which the at least one gas inclusion is enclosed is changed in step c).
  • the at least one gas inclusion in step c) is removed by transport of the at least one first medium and / or the at least one second medium.
  • At least one second medium for removing the at least one gas inclusion may be particularly advantageous in that the at least one first medium and / or the at least one second medium are present anyway in the microfluidic device or that these medium are moved anyway by the described method ,
  • a shuttle polymerase chain reaction [shuttle PCR] is carried out, wherein the at least one first medium is a reaction medium of the shuttle polymerase chain reaction.
  • PCR is a method of amplifying DNA using the enzyme DNA polymerase.
  • a PCR can in particular under
  • Chambers with different temperature is transported. So a temperature change can be done very quickly.
  • the described method may in particular provide the advantage that a shuttle PCR can be defined, bubble-free and carried out without loss.
  • a single-phase system on the other hand, there would be the risk that residues of the reaction medium could remain in a channel and / or air could enter the reaction chamber.
  • a microfluidic device is provided, which is intended and arranged for carrying out the method described.
  • Microfluidic device applicable and transferable.
  • Fig. La to ld four schematic representations of microfluidic
  • Fig. 5 a schematic representation of a microfluidic
  • Fig. 7a to 7f schematic representations of a microfluidic
  • Multi-valve device differently connected for peristaltic pumping in six consecutive times
  • 13a to 13d are schematic representations of a microfluidic
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of a method for operating a microfluidic device according to one of the exemplary embodiments from the previous figures.
  • a liquid phase as the first medium 2 between two oil phases as the second Medium 3 can be included.
  • the first medium 2 can be presented in particular with a defined volume.
  • the volume of the first medium 2 can be determined by the fixed and precisely producible geometry of the microfluidic device 1. In this form, therefore, a defined concentration of the first medium 2, in particular if I it is an analyte, are submitted.
  • the first medium 2 In order to move the volume of the first medium 2 without the analyte diluting therein by diffusion, the first medium 2 is trapped between the second medium 3 (shown here by two oil phases). Since oil and water do not mix, there is no dilution of the first medium 2 by diffusion. This can enable a loss-free microfluidic transport of a defined volume of the first medium 2 through a first channel 5 or out of a first chamber 4.
  • the first chamber 4 is connected via a first connection 25 to a first channel 5 and via a second connection 26 to a second channel 6.
  • the first medium 2 and the second medium 3 are surrounded by fluid boundaries 24.
  • the first medium 2 may be arranged upstream in the first chamber 4 (FIG. 1 a) and transported through the first connection 25 from the latter into the first channel 5 (FIG. 1 b). In the further course of the first channel 5, the first medium 2 can be enclosed between the second medium 3 (FIG. 1c).
  • Fig. Id another situation is shown, in which the first medium 2 is enclosed in a first chamber 4 of the microfluidic device 1.
  • FIGS. 2 a to 2 c and 3 a to 3 e show two embodiments of a microfluidic device, with which a defined volume of an aqueous phase as the first medium 2 can be brought between two inert oil phases as the second medium 3.
  • a first chamber 4 of known volume is arranged between a first channel 5 and a second channel 6 parallel to the first channel 5.
  • the first chamber 4 is connected via a first connection 25 to a first channel 5 and via a second connection 26 to a second channel 6.
  • Fluid control for example, by using valves or a
  • the flow can be in different directions and Channel compositions are set (for example, as a flow only in the channels 5, 6 or as a flow from the second channel 6 through the first chamber 4 in the first channel 5).
  • the first chamber 4 (FIG. 2 a) initially filled with a second medium 3 is flowed through with an aqueous phase as the first medium 2 and the flow is stopped so that the first
  • Chamber 4 is completely filled with the first medium 2 (Fig. 2b).
  • the adjacent channels 5, 6, but not the first chamber 4, are then flushed with oil as the second medium 3, so that the first chamber 4 is surrounded by two oil-filled channels 5, 6 (FIG. 2c).
  • a flow from the second channel 6 through the first chamber 4 in the first channel 5 can be adjusted.
  • the three phases ie the second medium 3 in the second channel 6, the first medium 2 in the first chamber 4 and the second medium 3 in the first channel 5) move laminarly without mixing.
  • the first chamber 4 only adjoins (via a first connection 25) a first channel 5 and not a first channel 5 and a second channel 6 as in the first embodiment
  • a portion of the first chamber 4 is open or (as shown) through a gas-permeable membrane 7 of the
  • the gas-permeable membrane 7 can
  • sample entry area in particular be used as a sample entry area, in particular for applications in which only small amounts of a sample are introduced into the microfluidic device.
  • Fig. 3a is also shown that in the first chamber 4, a sample. 8
  • the first channel 5 is first filled with oil as the second medium 3 in order to vent the entire system.
  • the first chamber 4 is then filled with a liquid phase as the first medium 2 (FIG. 3b).
  • the first channel 5 is again flowed through with oil as the second medium 3 and thus the first chamber 4 is completely closed (FIG. 3c).
  • the first medium 2 can then again be enclosed between an oil phase as a second medium 3, by the first
  • Chamber 4 is pumped out via the first channel 5 ( Figure 3d) until the first chamber 4 is empty ( Figure 3e).
  • FIGS. 4 a to 4 e A further exemplary embodiment of a microfluidic device 1 with which a defined volume of an aqueous phase as the first medium 2 can be brought between two inert oil phases as the second medium 3 is shown in FIGS. 4 a to 4 e.
  • two partial volumes of the first medium 2 are removed from the first chamber 4 in succession.
  • the starting point shown in Fig. 4a corresponds largely to the representation in Fig. 2c.
  • FIGS. 4a to 4e thus show that a two-phase system (with first medium 2 and second medium 3) can also be utilized in order to fill a microfluidic chamber only partially bubble-free with an aqueous phase (as first medium 2).
  • the residual volume of the chamber can be compensated accordingly with an inert oil phase (as the second medium 3). This can be a dynamic adaptation of
  • FIG. 5 shows a state from the exemplary embodiment from FIGS. 4a to 4e, in which the first chamber 4 is partially filled with the first medium 2 and partly with the second medium 3.
  • FIGS. 6a to 6f show an exemplary embodiment of a microfluidic device
  • the first medium 2 is half filled in a first chamber 4 with a defined volume (Fig. 6a).
  • the first chamber 4 is connected via a first connection 25 to a first channel 5 and via a second connection 26 to a second channel 6.
  • the feeding first channel 5 is then completely filled with oil as the second medium 3 again (FIGS. 6b and 6c).
  • the first channel 5 is filled with the further first medium 9 (FIG. 6d).
  • the first chamber 4 is filled (preferably slowly), so that the whole of the first chamber 4 with the two first media 2, 9 in the correct ratio is filled.
  • the first channel 5 is then filled again with the second medium 3, so that the two first media 2, 9 are again enclosed in the first chamber 4 by the second medium 3 in the channels 5, 6 (FIG. 6e).
  • Diffusion can mix the two first media 2, 9 in the first chamber 4 quickly, especially if the respective volumes are small.
  • the result is shown in Fig. 6f, in which in the first chamber 4, a mixture 10 of the two first media 2, 9 is present.
  • the mixing process can be accelerated by a temperature change. If desired, (bio) chemical reactions can also be carried out during mixing.
  • Chamber geometries may allow for mixing with different ratios between the first media 2, 9.
  • FIGS. 7a to 7f show how fluids in a linear or circular channel system of a microfluidic device can be moved by means of valves at a controlled speed. Valves in the microfluidic
  • Devices can not only be used to open and close microfluidic paths, but can also be used as peristaltic pumps.
  • a desired microfluidic pathway which may be linear or circular and shown here as a linear first channel 5
  • the valves form a peristaltic pump by serially opening and closing.
  • 7a to 7f show the principle using the example of three adjacent valves 11, 12, 13.
  • a circle indicates an open valve, while a cross indicates a closed valve.
  • the valve status can also be displayed digitally, for example by setting a "1" to "open” and a "0" to "closed”.
  • valves 11, 12, 13 do not have to be placed next to one another, but can be arranged arbitrarily along the first channel 5. This has the advantage that no special pump valves need to be placed, but already existing valves 11, 12, 13 can be used.
  • the flow speed can be in one determined interval by means of a duration of a pause between successive valve positions.
  • FIGS. 9a to 9d show how the embodiment according to FIGS. 2a to 2c can be realized by a peristaltic pump in a multi-chamber system (comprising a first chamber 4, a second chamber 14 and a third chamber 15).
  • the microfluidic device 1 is completely filled with an oil phase as the second medium 3 (FIG. 9a). This does not necessarily have to be done by peristaltic pumping.
  • a fifth valve 18 and a sixth valve 19 are closed between the chambers 4, 14, 15 and a first channel 5 (FIG. 9b).
  • a laterally to the chambers 4, 14, 15 arranged channel 5 is then at least partially filled with the first medium 2.
  • the fifth valve 18 and the six valve 19 are opened to the chambers 4, 14, 15 and it is so long with the valves 11, 12, 13 pumped peristaltically until the first chamber 4 completely with the first medium 2 is filled ( Figures 9c and 9d).
  • the pump can be coupled to an optical feedback system and automatically stopped when fully charged. Alternatively, even a trapped aqueous plug with the chamber volume can be introduced into the first chamber 4. If the first chamber 4 is completely filled, the fifth valve 18 is closed to the first chamber 4 and the first channel 5 again completely flushed with the second medium 3 (by opening a fourth valve 17), so that only the first medium 2 in the first chamber 4 remains (Figure 9d).
  • FIGS. 10 a to 10 d show how a two-phase system (with a first medium 2 and a second medium 3) can be used to remove gas inclusions 16 in the first medium 2.
  • Gas inclusions 16, such as perturbing bubbles, are removed by a temperature gradient in this design.
  • three microfluidic chambers 4, 14, 15 are arranged one behind the other and connected to each other by means of a respective small channel.
  • Each of the three chambers 4, 14, 15 is individually heated.
  • the first chamber 4 is set to the highest temperature and the second chamber 14 and the third chamber 15 to a deeper. In this case, the heated gas inclusions 16 move from the first medium 2 into the colder second medium 3. If the gravitational force continues to act along the chamber geometry (as shown), the
  • Chamber 4 is present, wherein the second chamber 14 and the third chamber 15 are filled with the second medium 3.
  • a gas phase can form.
  • the temperature can then be raised again in the second medium 3 to ensure that the gas settles at the top.
  • the phase system can be displaced in each case by one chamber, the first medium 2 then being located, for example, in the second chamber 14 and the bubble-free second medium 3 in the third chamber 15.
  • the blister-containing first chamber 4 is then eliminated from the chamber system.
  • the first chamber 4 can be closed or refilled with the second medium 3.
  • FIG. 11 shows how an inclination of the microfluidic device 1 and thermally different zones for the removal of gas inclusions 16 according to FIGS. 10a to 10d can be utilized.
  • the gravity does not have to work completely. Instead, an inclination (eg of 30 °) is possible.
  • FIG. 11 shows a horizontal plane 21 and an angle 22 between the horizontal plane 21 and a side 23 of the microfluidic device 1 from FIGS. 10a to 10d.
  • the three-chamber system shown in FIGS. 10a to 10d may be oriented such that the first chamber 4 is located below the first medium 2 (ci in FIG. 11).
  • Each chamber 4, 14, 15 is then in its own thermal zone (Ti, T 2 , T 3 ). Gravity may cause the light gas to move from the gas enclosure 16 to the upper end of the third chamber 15 by heating (C3 in FIG. 11).
  • FIGS. 12a to 12c show an embodiment in which a gas enclosure 16 as in FIGS. 10a to 10d and 11 can be removed.
  • FIGS. 12a to 12c it is assumed that the gas inclusion 16 according to the
  • FIGS. 10a to 10d has been removed from the first medium 2 with the aid of the conditions from FIG. 11 (FIG. 12a).
  • a second medium 3 is pushed from below through the three chambers 4, 14, 15 until the first medium 2 has been completely displaced from the first chamber 4 into the second chamber 14 , In this case, the gas inclusion 16 is displaced from the third chamber 15 into the first channel 5 (FIG. 12b). Subsequently, through
  • the gas from the microfluidic device first be discharged, leaving a completely bubble-free microfluidic
  • Figs. 13a to 13d show how with a two-phase system
  • the microfluidic device 1 can be designed in particular according to FIGS. 7a to 7f, 10a to 10d and 11.
  • three valves 11, 12, 13 are preferably provided which form a peristaltic pump.
  • the PCR reaction mixture (as the first medium 2) is preferably introduced bubble-free in the first chamber 4, while the second chamber 14 and the third chamber 15 and the first channel 5 are filled with the second medium 3 (Fig. 13a).
  • the chambers 4, 14, 15 are set to the appropriate temperatures required for the PCR.
  • the first medium 2 as a PCR mixture can then be used for respective times in the corresponding chambers 4,
  • Figures 13b to 13d shows how to shuttle back and forth between two temperatures (commuted, engl., "Shuttled”).
  • FIG. 14 shows a method for operating a microfluidic device 1 according to one of the exemplary embodiments from the previous figures. The method comprises the following steps:
  • the method preferably comprises the following (dashed line) method step, which is carried out before, during or after step b):
  • step c) is performed after step b).

Abstract

The invention relates to a method for operating a microfluidic device (1), comprising at least the following steps: a) providing at least one first medium (2, 9) at a first location of the microfluidic device (1), b) transporting at least one first medium (2, 9) from a first location to a second location of the microfluidic device (1), the at least one first medium (2, 9) being surrounded by at least one second medium (3) in such a way that the at least one first medium (2, 9) only borders on the at least one second medium (3) and on fluid boundaries (24) of the microfluidic device (1) or only on the at least one second medium (3), wherein the at least one first medium (2) and the at least one second medium (2, 9) cannot be mixed with one another.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Mikrofluidischen Vorrichtung und Verfahren zu dessen Betrieb Stand der Technik Microfluidic device and method of operation of the prior art
Mikrofluidische Systeme erlauben das Analysieren von kleinen Probenmengen mit einer hohen Sensitivität. Automation, Miniaturisierung und Parallelisierung von Verfahren erlauben dabei eine Reduktion von händischen Schritten und können somit dazu beitragen, Fehler zu vermeiden. Miniaturisierung von mikrofluidischen Systemen erlaubt zudem Laborprozesse direkt bei der Probe durchzuführen, so dass keine allgemeine Laborumgebung benötigt wird. Microfluidic systems allow the analysis of small sample volumes with high sensitivity. Automation, miniaturization and parallelization of procedures allow a reduction of manual steps and can therefore help to avoid errors. Miniaturization of microfluidic systems also allows laboratory processes to be carried out directly at the sample, so that no general laboratory environment is needed.
Stattdessen kann ein Prozess auf einen fluidischen Chip reduziert werden. Daher können mikrofluidische Anwendungen auch als„Lab-on-Chip“ bezeichnet werden. Dieses Einsatzgebiet der Mikrofluidik wird auch als„Point-of-care (PoC)“ bezeichnet. Instead, a process can be reduced to a fluidic chip. Therefore, microfluidic applications may also be referred to as "lab-on-chip". This field of application of microfluidics is also referred to as "point-of-care (PoC)".
Eine Herausforderung bei mikrofluidischen Systemen ist die insbesondere die Überführung von makroskopischen Proben in die mikrofluidische Umgebung. A particular challenge for microfluidic systems is the transfer of macroscopic samples into the microfluidic environment.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Hier wird ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Here is a particularly advantageous method for operating a
mikrofluidischen Vorrichtung sowie eine mikrofluidische Vorrichtung für dieses Verfahren vorgestellt. Die abhängigen Ansprüche geben besonders vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens an. Microfluidic device and a microfluidic device for this method presented. The dependent claims specify particularly advantageous developments of the method.
Mit dem beschriebenen Verfahren können insbesondere mikrofluidisch beschränkte Samplelösungen in einer mikrofluidischen Vorrichtung mit einem mikrofluidischen Kammern- und Kanalsystem verlustfrei bewegt werden. In particular, microfluidically limited sample solutions can be moved without loss in a microfluidic device with a microfluidic chamber and channel system using the described method.
Insbesondere kann mit dem beschriebenen Verfahren ein beschränktes Sample (z.B. Zelllysat von wenigen Zellen, cfDNA Material, Zytokinanreicherung) von einer Probeeingabekammer in eine Kammer zur Durchführung einer In particular, with the described method a limited sample (For example, cell lysate from a few cells, cfDNA material, cytokine enrichment) from a sample input chamber into a chamber to perform a
Detektionsmethode (z.B. PCR) blasen- und verlustfrei überführt werden. Detection method (e.g., PCR) are transferred bubble and lossless.
Durch eine Probenzugabe kann seltenes Material (z.B. zellfreie DNA, Sample addition may allow rare material (e.g., cell-free DNA,
zirkulierende Krebszellen, sekretierte Zytokine, Lysat von wenigen Zellen) in einem kleinen Volumen einer mikrofluidischen Vorrichtung angereichert werden und somit in einer hohen Konzentration vorgelegt werden. Diese circulating cancer cells, secreted cytokines, lysate from a few cells) in a small volume of a microfluidic device are enriched and thus presented in a high concentration. These
Probeeingabekammer muss bei dem beschriebenen Verfahren nicht an der gleichen Stelle der mikrofluidischen Vorrichtung sein, an der auch eine Sample entry chamber must not be in the same location of the microfluidic device in the described method, in which a
Auswertung und/oder eine Weiterprozessierung stattfinden. Die Probe kann stattdessen mit dem beschriebenen Verfahren innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung transportiert werden. Ein derartiger Transport geschieht im Stand der Technik oft in einer wässrigen Lösung durch laminaren Fluss. Dies kann allerdings zur Folge haben, dass Material sich an den Kanalwänden ablagert oder durch mehr Flüssigkeit oder Diffusion verdünnt wird. Desweitern kann durch eine Kontaktfläche zur Außenwelt und/oder durch eine fehlende Möglichkeit zur Vorbenetzung der Kammer Luft in das System gelangen, was zu störenden Blasen für Folgeprozesse führen kann. Evaluation and / or further processing take place. The sample may instead be transported within the microfluidic device by the described method. Such transport often occurs in the prior art in an aqueous solution by laminar flow. However, this may result in material being deposited on the channel walls or thinned by more liquid or diffusion. Furthermore, through a contact surface to the outside world and / or by a lack of possibility for prewetting the chamber air into the system, which can lead to disturbing bubbles for subsequent processes.
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 The term "microfluidic" refers here primarily to the order of magnitude of the microfluidic device. The microfluidic device is characterized in that physical phenomena that are generally associated with microtechnology are relevant in the fluidic channels and chambers arranged therein. These include, for example, capillary effects, effects (especially mechanical effects) associated with
Oberflächenspannungen des Fluids stehen. Hinzu zählen weiterhin Effekte wie Thermophorese und Elektrophorese. Diese Phänomene sind in der Mikrofluidik üblicherweise dominant gegenüber Effekten wie der Schwerkraft. Die Surface tensions of the fluid are. Other effects include thermophoresis and electrophoresis. These phenomena are usually dominant in microfluidics over effects such as gravity. The
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 The microfluidic device can also be characterized in that it is made at least partially by a layer-by-layer process and that channels are arranged between layers of the layer structure. The term
„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 pm [Mikrometer] mal 100 pm bis hin zu 800 pm mal 800 pm. Auch deutlich kleinere Querschnitte, beispielsweise im Bereich von 1 mhh bis 20 mhh [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 3 mhh bis 10 mhh sind möglich. "Microfluidic" may also be characterized via the cross-sections within the device which serve to guide the fluid. Typical are, for example, cross sections in the range of 100 pm [microns] times 100 pm up to 800 pm times 800 pm. Also much smaller cross sections, for example in the range of 1 mhh to 20 mhh [microns], in particular in the range of 3 mhh to 10 mhh are possible.
Bei der mikrofluidischen Vorrichtung kann es sich insbesondere um ein sogenanntes„Lab on a Chip“ bzw. um ein„Point-of-care“ System (PoC) handeln. Ein solches„Lab on a Chip“ ist dazu bestimmt und eingerichtet, biochemische Prozesse durchzuführen. Das bedeutet, dass Funktionalitäten eines The microfluidic device may in particular be a so-called "lab on a chip" or a "point-of-care" system (PoC). Such a "lab on a chip" is designed and set up to perform biochemical processes. That means functionalities of a
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 macroscopic laboratories 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
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. Have control units. 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. In particular, by introducing samples into the microfluidic device, 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.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann insbesondere ein erstes Medium von einem ersten Ort der mikrofluidischen Vorrichtung an einen zweiten Ort der mikrofluidischen Vorrichtung transportiert werden. In particular, with the method described, a first medium can be transported from a first location of the microfluidic device to a second location of the microfluidic device.
In Schritt a) des beschriebenen Verfahrens wird mindestens ein erstes Medium an einem ersten Ort der mikrofluidischen Vorrichtung bereitgestellt. In step a) of the described method, at least a first medium is provided at a first location of the microfluidic device.
Bei dem ersten Medium handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit, insbesondere um eine wässrige Lösung. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Medium um ein zu untersuchende Probe handeln. The first medium is preferably a liquid, in particular an aqueous solution. In particular, the first medium may be a sample to be examined.
Unter„Bereitstellen“ ist hier insbesondere zu verstehen, dass das mindestens eine erste Medium an den ersten Ort der mikrofluidischen Vorrichtung gebracht wird, beispielsweise durch Einfüllen des mindestens einen ersten Mediums durch eine Öffnung in die mikrofluidische Vorrichtung.„Bereitstellen“ umfasst beispielsweise aber auch, dass die mikrofluidische Vorrichtung der mindestens ein erstes Medium bereits vor Beginn des beschriebenen Verfahrens enthielt. So kann beispielsweise eine mikrofluidische Vorrichtung von einem Lieferanten bezogen werden, in der das mindestens eine erste Medium bereits in einer Kammer vorgelagert ist. Auch ist es möglich, dass das mindestens eine erste Medium in Schritt a) durch Zusammengabe von mehreren Substanzen erhalten und insoweit bereitgestellt wird. So kann beispielsweise ein Lösungsmittel in der mikrofluidischen Vorrichtung vorgelagert sein. Bei Zugabe einer Probe in die mikrofluidische Vorrichtung kann die Probe mit dem Lösungsmittel versetzt werden. Die Lösung der Probe in dem Lösungsmittel kann das erste Medium sein. By "providing" is meant in particular that the at least one first medium is brought to the first location of the microfluidic device, for example by filling the at least one first medium through an opening in the microfluidic device. "Provision" also includes, for example, the microfluidic device already contained the at least one first medium before the beginning of the described method. So For example, a microfluidic device can be obtained from a supplier in which the at least one first medium is already arranged upstream in a chamber. It is also possible for the at least one first medium in step a) to be obtained by combining several substances and provided in this respect. For example, a solvent may be preceded in the microfluidic device. When a sample is added to the microfluidic device, the solvent may be added to the sample. The solution of the sample in the solvent may be the first medium.
In Schritt b) des beschriebenen Verfahrens wird das mindestens eine erste Medium von dem ersten Ort an einen zweiten Ort der mikrofluidischen In step b) of the described method, the at least one first medium from the first location to a second location of the microfluidic
Vorrichtung transportiert. Dabei ist das mindestens eine erste Medium von mindestens einem zweiten Medium derart umschlossen, dass das mindestens eine erste Medium nur an das mindestens eine zweite Medium und an Device transported. In this case, the at least one first medium of at least one second medium is enclosed in such a way that the at least one first medium only to the at least one second medium and to
Fluidbegrenzungen der mikrofluidischen Vorrichtung oder nur an das mindestens eine zweite Medium angrenzt. Das mindestens eine erste Medium und das mindestens eine zweite Medium sind nicht miteinander mischbar. Fluidbegrenzungen the microfluidic device or only adjacent to the at least one second medium. The at least one first medium and the at least one second medium are not miscible with each other.
In Schritt b) erfolgt der Transport des ersten Mediums durch die mikrofluidische Vorrichtung. Dabei kann das mindestens eine erste Medium besonders gut geschützt werden. Insbesondere dazu ist das mindestens eine erste Medium von dem mindestens einen zweiten Medium vorzugsweise derart umschlossen, dass das mindestens eine erste Medium nur an das mindestens eine zweite Medium und optional zusätzlich an Fluidbegrenzungen der mikrofluidischen Vorrichtung angrenzt. In step b), the transport of the first medium takes place through the microfluidic device. In this case, the at least one first medium can be protected particularly well. In particular, the at least one first medium of the at least one second medium is preferably enclosed in such a way that the at least one first medium adjoins only the at least one second medium and optionally additionally fluid boundaries of the microfluidic device.
Als Fluidbegrenzung kommt hier insbesondere jede Wandung der As fluid limitation comes here in particular every wall of the
mikrofluidischen Vorrichtung in Betracht, die beispielsweise einen Kanal oder eine Kammer der mikrofluidischen Vorrichtung begrenzt. Medien wie das mindestens eine erste Medium und das mindestens eine zweite Medium können innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung insbesondere innerhalb der Microfluidic device, for example, which limits a channel or a chamber of the microfluidic device. Media such as the at least one first medium and the at least one second medium can, within the microfluidic device in particular within the
Fluidbegrenzungen vorliegen und bewegt werden. Die Fluidbegrenzungen können an der dem zu begrenzenden Fluid insbesondere ein Material wie Glas und/oder Kunststoff aufweisen. Das mindestens eine erste Medium kann in Schritt b) insbesondere davor geschützt werden, mit anderen Substanzen in Kontakt zu kommen. Das kann erreicht werden, indem das mindestens eine erste Medium, soweit es nicht mit einer Fluidbegrenzung in Kontakt steht, nur mit dem mindestens einen zweiten Medium in Kontakt steht. Dadurch, dass das mindestens eine erste Medium und das mindestens eine zweite Medium nicht miteinander mischbar sind, kann das mindestens eine erste Medium ohne Veränderung durch Kontakt mit dem zweiten Medium transportiert werden. Das mindestens eine zweite Medium kann insbesondere als ein Hilfsmittel für den Transport des mindestens einen ersten Mediums aufgefasst werden. Nach dem Transport können das mindestens eine erste Medium und das mindestens eine zweite Medium voneinander getrennt werden. Fluid boundaries are present and moving. In particular, the fluid boundaries may have a material such as glass and / or plastic on the fluid to be limited. The at least one first medium can in particular be prevented from coming into contact with other substances in step b). This can be achieved by the at least one first medium, insofar as it is not in contact with a fluid boundary, being in contact only with the at least one second medium. Characterized in that the at least one first medium and the at least one second medium are not miscible with each other, the at least one first medium can be transported without change by contact with the second medium. The at least one second medium can in particular be understood as an aid for the transport of the at least one first medium. After transport, the at least one first medium and the at least one second medium can be separated from one another.
Das mindestens eine zweite Medium ist vorzugsweise ein Öl. Auch ist bevorzugt, dass das mindestens eine zweite Medium eine organische Substanz ist. The at least one second medium is preferably an oil. It is also preferred that the at least one second medium is an organic substance.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass das mindestens eine erste Medium polar und das mindestens eine zweite Medium unpolar ist. Das ist beispielsweise bei Wasser als erstem Medium und Öl als zweitem Medium der Fall. Als wässrige Lösung kann Wasser versetzt mit klassischen Attributen wie Tween, Triton-X, BSA und/oder Calcium für das erste Medium eingesetzt werden. Als mögliche zweite Medien können insbesondere inerte Mineralöle, Silikonöle und/oder fluorierte Öle eingesetzt werden. Auf den Einsatz von Tensiden wird In particular, it is preferred that the at least one first medium is polar and the at least one second medium is nonpolar. This is the case, for example, with water as the first medium and oil as the second medium. As an aqueous solution, water can be added with classical attributes such as Tween, Triton-X, BSA and / or calcium for the first medium. In particular inert mineral oils, silicone oils and / or fluorinated oils can be used as possible second media. On the use of surfactants is
vorzugsweise verzichtet. preferably omitted.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann insbesondere ein definiertes Volumen einer wässrigen Phase (als dem mindestens einen ersten Medium) in einer Ölphase (als dem mindestens einen zweiten Medium) eingeschlossen werden und kontrolliert bewegt werden. Beispielsweise kann dabei ein sich in der wässrigen Phase befindender Analyt in einer limitierten, kleinen Menge vorliegen und Verlust- und verdünnungsfrei in der mikrofluidischen Vorrichtung prozessiert werden. In particular, with the described method, a defined volume of an aqueous phase (as the at least one first medium) in an oil phase (as the at least one second medium) can be trapped and moved in a controlled manner. For example, an analyte present in the aqueous phase can be present in a limited, small amount and can be processed without loss and dilution in the microfluidic device.
Durch den Einsatz des mindestens einen zweiten Mediums (insbesondere einer organischen Phase) kann das mindestens eine erste Medium (insbesondere ein wässriges Volumen) so eingeschlossen werden, dass sich beispielsweise ein limitierter Analyt in dem mindestens einen ersten Medium nicht durch Ablagerung oder Diffusion verdünnt. Es ist somit insbesondere ein verlustfreier Transport von limitierten Probematerialien (als erstem Medium) möglich. So kann zum Beispiel ein lokal in einem mikrofluidisch kleinen Volumen erzeugtes Lysat aus wenigen Zellen von einer Eingabekammer an eine andere Stelle in der mikrofluidischen Vorrichtung transportiert werden, um es biochemisch zu verarbeiten. By using the at least one second medium (in particular an organic phase), the at least one first medium (in particular an aqueous volume) can be enclosed in such a way that, for example, a limited analyte in the at least one first medium does not dilute by deposition or diffusion. It is thus in particular a loss-free transport of Limited sample materials (as the first medium) possible. For example, a lysate produced locally in a microfluidic small volume may be transported from a few cells from an input chamber to another location in the microfluidic device for biochemical processing.
Der verlustfreie Transport von limitiertem Material wie DNA, Proteinen und/oder einzelnen Zellen kann ein Design einer mikrofluidschen Prozessiereinheit ermöglichen, in dem beispielsweise ein Heizer oder optische Einheiten an einer anderen Stelle als eine Probeeingabe vorgesehen sind. Dies kann ein besonders universelles Design der mikrofluidischen Vorrichtung ermöglichen. Lossless transport of limited material such as DNA, proteins, and / or single cells may allow for a design of a microfluidic processing unit, for example, where a heater or optical units are provided at a location other than a trial input. This may allow a particularly universal design of the microfluidic device.
Ferner kann durch ein erstes Befüllen der mikrofluidischen Vorrichtung mit dem mindestens einen zweiten Medium eine Benetzung von Fluidbegrenzungen (also insbesondere von Kanalwänden und/oder Kammerwänden) erfolgen. Dabei kann sich eine dünne Schicht des zweiten Mediums an den Fluidbegrenzungen ablagern. Diese dünne Schicht kann beispielswiese bei Polycarbonat als Material der Fluidbegrenzung den Vorteil haben, dass keine DNA an dem Polycarbonat (bzw. an der Schicht aus dem zweiten Medium) gebunden wird. Das kann zu einem verlustfreien Transport von DNA in dem mindestens einen ersten Medium beitragen. Furthermore, by a first filling of the microfluidic device with the at least one second medium, a wetting of fluid boundaries (ie in particular of channel walls and / or chamber walls) can take place. In this case, a thin layer of the second medium can deposit on the fluid boundaries. In the case of polycarbonate, for example, this thin layer may have the advantage that no DNA is bound to the polycarbonate (or to the layer of the second medium) as material of the fluid boundary. This may contribute to a lossless transport of DNA in the at least one first medium.
Die mikrofluidische Vorrichtung umfasst vorzugsweise ein Einwegflusssystem, welches nach Art des Point-of-care eine Diagnose ermöglicht. Die Komponenten der mikrofluidischen Vorrichtung können dabei in einem The microfluidic device preferably comprises a one-way flow system which enables a diagnosis in the manner of point-of-care. The components of the microfluidic device can thereby in a
Polycarbonatspritzgussteil gefertigt werden. Polycarbonate injection molded part are manufactured.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt a) ein vorgebbares Volumen des mindestens einen ersten Mediums in einer Kammer der mikrofluidischen Vorrichtung bereitgestellt, wobei die Kammer mindestens einen Anschluss aufweist, und wobei das vorgebbare Volumen des mindestens einen ersten Mediums in der Kammer separiert und abgemessen wird, indem der mindestens eine Anschluss mit dem mindestens einen zweiten Medium außerhalb der Kammer umströmt wird. In a preferred embodiment of the method, in step a), a predeterminable volume of the at least one first medium is provided in a chamber of the microfluidic device, wherein the chamber has at least one connection, and wherein the predeterminable volume of the at least one first medium in the chamber is separated and is measured by the at least one port is flowed around with the at least one second medium outside the chamber.
Das mindestens eine erste Medium kann insbesondere eine zu analysierende Probe sein. Insbesondere in einem solchen Fall kann es vorteilhaft sein, eine genau bestimmte Menge (insbesondere ein genau bestimmtes Volumen) des mindestens einen ersten Medium beispielsweise für eine Analyse zu verwenden. Um ein derart genau bestimmte Menge des mindestens einen ersten Mediums zu erhalten, kann die gewünschte Menge des mindestens einen ersten Mediums gemäß der vorliegenden Ausführungsform separiert und abgemessen werden.The at least one first medium may in particular be a sample to be analyzed. In particular, in such a case, it may be advantageous to have a precisely determined amount (in particular a precisely defined volume) of the for example, to use at least a first medium for analysis. In order to obtain such an accurately determined amount of the at least one first medium, the desired amount of the at least one first medium according to the present embodiment can be separated and measured.
So kann insbesondere die in dieser Ausführungsform betrachtete Kammer der mikrofluidischen Vorrichtung insbesondere über den mindestens einen Anschluss mit dem mindestens einen ersten Medium befüllt werden. Ist die Kammer vollständig mit dem mindestens einen ersten Medium befüllt, entspricht das Volumen des mindestens einen ersten Mediums dem (vorzugsweise bekannten) Volumen der Kammer. Allerdings kann eine Abgrenzung zwischen dem Volumen innerhalb der Kammer und außerhalb der Kammer insbesondere im Bereich des mindestens einen Anschlusses problematisch sein. So kann unklar sein, wo genau die Grenze der Kammer durch den mindestens einen Anschluss verläuft.Thus, in particular, the chamber of the microfluidic device considered in this embodiment can be filled, in particular via the at least one connection, with the at least one first medium. If the chamber is completely filled with the at least one first medium, the volume of the at least one first medium corresponds to the (preferably known) volume of the chamber. However, a demarcation between the volume within the chamber and outside the chamber, especially in the region of the at least one port, can be problematic. It may therefore be unclear where exactly the boundary of the chamber passes through the at least one connection.
In der vorliegenden Ausführungsform kann diese Grenze durch das mindestens eine zweite Medium festgelegt werden. Vorzugsweise ist der mindestens eine Anschluss derart ausgebildet, dass ein Strom des mindestens einen zweiten Mediums (mit vorzugsweise festgelegten Parametern wie beispielsweise einer Strömungsgeschwindigkeit) in reproduzierbarer Weise den mindestens einen Anschluss umströmt. Bei einem derartigen reproduzierbaren Umströmen ergibt sich eine Grenzfläche zwischen dem mindestens einen ersten Medium und dem mindestens einen zweiten Medium, die sich insbesondere im Bereich des mindestens einen Anschlusses befindet. Durch diese Grenze kann das Volumen der Kammer eindeutig festgelegt werden. In the present embodiment, this limit can be determined by the at least one second medium. Preferably, the at least one connection is designed in such a way that a flow of the at least one second medium (with preferably fixed parameters, such as, for example, a flow velocity) flows around the at least one connection in a reproducible manner. In the case of such a reproducible recirculation, there results an interface between the at least one first medium and the at least one second medium, which is located in particular in the region of the at least one connection. By this limit, the volume of the chamber can be clearly defined.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere erste Medien in Schritt a) bereitgestellt, wobei die mehreren ersten Medien gemäß Schritt b) derart transportiert werden, dass die mehreren ersten Medien in einer Kammer der mikrofluidischen Vorrichtung gemischt werden. In a further preferred embodiment of the method, a plurality of first media are provided in step a), wherein the plurality of first media according to step b) are transported such that the plurality of first media are mixed in a chamber of the microfluidic device.
Insbesondere kann es sich bei den mehreren ersten Medien um Komponenten einer zu analysierenden Substanz handeln. Dabei können die mehreren ersten Medien beispielsweise solange voneinander getrennt bleiben, bis eine Analyse durchgeführt werden soll. So kann beispielsweise eine Reaktion zwischen den mehreren ersten Medium bis zur Durchführung der Analyse verhindert werden. In particular, the plurality of first media may be components of a substance to be analyzed. In this case, the plurality of first media may remain separated from one another, for example, until an analysis is to be carried out. For example, a reaction between the plurality of first mediums may be prevented until the analysis is performed.
Die Zweiphasentechnologie (bei der das mindestens eine erste Medium und das mindestens eine zweite Medium verwendet werden) kann insbesondere genutzt werden, um zwei beschränkte Samplevolumen oder Fluide (als die mehreren ersten Medien) zu mischen. Beide vorzugsweise wässrigen Volumen der ersten Medien können verlustfrei zu einer Kammer geführt werden und dort The two-phase technology (in which the at least one first medium and the at least one second medium are used) can be used in particular to mix two limited sample volumes or fluids (as the first multiple media). Both preferably aqueous volumes of the first media can be guided lossless to a chamber and there
mittels Diffusion gemischt werden. Ein derartiges Vermischen kann insbesondere deshalb hinreichend schnelle erfolgen, wenn die zu mischenden Volumen hinreichend klein sind. be mixed by diffusion. Such mixing can therefore be carried out sufficiently fast, in particular, if the volumes to be mixed are sufficiently small.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden zumindest ein Teil des mindestens einen ersten Mediums und/oder zumindest ein Teil des mindestens einen zweiten Mediums in Schritt b) zumindest zeitweise durch peristaltisches Pumpen transportiert. In a further preferred embodiment of the method, at least a portion of the at least one first medium and / or at least a portion of the at least one second medium in step b) are transported at least temporarily by peristaltic pumping.
Unter peristaltischem Pumpen ist hier eine Pumpe zu verstehen, die eine Flüssigkeit mit Hilfe von Peristaltik fördert. Eine typische Peristaltikpumpe ist eine Schlauchpumpe, auch Schlauchquetschpumpe genannt. Peristalikpumpen sind Verdrängerpumpen, bei denen das zu fördernde Medium durch eine äußere mechanische Verformung durch einen Kanal hindurchgedrückt wird. By peristaltic pumping is meant here a pump which promotes a fluid by means of peristalsis. A typical peristaltic pump is a peristaltic pump, also called peristaltic pump. Peristaltic pumps are displacement pumps in which the medium to be pumped is pushed through a channel by an external mechanical deformation.
Mikrofluidische Peristaltikpumpen können durch eine Mehrzahl von Ventilen aufgebaut sein. Häufig eingesetzte mikrofluidische Ventile umfassen einen Kanal, der durch eine Bewegung der Kanalwand in Folge einer elektrischen Kraft oder einer magnetischen Kraft verschließbar ist. Solche Ventile erzeugen eine (innere) Volumenveränderung des Kanals. Wenn solche Ventile in einer Microfluidic peristaltic pumps may be constructed by a plurality of valves. Frequently used microfluidic valves include a channel which is closable by a movement of the channel wall due to an electrical force or a magnetic force. Such valves produce an (internal) volume change of the channel. If such valves in one
Serienschaltung entlang eines Kanals angeordnet sind, kann durch eine geeignete Ansteuerung der Ventile erreicht werden, dass eine Peristaltik des Kanals auftritt, welche eine Förderung der Flüssigkeit bewirkt. Durch das Öffnen und Schließen der Ventile treten Volumenveränderungen eines Kanals auf, durch welche ein Transport eines Mediums durch den Kanal der mikrofluidischen Vorrichtung erfolgt. Eine peristaltische Pumpe hat den Vorteil, dass dafür keine (anderen) pumpenden Elemente neben den Ventilen (beispielsweise mechanisch oder elektrisch arbeitende Pumpenkammern) benötigt werden. Es genügt, dass die Mehrzahl der Ventile vorgesehen ist. Für das peristaltische Pumpen ist es bevorzugt, dass die Möglichkeit einer (automatischen) Ventilschaltung besteht, gemäß welcher die Ventile automatisiert in einer zur Förderung geeigneten Reihenfolge angesteuert werden. Series connection are arranged along a channel can be achieved by a suitable control of the valves that a peristaltic of the channel occurs, which causes a promotion of the liquid. By opening and closing the valves occur volume changes of a channel through which a transport of a medium through the channel of the microfluidic device takes place. A peristaltic pump has the advantage that it requires no (other) pumping elements in addition to the valves (for example mechanically or electrically operating pump chambers). It is sufficient that the majority of the valves is provided. For peristaltic pumping it is preferred that there is the possibility of an (automatic) valve circuit, according to which the valves are automatically controlled in a suitable order for the promotion.
Durch Kombination von festen Kanalgeometrien mit on-chip Pumpen kann ein dynamisches Einstellen von Volumina ermöglicht werden. Das ist insbesondere in einem Zweiphasensystem (umfassend das mindestens eine erste Medium und das mindestens eine zweite Medium) besonders gut möglich. Wäre hingegen beispielsweise nur eine wässrige Phase vorgesehen (also zum Beispiel nur das mindestens eine erste Medium), so wären die Volumen durch fixe Geometrien der Kammern vorgegeben. Mit einem Zweiphasensystem hingegen bildet die Kammergeometrie nur noch eine obere Grenze des möglichen Volumens. Da sich eine wässrige und eine Ölphase nicht mischen, kann das inerte Öl, das von der wässrigen Phase nicht benötigte Volumen kompensieren. Dies kann eine zusätzliche dynamische Komponente und eine Adjustierung von Volumen innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung ermöglichen. By combining fixed channel geometries with on-chip pumps, dynamic volume adjustment can be achieved. That is in particular in a two-phase system (comprising the at least one first medium and the at least one second medium) particularly well possible. By contrast, if, for example, only one aqueous phase were provided (that is, for example, only the at least one first medium), then the volumes would be predetermined by fixed geometries of the chambers. With a two-phase system, however, the chamber geometry only forms an upper limit of the possible volume. Since an aqueous and an oil phase do not mix, the inert oil can compensate for the volume not needed by the aqueous phase. This may allow additional dynamic component and volume adjustment within the microfluidic device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin zumindest den folgenden Verfahrensschritt, der vor, während oder nach Schritt b) durchgeführt wird: In a further preferred embodiment, the method further comprises at least the following method step, which is carried out before, during or after step b):
c) Entfernen mindestens eines Gaseinschlusses. c) removing at least one gas inclusion.
Gaseinschlüsse können insbesondere in Form von Gasblasen in der Gas inclusions can occur especially in the form of gas bubbles in the
mikrofluidischen Vorrichtung vorliegen. Gaseinschlüsse können insbesondere deshalb nachteilig sein, weil durch diese Volumina nur ungenau bestimmt werden können und/oder weil es zu Reaktionen zwischen dem Gas und insbesondere dem mindestens einen ersten Medium kommen kann. In der vorliegenden Ausführungsform können Gaseinschlüsse entfernt werden. Bei dem Gas kann es sich insbesondere um Luft handeln. Auch kann das Gas ein Produkt von chemischen Reaktionen sein. microfluidic device. Gas inclusions may be particularly disadvantageous because of these volumes can be determined only inaccurate and / or because it can cause reactions between the gas and in particular the at least one first medium. In the present embodiment, gas inclusions can be removed. The gas may be, in particular, air. Also, the gas can be a product of chemical reactions.
Der mindestens eine Gaseinschluss kann insbesondere durch Transport eines Mediums entfernt werden. So kann insbesondere ein den mindestens einen Gaseinschluss umschließendes Medium derart durch die mikrofluidische The at least one gas inclusion can be removed in particular by transporting a medium. In particular, a medium enclosing the at least one gas inclusion can thus be replaced by the microfluidic one
Vorrichtung bewegt werden, dass der mindestens eine Gaseinschluss an eine Stelle der mikrofluidischen Vorrichtung gelangt, an der ein (entgegen der Be moved device that the at least one gas enclosure reaches a location of the microfluidic device, on which a (opposite
Gravitationsrichtung) nach oben gerichteter Strömungspfad zum Entweichen des Gases für den mindestens einen Gaseinschluss zugänglich ist. Gravitational direction) upwardly directed flow path for the escape of the gas for the at least one gas inclusion is accessible.
Der mindestens eine Gaseinschluss kann insbesondere insofern entfernt werden, als dass das Gas aus der mikrofluidischen Vorrichtung geleitet wird oder dass das Gas zumindest aus einem Teil des mikrofluidischen Vorrichtung in einen anderen Teil der mikrofluidischen Vorrichtung geleitet wird, wobei das Gas in dem letztgenannten Teil weniger schädlich oder störend ist. The at least one gas inclusion can be removed, in particular, insofar as the gas is passed out of the microfluidic device or that the gas is introduced into at least one part of the microfluidic device other part of the microfluidic device is passed, wherein the gas is less harmful or disturbing in the latter part.
Der mindestens eine Gaseinschluss kann aber auch dadurch entfernt werden, dass ein in dem mindestens einen ersten Medium gelöstes Gas (also eine Substanz, die unter Normalbedingungen gasförmig vorliegt) aus dem mindestens einen ersten Medium entfernt wird. So kann ein Zweiphasensystem (umfassend das mindestens eine erste Medium und das mindestens eine zweite Medium) ein Entgasen der mikrofluidischen Vorrichtung besonders gut ermöglichen, weil viele Öle (die vorzugsweise als das mindestens eine zweite Medium verwendet werden) eine höhere Gaslöslichkeit haben als Wasser (das vorzugsweise als eine wesentliche Komponente das mindestens einen ersten Mediums verwendet wird). Daher kann erreicht werden, dass in Wasser gelöste Gase in die However, the at least one gas inclusion can also be removed by removing a gas dissolved in the at least one first medium (that is to say a substance which is present in gaseous form under normal conditions) from the at least one first medium. Thus, a two-phase system (comprising the at least one first medium and the at least one second medium) may particularly facilitate degassing of the microfluidic device because many oils (which are preferably used as the at least one second medium) have a higher gas solubility than water (the preferably as an essential component, the at least one first medium is used). Therefore, it can be achieved that dissolved in water gases in the
Gasphase übergehen und anschließend in dem Öl wieder gelöst werden. Go over the gas phase and then dissolved in the oil again.
Insoweit kann ein Gaseinschluss auch durch eine Quasiphasenextraktion entfernt werden.  In that regard, gas containment can also be removed by quasi-phase extraction.
Ein Entfernen des mindestens einen Gaseinschlusses kann insbesondere in der bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens erreicht werden, in der die mikrofluidische Vorrichtung zumindest während eines Teils von Schritt c) derart orientiert ist, dass eine Seite eines Abschnitts, aus dem der mindestens eine Gaseinschluss entfernt wird, gegenüber einer horizontalen Ebene verkippt ist. Removal of the at least one gas inclusion may be achieved, in particular, in the preferred embodiment of the method in which the microfluidic device is oriented, at least during a portion of step c), such that one side of a portion from which the at least one gas inclusion is removed a horizontal plane is tilted.
Vorzugsweise ist die mikrofluidische Vorrichtung während des gesamten Schritt c) derart orientiert, dass eine Seite eines Abschnitts, aus dem der mindestens eine Gaseinschluss entfernt wird, gegenüber einer horizontalen Ebene verkippt ist. Vorzugsweise ist die mikrofluidische Vorrichtung derart orientiert, dass die Seite des Abschnitts, aus dem der mindestens eine Gaseinschluss entfernt wird, gegenüber der horizontalen Ebene um einen Winkel im Bereich von 20° bis 45° verkippt ist, insbesondere um 30°. Preferably, the microfluidic device is oriented during the entire step c) in such a way that one side of a section from which the at least one gas inclusion is removed is tilted relative to a horizontal plane. Preferably, the microfluidic device is oriented such that the side of the portion from which the at least one gas inclusion is removed is tilted with respect to the horizontal plane by an angle in the range of 20 ° to 45 °, in particular by 30 °.
Durch das Verkippen der mikrofluidischen Vorrichtung kann erreicht werden, dass das Gas aus dem mindestens einen Gaseinschluss nach oben (also entgegen der Gravitationsrichtung) entweichen kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt c) eine Temperatur eines Fluids, in dem der mindestens eine Gaseinschluss eingeschlossen ist, verändert. By tilting the microfluidic device, it can be achieved that the gas can escape from the at least one gas inclusion upwards (ie counter to the gravitational direction). In a further preferred embodiment of the method, a temperature of a fluid in which the at least one gas inclusion is enclosed is changed in step c).
Durch die Temperaturänderung kann eine Löslichkeit des Gases in dem Fluid reduziert werden, so dass das Gas aus dem Gaseinschluss leichter entweichen kann. By the temperature change, a solubility of the gas in the fluid can be reduced, so that the gas from the gas inclusion can escape more easily.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der mindestens eine Gaseinschluss in Schritt c) durch Transport des mindestens einen ersten Mediums und/oder des mindestens einen zweiten Mediums entfernt. In a further preferred embodiment of the method, the at least one gas inclusion in step c) is removed by transport of the at least one first medium and / or the at least one second medium.
Die Verwendung des mindestens einen ersten Mediums und/oder des The use of the at least one first medium and / or the
mindestens einen zweiten Mediums zum Entfernen des mindestens einen Gaseinschlusses kann insbesondere insofern vorteilhaft sein, als dass das mindestens einen erste Medium und/oder das mindestens eine zweite Medium ohnehin in der mikrofluidischen Vorrichtung vorhanden sind bzw. dass diese Medium durch das beschriebene Verfahren ohnehin bewegt werden. At least one second medium for removing the at least one gas inclusion may be particularly advantageous in that the at least one first medium and / or the at least one second medium are present anyway in the microfluidic device or that these medium are moved anyway by the described method ,
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Shuttle- Polymerase- Kettenreaktion [Shuttle-PCR] durchgeführt, wobei das mindestens eine erste Medium ein Reaktionsmedium der Shuttle- Polymerase- Kettenreaktion ist. In a further preferred embodiment of the method, a shuttle polymerase chain reaction [shuttle PCR] is carried out, wherein the at least one first medium is a reaction medium of the shuttle polymerase chain reaction.
Eine PCR ist ein Verfahren zur Vervielfältigung von DNA, bei dem das Enzym DNA-Polymerase verwendet wird. Eine PCR kann insbesondere unter PCR is a method of amplifying DNA using the enzyme DNA polymerase. A PCR can in particular under
Veränderung der Temperatur des Reaktionsmediums erfolgen. Bei einer Shuttle- PCR wird diese Temperatur dadurch verändert, dass das Reaktionsmedium zwischen Orten mit verschiedener Temperatur (insbesondere zwischen Change in the temperature of the reaction medium take place. In a shuttle PCR, this temperature is changed by moving the reaction medium between locations with different temperatures (in particular between
Kammern mit verschiedener Temperatur) transportiert wird. So kann eine Temperaturveränderung besonders schnell erfolgen. Chambers with different temperature) is transported. So a temperature change can be done very quickly.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann sich insbesondere der Vorteil ergeben, dass eine Shuttle-PCR definiert, blasenfrei und ohne Verlust durchgeführt werden kann. In einem Einphasensystem bestünde hingegen die Gefahr, dass Reste des Reaktionsmediums in einem Kanal Zurückbleiben und/oder Luft in die Reaktionskammer gelangen könnte. Als ein weiterer Aspekt wird eine mikrofluidische Vorrichtung vorgestellt, welche zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens bestimmt und eingerichtet ist. The described method may in particular provide the advantage that a shuttle PCR can be defined, bubble-free and carried out without loss. In a single-phase system, on the other hand, there would be the risk that residues of the reaction medium could remain in a channel and / or air could enter the reaction chamber. As a further aspect, a microfluidic device is provided, which is intended and arranged for carrying out the method described.
Die weiter vorne beschriebenen besonderen Vorteile und The particular advantages described above and
Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens sind auf die beschriebene Design features of the method are described on
mikrofluidische Vorrichtung anwendbar und übertragbar. Microfluidic device applicable and transferable.
Weitere Einzelheiten der Erfindung und Ausführungsbeispiele, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Further details of the invention and embodiments, to which the invention is not limited, will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Fig. la bis ld: vier schematische Darstellungen von mikrofluidischen Fig. La to ld: four schematic representations of microfluidic
Vorrichtungen mit einem ersten Medium und einem zweiten Medium  Devices with a first medium and a second medium
Fig. 2a bis 2c: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen 2a to 2c: schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung in drei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wobei ein Volumen eines ersten Mediums separiert und  Device in three successive times, wherein a volume of a first medium separated and
abgemessen wird,  is measured,
Fig. 3a bis 3e: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen 3a to 3e: schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung in fünf aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wobei ein erstes Medium erzeugt und ein Volumen des ersten Mediums separiert, abgemessen und abtransportiert wird,  Device in five successive times, wherein a first medium is generated and a volume of the first medium is separated, measured and transported away,
Fig. 4a bis 4e: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen 4a to 4e: schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung in fünf aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wobei ein erstes Medium in zwei Teilvolumina separiert, abgemessen und abtransportiert wird,  Device in five successive times, with a first medium separated into two sub-volumes, measured and transported away,
Fig. 5: eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Fig. 5: a schematic representation of a microfluidic
Vorrichtung, bei der eine Kammer teilweise mit einem ersten Medium gefüllt ist, Fig. 6a bis 6f: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen Device in which a chamber is partially filled with a first medium, 6a to 6f: schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung in sechs aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wobei zwei erste Medien miteinander gemischt werden,  Device in six consecutive times, with two first media mixed together,
Fig. 7a bis 7f: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen Fig. 7a to 7f: schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung mit mehreren Ventilen, die zum peristaltisches Pumpen in sechs aufeinanderfolgenden Zeitpunkten unterschiedlich geschaltet sind,  Multi-valve device, differently connected for peristaltic pumping in six consecutive times,
Fig. 8a und 8b: zwei schematische Darstellungen zum peristaltisches 8a and 8b: two schematic representations of the peristaltic
Pumpen,  Pump,
Fig. 9a bis 9d: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen 9a to 9d: schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung in vier aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wobei ein peristaltisches Pumpen durchgeführt wird,  Device at four consecutive times, performing peristaltic pumping,
Fig. 10a bis 10d: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen 10a to 10d: schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung in vier aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wobei ein Gaseinschluss entfernt wird,  Device in four consecutive times, with gas entrapment removed,
Fig. 11: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen 11: schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung, die verkippt orientiert ist,  Device that is tilted oriented,
Fig. 12a bis 12c: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen 12a to 12c: schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung in drei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wobei ein Gaseinschluss entfernt wird,  Device in three consecutive times, with gas entrapment removed,
Fig. 13a bis 13d: schematische Darstellungen einer mikrofluidischen 13a to 13d are schematic representations of a microfluidic
Vorrichtung in vier aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wobei eine Shuttle-PCR durch geführt wird, und  Device in four consecutive times, wherein a shuttle PCR is carried out, and
Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele aus den vorherigen Figuren. 14 shows a schematic illustration of a method for operating a microfluidic device according to one of the exemplary embodiments from the previous figures.
In Fig. la bis ld wird gezeigt, wie in einer mikrofluidischen Vorrichtung 1 eine flüssige Phase als erstes Medium 2 zwischen zwei Ölphasen als zweitem Medium 3 eingeschlossen werden kann. Dabei kann das erste Medium 2 insbesondere mit einem definierten Volumen vorgelegt werden. Das Volumen des ersten Mediums 2 kann durch die fixe und präzise herstellbare Geometrie der mikrofluidischen Vorrichtung 1 festgelegt werden. In dieser Form kann somit auch eine definierte Konzentration des ersten Mediums 2, insbesondere wenn es ich dabei um einen Analyten handelt, vorgelegt werden. In Fig. La to ld is shown as in a microfluidic device 1, a liquid phase as the first medium 2 between two oil phases as the second Medium 3 can be included. In this case, the first medium 2 can be presented in particular with a defined volume. The volume of the first medium 2 can be determined by the fixed and precisely producible geometry of the microfluidic device 1. In this form, therefore, a defined concentration of the first medium 2, in particular if I it is an analyte, are submitted.
Um das Volumen des ersten Mediums 2 zu bewegen, ohne dass sich der Analyt darin durch Diffusion verdünnt, wird das erste Medium 2 zwischen dem zweiten Medium 3 (hier durch zwei Ölphasen gezeigt) eingeschlossen. Da Öl und Wasser sich nicht mischen, findet keine Verdünnung des ersten Mediums 2 durch Diffusion statt. Dies kann einen verlustfreien mikrofluidischen Transport eines definierten Volumens des ersten Mediums 2 durch einen ersten Kanal 5 oder aus einer ersten Kammer 4 heraus ermöglichen. Die erste Kammer 4 ist über einen ersten Anschluss 25 mit einem ersten Kanal 5 und über einen zweiten Anschluss 26 mit einem zweiten Kanal 6 verbunden. Das erste Medium 2 und das zweite Medium 3 sind von Fluidbegrenzungen 24 umgeben. In order to move the volume of the first medium 2 without the analyte diluting therein by diffusion, the first medium 2 is trapped between the second medium 3 (shown here by two oil phases). Since oil and water do not mix, there is no dilution of the first medium 2 by diffusion. This can enable a loss-free microfluidic transport of a defined volume of the first medium 2 through a first channel 5 or out of a first chamber 4. The first chamber 4 is connected via a first connection 25 to a first channel 5 and via a second connection 26 to a second channel 6. The first medium 2 and the second medium 3 are surrounded by fluid boundaries 24.
Insbesondere kann das erste Medium 2 in der ersten Kammer 4 vorgelagert sein (Fig. la) und durch den ersten Anschluss 25 aus dieser in den ersten Kanal 5 transportiert werden (Fig. lb). Im weiteren Verlauf des ersten Kanals 5 kann das erste Medium 2 zwischen dem zweiten Medium 3 eingeschlossen sein (Fig. lc).In particular, the first medium 2 may be arranged upstream in the first chamber 4 (FIG. 1 a) and transported through the first connection 25 from the latter into the first channel 5 (FIG. 1 b). In the further course of the first channel 5, the first medium 2 can be enclosed between the second medium 3 (FIG. 1c).
In Fig. Id ist eine andere Situation gezeigt, in der das erste Medium 2 in einer ersten Kammer 4 der mikrofluidischen Vorrichtung 1 eingeschlossen ist. In Fig. Id, another situation is shown, in which the first medium 2 is enclosed in a first chamber 4 of the microfluidic device 1.
Die Fig. 2a bis 2c und 3a bis 3e zeigen zwei Ausführungen einer mikrofluidischen Vorrichtung, mit der ein definiertes Volumen einer wässrigen Phase als erstem Medium 2 zwischen zwei inerte Ölphasen als zweitem Medium 3 gebracht werden kann. FIGS. 2 a to 2 c and 3 a to 3 e show two embodiments of a microfluidic device, with which a defined volume of an aqueous phase as the first medium 2 can be brought between two inert oil phases as the second medium 3.
In der Ausführungsform gemäß den Fig. 2a bis 2c ist eine erste Kammer 4 mit bekanntem Volumen zwischen einem ersten Kanal 5 und einem zu dem ersten Kanal 5 parallelen zweiten Kanal 6 angeordnet. Die erste Kammer 4 ist über einen ersten Anschluss 25 mit einem ersten Kanal 5 und über einen zweiten Anschluss 26 mit einem zweiten Kanal 6 verbunden. Durch geeignete In the embodiment according to FIGS. 2 a to 2 c, a first chamber 4 of known volume is arranged between a first channel 5 and a second channel 6 parallel to the first channel 5. The first chamber 4 is connected via a first connection 25 to a first channel 5 and via a second connection 26 to a second channel 6. By suitable
Fluidkontrolle (beispielsweise durch Anwendung von Ventilen oder eines Fluid control (for example, by using valves or a
Druckausgleichsystems) kann der Fluss in verschiedene Richtungen und Kanalkompositionen eingestellt werden (beispielsweise als Fluss nur in den Kanälen 5, 6 oder als Fluss vom zweiten Kanal 6 durch die erste Kammer 4 in den ersten Kanal 5). In einem ersten Schritt wird die zunächst mit einem zweiten Medium 3 befüllte erste Kammer 4 (Fig. 2a) mit einer wässrigen Phase als erstem Medium 2 durchflossen und der Fluss gestoppt, so dass die erste Pressure compensation system), the flow can be in different directions and Channel compositions are set (for example, as a flow only in the channels 5, 6 or as a flow from the second channel 6 through the first chamber 4 in the first channel 5). In a first step, the first chamber 4 (FIG. 2 a) initially filled with a second medium 3 is flowed through with an aqueous phase as the first medium 2 and the flow is stopped so that the first
Kammer 4 vollständig mit dem ersten Medium 2 befüllt ist (Fig. 2b). Die benachbarten Kanäle 5, 6, nicht aber die erste Kammer 4, werden anschließend mit Öl als zweitem Medium 3 durchspült, so dass die erste Kammer 4 von zwei mit Öl befüllten Kanälen 5, 6 umgeben ist (Fig. 2c). Nun kann ein Fluss vom zweiten Kanal 6 durch die erste Kammer 4 in den ersten Kanal 5 eingestellt werden. Dabei bewegen sich die drei Phasen (also das zweite Medium 3 im zweiten Kanal 6, das erste Medium 2 in der ersten Kammer 4 und das zweite Medium 3 im ersten Kanal 5) laminar ohne sich zu durchmischen. Chamber 4 is completely filled with the first medium 2 (Fig. 2b). The adjacent channels 5, 6, but not the first chamber 4, are then flushed with oil as the second medium 3, so that the first chamber 4 is surrounded by two oil-filled channels 5, 6 (FIG. 2c). Now, a flow from the second channel 6 through the first chamber 4 in the first channel 5 can be adjusted. In this case, the three phases (ie the second medium 3 in the second channel 6, the first medium 2 in the first chamber 4 and the second medium 3 in the first channel 5) move laminarly without mixing.
In zweiten Ausführungsform gemäß den Fig. 3a bis 3e grenzt die erste Kammer 4 nur (über einen ersten Anschluss 25) an einen ersten Kanal 5 und nicht an einen ersten Kanal 5 und einen zweiten Kanal 6 wie bei dem ersten In the second embodiment according to FIGS. 3 a to 3 e, the first chamber 4 only adjoins (via a first connection 25) a first channel 5 and not a first channel 5 and a second channel 6 as in the first embodiment
Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2a bis 2c. Ein Teil der ersten Kammer 4 ist offen oder (wie gezeigt) durch eine gasdurchlässige Membran 7 von der Embodiment according to FIGS. 2a to 2c. A portion of the first chamber 4 is open or (as shown) through a gas-permeable membrane 7 of the
Umgebung der mikrofluidischen Vorrichtung 1 abgetrennt, sodass zwischen der ersten Kammer 4 und der Umgebung Luft ausgetauscht und/oder Druck ausgeglichen werden können. Die gasdurchlässige Membran 7 kann Separated environment of the microfluidic device 1, so that exchanged between the first chamber 4 and the environment air and / or pressure can be compensated. The gas-permeable membrane 7 can
insbesondere als ein Probeeingabebereich verwendet werden, insbesondere für Anwendungen, bei denen nur geringe Mengen einer Probe in die mikrofluidische Vorrichtung eingebracht werden. in particular be used as a sample entry area, in particular for applications in which only small amounts of a sample are introduced into the microfluidic device.
In Fig. 3a ist zudem gezeigt, dass in der ersten Kammer 4 eine Probe 8 In Fig. 3a is also shown that in the first chamber 4, a sample. 8
(beispielsweise als Festkörper oder Lyobead) vorliegt. Zum Lösen der Probe 8 und/oder zum Befüllen der ersten Kammer 4 wird der erste Kanal 5 zunächst mit Öl als zweitem Medium 3 befüllt, um das Gesamtsystem zu entlüften. Die erste Kammer 4 wird dann mit einer flüssigen Phase als erstem Medium 2 befüllt (Fig. 3b). Wenn die Kammer vollständig befüllt ist, wird der erste Kanal 5 wieder mit Öl als zweitem Medium 3 durchströmt und die erste Kammer 4 somit vollständig abgeschlossen (Fig. 3c). Das erste Medium 2 kann dann wieder zwischen eine Ölphase als zweitem Medium 3 eingeschlossen werden, indem die erste (For example, as a solid or Lyobead) is present. To release the sample 8 and / or to fill the first chamber 4, the first channel 5 is first filled with oil as the second medium 3 in order to vent the entire system. The first chamber 4 is then filled with a liquid phase as the first medium 2 (FIG. 3b). When the chamber is completely filled, the first channel 5 is again flowed through with oil as the second medium 3 and thus the first chamber 4 is completely closed (FIG. 3c). The first medium 2 can then again be enclosed between an oil phase as a second medium 3, by the first
Kammer 4 über den ersten Kanal 5 ausgepumpt wird (Fig. 3d), bis die erste Kammer 4 leer ist (Fig. 3e). In den Fig. 4a bis 4e ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mikrofluidischen Vorrichtung 1 gezeigt, mit der ein definiertes Volumen einer wässrigen Phase als erstem Medium 2 zwischen zwei inerte Ölphasen als zweitem Medium 3 gebracht werden kann. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel aus den Fig. 2a bis 2c werden hier nacheinander zwei Teilvolumen des ersten Mediums 2 aus der ersten Kammer 4 entnommen. Der in Fig. 4a gezeigte Ausgangspunkt entspricht weitgehend der Darstellung in Fig. 2c. Durch einen Strom des zweiten Mediums 3 aus dem zweiten Kanal 6 in den ersten Kanal 5 wird ein Teil des ersten Mediums 2 aus der ersten Kammer 4 entnommen (Fig. 4b). Anschließend wird der erste Kanal 5 wieder mit dem zweiten Medium 3 durchströmt (Fig. 4c). Danach wird der restliche Teil des ersten Mediums 2 aus der ersten Kammer 4 entnommen (Fig. 4d). Wie in Fig. 4e zu erkennen, liegt das erste Medium 2 im weiteren Verlauf des ersten Kanals 5 in zwei Teilen vor, die jeweils von dem zweiten Medium 3 eingeschlossen sind. Die Fig. 4a bis 4e zeigen somit, dass ein Zweiphasensystem (mit erstem Medium 2 und zweitem Medium 3) auch ausgenutzt werden kann, um eine mirkofluidische Kammer nur partiell blasenfrei mit einer wässrigen Phase (als erstem Medium 2) zu befüllen. Das Restvolumen der Kammer kann entsprechend mit einer inerten Ölphase (als zweitem Medium 3) kompensiert werden. Dies kann eine dynamische Anpassung von Chamber 4 is pumped out via the first channel 5 (Figure 3d) until the first chamber 4 is empty (Figure 3e). A further exemplary embodiment of a microfluidic device 1 with which a defined volume of an aqueous phase as the first medium 2 can be brought between two inert oil phases as the second medium 3 is shown in FIGS. 4 a to 4 e. In contrast to the embodiment of FIGS. 2a to 2c, two partial volumes of the first medium 2 are removed from the first chamber 4 in succession. The starting point shown in Fig. 4a corresponds largely to the representation in Fig. 2c. By a flow of the second medium 3 from the second channel 6 into the first channel 5, part of the first medium 2 is removed from the first chamber 4 (FIG. 4b). Subsequently, the first channel 5 is again flowed through by the second medium 3 (FIG. 4c). Thereafter, the remaining part of the first medium 2 is removed from the first chamber 4 (Figure 4d). As can be seen in FIG. 4e, in the further course of the first channel 5, the first medium 2 is present in two parts, which are each enclosed by the second medium 3. FIGS. 4a to 4e thus show that a two-phase system (with first medium 2 and second medium 3) can also be utilized in order to fill a microfluidic chamber only partially bubble-free with an aqueous phase (as first medium 2). The residual volume of the chamber can be compensated accordingly with an inert oil phase (as the second medium 3). This can be a dynamic adaptation of
Reaktionsvolumen ermöglichen. Allow reaction volume.
In Fig. 5 ist ein Zustand aus dem Ausführungsbeispiel aus den Fig. 4a bis 4e gezeigt, bei dem die erste Kammer 4 teilweise mit dem ersten Medium 2 und teilweise mit dem zweiten Medium 3 befüllt ist. FIG. 5 shows a state from the exemplary embodiment from FIGS. 4a to 4e, in which the first chamber 4 is partially filled with the first medium 2 and partly with the second medium 3.
Die Fig. 6a bis 6f zeigen ein Ausführungsbeispiel einer mikrofluidischen FIGS. 6a to 6f show an exemplary embodiment of a microfluidic device
Vorrichtung 1, in welcher zwei wässrige Phasenfluide (als ein erste Medium 2 und ein weiteres erstes Medium 9) gemischt werden. Dabei wird das erste Medium 2 zur Hälfte in eine erste Kammer 4 mit definiertem Volumen gefüllt (Fig. 6a). Die erste Kammer 4 ist über einen ersten Anschluss 25 mit einem ersten Kanal 5 und über einen zweiten Anschluss 26 mit einem zweiten Kanal 6 verbunden. Der zuführende erste Kanal 5 wird dann wieder vollständig mit Öl als zweitem Medium 3 befüllt (Fig. 6b und 6c). Darauf wird der erste Kanal 5 mit dem weiteren ersten Medium 9 gefüllt (Fig. 6d). Mit dem weiteren ersten Medium 9 wird dann die erste Kammer 4 (vorzugsweise langsam) aufgefüllt, so dass die ganze erste Kammer 4 mit den beiden ersten Medien 2, 9 im richtigen Verhältnis gefüllt ist. Der erste Kanal 5 wird dann wieder mit dem zweiten Medium 3 befüllt, so dass die beiden ersten Medien 2, 9 in der ersten Kammer 4 wieder von dem zweiten Medium 3 in den Kanälen 5, 6 umschlossen sind (Fig 6e). Durch Device 1, in which two aqueous phase fluids (as a first medium 2 and a further first medium 9) are mixed. In this case, the first medium 2 is half filled in a first chamber 4 with a defined volume (Fig. 6a). The first chamber 4 is connected via a first connection 25 to a first channel 5 and via a second connection 26 to a second channel 6. The feeding first channel 5 is then completely filled with oil as the second medium 3 again (FIGS. 6b and 6c). Then the first channel 5 is filled with the further first medium 9 (FIG. 6d). With the further first medium 9 then the first chamber 4 is filled (preferably slowly), so that the whole of the first chamber 4 with the two first media 2, 9 in the correct ratio is filled. The first channel 5 is then filled again with the second medium 3, so that the two first media 2, 9 are again enclosed in the first chamber 4 by the second medium 3 in the channels 5, 6 (FIG. 6e). By
Diffusion können sich die die beiden ersten Medien 2, 9 in der ersten Kammer 4 schnell mischen, insbesondere wenn die jeweiligen Volumina klein sind. Das Ergebnis ist in Fig. 6f gezeigt, in der in der ersten Kammer 4 ein Gemisch 10 aus den beiden ersten Medien 2, 9 vorliegt. Der Mischprozess kann durch eine Temperaturveränderung beschleunigt werden. Sofern gewünscht, können beim Vermischen auch (bio-)chemische Reaktionen ausgeführt werden. Die Diffusion can mix the two first media 2, 9 in the first chamber 4 quickly, especially if the respective volumes are small. The result is shown in Fig. 6f, in which in the first chamber 4, a mixture 10 of the two first media 2, 9 is present. The mixing process can be accelerated by a temperature change. If desired, (bio) chemical reactions can also be carried out during mixing. The
Kombination von definierten Pumpprozessen und vorgegebenen Combination of defined pumping processes and predetermined
Kammergeometrien kann ein Mischen mit verschieden Verhältnissen zwischen den ersten Medien 2, 9 ermöglichen. Chamber geometries may allow for mixing with different ratios between the first media 2, 9.
In den Fig. 7a bis 7f ist gezeigt, wie Fluide in einem linearen oder zirkulären Kanalsystem einer mikrofluidischen Vorrichtung mittels Ventilen mit kontrollierter Geschwindigkeit bewegt werden können. Ventile in der mikrofluidischen FIGS. 7a to 7f show how fluids in a linear or circular channel system of a microfluidic device can be moved by means of valves at a controlled speed. Valves in the microfluidic
Vorrichtung können nicht nur zum Öffnen und Abschliessen von mikrofluidischen Pfaden benutzt werden, sondern können auch als peristaltische Pumpen eingesetzt werden. Entlang eines gewünschten mikrofludischen Pfades (der linear oder zirkulär sein kann und hier als ein linearer erster Kanal 5 gezeigt ist), bilden die Ventile durch serielles Öffnen und Schließen eine peristaltische Pumpe. Die Fig. 7a bis 7f zeigen das Prinzip am Beispiel von drei nebeneinander liegenden Ventilen 11, 12, 13. Ein Kreis deutet dabei ein geöffnetes Ventil an, während ein Kreuz ein geschlossenes Ventil anzeigt. Der Ventilstatus kann auch digital dargestellt werden, indem beispielsweise eine„1“ für„geöffnet“ und eine „0“ für„geschlossen“ steht. Die Ventilstatusabfolge 100 (Fig. 7e),110 (Fig. Devices can not only be used to open and close microfluidic paths, but can also be used as peristaltic pumps. Along a desired microfluidic pathway (which may be linear or circular and shown here as a linear first channel 5), the valves form a peristaltic pump by serially opening and closing. 7a to 7f show the principle using the example of three adjacent valves 11, 12, 13. A circle indicates an open valve, while a cross indicates a closed valve. The valve status can also be displayed digitally, for example by setting a "1" to "open" and a "0" to "closed". The valve status sequence 100 (Figs. 7e), 110 (Fig.
7d),010 (Fig. 7c), 011 (Fig. 7b), 001 (Fig. 7a), 101 (Fig. 7f) erzeugt eine Bewegung von links nach rechts in der gezeigten Darstellung. Die Abfolge 001 (Fig. 7a), 011 (Fig. 7b), 010 (Fig. 7c), 110 (Fig. 7d),100 (Fig. 7e),101 (Fig. 7f) erzeugt einen quasilaminaren Fluss von rechts nach links.  7d), 010 (Fig. 7c), 011 (Fig. 7b), 001 (Fig. 7a), 101 (Fig. 7f) generates a movement from left to right in the illustration shown. The sequence 001 (Fig. 7a), 011 (Fig. 7b), 010 (Fig. 7c), 110 (Fig. 7d), 100 (Fig. 7e), 101 (Fig. 7f) produces a quasi-laminar flow from the right to Left.
In den Fig. 8a und 8b ist zudem gezeigt, dass die Ventile 11, 12, 13 nicht nebeneinander platziert sein müssen, sondern beliebig entlang des ersten Kanals 5 angeordnet sein können. Dies hat den Vorteil, dass keine speziellen Pumpventile platziert werden müssen, sondern ohnehin vorhandenen Ventile 11, 12, 13 verwendet werden können. Die Flussgeschwindigkeit kann in einem bestimmten Intervall mittels einer Dauer einer Pause zwischen aufeinander folgenden Ventilstellungen eingestellt werden. It is also shown in FIGS. 8a and 8b that the valves 11, 12, 13 do not have to be placed next to one another, but can be arranged arbitrarily along the first channel 5. This has the advantage that no special pump valves need to be placed, but already existing valves 11, 12, 13 can be used. The flow speed can be in one determined interval by means of a duration of a pause between successive valve positions.
In den Fig. 9a bis 9d ist gezeigt, wie die Ausführungsform gemäß den Fig. 2a bis 2c durch peristaltisches Pumpe in einem Mehrkammernsystem (umfassend eine erste Kammer 4, eine zweite Kammer 14 und eine dritte Kammer 15) realisiert werden kann. In einem ersten Schritt wird die mikrofluidische Vorrichtung 1 mit einer Ölphase als zweitem Medium 3 vollständig befüllt (Fig. 9a). Das muss nicht notwendigerweise durch peristaltisches Pumpen erfolgen. Ist die mikrofluidische Vorrichtung 1 befüllt, werden ein fünftes Ventil 18 und ein sechstes Ventil 19 zwischen den Kammern 4, 14, 15 und einem ersten Kanal 5 geschlossen (Fig. 9b). Ein seitlich zu den Kammern 4, 14, 15 angeordneter Kanal 5 wird dann zumindest teilweise mit dem ersten Medium 2 befüllt. Ist dieser Zustand erreicht, werden das fünfte Ventil 18 und das sechse Ventil 19 zu den Kammern 4, 14, 15 geöffnet und es wird so lange mit den Ventilen 11, 12, 13 peristaltisch gepumpt, bis die erste Kammer 4 vollständig mit dem ersten Medium 2 befüllt ist (Fig. 9c und 9d). Die Pumpe kann an ein optisches Feedbacksystem gekoppelt sein, und bei voller Befüllung automatisch gestoppt werden. Alternativ kann schon ein eingeklemmter wässriger Plug mit dem Kammervolumen in die erste Kammer 4 eingeführt werden. Ist die erste Kammer 4 vollständig befüllt, wird das fünfte Ventil 18 zur ersten Kammer 4 geschlossen und der erste Kanal 5 wieder vollständig mit dem zweiten Medium 3 gespült (durch Öffnen eines vierten Ventils 17), so dass nur noch das erste Medium 2 in der ersten Kammer 4 zurückbleibt (Fig. 9d). FIGS. 9a to 9d show how the embodiment according to FIGS. 2a to 2c can be realized by a peristaltic pump in a multi-chamber system (comprising a first chamber 4, a second chamber 14 and a third chamber 15). In a first step, the microfluidic device 1 is completely filled with an oil phase as the second medium 3 (FIG. 9a). This does not necessarily have to be done by peristaltic pumping. When the microfluidic device 1 is filled, a fifth valve 18 and a sixth valve 19 are closed between the chambers 4, 14, 15 and a first channel 5 (FIG. 9b). A laterally to the chambers 4, 14, 15 arranged channel 5 is then at least partially filled with the first medium 2. If this state is reached, the fifth valve 18 and the six valve 19 are opened to the chambers 4, 14, 15 and it is so long with the valves 11, 12, 13 pumped peristaltically until the first chamber 4 completely with the first medium 2 is filled (Figures 9c and 9d). The pump can be coupled to an optical feedback system and automatically stopped when fully charged. Alternatively, even a trapped aqueous plug with the chamber volume can be introduced into the first chamber 4. If the first chamber 4 is completely filled, the fifth valve 18 is closed to the first chamber 4 and the first channel 5 again completely flushed with the second medium 3 (by opening a fourth valve 17), so that only the first medium 2 in the first chamber 4 remains (Figure 9d).
In den Fig. 10a bis lOd ist gezeigt, wie ein Zweiphasensystem (mit einem ersten Medium 2 und einem zweiten Medium 3) zur Entfernung von Gaseinschlüssen 16 in dem ersten Medium 2 genutzt werden kann. Gaseinschlüsse 16 wie störende Blasen werden in diesem Aufbau durch einen Temperaturgradienten entfernt. Dazu sind drei mikrofluidische Kammern 4, 14, 15 hintereinander angeordnet und mittels einem jeweiligen kleinen Kanal miteinander verbunden. Jede der drei Kammern 4, 14, 15 ist individuell beheizbar. Die erste Kammer 4 wird dabei auf die höchste Temperatur gestellt und die zweite Kammer 14 und die dritte Kammer 15 auf eine tiefere. Dabei bewegen sich die erhitzen Gaseinschlüsse 16 aus dem ersten Medium 2 in das kältere zweite Medium 3. Wirkt entlang der Kammergeometrie (wie gezeigt) noch die Gravitationskraft, steigen die FIGS. 10 a to 10 d show how a two-phase system (with a first medium 2 and a second medium 3) can be used to remove gas inclusions 16 in the first medium 2. Gas inclusions 16, such as perturbing bubbles, are removed by a temperature gradient in this design. For this purpose, three microfluidic chambers 4, 14, 15 are arranged one behind the other and connected to each other by means of a respective small channel. Each of the three chambers 4, 14, 15 is individually heated. The first chamber 4 is set to the highest temperature and the second chamber 14 and the third chamber 15 to a deeper. In this case, the heated gas inclusions 16 move from the first medium 2 into the colder second medium 3. If the gravitational force continues to act along the chamber geometry (as shown), the
Gaseinschlüsse 16 auf Grund der geringeren Dichte ganz nach oben. Es bildet sich somit ein Fluidsystem, in welchem das erste Medium 2 in der ersten Gas inclusions 16 due to the lower density all the way up. It forms Thus, a fluid system in which the first medium 2 in the first
Kammer 4 vorliegt, wobei die zweite Kammer 14 und die dritte Kammer 15 mit dem zweiten Medium 3 gefüllt sind. In der dritten Kammer 15 kann sich eine Gasphase bilden. Die Temperatur kann dann in dem zweiten Medium 3 nochmals angehoben werden, um sicherzustellen, dass sich das Gas ganz oben ansiedelt. Das Phasensystem kann jeweils um eine Kammer verschoben werden, wobei sich das erste Medium 2 dann in beispielsweise in der zweiten Kammer 14 befindet und das blasenfreie zweite Medium 3 in der dritten Kammer 15. Die blasenbeinhaltende erste Kammer 4 ist dann aus dem Kammersystem ausgeschieden. Die erste Kammer 4 kann geschlossen werden oder mit dem zweiten Medium 3 nachgefüllt werden. Chamber 4 is present, wherein the second chamber 14 and the third chamber 15 are filled with the second medium 3. In the third chamber 15, a gas phase can form. The temperature can then be raised again in the second medium 3 to ensure that the gas settles at the top. The phase system can be displaced in each case by one chamber, the first medium 2 then being located, for example, in the second chamber 14 and the bubble-free second medium 3 in the third chamber 15. The blister-containing first chamber 4 is then eliminated from the chamber system. The first chamber 4 can be closed or refilled with the second medium 3.
Fig. 11 zeigt, wie eine Neigung der mikrofluidischen Vorrichtung 1 und thermisch verschiedene Zonen für die Entfernung von Gaseinschlüssen 16 gemäß den Fig. 10a bis lOd ausgenutzt werden können. Die Gravitation muss nicht vollständig wirken. Stattdessen ist auch eine Neigung (z.B. von 30°) möglich. In Fig. 11 sind eine horizontale Ebene 21 und ein Winkel 22 zwischen der horizontalen Ebene 21 und einer Seite 23 der mikrofluidischen Vorrichtung 1 aus Fig. 10a bis lOd gezeigt. Das in den Fig. 10a bis lOd gezeigte Dreikammersystem kann so orientiert sein, dass die erste Kammer 4 mit dem ersten Medium 2 unten liegt (ci in der Fig. 11). Jede Kammer 4, 14, 15 liegt dann in einer eigenen thermischen Zone (Ti, T2, T3). Die Schwerkraft kann dabei bewirken, dass sich das leichte Gas aus dem Gaseinschluss 16 durch Erhitzen an das obere Ende der dritten Kammer 15 verschiebt (C3 in Fig. 11). 11 shows how an inclination of the microfluidic device 1 and thermally different zones for the removal of gas inclusions 16 according to FIGS. 10a to 10d can be utilized. The gravity does not have to work completely. Instead, an inclination (eg of 30 °) is possible. FIG. 11 shows a horizontal plane 21 and an angle 22 between the horizontal plane 21 and a side 23 of the microfluidic device 1 from FIGS. 10a to 10d. The three-chamber system shown in FIGS. 10a to 10d may be oriented such that the first chamber 4 is located below the first medium 2 (ci in FIG. 11). Each chamber 4, 14, 15 is then in its own thermal zone (Ti, T 2 , T 3 ). Gravity may cause the light gas to move from the gas enclosure 16 to the upper end of the third chamber 15 by heating (C3 in FIG. 11).
Die Fig. 12a bis 12c zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Gaseinschluss 16 wie für die Fig. 10a bis lOd und 11 entfernt werden kann. In den Fig. 12a bis 12c wird davon ausgegangen, dass das Gaseinschluss 16 gemäß dem FIGS. 12a to 12c show an embodiment in which a gas enclosure 16 as in FIGS. 10a to 10d and 11 can be removed. In FIGS. 12a to 12c, it is assumed that the gas inclusion 16 according to the
Verfahren gemäß den Fig. 10a bis lOd mit Hilfe der Konditionen aus Fig. 11 aus dem ersten Medium 2 entfernt worden ist (Fig. 12a). Um nun den Gaseinschluss 16 aus der mikrofluidischen Vorrichtung 1 zu entfernen, wird ein zweites Medium 3 von unten durch die drei Kammern 4, 14, 15 nachgeschoben, bis das erste Medium 2 komplett von der ersten Kammer 4 in die zweite Kammer 14 verschoben worden ist. Dabei wird der Gaseinschluss 16 von der dritten Kammer 15 in den ersten Kanal 5 verdrängt (Fig. 12b). Anschließend kann durch Method according to FIGS. 10a to 10d has been removed from the first medium 2 with the aid of the conditions from FIG. 11 (FIG. 12a). In order to remove the gas inclusion 16 from the microfluidic device 1, a second medium 3 is pushed from below through the three chambers 4, 14, 15 until the first medium 2 has been completely displaced from the first chamber 4 into the second chamber 14 , In this case, the gas inclusion 16 is displaced from the third chamber 15 into the first channel 5 (FIG. 12b). Subsequently, through
Nachschieben von zweitem Medium 3 durch den ersten Kanal 5 (nicht aber durch die Kammern 4, 14, 15) das Gas aus der mikrofluidischen Vorrichtung 1 abgeführt werden, so dass eine vollständig blasenfreie mikrofluidische Moving the second medium 3 through the first channel 5 (but not through the chambers 4, 14, 15), the gas from the microfluidic device first be discharged, leaving a completely bubble-free microfluidic
Vorrichtung 1 zurückbleibt (Fig. 12c). Device 1 remains (Fig. 12c).
Die Fig. 13a bis 13d zeigen, wie mit einem Zweiphasensystem und der Figs. 13a to 13d show how with a two-phase system and the
Kombination der oben beschriebenen Entfernung eines Gaseinschlusses 16 eine blasenfreie Shuttle-PCR durchgeführt werden kann. In einer Shuttle-PCR wird, im Gegensatz zu einem Thermocycler, nicht die Temperatur von Heizern dynamisch verändert, sondern die Reaktionsmischung zwischen verschiedenen Heizern mit konstanten Temperaturen verschoben. Um eine Shuttle-PCR durchzuführen, kann die mikrofluidische Vorrichtung 1 insbesondere gemäß den Fig. 7a bis 7f, 10a bis lOd und 11 ausgebildet sein. Bei der Anordnung von drei Kammern 4, 14, 15 und einem ersten Kanal 5 sind vorzugsweise drei Ventile 11, 12, 13 vorgesehen, welche eine peristaltische Pumpe bilden. Die PCR- Reaktionsmischung (als erstes Medium 2) wird vorzugsweise blasenfrei in der ersten Kammer 4 vorgelegt, während die zweite Kammer 14 und die dritte Kammer 15 sowie der erste Kanal 5 mit dem zweiten Medium 3 gefüllt sind (Fig. 13a). Die Kammern 4, 14, 15 werden auf die entsprechenden für die PCR benötigten Temperaturen eingestellt. Das erste Medium 2 als PCR-Gemisch kann dann für jeweils vorgesehene Zeiten in den entsprechenden Kammern 4,Combination of the above-described removal of a gas inclusion 16 bubble-free shuttle PCR can be performed. In a shuttle PCR, unlike a thermal cycler, the temperature of heaters is not dynamically altered but the reaction mixture is shifted between different heaters at constant temperatures. In order to carry out a shuttle PCR, the microfluidic device 1 can be designed in particular according to FIGS. 7a to 7f, 10a to 10d and 11. In the arrangement of three chambers 4, 14, 15 and a first channel 5, three valves 11, 12, 13 are preferably provided which form a peristaltic pump. The PCR reaction mixture (as the first medium 2) is preferably introduced bubble-free in the first chamber 4, while the second chamber 14 and the third chamber 15 and the first channel 5 are filled with the second medium 3 (Fig. 13a). The chambers 4, 14, 15 are set to the appropriate temperatures required for the PCR. The first medium 2 as a PCR mixture can then be used for respective times in the corresponding chambers 4,
14, 15 gehalten werden, bevor es peristaltisch in die nächste der Kammern 4, 14, 15 gepumpt wird (Fig. 13b bis 13d). Es ist insbesondere gezeigt, wie zwischen zwei Temperaturen hin- und hergefahren (gependelt, engl,„shuttled“) wird. Durch das Umkehren der Pumpfrequenz, wie anhand der Fig. 7a bis 7f beschrieben, kann in beide Richtung gepumpt werden. 14, 15 before it is peristaltically pumped into the next of the chambers 4, 14, 15 (Figures 13b to 13d). In particular, it shows how to shuttle back and forth between two temperatures (commuted, engl., "Shuttled"). By reversing the pumping frequency, as described with reference to FIGS. 7a to 7f, it is possible to pump in both directions.
Fig. 14 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer mikrofluidischen Vorrichtung 1 gemäß einem der Ausführungsbeispiele aus den vorherigen Figuren. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: 14 shows a method for operating a microfluidic device 1 according to one of the exemplary embodiments from the previous figures. The method comprises the following steps:
a) Bereitstellen mindestens eines ersten Mediums 2, 9 an einem ersten Ort der mikrofluidischen Vorrichtung 1, b) Transportieren des mindestens einen ersten Mediums 2, 9 von dem ersten Ort an einen zweiten Ort der mikrofluidischen Vorrichtung 1, wobei das mindestens eine erste Medium 2, 9 von mindestens einem zweiten Medium 3 derart umschlossen ist, dass das mindestens eine erste Medium 2, 9 nur an das mindestens eine zweite Medium 3 und an Fluidbegrenzungen 24 der mikrofluidischen Vorrichtung 1 oder nur an das mindestens eine zweite Medium 3 angrenzt, und wobei das mindestens eine erste Medium 2, 9 und das mindestens eine zweite Medium 2, 9 nicht miteinander mischbar sind. a) providing at least one first medium 2, 9 at a first location of the microfluidic device 1, b) transporting the at least one first medium 2, 9 from the first location to a second location of the microfluidic device 1, wherein the at least one first medium 2 9 is surrounded by at least one second medium 3 such that the at least one first medium 2, 9 only to the at least one second medium 3 and fluid boundaries 24 of the microfluidic device 1 or only to the at least one second Medium 3 adjacent, and wherein the at least one first medium 2, 9 and the at least one second medium 2, 9 are not miscible with each other.
Weiterhin umfasst das Verfahren vorzugsweise den folgenden (gestrichelt eingezeichneten) Verfahrensschritt, der vor, während oder nach Schritt b) durchgeführt wird: Furthermore, the method preferably comprises the following (dashed line) method step, which is carried out before, during or after step b):
c) Entfernen mindestens eines Gaseinschlusses 16. c) removing at least one gas inclusion 16.
Im Beispiel der Fig. 14 wird Schritt c) nach Schritt b) durchgeführt.  In the example of FIG. 14, step c) is performed after step b).

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betrieb einer mikrofluidischen Vorrichtung (1), umfassend zumindest die folgenden Schritte: A method of operating a microfluidic device (1) comprising at least the following steps:
a) Bereitstellen mindestens eines ersten Mediums (2, 9) an einem ersten Ort der mikrofluidischen Vorrichtung (1),  a) providing at least one first medium (2, 9) at a first location of the microfluidic device (1),
b) Transportieren des mindestens einen ersten Mediums (2, 9) von dem ersten Ort an einen zweiten Ort der mikrofluidischen Vorrichtung (1), wobei das mindestens eine erste Medium (2, 9) von mindestens einem zweiten Medium (3) derart umschlossen ist, dass das mindestens eine erste Medium (2, 9) nur an das mindestens eine zweite Medium (3) und an Fluidbegrenzungen (24) der mikrofluidischen Vorrichtung (1) oder nur an das mindestens eine zweite Medium (3) angrenzt, und wobei das mindestens eine erste Medium (2, 9) und das mindestens eine zweite Medium (2, 9) nicht miteinander mischbar sind.  b) transporting the at least one first medium (2, 9) from the first location to a second location of the microfluidic device (1), wherein the at least one first medium (2, 9) is surrounded by at least one second medium (3) in that the at least one first medium (2, 9) adjoins only the at least one second medium (3) and fluid boundaries (24) of the microfluidic device (1) or only the at least one second medium (3), and wherein the at least one first medium (2, 9) and the at least one second medium (2, 9) are not miscible with each other.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt a) ein vorgebbares Volumen des mindestens einen ersten Mediums (2, 9) in einer Kammer (4, 14, 15) der mikrofluidischen Vorrichtung (1) bereitgestellt wird, wobei die Kammer (4, 14, 15) mindestens einen Anschluss (25, 26) aufweist, und wobei das 2. The method of claim 1, wherein in step a) a predeterminable volume of the at least one first medium (2, 9) in a chamber (4, 14, 15) of the microfluidic device (1) is provided, wherein the chamber (4, 14, 15) has at least one connection (25, 26), and wherein the
vorgebbare Volumen des mindestens einen ersten Mediums (2, 9) in der Kammer (4, 14, 15) separiert und abgemessen wird, indem der mindestens eine Anschluss (25, 26) mit dem mindestens einen zweiten Medium (3) außerhalb der Kammer (4, 14, 15) umströmt wird.  predetermined volume of the at least one first medium (2, 9) in the chamber (4, 14, 15) is separated and measured by the at least one port (25, 26) with the at least one second medium (3) outside the chamber ( 4, 14, 15) is flowed around.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere erste Medien (2, 9) in Schritt a) bereitgestellt werden, und wobei die mehreren ersten Medien (2, 9) gemäß Schritt b) derart transportiert werden, dass die mehreren ersten Medien (2, 9) in einer Kammer (4, 14, 15) der 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein a plurality of first media (2, 9) are provided in step a), and wherein the plurality of first media (2, 9) according to step b) are transported such that the plurality of first media ( 2, 9) in a chamber (4, 14, 15) of
mikrofluidischen Vorrichtung (1) gemischt werden.  Microfluidic device (1) are mixed.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil des mindestens einen ersten Mediums (2, 9) und/oder zumindest ein Teil des mindestens einen zweiten Mediums (3) in Schritt b) zumindest zeitweise durch peristaltisches Pumpen transportiert werden. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least a portion of the at least one first medium (2, 9) and / or at least a portion of the at least one second medium (3) in step b) are transported at least temporarily by peristaltic pumping.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend zumindest den folgenden Verfahrensschritt, der vor, während oder nach Schritt b) durchgeführt wird: 5. The method according to any one of the preceding claims, further comprising at least the following method step, which is carried out before, during or after step b):
c) Entfernen mindestens eines Gaseinschlusses (16).  c) removing at least one gas inclusion (16).
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die mikrofluidische Vorrichtung (1) 6. The method according to claim 5, wherein the microfluidic device (1)
zumindest während eines Teils von Schritt c) derart orientiert ist, dass eine Seite (23) eines Abschnitts, aus dem der mindestens eine Gaseinschluss (16) entfernt wird, gegenüber einer horizontalen Ebene (21) verkippt ist.  at least during part of step c) is oriented such that one side (23) of a portion from which the at least one gas occlusion (16) is removed is tilted with respect to a horizontal plane (21).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei in Schritt c) eine 7. The method according to any one of claims 5 or 6, wherein in step c) a
Temperatur eines Fluids, in dem der mindestens eine Gaseinschluss eingeschlossen ist, verändert wird.  Temperature of a fluid in which the at least one gas inclusion is included, is changed.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der mindestens eine Gaseinschluss (16) in Schritt c) durch Transport des mindestens einen ersten Mediums (2, 9) und/oder des mindestens einen zweiten Mediums (3) entfernt wird. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Shuttle-8. The method according to any one of claims 5 to 7, wherein the at least one gas inclusion (16) in step c) by transport of the at least one first medium (2, 9) and / or the at least one second medium (3) is removed. 9. Method according to one of the preceding claims, wherein a shuttle
Polymerase- Kettenreaktion [PCR] durchgeführt wird, wobei das mindestens eine erste Medium (2, Polymerase chain reaction [PCR] is carried out, wherein the at least one first medium (2,
9) ein Reaktionsmedium der Shuttle- Polymerase- Kettenreaktion ist. 9) is a reaction medium of the shuttle polymerase chain reaction.
10. Mikrofluidische Vorrichtung (1), welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bestimmt und eingerichtet ist. 10. A microfluidic device (1) which is intended and arranged for carrying out a method according to one of the preceding claims.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022200662A1 (en) * 2022-01-21 2023-07-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Microfluidic device and method of using a microfluidic device

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4103220A1 (en) * 1991-02-02 1992-08-06 Boehringer Mannheim Gmbh METHOD FOR STABILIZING 1-METHYLHYDANTOINASE, USE OF A STABILIZED 1-METHYLHYDANTOINASE FOR DETERMINING AN ANALYTIC, CORRESPONDING DETERMINATION PROCEDURE, AND APPROPRIATE AGENTS
US6896855B1 (en) * 1998-02-11 2005-05-24 Institut Fuer Physikalische Hochtechnologie E.V. Miniaturized temperature-zone flow reactor
WO2000046595A1 (en) * 1999-02-03 2000-08-10 Aclara Biosciences, Inc. Multichannel control in microfluidics
WO2002000677A1 (en) * 2000-06-07 2002-01-03 Human Genome Sciences, Inc. Nucleic acids, proteins, and antibodies
JP2004025148A (en) * 2002-06-28 2004-01-29 Asahi Kasei Corp Method for supplying minute amount of liquid
WO2004040001A2 (en) * 2002-10-02 2004-05-13 California Institute Of Technology Microfluidic nucleic acid analysis
KR100552706B1 (en) * 2004-03-12 2006-02-20 삼성전자주식회사 Method and apparatus for nucleic acid amplification
JP2008538077A (en) * 2005-03-16 2008-10-09 ユニバーシティ オブ シカゴ Micro fluidic system
JP2007083191A (en) 2005-09-22 2007-04-05 Konica Minolta Medical & Graphic Inc Microreacter
WO2007125642A1 (en) 2006-04-05 2007-11-08 Nikkiso Co., Ltd. Mixer, mixing device and unit for measuring medical component
US8263392B2 (en) * 2006-11-14 2012-09-11 University Of Utah Research Foundation Methods and compositions related to continuous flow thermal gradient PCR
CN1996009B (en) 2007-01-10 2010-05-19 博奥生物有限公司 Microfluid device for multi-sample analysis and application method therefor
JPWO2009008236A1 (en) 2007-07-10 2010-09-02 コニカミノルタエムジー株式会社 Micro inspection chip liquid mixing method and inspection apparatus
US9211537B2 (en) * 2007-11-07 2015-12-15 The University Of British Columbia Microfluidic device and method of using same
US8189186B2 (en) * 2007-12-27 2012-05-29 Lawrence Livermore National Security, Llc. Signal enhancement using a switchable magnetic trap
US9180453B2 (en) 2008-08-15 2015-11-10 University Of Washington Method and apparatus for the discretization and manipulation of sample volumes
CN101486004B (en) * 2008-12-19 2012-06-13 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Automatic device for quantitatively distributing microfluid and using method
JP5791634B2 (en) 2010-01-29 2015-10-07 マイクロニクス, インコーポレイテッド Sample-response microfluidic cartridge
CN103249486B (en) * 2010-09-09 2015-05-27 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 Microfluidic device, microfluidic dosing system and method for microfluidic measurement and dosing
JP5867668B2 (en) * 2010-12-01 2016-02-24 セイコーエプソン株式会社 Thermal cycling apparatus and thermal cycling method
DE102011017596A1 (en) * 2011-04-27 2012-10-31 Robert Bosch Gmbh Microfluidic system and method for polymerase chain reaction
DE102011078770B4 (en) * 2011-07-07 2016-04-28 Robert Bosch Gmbh Microfluidic device, microfluidic system and method of transporting fluids
DE102011078976A1 (en) * 2011-07-11 2013-01-17 Robert Bosch Gmbh Microfluidic device and method for producing a microfluidic device
US9410171B2 (en) * 2012-06-20 2016-08-09 The Regents Of The University Of California Non-thermal cycling for polymerase chain reaction
FR3000546B1 (en) * 2012-12-28 2014-12-19 Biomerieux Sa DEVICE ADAPTED TO RECEIVE A BIOLOGICAL SAMPLE
US20160101400A1 (en) * 2013-05-31 2016-04-14 Star Array Pte Ltd Method of disposing materials in an emulsion into wells of a device member
CN106061598B (en) * 2013-11-27 2020-08-28 生物辐射实验室股份有限公司 Microfluidic droplet encapsulation
DE102014206140A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-01 Robert Bosch Gmbh A microfluidic device and method for analyzing a sample of biological material
KR101647095B1 (en) * 2014-05-19 2016-08-11 한국과학기술원 Microfluidic system, manufacturing method thereof and method of cell encapsulation in hydrogel
WO2015195051A1 (en) 2014-06-20 2015-12-23 National University Of Singapore Triphasic flow millireactors
CN104195028B (en) * 2014-08-05 2017-07-25 深圳先进技术研究院 For the micro-fluidic chip and cell screening method screened to specific cell
BR112017010818A2 (en) * 2014-11-24 2018-01-09 Harvard College systems for encapsulating assets within droplets and other compartments
CN105567560A (en) * 2015-12-30 2016-05-11 西安交通大学 Integrated liquid drop microfluidic chip
US9757728B2 (en) * 2016-01-26 2017-09-12 Lidong Qin Microfluidic aliquoting for single-cell isolation
US20170276527A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 General Electric Company System and method for metering gas
CN105821482B (en) * 2016-04-29 2018-04-10 李星军 A kind of biochemistry micro- reaction system, high-flux sequence build storehouse instrument and application
CN105944775B (en) * 2016-06-22 2018-04-10 苏州汶颢芯片科技有限公司 Unicellular separating micro-fluidic chip
CN106757516A (en) * 2017-01-09 2017-05-31 西南交通大学 The method that micro-fluidic electrostatic spinning prepares multilevel hierarchy high molecular superfine fiber
CN107007834A (en) * 2017-05-10 2017-08-04 苏州万化集成生物科技有限公司 Tumor thermotherapy pill and its preparation facilities, preparation technology

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