EP4323109A1 - L-kartusche - Google Patents

L-kartusche

Info

Publication number
EP4323109A1
EP4323109A1 EP22711934.4A EP22711934A EP4323109A1 EP 4323109 A1 EP4323109 A1 EP 4323109A1 EP 22711934 A EP22711934 A EP 22711934A EP 4323109 A1 EP4323109 A1 EP 4323109A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cartridge
projection
base
semi
finished products
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22711934.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Feichtinger
Jochen Hoffmann
Daniel Sebastian Podbiel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4323109A1 publication Critical patent/EP4323109A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/025—Align devices or objects to ensure defined positions relative to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/026—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • B01L2200/027—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details for microfluidic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/04—Exchange or ejection of cartridges, containers or reservoirs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0457—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces passive flow or gravitation

Definitions

  • Microfluidic analysis systems allow automated, reliable, fast, compact and cost-effective processing of patient samples for medical diagnostics.
  • complex molecular diagnostic test sequences can be carried out on a lab-on-chip cartridge, with the often passive cartridge being operated via a processing unit.
  • the documents DE 102016222 075 A1 and DE 102016222 072 A1 each describe a microfluidic system with a cartridge for receiving a biological sample and a processing unit for processing the sample in the cartridge, for example to detect pathogens in the sample.
  • Lab-on-chip cartridges can be manufactured inexpensively from polymers using series production processes such as injection molding, stamping or laser transmission welding.
  • the invention relates to a cartridge, wherein a base area of the cartridge has an L-shape.
  • the cartridge can in particular be a microfluidic cartridge, based in particular on the type and purpose of use, for example on a cartridge described in DE 102016222 075 A1 or DE 102016222 072 A1 and illustrated in Community design patent no Base has an L-shaped base.
  • the cartridge according to the invention can also be designed as part of a microfluidic system for the (partially) automated implementation of microfluidic processes for duplication and/or analysis of biological entities, in particular for the duplication and detection of (parts of) nucleic acids, for example for Detection of pathogens.
  • the base area can in particular, but not necessarily, be a surface of the cartridge, in particular the underside, for example a base plate in the case of a plate-shaped or layered structure of the cartridge.
  • the base area can be a maximum extent of the cartridge in one plane, in particular in the plane in which an area or length covered by the cartridge is at its maximum.
  • the base area can also be a cross section through the cartridge, in particular a cross section in a plane in which the cartridge has a maximum area and/or a maximum length as described above.
  • An L-shape can in particular be understood to mean that the shape of the base area is based on the shape of a capital letter L written in bold.
  • the base area can preferably resemble an L written in bold, with the horizontal line of the L being bolder than the vertical line of the L, preferably 1.1 to 2.5 times bolder, very preferably 1.5 to 2.1 - times bolder, for example 1.9 times bolder, so that the base resembles a bold L with a shortened vertical bar.
  • the two lines can also be referred to as the arms of the letter L or as the arms of the base.
  • the base area of the cartridge is therefore preferably approximately in the shape of the letter L, with the width of the part of the base area which corresponds to the vertical line of the L being significantly larger than the width of the part of the base area which corresponds to the horizontal line of the L .
  • the letter L can in particular also be understood as the vertically mirrored letter L, so that the horizontal line of the letter, starting from the vertical line, does not extend to the right but to the left.
  • the L-shape can preferably also be understood to mean that the cartridge has a base area based on a rectangle, with one corner area of the rectangle being missing, so that the cartridge can be arranged in such a way as to form a second cartridge with the same base area, so that a projection of the Base of a cartridge engages in the missing corner area of the base of the other cartridge.
  • One or more corners of the base area can be rounded, so that the base area is based on a rectangle with a missing corner area and rounded corners.
  • the missing corner area may preferably be based on or correspond to a shape of a square, a rectangle or a trapezoid.
  • the base area of the cartridge is preferably (approximately) in the shape of the letter L.
  • the base area is preferably based on a rectangle, with a corner area of the rectangle is missing, so that an area remaining due to the missing corner area (i.e. the projection mentioned above) can engage in the missing corner area of a second cartridge with the same base area.
  • the projection and the missing corner area can preferably also have the same or at least similar dimensions or shapes, in particular the area of the projection and the area of the missing corner area can have the same or similar dimensions or shapes.
  • similar dimensions can be understood to mean that the surface of the projection and the surface of the missing corner region are similar in the geometric sense, ie can be converted into one another by a similarity mapping.
  • similar dimensions can preferably be understood to mean that the area of the projection is designed to be smaller than the area of the missing corner area such that when two cartridges are arranged opposite one another with the same projections, the projections each engage in the missing corner areas of the other cartridge and where the outer edges of the cartridges are arranged along common alignment lines, a gap remains between the projections.
  • the area of the projection can be smaller, for example, by 1 to 10% or 1 to 5% than the area of the missing corner area.
  • the invention advantageously provides a cartridge which, on the one hand, can be produced in a resource-saving manner and in a significantly shorter time, and which can be stored and transported in a compact manner, and, on the other hand, enables advantageous microfluidic processing of a sample liquid within the microfluidic device based on gravity-based processes.
  • a particularly advantageous 2-in-1 production is possible due to the design of the base according to the invention.
  • exactly two cartridges can be aligned opposite to one another and intermesh and can thus be manufactured in a parallelized manner on a particularly small area.
  • a particularly cost-effective and efficient production of the L-cartridge is thus possible.
  • two oppositely aligned cartridges or semi-finished products for producing the cartridges can be processed on a surface of a workpiece carrier which corresponds to the surface of a second, particularly rectangular cartridge or semi-finished products for producing the second cartridge.
  • an already existing production line can advantageously be used variably for the production of at least two different cartridge types without major adjustments.
  • the design of the cartridge according to the invention - with a mutually oppositely oriented arrangement of a pair of cartridges or a pair of semi-finished products with the base according to the invention for the production of the cartridges - also enables particularly space-saving and compact storage and transport of large quantities of the Cartridge or semi-finished products for the production of the cartridge possible. Furthermore, the space required for autoclaving the cartridges or semi-finished products can be significantly reduced.
  • the cartridge according to the invention and in particular the base area of the cartridge has a high aspect ratio despite the compact and reduced size compared to known cartridges.
  • the gravitational force of the earth can be utilized with a corresponding inclination of the cartridge in the gravitational field for the transport of fluids along the entire length.
  • gravity-based functions such as gravity-based collection of a liquid at the lower end of a liquid reagent storage chamber or removal of gas bubbles in a microfluidic chamber can be used in a particularly advantageous manner by the buoyancy force acting on it.
  • the cartridge according to the invention is particularly resource-saving and sustainable, since the amount of waste when disposed of is reduced compared to cartridges with a completely rectangular shape.
  • the retained length and the associated projection of the base support backwards compatibility of the cartridges according to the invention in processing devices which are designed for processing cartridges of the same or similar length.
  • the invention provides a particularly advantageous form of cartridge for the implementation of a microfluidic network in the cartridge, the microfluidic network comprising, for example, fluidic and pneumatic microchannels and active microfluidic elements such as valves and pump chambers, which can be actuated via the pneumatic microchannels, and in particular a pneumatic interface for controlling the active microfluidic elements, which is located in the part of the cartridge that is particularly extensive in the horizontal direction.
  • the microfluidic network comprising, for example, fluidic and pneumatic microchannels and active microfluidic elements such as valves and pump chambers, which can be actuated via the pneumatic microchannels, and in particular a pneumatic interface for controlling the active microfluidic elements, which is located in the part of the cartridge that is particularly extensive in the horizontal direction.
  • the L-shape and in particular the projection of the cartridge associated with it also have the advantage that a user has several options for touching and gripping the cartridge in different ways. Depending on the actual proportions, the user can firmly hold the cartridge at the narrower projection in the case of a comparatively large design and at the broader end in the case of a small design. In this way, the L-shape of the cartridge enables the user to handle it particularly easily, safely and conveniently, for example when inserting a sample into the cartridge or when inserting the cartridge into a processing unit.
  • the projection has a tapering width at least in sections.
  • a tapering width can be realized in particular by two longitudinal sides of the projection, with a first longitudinal side and a second longitudinal side running towards one another along the projection.
  • Such a Tapering can further ease the user's handling of the cartridge by providing different widths for different sized hands.
  • two cartridges with the same base area can be arranged even more easily, as described above, opposite one another in an interlocking manner in a compact manner.
  • one of the two arms of the cartridge runs at a predetermined angle in such a way that its cross-sectional area decreases starting from the starting point of the second arm towards the end edge of the arm of the cartridge.
  • a longitudinal side (edge) and a transverse side (edge) of the base area can preferably be at an angle greater than 90 degrees, ie at an obtuse angle to one another.
  • the projection can have a width that tapers at least in sections.
  • the projection has a second projection.
  • the second protrusion is smaller than the first protrusion and preferably the second protrusion is located at a front of the first protrusion such that the second protrusion extends a length of the cartridge.
  • the second projection can be used to activate an interaction with the processing unit when the cartridge is received in the processing unit.
  • the second projection can trigger a mechanical actuation in the processing unit.
  • the second projection can be advantageously used for correct accommodation in the processing unit, for example as part of an anchoring or locking of the cartridge, for example by the second projection (preferably positively) engaging in a recess or groove in the processing unit.
  • a correct placement of the cartridge in the processing unit can advantageously be established via an optical or tactile detection of the second projection.
  • a length of a first dimension of the cartridge and a length of a second dimension of the cartridge are in a ratio of between 1.4 and 2.0, preferably between 1.5 and 1.7, very preferably between 1.58 and 1 .65, for example in the ratio of golden ratio of (approximately) 1.618.
  • the first dimension and the second dimension can in particular be parallel dimensions of the cartridge, in particular the length of the first arm (i.e. the length of the vertical line of the bold letter L) or the width of the second arm (i.e. the width of the horizontal stroke of the bold letter L).
  • one or more corners of the cartridge can be rounded off in preferred configurations of the invention, in particular one or more corners of the base area. This has the advantage that the risk of injury from sharp edges when using the cartridge is reduced. Furthermore, the rounded corners can facilitate insertion of the cartridge into a processing unit. In addition, rounded corners give the user a more comfortable feeling when handling the cartridge. In addition, mechanical forces, which can occur, for example, when a corner of the cartridge impacts another object, can be better dissipated within the cartridge and the risk of cracking can be reduced.
  • the cartridge has interfaces for processing in a processing unit, in which case the processing unit can also be designed as an analysis device.
  • the interfaces can be arranged at the same positions as in a second cartridge, for example rectangular in shape, which can be processed in the same processing unit. In this way, both cartridge types can be processed in a particularly advantageous manner in the same processing unit or in the same analysis device.
  • the invention also relates to a device comprising a first cartridge according to the invention and a second cartridge with the same base area, the two cartridges being connected to one another in such a way that a projection on the base area of one cartridge engages in the missing corner area of the base area of the other cartridge.
  • the second cartridge can also be a cartridge according to the invention.
  • the two cartridges can be connected via a connector, the connector preferably with respectively connected to the projections of the cartridges.
  • the invention also relates to a method for producing a cartridge according to the invention.
  • a first step two semi-finished products are arranged on a workpiece carrier, with the semi-finished products having an L-shaped base.
  • the semi-finished products can in particular be L-shaped base plates of the plastic cartridges.
  • the two semi-finished products are preferably arranged relative to one another in such a way that, as described above, they engage in one another in an oppositely aligned manner.
  • the two semi-finished products can also be physically connected to one another, for example as a result of an injection molding process.
  • the two semi-finished products are processed in parallel, with the processing comprising equipping the semi-finished products with further parts.
  • Parallel processing can in particular be understood to mean that both semi-finished products are subjected to further production steps in step with one another, preferably at the same time.
  • the two semi-finished products are each provided with a further semi-finished product, before the two semi-finished products are separated into two cartridges with an L-shaped basic shape in a fourth step.
  • the semi-finished products can be joined, for example, using series production technology such as laser transmission welding. Separation can generally be understood as a spatial separation of the two cartridges, but also a physical separation of parts of the two cartridges that were connected to one another via a common material, for example as a result of an injection molding process. Due to the L-shape of the bases, two cartridges according to the invention can thus be produced in parallel in a compact and time-saving manner.
  • the invention also relates to a method for processing a cartridge according to the invention, for example with a processing unit which is based on a processing unit for the inclined processing of cartridges, as for example in DE 102016222 075 A1 and DE 102016222 072 Al revealed.
  • Inclined processing is understood to mean in particular that the cartridge is aligned parallel or at an angle to the direction of gravity when processed by the processing unit as intended.
  • the processing unit can preferably have a receptacle and vertical or oblique fixation of the cartridge with respect to the earth's gravitational field, as described in DE 102016222 075 A1 and DE 10 2016222 072 A1. Due to the L-shape of the cartridge, the component of the gravitational field that does not disappear along the cartridge can be used particularly advantageously to transport fluid in the cartridge and/or to actuate or support elements such as valves or pumps will.
  • FIGS. 3, 4 flow charts of exemplary embodiments of the production method or processing method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a view of the top of a cartridge 100 according to the invention in a first embodiment.
  • the cartridge 100 has an L-shaped base 105 , with a base plate 105 enclosing the base 105 in this example and the base 105 thus corresponding to the underside of the cartridge 100 .
  • a cover 106 with a rectangular upper side and rounded corners is applied to the base plate 105 .
  • plates or layers can be arranged as parts of a multi-part structure of the cartridge 100.
  • the cartridge 100 and also the base 105 can be divided into an approximately rectangular first arm of length 110 and width 111 and an approximately rectangular second arm of length 120 and width 121 arranged transversely thereto, the first arm the vertical stroke of a bold capital L and the second arm resembles the horizontal stroke of a bold capital L.
  • the L-cartridge 100 has a first vertical dimension 110, which corresponds to a length of the first arm, and a first horizontal dimension 120, which corresponds to a length of the second arm.
  • the cartridge 100 has a second horizontal dimension 111, which corresponds to a width of the first arm, and a second vertical dimension 121, which corresponds to a width of the second arm.
  • the base 105 of the cartridge 100 thus approximately corresponds to two rectangles (corresponding to the arms mentioned above) which are at right angles to one another and partially overlap, so that the base 105 has the shape of a bold letter L or the base of the tool "Angle “ resembles.
  • the base area 105 corresponds in a first approximation to two rectangular legs arranged at right angles.
  • the part of the first arm that protrudes beyond the second arm is also referred to below as the projection 160 of the cartridge 100 .
  • the shape of the base 105 can also be viewed as being based on a rectangle, with a corner area of the rectangle being missing.
  • the missing corner area corresponds approximately to the exemplary embodiment shown in FIG a trapezium adjoining the projection 160, wherein one leg, which would correspond to an extension of the second vertical dimension 121, is at an angle of 90 degrees to the two base sides of the trapezium.
  • the first arm of the cartridge 100 may have a tapered width 111 sectioned along the first vertical dimension 110.
  • a taper can be realized in particular by an obtuse angle 114, i.e. an angle greater than 90 degrees, between two edges 112, 122 of the cartridge 100, the first edge 112 having the first arm, in particular the projection 160, with respect to the first vertical dimension 110 and wherein the second edge 122 defines the second arm opposite the first horizontal dimension 120.
  • the angle 114 can have a value between 90 and 135 degrees, preferably between 92 and 110 degrees, for example 98 degrees.
  • the taper can also be defined by an angle 115 between the first edge 112 and a line 113 parallel to the first vertical dimension 110, the angle having a value between 0.1 and 45 degrees, preferably between 2 and 20 degrees , can have, for example, 8 degrees.
  • the first arm of the cartridge 100 runs at a predetermined angle 114 in such a way that the width 111 of the part of the base 105 belonging to the first arm increases, starting from the starting point of the second arm, i.e. the width 111 of the projection 160, towards the end of the first arm of the cartridge is reduced.
  • the projection 160 can have a second projection 170, the second projection 170 preferably on a front side of the first projection 160, i.e. in particular on the edge of the second horizontal dimension 111 of the first projection 160 or on the width 111 of the first arm is arranged delimiting edge.
  • the second projection 170 can be used, for example, to activate a function or to ensure correct alignment when inserting the cartridge 100 into the processing unit.
  • the rectangle on which the shape of the base area 105 is based can, for example, have a dimension of 20 ⁇ 10 square millimeters (mm 2 ) to 300 ⁇ 200 mm 2 , preferably 50 ⁇ 20 mm 2 to 200 ⁇ 100 mm 2 , for example 118 ⁇ 78 mm 2 have.
  • a length of the first arm 110 or the first vertical dimension 110 is, for example, 20 millimeters (mm) to 300 mm, preferably 50 mm to 200 mm, for example 118 mm.
  • a width of the first arm 111 or the second horizontal dimension 111 is, for example, 20 mm to 100 mm, preferably 35 mm to 75 mm, for example 40 mm.
  • a length of the second arm 120 or of the first horizontal dimension 120 is, for example, 20 mm to 150 mm, preferably 35 mm to 125 mm, for example 78 mm.
  • a width of the second arm 121 or the second vertical dimension 121 is, for example, 20 mm to 150 mm, preferably 35 mm to 125 mm, for example 73 mm.
  • the ratio of the first vertical dimension 110 of, for example, 118 mm and the second vertical dimension 121 of, for example, 73 mm corresponds to approximately 1.618 and thus the golden section, which gives this exemplary embodiment of the cartridge 100 a particularly aesthetically palpable appearance.
  • the ratio is, for example, 1.4 to 2.0, preferably 1.5 to 1.7 and very preferably 1.58 to 1.65, ie approximately 1.618.
  • the ratio of the first vertical dimension 110 and the first horizontal dimension 120 corresponds to, for example, 1.4 to 2.0, preferably 1.5 to 1.7 and more preferably 1.58 to 1.65, ie approximately 1.618.
  • the cartridge 100 preferably comprises one or two sample input chambers 131, 132 for the input of a particularly biological sample, as described above.
  • the covers of the sample input chambers 131, 132 can form part of the cover 106 of the cartridge 105, with the cover 106 of the cartridge 100 covering an area of the base area 105, as shown in FIG. 1 and already described above.
  • the cartridge 100 has a pneumatic interface 150 which, for example, includes twenty pneumatic connection openings.
  • the pneumatic interface 150 is implemented in particular in the area of the second arm between the cover 106 and the projection 160 .
  • Angle 115 is particularly advantageous for contacting the active microfluidic elements in this arm via pneumatic channels to the pneumatic interface 150.
  • the cartridge 100 preferably has one or more microfluidic chambers 141 connected via microfluidic channels 146, in which, for example, a multiplication of sections of nucleic acids can take place, for example a polymerase chain reaction.
  • the chambers 141 can be seen on the upper side of the cartridge 100 due to the transparent material in order to observe and read out a reaction taking place in the chambers 141 .
  • the chambers 141 may be located in the boss 160 . This has the advantage that a sample input via the sample input chambers 131 , 132 can be processed along the entire length 110 of the cartridge 100 between the sample input chamber 131 , 132 and the chambers 141 .
  • a non-vanishing force component of the gravitational field 50 can thus advantageously along the first vertical dimension 110, i.e. along the first arm, for the transport of the sample and others Reagents in the cartridge 100 are utilized.
  • the liquids for processing within the cartridge 100 can be, for example, aqueous solutions, for example buffer solutions, in particular with components of a sample substance, as well as mineral oils, silicone oils or fluorinated hydrocarbons.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment which comprises two cartridges 101, 102 according to the invention which are aligned with one another.
  • One or both of the cartridges 101, 102 can be the exemplary embodiment of the cartridge 100 shown in FIG.
  • the two cartridges 101, 102 are aligned with one another in such a way that a projection 160 of one cartridge 101, 102 engages in the missing corner area of the base of the other cartridge 101, 102, spaced by a comparatively narrow one Gap 99 of constant width.
  • the two cartridges 101, 102 are oriented in opposite directions, so that the second cartridge 102 is rotated 180 degrees in relation to the first cartridge 101.
  • the projections 160 can be made slightly smaller in terms of their area than the areas of the missing corner areas, so that despite the arrangement of the two cartridges 101, 102 along common alignment lines, with the alignment lines overlapping with the edges of the vertical dimensions 110, 121, a gap 99 at or between the projections 160 remains.
  • cartridges 101, 102 according to the invention can be arranged and stored in a compact manner. Furthermore, the dimensions of the cartridge 100, 101, 102 according to the invention are preferably designed such that the sum of the base areas of the cartridges 101,
  • the first vertical dimension 110, the width of the gap 99 and the second vertical dimension 121 corresponds to a vertical dimension 201 of the rectangular cartridge 200.
  • the first horizontal dimension 120, i.e. the width of the cartridge 100, 101 according to the invention, 102 in this example the width 202 of the rectangular cartridge 200.
  • an area of the base area of the rectangular cartridge 200 corresponds to a length 120 of the second arm of the cartridge 100, 101, 102 times the sum of the length 110 of the first arm plus a width of the gap 99 plus the width 121 of the second arm.
  • the two cartridges 101, 102 can also be connected to one another, preferably via a connecting piece 190, which can consist, for example, of the same material as a base plate or other layer of the cartridge, and the two projections 160 of the cartridges 101, 102 across the gap 99 connects.
  • 2 also shows an exemplary embodiment of the device 300 according to the invention.
  • the device 300 comprises a first cartridge 101 according to the invention and a second cartridge 102 with the same base area, the two cartridges 101, 102 being connected to one another in such a way that a projection 160 of the base area a cartridge 101, 102 engages in the missing corner area of the base of the other cartridge 102, 101.
  • Figure 3 shows a flow chart of an exemplary embodiment of the production method 600 according to the invention, for example for the production of one of the cartridges 100, 101, 102 shown in Figure 1 or 2.
  • the semi-finished products can be, for example, plastic base plates of the cartridges 100, 101, 102 that are produced using an injection molding process.
  • the semi-finished products can in particular be arranged in the same way and in the opposite orientation, which means that the second semi-finished product is rotated 180 degrees in relation to the first semi-finished product.
  • the arrangement of the semi-finished products can, for example, already be defined during the manufacture of the semi-finished products.
  • the two semi-finished products are mechanically connected to one another, for example as a result of a joint injection molding process, so that the two semi-finished products can be traded as a coherent part.
  • the latter can be advantageous in order to enable the cartridge 100 to be manufactured as automated, efficiently and cost-effectively as possible.
  • the semi-finished products arranged on the workpiece carrier are processed in parallel.
  • the semi-finished products are transported to a special manufacturing station and/or the semi-finished products are fitted with additional parts and/or combined with other semi-finished products.
  • the equipping with additional parts can be done, for example, by inserting, inserting or plugging and/or latching.
  • the combination with other semi-finished products can be done, for example, by placing the other semi-finished products on the semi-finished products located on the workpiece carrier.
  • the semi-finished products or other parts are mechanically connected to one another as a common part in order to achieve particularly simple handling.
  • the tool carriers have adjustment pins which are inserted in adjustment through-holes of the semi-finished products in order to achieve a defined positioning of the semi-finished products on the workpiece carrier and a defined positioning of the semi-finished products relative to the semi-finished products.
  • the latter is used, for example, to prepare for a subsequent step of joining.
  • two semi-finished products located on the workpiece carrier are allocated, each with two further semi-finished products.
  • the joining of the semi-finished products can preferably take place in a parallelized manner in order to achieve a particularly high throughput during production.
  • the semi-finished products can be joined, for example, using a series production technology such as laser transmission welding.
  • step 604 of the method 600 one or more of the previous steps are repeated.
  • the steps of arranging 601, processing 602 and disposing 603 are carried out multiple times in order to produce multilayer cartridges 100, 101, 102 with inserted parts and at least one cover element attached.
  • the cartridges 100, 101, 102 formed from the optionally mechanically connected semi-finished products or parts are separated in order to form two separate cartridges 100, 101,
  • Separation can take place, for example, by mechanical breaking along predetermined breaking points or by a different type of separation process.
  • individual steps can be omitted or carried out repeatedly or their sequence can be interchanged with other steps.
  • the semi-finished products and other parts of the cartridge 100, 101, 102 can preferably be polymers such as polycarbonate (PC), polystyrene (PS), styrene-acrylonitrile copolymer (SAN), polypropylene (PP), polyethylene (PE), cycloolefin copolymer (COP, COC), polymethyl methacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS) or thermoplastic elastomers (TPE) such as polyurethane (TPU) or styrene block copolymer (TPS) and for example by series production processes such as injection molding, Thermoforming, stamping or laser transmission welding are manufactured in the course of the method 600 according to the invention.
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • SAN polypropylene
  • PE polyethylene
  • COP, COC polymethyl methacrylate
  • PMMA polydimethylsiloxane
  • TPE thermoplastic elastomers
  • Figure 4 shows a flowchart of an embodiment of the method 700 according to the invention for processing a cartridge 100, 101, 102 according to the invention, for example a cartridge 100, 101, 102 described in the above embodiments.
  • the cartridge 100 is introduced into a processing unit, in particular into an analysis device for analyzing a biological sample that can be processed in the cartridge 100, 101, 102.
  • a biological sample can be processed in the cartridge 100, 101, 102.
  • pathogens can be detected in a body fluid (blood, sputum or smear) with the aid of a polymerase chain reaction or isothermal amplification for amplifying nucleic acids of the pathogens.
  • the sample can include a liquid, in particular an aqueous solution, for example obtained from a biological substance, for example of human origin such as a body fluid, a smear, a secretion, sputum or a tissue sample.
  • the sample contains, for example, species of medical, clinical, diagnostic or therapeutic relevance such as bacteria, viruses, cells, circulating tumor cells, cell-free DNA, proteins or other biomarkers or in particular components from the objects mentioned.
  • the sample liquid is a master mix or components thereof, for example for carrying out at least one amplification reaction as described above.
  • the cartridge 100, 101, 102 is preferably aligned at an angle to the earth's gravitational field in order to enable gravity-based microfluidic processing of liquids within the cartridge 100, 101, 102.
  • Such an orientation of the cartridge 100, 101, 102 makes it possible, for example, for a released liquid reagent to collect at the lower end of a storage chamber and from there to be processed further in the microfluidic network of the cartridge 100, 101, 102.
  • the cartridge 100, 101, 102 is aligned so that an angle between a normal to the plane Base area and the direction of the gravitational field 50 is between 0 and 80 degrees, preferably 10 to 80 degrees, for example 30 degrees.
  • the L cartridge 100, 101, 102 is processed in the processing unit, for example in order to process a sample therein as explained above.
  • the cartridge 100, 101, 102 is output from the processing unit and an analysis result is preferably also output.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Mechanical Pencils And Projecting And Retracting Systems Therefor, And Multi-System Writing Instruments (AREA)
  • Pens And Brushes (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Kartusche (100, 101, 102) mit einer L-förmigen Grundfläche (105). Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung (600) und Prozessierung (700) solcher Kartuschen (100, 101, 102).

Description

Beschreibung
Titel
L- Kartusche
Stand der Technik
Mikrofluidische Analysesysteme (sogenannte Lab-on-Chips, kurz LoCs) erlauben ein automatisiertes, zuverlässiges, schnelles, kompaktes und kostengünstiges Prozessieren von Patientenproben für die medizinische Diagnostik. Durch die Kombination einer Vielzahl von Operationen für die kontrollierte Manipulation von Fluiden können komplexe molekulardiagnostische Testabläufe auf einer Lab-on- Chip- Kartusche durchgeführt werden, wobei die oftmals passive Kartusche über eine Prozessiereinheit betrieben wird. Beispielsweise beschreiben die Dokumente DE 102016222 075 Al und DE 102016222 072 Al jeweils ein mikrofluidisches System mit einer Kartusche zur Aufnahme einer biologischen Probe und einer Prozessiereinheit zur Prozessierung der Probe in der Kartusche, beispielsweise um Krankheitserreger in der Probe nachzuweisen.
Lab-on-Chip- Kartuschen können dabei kostengünstig aus Polymeren unter Verwendung von Serienfertigungsverfahren wie beispielsweise Spritzgießen, Stanzen oder Laserdurchstrahl-Schweißen hergestellt sein.
Abhängig von der gewählten Anwendung kann der Komplexitätsgrad eines molekulardiagnostischen Testablaufs variieren. Dementsprechend unterscheiden sich anwendungsspezifisch auch die Anforderungen, welche an eine Lab-on- Chip- Kartusche gestellt werden. Neben der Bereitstellung einer besonders universellen Kartusche, welche ein besonders großes Anwendungsspektrum adressiert, bietet sich insbesondere eine Bereitstellung von besonders kostengünstigen Kartuschen an, welche ein angepasstes, anforderungsoptimiertes Anwendungsspektrum aufweisen. Hierbei stellt sich die Frage nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung derartiger Kartuschen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung eine Kartusche, wobei eine Grundfläche der Kartusche eine L-Form aufweist.
Bei der Kartusche kann es sich insbesondere um eine mikrofluidische Kartusche handeln, insbesondere nach Art und Verwendungszweck basierend beispielsweise auf einer in DE 102016222 075 Al oder DE 102016222 072 Al beschriebenen und im Gemeinschaftsgeschmacksmuster Nr. 3459379 dargestellten Kartusche, wobei die erfindungsgemäße Kartusche abweichend von der rechteckigen Grundfläche eine L-förmige Grundfläche aufweist. Insbesondere kann auch die erfindungsgemäße Kartusche als Teil eines mikrofluidischen Systems für die (teil)automatisierte Durchführung von mikrofluidischen Prozessen für eine Vervielfältigung und/oder Analyse von biologischen Entitäten ausgebildet sein, insbesondere für die Vervielfältigung und den Nachweis von (Teilen von) Nukleinsäuren, beispielsweise zum Nachweis von Krankheitserregern.
Bei der Grundfläche kann es sich insbesondere, aber nicht zwingend um eine Oberfläche der Kartusche handeln, insbesondere um die Unterseite, beispielsweise um eine Bodenplatte bei einem plattenförmigen oder schichtförmigen Aufbau der Kartusche. Insbesondere kann es sich bei der Grundfläche um eine maximale Erstreckung der Kartusche in einer Ebene handeln, insbesondere in der Ebene, in welcher eine von der Kartusche abgedeckte Fläche oder Länge maximal ist. Alternativ kann es sich bei der Grundfläche auch um einen Querschnitt durch die Kartusche handeln, insbesondere um einen Querschnitt in einer Ebene, in welche die Kartusche wie oben beschrieben eine maximale Fläche und/oder eine maximale Länge aufweist. Unter einer L-Form kann insbesondere verstanden werden, dass die Form der Grundfläche auf der Form eines fett geschriebenen Großbuchstabens L basiert. Vorzugsweise kann die Grundfläche dabei einem fett geschriebenen L ähneln, wobei der horizontale Strich des L fetter als der vertikale Strich des L ausgeführt ist, bevorzugt 1,1- bis 2,5-mal fetter, ganz bevorzugt 1,5- bis 2,1-mal fetter, beispielsweise 1,9-mal fetter, so dass die Grundfläche einem fetten L mit verkürztem vertikalen Strich ähnelt. Die beiden Striche können im Folgenden auch als Arme des Buchstabens L beziehungsweise als Arme der Grundfläche bezeichnet werden. Bevorzugt weist die Grundfläche der Kartusche somit annähernd die Form des Buchstabens L auf, wobei die Breite des Teils der Grundfläche, welcher dem vertikalen Strichs des L entspricht, deutlich größer sein kann als die Breite des Teils der Grundfläche, der dem horizontalen Strich des L entspricht. Unter dem Buchstaben L kann insbesondere auch der vertikal gespiegelte Buchstabe L verstanden werden, so dass sich der horizontale Strich des Buchstabens ausgehend vom vertikalen Strich nicht nach rechts, sondern nach links erstreckt.
Unter der L-Form kann vorzugsweise auch verstanden werden, dass die Kartusche eine auf einem Rechteck basierende Grundfläche aufweist, wobei ein Eckbereich des Rechtecks fehlt, so dass die Kartusche derart zu einer zweiten Kartusche mit gleicher Grundfläche angeordnet werden kann, dass jeweils ein Vorsprung der Grundfläche einer Kartusche in den fehlenden Eckbereich der Grundfläche der anderen Kartusche eingreift. Dabei können ein oder mehrere Ecken der Grundfläche abgerundet sein, so dass die Grundfläche entsprechend auf einem Rechteck mit fehlendem Eckbereich und abgerundeten Ecken basiert. Der fehlende Eckbereich kann vorzugsweise auf einer Form eines Quadrats, eines Rechtecks oder eines Trapezes basieren oder einer derartigen Form entsprechen. Im Falle des Trapezes steht bevorzugt ein Schenkel des Trapezes, welcher einem Teil einer Außenkante der Grundfläche entspräche, in jeweils rechtem Winkel zu den Grundseiten des Trapezes, so dass das Trapez nur eine Seite aufweist, welche nicht in rechtem Winkel zu den angrenzenden anderen Seiten steht. Aufgrund dieses fehlenden Eckbereichs und des daraus resultierenden Vorsprungs weist die Grundfläche der Kartusche somit vorzugsweise (annähernd) die Form des Buchstabens L auf. Mit anderen Worten basiert die Grundfläche vorzugsweise auf einem Rechteck, wobei ein Eckbereich des Rechtecks fehlt, so dass ein durch den fehlenden Eckbereich verbleibender Bereich (also der oben genannte Vorsprung) in den fehlenden Eckbereich einer zweiten Kartusche mit gleicher Grundfläche eingreifen kann. Somit können der Vorsprung und der fehlende Eckbereich vorzugsweise auch die gleichen oder zumindest ähnliche Abmessungen oder Formen aufweisen, insbesondere können die Fläche des Vorsprungs und die Fläche des fehlenden Eckbereichs die gleichen oder ähnliche Abmessungen oder Formen aufweisen. Unter ähnlichen Abmessungen kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung verstanden werden, dass die Fläche des Vorsprungs und die Fläche des fehlenden Eckbereichs im geometrischen Sinne ähnlich sind, also durch eine Ähnlichkeitsabbildung ineinander überführt werden können. Ferner kann unter ähnlichen Abmessungen vorzugsweise verstanden werden, dass die Fläche des Vorsprungs derart kleiner als die Fläche des fehlenden Eckbereichs ausgebildet ist, dass bei einer entgegengesetzten Anordnung zweier Kartuschen mit gleichen Vorsprüngen, wobei die Vorsprünge jeweils in die fehlenden Eckbereiche der anderen Kartusche eingreifen und wobei die Außenkanten der Kartuschen entlang gemeinsamer Fluchtlinien angeordnet sind, ein Spalt zwischen den Vorsprüngen verbleibt. Die Fläche des Vorsprungs kann dabei beispielsweise um 1 bis 10% oder 1 bis 5% kleiner als die Fläche des fehlenden Eckbereichs sein.
Durch die Erfindung wird vorteilhafterweise eine Kartusche bereitgestellt, welche einerseits in ressourcenschonender Weise und deutlich verkürzter Zeit herstellbar ist und in kompakter Weise gelagert und transportiert werden kann sowie andererseits eine vorteilhafte mikrofluidische Prozessierung einer Probenflüssigkeit innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung auf Grundlage schwerkraft-basierter Prozesse ermöglicht.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Grundfläche ist eine besonders vorteilhafte 2-in-l- Fertigung möglich. Insbesondere können genau zwei Kartuschen entgegengesetzt zueinander und ineinandergreifend ausgerichtet und so auf einer besonders kleinen Fläche in parallelisierter Art und Weise gefertigt werden. Damit ist eine besonders kostengünstige und effiziente Fertigung der L-Kartusche möglich. Insbesondere können zwei entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Kartuschen oder auch Halbzeuge zur Herstellung der Kartuschen auf einer Fläche eines Werkstückträgers prozessiert werden, welche der Fläche einer zweiten insbesondere rechteckig ausgeformten Kartusche beziehungsweise Halbzeugen zur Herstellung der zweiten Kartusche entspricht. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise eine bereits bestehende Fertigungslinie ohne größere Anpassungen variabel für die Produktion von wenigstens zwei unterschiedlichen Kartuschen-Typen eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kartusche - bei einer zueinander entgegengesetzt orientierten Anordnung von jeweils einem Paar der Kartuschen oder einem Paar von Halbzeugen mit der erfindungsgemäßen Grundfläche zur Herstellung der Kartuschen - zudem eine besonders platzsparende und kompakte Lagerung sowie ein Transport von großen Stückzahlen der Kartusche beziehungsweise Halbzeugen zur Herstellung der Kartusche möglich. Ferner kann der für ein Autoklavieren der Kartuschen oder Halbzeuge erforderliche Platzbedarf deutlich reduziert werden.
Besonders vorteilhaft ist ferner, dass die erfindungsgemäße Kartusche und insbesondere die Grundfläche der Kartusche trotz der kompakten und gegenüber bekannten Kartuschen reduzierten Größe ein hohes Aspektverhältnis aufweist. Durch die Beibehaltung der vergleichsweise großen Länge der Kartusche kann die Gravitationskraft der Erde bei entsprechender Neigung der Kartusche im Gravitationsfeld für die Beförderung von Fluiden entlang der gesamten Länge ausgenutzt werden. Mit anderen Worten können vorteilhafterweise schwerkraft basierte Funktionen wie beispielsweise ein schwerkraft-basiertes Sammeln einer Flüssigkeit am unteren Ende einer Flüssigreagenzien-Vorlagerungskammer oder ein Abführen von Gasblasen in einer mikrofluidischen Kammer durch die auf diese wirkende Auftriebskraft in besonders vorteilhafter Weise ausgenutzt werden.
Insbesondere liegt damit bei einer schwerkraft-basierten mikrofluidischen Prozessierung kein deutlicher technischer Nachteil gegenüber einer beispielsweise flächenmäßig größeren, rechteckig ausgeformten Kartusche mit vergleichbarer vertikaler räumlicher Ausdehnung vor. Durch den verringerten Materialbedarf ist die erfindungsgemäße Kartusche hingegen besonders ressourcenschonend und nachhaltig, da die Menge an Abfall bei einer Entsorgung gegenüber vollständig rechteckig ausgeformten Kartuschen reduziert ist.
Darüber hinaus unterstützen die beibehaltene Länge und der damit verbundene Vorsprung der Grundfläche eine Rückwärtskompatibilität der erfindungsgemäßen Kartuschen in Prozessiergeräten, welche für die Prozessierung von Kartuschen mit gleicher oder ähnlicher Länge ausgestaltet sind.
Ferner stellt die Erfindung eine besonders vorteilhafte Form der Kartusche für die Implementierung eines mikrofluidischen Netzwerks in die Kartusche bereit, wobei das mikrofluidische Netzwerk beispielsweise fluidische und pneumatische Mikrokanäle umfasst sowie aktive mikrofluidische Elemente wie Ventile und Pumpkammern, welche über die pneumatischen Mikrokanäle aktuiert werden können, und insbesondere eine Pneumatik-Schnittstelle zur Ansteuerung der aktiven mikrofluidischen Elemente, welche sich in dem in horizontaler Richtung besonders weit ausgedehnten Teil der Kartusche befindet.
Die L-Form und insbesondere der damit verbundene Vorsprung der Kartusche haben auch den Vorteil, dass ein Benutzer mehrere Möglichkeiten hat, die Kartusche auf unterschiedliche Weise anzufassen und zu greifen. Abhängig von den tatsächlichen Größenverhältnissen kann der Benutzer bei einer vergleichsweise großen Ausgestaltung die Kartusche an dem schmaleren Vorsprung und bei einer kleinen Ausgestaltung am breiteren Ende robust in die Hand nehmen. Auf diese Weise ermöglicht die L-Form der Kartusche ein besonders einfaches, sicheres und komfortables Handling durch den Benutzer beispielsweise beim Eingeben einer Probe in die Kartusche oder bei der Eingabe der Kartusche in eine Prozessiereinheit.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Vorsprung zumindest abschnittsweise eine sich verjüngende Breite auf. Eine solche sich verjüngende Breite kann insbesondere durch zwei Längsseiten des Vorsprungs realisiert sein, wobei eine erste Längsseite und eine zweite Längsseite entlang des Vorsprungs aufeinander zu laufen. Ein solche Verjüngung kann den Umgang mit der Kartusche für den Benutzer weiter erleichtern, da damit unterschiedliche Breiten für unterschiedliche große Hände bereitgestellt werden. Ferner können zwei Kartuschen mit gleicher Grundfläche noch einfacher, wie oben beschrieben, entgegengesetzt zueinander ineinandergreifend kompakt zueinander angeordnet werden. Mit anderen Worten läuft einer der beiden Arme der Kartusche in einem vorgegebenen Winkel zu in der Art, dass sich dessen Querschnittsfläche ausgehend von dem Ansatzpunkt des zweiten Arms hin zu der Endkante des Arms der Kartusche verringert.
Eine Längsseite(nkante) und eine Querseite(nkante) der Grundfläche können bevorzugt in einem Winkel größer als 90 Grad, also im stumpfen Winkel zueinanderstehen. Dadurch kann, wie oben beschrieben, der Vorsprung eine zumindest abschnittsweise sich verjüngende Breite aufweisen.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Vorsprung einen zweiten Vorsprung auf. Vorzugsweise ist der zweite Vorsprung kleiner als der erste Vorsprung und bevorzugt ist der zweite Vorsprung an einer Vorderseite des ersten Vorsprungs angeordnet, so dass der zweite Vorsprung eine Länge der Kartusche verlängert. Ein solcher zweiter Vorsprung hat den Vorteil, dass der zweite Vorsprung für eine Aktivierung einer Wechselwirkung mit der Prozessiereinheit genutzt werden kann, wenn die Kartusche in die Prozessiereinheit aufgenommen wird. Beispielsweise kann der zweite Vorsprung eine mechanische Aktuierung in der Prozessiereinheit auslösen. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Vorsprung für eine korrekte Aufnahme in der Prozessiereinheit vorteilhaft genutzt werden, beispielsweise als Teil einer Verankerung oder Arretierung der Kartusche, beispielsweise indem der zweite Vorsprung (vorzugsweise formschlüssig) in eine Ausnehmung oder Nut in der Prozessiereinheit eingreift. Alternativ oder zusätzlich kann eine korrekte Platzierung der Kartusche in der Prozessiereinheit vorteilhafterweise über eine optische oder taktile Erfassung des zweiten Vorsprungs festgestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung stehen eine Länge einer ersten Abmessung der Kartusche und eine Länge einer zweiten Abmessung der Kartusche in einem Verhältnis zwischen 1,4 und 2,0, bevorzugt zwischen 1,5 und 1,7, ganz bevorzugt zwischen 1,58 und 1,65, beispielsweise im Verhältnis des goldenen Schnitts von (annähernd) 1,618. Bei der ersten Abmessung und bei der zweiten Abmessung kann es sich insbesondere um parallele Abmessungen der Kartusche handeln, insbesondere um die Länge des ersten Arms (also der Länge des vertikalen Strichs des fetten Buchstaben L) beziehungsweise die Breite des zweiten Arms (also der Breite des horizontalen Strichs des fetten Buchstaben L).
Wie oben bereits angeführt, können in bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung eine oder mehrere Ecken der Kartusche abgerundet sein, insbesondere eine oder mehrere Ecken der Grundfläche. Dies hat den Vorteil, dass eine Gefahr einer Verletzung durch scharfe Kanten bei der Benutzung der Kartusche reduziert ist. Ferner können die abgerundeten Ecken eine Einführung der Kartusche in eine Prozessiereinheit erleichtern. Außerdem vermitteln abgerundete Ecken dem Benutzer ein angenehmeres Gefühl beim Umgang mit der Kartusche. Darüber hinaus können mechanische Kräfte, welche beispielsweise bei einem Aufprall einer Ecke der Kartusche auf ein anderes Objekt auftreten können, besser innerhalb der Kartusche abgeleitet werden und das Risiko einer Rissbildung kann vermindert werden.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Kartusche Schnittstellen für die Prozessierung in einer Prozessiereinheit auf, wobei die Prozessiereinheit auch als Analysegerät ausgeführt sein kann. Dabei können die Schnittstellen an denselben Positionen wie bei einer zweiten beispielsweise rechteckig ausgeformten Kartusche angeordnet sein, welche in derselben Prozessiereinheit prozessiert werden kann. Auf diese Weise können beide Kartuschen-Typen in besonders vorteilhafter Weise in derselben Prozessiereinheit oder demselben Analysegerät prozessiert werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, umfassend eine erste erfindungsgemäße Kartusche und eine zweite Kartusche mit gleicher Grundfläche, wobei die beiden Kartuschen derart miteinander verbunden sind, dass jeweils ein Vorsprung der Grundfläche einer Kartusche in den fehlenden Eckbereich der Grundfläche der anderen Kartusche eingreift. Insbesondere kann es sich bei der zweiten Kartusche ebenfalls um eine erfindungsgemäße Kartusche handeln. Vorzugsweise können die beiden Kartuschen über ein Verbindungsstück verbunden sein, wobei das Verbindungsstücke bevorzugt mit jeweils den Vorsprüngen der Kartuschen verbunden ist. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass jeweils zwei Kartuschen auf kompakte Weise benutzt werden können, insbesondere auf einfache Weise transportiert und gelagert, und erst kurz vor dem bestimmungsgemäßen Gebrauch voneinander getrennt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kartusche. In einem ersten Schritt erfolgt ein Anordnen zweier Halbzeuge auf einem Werkstückträger, wobei die Halbzeuge eine L-förmige Grundfläche aufweisen. Bei den Halbzeugen kann es sich insbesondere um L-förmige Bodenplatten der Kartuschen aus Kunststoff handeln. Vorzugweise werden die beiden Halbzeuge derart zueinander angeordnet, dass sie wie oben beschrieben entgegengesetzt ausgerichtet ineinander eingreifen. Die beiden Halbzeuge können dabei auch physisch miteinander verbunden sein, beispielsweise als Resultat eines Spritzgießverfahrens. In einem zweiten Schritt erfolgt eine parallele Prozessierung der beiden Halbzeuge, wobei die Prozessierung eine Bestückung der Halbzeuge mit weiteren Teilen umfasst. Unter einer parallelen Prozessierung kann insbesondere verstanden werden, dass beide Halbzeuge im Gleichschritt, vorzugsweise gleichzeitig, weiteren Herstellschritten unterworfen werden. Gemäß einem dritten Schritt des Verfahrens erfolgt eine Verfügung der beiden Halbzeuge mit jeweils einem weiteren Halbzeug, bevor in einem vierten Schritt die beiden Halbzeuge zu zwei Kartuschen mit L-förmiger Grundform vereinzelt werden. Das Verfügen der Halbzeuge kann beispielsweise mit einer Serienfertigungstechnologie wie Laserdurchstrahl-Schweißen erfolgen. Unter einer Vereinzelung kann dabei allgemein eine räumliche Trennung der beiden Kartuschen verstanden werden, aber auch eine physische Trennung von Teilen der beiden Kartuschen, die über ein gemeinsames Material miteinander verbunden waren, beispielsweise als Folge eines Spritzgießverfahrens. Aufgrund der L-Form der Grundflächen können somit zwei erfindungsgemäße Kartuschen auf kompakte und zeitsparende Weise parallel hergestellt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Prozessierung einer erfindungsgemäßen Kartusche, beispielsweise mit einer Prozessiereinheit, welche auf einer Prozessiereinheit zur geneigten Prozessierung von Kartuschen basiert, wie beispielsweise in DE 102016222 075 Al und DE 102016222 072 Al offenbart. Unter einer geneigten Prozessierung wird insbesondere verstanden, dass die Kartusche bei bestimmungsgemäßer Prozessierung durch die Prozessiereinheit parallel oder schräg zur Richtung der Erdanziehung ausgerichtet ist. Dazu kann vorzugsweise die Prozessiereinheit eine Aufnahme und vertikale beziehungsweise schräge Fixierung der Kartusche bezüglich des Gravitationsfelds der Erde aufweisen, wie in DE 102016222 075 Al und DE 10 2016222 072 Al beschrieben. Aufgrund der L-Form der Kartusche kann dabei, wie oben ausgeführt, die entlang der Kartusche nicht-verschwindende Komponente des Gravitationsfelds zur Beförderung von Fluid in der Kartusche und/oder zur Aktuierung oder Unterstützung von Elementen, wie beispielsweise Ventilen oder Pumpen, besonders vorteilhaft ausgenutzt werden.
Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Verfahren wird auch auf die oben ausgeführten korrespondierenden Vorteile der erfindungsgemäßen Kartusche verwiesen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.
Es zeigen
Figuren 1, 2 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kartusche und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie
Figuren 3, 4 Flussdiagramme von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens beziehungsweise Prozessierverfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ansicht auf die Oberseite einer erfindungsgemäßen Kartusche 100 in einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Kartusche 100 weist eine L-förmige Grundfläche 105 auf, wobei in diesem Beispiel eine Bodenplatte 105 die Grundfläche 105 umfasst und somit die Grundfläche 105 der Unterseite der Kartusche 100 entspricht. Auf der Bodenplatte 105 ist ein Deckel 106 mit rechteckiger Oberseite und abgerundeten Ecken aufgebracht. Zwischen der Bodenplatte 105 und dem Deckel 106 können weitere Lagen, Platten oder Schichten als Teile eines mehrteiligen Aufbaus der Kartusche 100 angeordnet sein.
Die Kartusche 100 und auch die Grundfläche 105 können für Zwecke der Benennung in einen annähernd rechteckigen ersten Arm der Länge 110 und Breite 111 sowie in einen quer dazu angeordneten, annähernd rechteckigen zweiten Arm der Länge 120 und Breite 121 gedanklich aufgeteilt werden, wobei der erste Arm dem vertikalen Strich eines fett geschriebenen Großbuchstabens L und der zweite Arm dem horizontalen Strich eines fett geschriebenen Großbuchstabens L ähnelt. Anders formuliert weist die L- Kartusche 100 eine erste vertikale Abmessung 110, welcher einer Länge des ersten Arms entspricht, und eine erste horizontale Abmessung 120 auf, welcher einer Länge des zweiten Arms entspricht. Ferner weist die Kartusche 100 eine zweite horizontale Abmessung 111, welcher einer Breite des ersten Arms entspricht, und eine zweite vertikale Abmessung 121 auf, welcher einer Breite des zweiten Arms entspricht. Annähernd entspricht die Grundfläche 105 der Kartusche 100 somit zwei Rechtecken (entsprechend den oben genannten Armen), die in einem rechten Winkel zueinanderstehen und sich teilweise überlappen, so dass die Grundfläche 105 die Form eines fett geschriebenen Buchstabens L aufweist beziehungsweise der Grundfläche des Werkzeugs „Winkel“ ähnelt. Mit anderen Worten entspricht die Grundfläche 105 in erster Näherung zwei rechtwinklig angeordneten rechteckigen Schenkeln. Der über den zweiten Arm hinausragende Teil des ersten Arms wird dabei im Weiteren auch als Vorsprung 160 der Kartusche 100 bezeichnet.
Die Form der Grundfläche 105 kann auch als auf einem Rechteck basierend angesehen werden, wobei ein Eckbereich des Rechtecks fehlt. Der fehlende Eckbereich entspricht im Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel annähernd einem an den Vorsprung 160 angrenzenden Trapez, wobei ein Schenkel, welcher einer Verlängerung der zweiten vertikalen Abmessung 121 entspräche, zu den beiden Grundseiten des Trapezes jeweils in einem Winkel von 90 Grad steht.
Wie in Figur 1 dargestellt, kann der erste Arm der Kartusche 100, insbesondere der Vorsprung 160, eine sich entlang der ersten vertikalen Abmessung 110 abschnittsweisende verjüngende Breite 111 aufweisen. Eine solche Verjüngung kann insbesondere durch einen stumpfen Winkel 114, also einen Winkel größer als 90 Grad, zwischen zwei Kanten 112, 122 der Kartusche 100 realisiert werden, wobei die erste Kante 112 den ersten Arm, insbesondere den Vorsprung 160, gegenüber der ersten vertikalen Abmessung 110 begrenzt und wobei die zweite Kante 122 den zweiten Arm gegenüber der ersten horizontalen Abmessung 120 begrenzt. Beispielsweise kann der Winkel 114 einen Wert zwischen 90 und 135 Grad, bevorzugt zwischen 92 und 110 Grad, beispielsweise 98 Grad aufweisen. Alternativ zum Winkel 114 kann die Verjüngung auch durch einen Winkel 115 zwischen der ersten Kante 112 und einer zu der ersten vertikalen Abmessung 110 parallelen Linie 113 festgelegt werden, wobei der Winkel einen Wert zwischen 0,1 und 45 Grad, bevorzugt zwischen 2 und 20 Grad, beispielsweise 8 Grad aufweisen kann. Insbesondere läuft somit der erste Arm der Kartusche 100 in einem vorgegebenen Winkel 114 derart zu, dass sich die Breite 111 des zum ersten Arm gehörigen Teils der Grundfläche 105 ausgehend von dem Ansatzpunkt des zweiten Arms, also die Breite 111 des Vorsprungs 160, hin zum Ende des ersten Arms der Kartusche verringert.
Wie ebenfalls in Figur 1 gezeigt, kann der Vorsprung 160 einen zweiten Vorsprung 170 aufweisen, wobei der zweite Vorsprung 170 vorzugsweise an einer Vorderseite des ersten Vorsprungs 160, also insbesondere an der Kante der zweiten horizontalen Abmessung 111 des ersten Vorsprungs 160 beziehungsweise an der die Breite 111 des ersten Arms begrenzenden Kante angeordnet ist. Der zweite Vorsprung 170 kann beispielsweise zu einer Aktivierung einer Funktion oder einer korrekten Ausrichtung beim Einbringen der Kartusche 100 in die Prozessiereinheit dienen. Das Rechteck, auf welchem die Form der Grundfläche 105 basiert, kann beispielsweise eine Abmessung von 20 x 10 Quadratmillimeter (mm2) bis 300 x 200 mm2, bevorzugt 50 x 20 mm2 bis 200 x 100 mm2, beispielsweise 118 x 78 mm2 aufweisen. Eine Länge des ersten Arms 110 beziehungsweise der ersten vertikalen Abmessung 110 beträgt beispielsweise 20 Millimeter (mm) bis 300 mm, bevorzugt 50 mm bis 200 mm, beispielsweise 118 mm. Eine Breite des ersten Arms 111 beziehungsweise der zweiten horizontalen Abmessung 111 beträgt beispielsweise 20 mm bis 100 mm, bevorzugt 35 mm bis 75 mm, beispielsweise 40 mm. Eine Länge des zweiten Arms 120 beziehungsweise der ersten horizontalen Abmessung 120 beträgt beispielsweise 20 mm bis 150 mm, bevorzugt 35 mm bis 125 mm, beispielsweise 78 mm. Eine Breite des zweiten Arms 121 beziehungsweise der zweiten vertikalen Abmessung 121 beträgt beispielsweise 20 mm bis 150 mm, bevorzugt 35 mm bis 125 mm, beispielsweise 73 mm. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht das Verhältnis aus der ersten vertikalen Abmessung 110 von beispielsweise 118 mm und der zweiten vertikalen Abmessungen 121 von beispielsweise 73 mm annähernd 1,618 und damit dem goldenen Schnitt, was diesem Ausführungsbeispiel der Kartusche 100 ein als besonders ästhetisch empfindbares Erscheinungsbild verleiht. In anderen Ausführungsbeispielen beträgt das Verhältnis beispielsweise 1,4 bis 2,0, bevorzugt 1,5 bis 1,7 und ganz bevorzugt 1,58 bis 1,65, also annähernd 1,618. Ebenso entspricht das Verhältnis aus der ersten vertikalen Abmessung 110 und der ersten horizontalen Abmessung 120 beispielsweise 1,4 bis 2,0, bevorzugt 1,5 bis 1,7 und ganz bevorzugt 1,58 bis 1,65, das heißt annähernd 1,618.
Die Kartusche 100 umfasst vorzugsweise eine oder zwei Probeneingabekammern 131, 132 zur Eingabe einer insbesondere biologischen Probe, wie oben beschrieben. Deckel der Probeneingabekammern 131, 132 können dabei einen Teil des Deckels 106 der Kartusche 105 bilden, wobei der Deckel 106 der Kartusche 100, wie in Figur 1 dargestellt und oben bereits beschrieben, einen Bereich der Grundfläche 105 abdeckt. Wie ferner in Figur 1 dargestellt, weist die Kartusche 100 eine pneumatische Schnittstelle 150 auf, welche beispielsweise zwanzig pneumatische Anschlussöffnungen umfasst. Die pneumatische Schnittstelle 150 ist dabei wie gezeigt insbesondere im Bereich des zweiten Arms zwischen dem Deckel 106 und dem Vorsprung 160 umgesetzt. Somit ist die Ausgestaltung des ersten Arms der Kartusche in einem zulaufenden Winkel 115 besonders vorteilhaft für eine Kontaktierung der aktiven mikrofluidischen Elemente in diesem Arm über pneumatische Kanäle zu der pneumatischen Schnittstelle 150.
Außerdem weist die Kartusche 100 vorzugsweise ein oder mehrere über mikrofluidische Kanäle 146 verbundene mikrofluidische Kammern 141 auf, in welchen beispielsweise eine Vervielfältigung von Abschnitten von Nukleinsäuren stattfinden kann, beispielsweise eine Polymerase- Kettenreaktion. Die Kammern 141 können dabei wie dargestellt auf der Oberseite der Kartusche 100 aufgrund transparentem Materials einsehbar sein, um eine in den Kammern 141 ablaufende Reaktion zu beobachten und auszulesen. Wie gezeigt, können sich die Kammern 141 insbesondere im Vorsprung 160 befinden. Dies hat den Vorteil, dass eine Prozessierung einer über die Probeeingabekammern 131, 132 eingegebenen Probe entlang der gesamten Länge 110 der Kartusche 100 zwischen der Probeneingabekammer 131, 132 und den Kammern 141 erfolgen kann. Bei einer schrägen oder vertikalen Ausrichtung der Kartusche 100 in einem Gravitationsfeld 50 wie beispielsweise dem Schwerefeld der Erde kann somit vorteilhafterweise eine nicht-verschwindende Kraftkomponente des Gravitationsfeldes 50 entlang der ersten vertikalen Abmessung 110, also entlang des ersten Arms, für die Beförderung der Probe und anderen Reagenzien in der Kartusche 100 ausgenutzt werden. Bei den Flüssigkeiten für eine Prozessierung innerhalb der Kartusche 100 kann es sich beispielsweise um wässrige Lösungen, beispielsweise Pufferlösungen, insbesondere mit Bestandteilen einer Probensubstanz sowie um Mineralöle, Silikonöle oder fluorierte Kohlenwasserstoffe handeln.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches zwei zueinander ausgerichtete erfindungsgemäße Kartuschen 101, 102 umfasst. Bei einer oder beiden der Kartuschen 101, 102 kann es sich um das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Kartusche 100 handeln.
Wie auf der linken Seite in Figur 2 dargestellt, sind die beiden Kartuschen 101, 102 derart zueinander ausgerichtet, dass jeweils ein Vorsprung 160 einer Kartusche 101, 102 in den fehlenden Eckbereich der Grundfläche der anderen Kartusche 101, 102 eingreift, beabstandet durch einen vergleichsweise schmalen Spalt 99 konstanter Breite. Mit anderen Worten sind die beiden Kartuschen 101, 102 entgegengesetzt orientiert, so dass die zweite Kartusche 102 um 180 Grad gedreht gegenüber der ersten Kartusche 101 vorliegt. Dabei können die Vorsprünge 160 bezogen auf ihre Fläche etwas kleiner ausgeführt sein als die Flächen der jeweils fehlenden Eckbereiche, so dass trotz Anordnung der beiden Kartuschen 101, 102 entlang gemeinsamer Fluchtlinien, wobei sich die Fluchtlinien mit den Kanten der vertikalen Abmessungen 110, 121 überdecken, ein Spalt 99 an beziehungsweise zwischen den Vorsprüngen 160 verbleibt.
Diese Anordnung zeigt anschaulich mehrere Vorteile der erfindungsgemäßen Kartusche. Wie gezeigt können jeweils zwei erfindungsgemäße Kartuschen 101, 102 kompakt angeordnet und gelagert werden. Ferner sind die Abmessungen der erfindungsgemäßen Kartusche 100, 101, 102 vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Summe der Grundflächen der derart angeordneten Kartuschen 101,
102, abgesehen von dem Spalt 99, der Grundfläche einer bisherigen rechteckigen Kartusche 200 (rechts in Figur 2 dargestellt) entspricht. Wie gezeigt entspricht dabei die Summe der ersten vertikalen Abmessung 110, der Breite des Spalts 99 und der zweiten vertikalen Abmessung 121 einer vertikalen Abmessung 201 der rechteckigen Kartusche 200. Ferner entspricht die erste horizontale Abmessung 120, also die Breite der erfindungsgemäßen Kartusche 100, 101, 102, in diesem Beispiel der Breite 202 der rechteckigen Kartusche 200. Mit anderen Worten entspricht ein Flächeninhalt der Grundfläche der rechteckigen Kartusche 200 einer Länge 120 des zweiten Arms der erfindungsgemäßen Kartusche 100, 101, 102 mal der Summe aus der Länge 110 des ersten Arms plus einer Breite des Spalts 99 plus der Breite 121 des zweiten Arms.
Die beiden Kartuschen 101, 102 können auch miteinander verbunden sein, vorzugsweise über ein Verbindungsstück 190, welches beispielsweise aus dem gleichen Material wie eine Bodenplatte oder andere Schicht der Kartusche bestehen kann, und die beiden Vorsprünge 160 der Kartuschen 101, 102 über den Spalt 99 hinweg verbindet. Somit zeigt Figur 2 auch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 300. Die Vorrichtung 300 umfasst dabei eine erste erfindungsgemäße Kartusche 101 und eine zweite Kartusche 102 mit gleicher Grundfläche, wobei die beiden Kartuschen 101, 102 derart miteinander verbunden sind, dass jeweils ein Vorsprung 160 der Grundfläche einer Kartusche 101, 102 in den fehlenden Eckbereich der Grundfläche der anderen Kartusche 102, 101 eingreift.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens 600, beispielsweise zur Herstellung einer der in Figur 1 oder 2 gezeigten Kartuschen 100, 101, 102.
Im ersten Schritt 601 des Verfahrens 600 erfolgt ein Anordnen zweier L-förmiger Halbzeuge auf einem Werkstückträger. Bei den Halbzeugen kann es sich beispielsweise um über ein Spritzgießverfahren hergestellte Bodenplatten aus Kunststoff der Kartuschen 100, 101, 102 handeln. Die Halbzeuge können insbesondere gleichartig und in entgegengesetzter Orientierung angeordnet sein, das heißt, dass das zweite Halbzeug um 180 Grad gedreht gegenüber dem ersten Halbzeug vorliegt. Die Anordnung der Halbzeuge kann beispielsweise bereits bei der Herstellung der Halbzeuge definiert werden. In einer speziellen Ausführungsform sind die beiden Halbzeuge mechanisch miteinander verbunden, beispielsweise als Resultat eines gemeinsamen Spritzgießvorgangs, sodass die beiden Halbzeuge als ein zusammenhängendes Teil gehandelt werden können. Letzteres kann von Vorteil sein, um eine möglichst automatisierte, effiziente und kostengünstige Herstellung der Kartusche 100 zu ermöglichen.
Im zweiten Schritt 602 des Verfahrens 600 werden die auf dem Werkstückträger angeordneten Halbzeuge in parallelisierter Weise prozessiert. Beispielsweise werden die Halbzeuge zu einer speziellen Fertigungsstation transportiert und/oder die Halbzeuge werden mit zusätzlichen Teilen bestückt und/oder mit weiteren Halbzeugen kombiniert. Das Bestücken mit zusätzlichen Teilen kann beispielsweise durch Einlegen, Einsetzen oder Aufstecken und/oder Einrasten erfolgen. Das Kombinieren mit weiteren Halbzeugen kann beispielsweise durch Auflegen der weiteren Halbzeuge auf die auf dem Werkstückträger befindlichen Halbzeuge erfolgen. Wie bereits erläutert, liegen in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Halbzeuge oder auch weitere Teile mechanisch miteinander verbunden als ein gemeinsames Teil vor, um ein besonders einfaches Handling zu erzielen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verfügen die Werkzeugträger über Justage-Stifte, welche in Justage-Durchlöcher der Halbzeuge greifen, um eine definierte Positionierung der Halbzeuge auf dem Werkstückträger sowie eine definierte relative Positionierung der Halbzeuge gegenüber den Halbzeugen zu erzielen. Letzteres dient beispielsweise zur Vorbereitung eines darauffolgenden Schritts des Verfügens.
Im dritten Schritt 603 des Verfahrens 600 werden jeweils zwei auf dem Werkstückträger befindliche Halbzeuge mit jeweils weiteren zwei Halbzeugen verfügt. Das Verfügen der Halbzeuge kann vorzugsweise in parallelisierter Weise erfolgen, um einen besonders hohen Durchsatz bei der Fertigung zu erzielen.
Das Verfügen der Halbzeuge kann beispielsweise mit einer Serienfertigungstechnologie wir Laserdurchstrahl-Schweißen erfolgen.
Im optionalen vierten Schritt 604 des Verfahrens 600 werden einer oder mehrere der vorhergehenden Schritte wiederholt. Beispielsweise erfolgt eine mehrfache Ausführung der Schritte des Anordnens 601, des Prozessierens 602 und des Verfügens 603, um mehrschichtige Kartuschen 100, 101, 102 mit eingelegten Teilen und wenigstens einem aufgesetzten Deckelelement herzustellen.
Im fünften Schritt 605 des Verfahrens 600 werden die aus den gegebenenfalls mechanisch zusammenhängenden Halbzeugen oder Teilen gebildeten Kartuschen 100, 101, 102 vereinzelt, um zwei separate Kartuschen 100, 101,
102 zu erhalten. Das Vereinzeln kann beispielsweise durch ein mechanisches Brechen entlang von Sollbruchstellen oder durch ein andersartiges Trennverfahren erfolgen. In weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens 600 können einzelne Schritte ausgelassen oder wiederholt ausgeführt werden oder in der Reihenfolge mit anderen Schritten vertauscht werden.
Die Halbzeuge und weitere Teile der Kartusche 100, 101, 102 können dabei vorzugsweise Polymere wie beispielsweise Polycarbonat (PC), Polystyrol (PS), Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Cycloolefin-Copolymer (COP, COC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polydimethylsiloxan (PDMS) oder thermoplastische Elastomere (TPE) wie Polyurethan (TPU) oder Styrol- Blockcopolymer (TPS) umfassen und beispielsweise durch Serienfertigungsverfahren wie Spritzgießen, Thermoformen, Stanzen oder Laserdurchstrahl-Schweißen im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens 600 gefertigt werden.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 700 zur Prozessierung einer erfindungsgemäßen Kartusche 100, 101, 102 beispielsweise einer in den obigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Kartusche 100, 101, 102.
Im ersten Schritt 701 des Verfahrens 700 wird die Kartusche 100 in eine Prozessiereinheit eingebracht, insbesondere in eine Analysevorrichtung zur Analyse von einer in der Kartusche 100, 101, 102 prozessierbaren biologischen Probe. Beispielsweise kann es sich wie oben beschrieben um einen Nachweis von Krankheitserregern in einer Körperflüssigkeit (Blut, Sputum oder Abstrich) unter Zuhilfenahme einer Polymerase- Kettenreaktion oder isothermalen Amplifikation zur Vervielfältigung von Nukleinsäuren der Krankheitserreger handeln. Dabei kann die Probe eine Flüssigkeit, insbesondere eine wässrige Lösung, beispielsweise gewonnen aus einer biologischen Substanz, beispielsweise humanen Ursprungs wie einer Körperflüssigkeit, eines Abstrichs, eines Sekrets, Sputum oder einer Gewebeprobe umfassen. In der Probe befinden sich beispielsweise Spezies von medizinischer, klinischer, diagnostischer oder therapeutischer Relevanz wie beispielsweise Bakterien, Viren, Zellen, zirkulierende Tumorzellen, zellfreie DNA, Proteine oder andere Biomarker oder insbesondere Bestandteile aus den genannten Objekten. Beispielsweise handelt es sich bei der Probenflüssigkeit um einen Mastermix oder Bestandteile davon, beispielsweise für die Durchführung wenigstens einer Vervielfältigungsreaktion wie oben beschrieben.
Die Kartusche 100, 101, 102 wird zur Prozessierung vorzugsweise geneigt zum Schwerefeld der Erde ausgerichtet, um eine schwerkraft-basierte mikrofluidische Prozessierung von Flüssigkeiten innerhalb der Kartusche 100, 101, 102 zu ermöglichen. Durch eine solche Orientierung der Kartusche 100, 101, 102 wird beispielsweise ermöglicht, dass sich eine freigesetzte Flüssigreagenz am unteren Ende einer Vorlagerungskammer ansammelt und von dort aus in dem mikrofluidischen Netzwerk der Kartusche 100, 101, 102 weiter prozessiert werden kann. Beispielsweise wird die Kartusche 100, 101, 102 dabei so ausgerichtet, dass ein Winkel zwischen einer Normalen zur Ebene der Grundfläche und der Richtung des Gravitationsfelds 50 zwischen 0 und 80 Grad, bevorzugt 10 bis 80 Grad, beispielsweise 30 Grad beträgt.
Im zweiten Schritt 702 des Verfahrens 700 wird die L- Kartusche 100, 101, 102 in der Prozessiereinheit prozessiert, beispielsweise um eine Probe darin wie oben ausgeführt zu prozessieren.
Im dritten Schritt 703 des Verfahrens 700 wird die Kartusche 100, 101, 102 aus der Prozessiereinheit ausgegeben und vorzugsweise wird zusätzlich ein Analyseergebnis ausgegeben.

Claims

Ansprüche
1. Mikrofluidische Kartusche (100, 101, 102), wobei eine Grundfläche (105) der Kartusche (100, 101, 102) eine L-Form aufweist.
2. Kartusche (100, 101, 102) nach Anspruch 1, wobei die Grundfläche (105) auf einem Rechteck basiert und ein Eckbereich des Rechtecks fehlt, so dass die Kartusche (101) derart zu einer zweiten Kartusche (102) mit gleicher Grundfläche (105) angeordnet werden kann, dass jeweils ein Vorsprung (160) der Grundfläche (105) einer Kartusche (100, 101, 102) in den fehlenden Eckbereich der Grundfläche (105) der anderen Kartusche (100, 101, 102) eingreift.
3. Kartusche (100, 101, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vorsprung (160) einen zweiten Vorsprung (170) aufweist, wobei der zweite Vorsprung (170) vorzugsweise an einer Vorderseite (111) des ersten Vorsprungs (160) angeordnet ist.
4. Kartusche (100, 101, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vorsprung (160) zumindest abschnittsweise eine sich verjüngende Breite (111) aufweist, insbesondere wobei eine erste Längsseite (110) und eine zweite Längsseite (112) entlang des Vorsprungs (160) aufeinander zu laufen.
5. Kartusche (100, 101, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vorsprung (160) derart ausgebildet ist, dass die Fläche des Vorsprungs (160) und die Fläche des fehlenden Eckbereichs die gleichen oder ähnliche Abmessungen aufweisen.
6. Kartusche (100, 101, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Längsseite (112) und eine Querseite (122) der Grundfläche (105) in einem Winkel (114) größer als 90 Grad zueinander stehen.
7. Kartusche (100, 101, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Länge einer ersten Abmessung (110) und eine Länge einer zweiten Abmessung (121) in einem Verhältnis zwischen 1,4 und 2,0, bevorzugt zwischen 1,5 und 1,7, ganz bevorzugt zwischen 1,58 und 1,65 stehen.
8. Kartusche (100, 101, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ecke oder mehrere Ecken der Kartusche (100, 101, 102) abgerundet sind.
9. Vorrichtung (300) umfassend eine erste Kartusche (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine zweite Kartusche (102) mit gleicher Grundfläche (105), wobei die beiden Kartuschen (101, 102) derart miteinander verbunden sind, dass jeweils ein Vorsprung (160) der Grundfläche (105) einer Kartusche (101, 102) in den fehlenden Eckbereich der Grundfläche (105) der anderen Kartusche (101, 102) eingreift.
10. Verfahren (600) zur Herstellung einer Kartusche (100, 101, 102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
• Anordnen (601) zweier Halbzeuge auf einem Werkstückträger, wobei die Halbzeuge eine L-förmige Grundfläche (105) aufweisen
• Parallele Prozessierung (602) der beiden Halbzeuge, wobei die Prozessierung eine Bestückung der Halbzeuge mit weiteren Teilen umfasst
• Verfügung (603) der beiden Halbzeuge mit jeweils einem weiteren Halbzeug
• Vereinzeln (605) der beiden Halbzeuge zu zwei Kartuschen (100, 101, 102) mit L-förmiger Grundfläche (105)
11. Verfahren (700) zur Prozessierung einer Kartusche (100, 101, 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kartusche (100, 101, 102) in einer Prozessiereinheit geneigt prozessiert wird.
EP22711934.4A 2021-04-13 2022-03-04 L-kartusche Pending EP4323109A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021203617.1A DE102021203617A1 (de) 2021-04-13 2021-04-13 L-Kartusche
PCT/EP2022/055552 WO2022218603A1 (de) 2021-04-13 2022-03-04 L-kartusche

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4323109A1 true EP4323109A1 (de) 2024-02-21

Family

ID=80928625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22711934.4A Pending EP4323109A1 (de) 2021-04-13 2022-03-04 L-kartusche

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20240116049A1 (de)
EP (1) EP4323109A1 (de)
JP (1) JP2024517398A (de)
KR (1) KR20230170712A (de)
CN (1) CN117529368A (de)
AU (1) AU2022256669A1 (de)
CA (1) CA3215132A1 (de)
DE (1) DE102021203617A1 (de)
WO (1) WO2022218603A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD1045120S1 (en) * 2022-04-12 2024-10-01 Robert Bosch Gmbh Medical diagnostic cartridge
USD1044019S1 (en) * 2022-04-29 2024-09-24 Robert Bosch Gmbh Medical diagnostic cartridge

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020045243A1 (en) * 2000-09-15 2002-04-18 Laska Ronald C. Fluid cartridge and method
JP4912096B2 (ja) * 2006-09-07 2012-04-04 ローム株式会社 マイクロチップ検査装置
DE102016222072A1 (de) 2016-11-10 2018-05-17 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur geneigten Prozessierung von mikrofluidischen Kartuschen
DE102016222075A1 (de) 2016-11-10 2018-05-17 Robert Bosch Gmbh Prozessiersystem und Verfahren zur Prozessierung einer mikrofluidischen Kartusche mit einer Prozessiereinheit
TWI738328B (zh) * 2017-09-28 2021-09-01 美商伊路米納有限公司 流體施配器總成與用於將流體施配至流體匣中的方法
EP3778026A4 (de) * 2018-07-28 2022-01-19 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Modularer fluidischer chip und fluidströmungssystem damit

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021203617A1 (de) 2022-10-13
WO2022218603A1 (de) 2022-10-20
US20240116049A1 (en) 2024-04-11
KR20230170712A (ko) 2023-12-19
CN117529368A (zh) 2024-02-06
CA3215132A1 (en) 2022-10-20
AU2022256669A1 (en) 2023-11-23
JP2024517398A (ja) 2024-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4323109A1 (de) L-kartusche
WO2018086901A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur geneigten prozessierung von mikrofluidischen kartuschen
DE60209780T2 (de) Vorrichtung für chemische oder biochemische analysen
EP2030684B1 (de) Vorrichtung zur Bereitstellung von pipettierbaren Substanzen
DE102014224664B3 (de) Vorrichtung und verfahren zur tropfenerzeugung
AT519382B1 (de) Vorrichtung mit Drehventil zur Manipulation von Flüssigkeiten
EP1846160A1 (de) Neuartige mikrofluidische probenträger
DE102011004125A1 (de) Vorrichtung zur hermetisch abgeschlossenen Bevorratung von Flüssigkeiten für ein mikrofluidisches System
DE19963032A1 (de) System zur Bearbeitung von Proben in einer Mehrkammeranordnung
DE10238266A1 (de) Mikrofluidsystem
EP2329877A1 (de) Mikrofluidisches Element zur Analyse einer Flüssigkeitsprobe
EP3049186B1 (de) Analyseeinheit zum durchführen einer polymerasekettenreaktion, verfahren zum betreiben einer solchen analyseeinheit und verfahren zum herstellen einer solchen analyseeinheit
DE10213272A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Leitungsankopplung an fluidische Mikrosysteme
DE102009001257A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Handhabung von Flüssigkeiten
WO2018192809A1 (de) Vorrichtung und verfahren für ein mikrofluidisches system zum analysieren einer probe
DE102010041833B4 (de) Mikrofluidikchip mit mehreren Zylinder-Kolben-Anordnungen
DE102009001261A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Ausführung mehrerer paralleler PCR-Reaktionen im Durchflussverfahren
EP4037835A1 (de) Einrichtung und verfahren zur handhabung eines fluidvolumens und überführung in ein mikrofluidisches system
DE102011102071A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung der Differenzierung von Zellen bei Kontakt mit einem Gradienten aus mindestens einer biologisch wirksamen Spezies
EP3740313A1 (de) Verfahren zum bereitstellen einer lösung der substanz in einer mikrofluidischen vorrichtung
DE102021207014A1 (de) Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung
DE102021211549A1 (de) Vorrichtung, insbesondere mikrofluidische Kartusche, und Verfahren mit Entnahmekammer und entfernbarer Abdeckung
DE102021203638A1 (de) Mikrofluidische Vorrichtung zum Analysieren von Probenmaterial und Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung
EP1340543A1 (de) Mikrofluidsystem
WO2017203037A1 (de) Mikroprobenbehälter und verfahren zum einbringen einer flüssigen probe in einen mikroprobenbehälter

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

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

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231113

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

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

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)