EP4323112A1 - Mikrofluidische vorrichtung zum analysieren von probenmaterial und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen vorrichtung - Google Patents

Mikrofluidische vorrichtung zum analysieren von probenmaterial und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen vorrichtung

Info

Publication number
EP4323112A1
EP4323112A1 EP22720682.8A EP22720682A EP4323112A1 EP 4323112 A1 EP4323112 A1 EP 4323112A1 EP 22720682 A EP22720682 A EP 22720682A EP 4323112 A1 EP4323112 A1 EP 4323112A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
sub
microfluidic
functional module
microfluidic device
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
EP22720682.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
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 EP4323112A1 publication Critical patent/EP4323112A1/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
    • B01L3/502753—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 bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • 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
    • 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
    • B01L3/50273—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 means or forces applied to move the fluids
    • 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
    • B01L3/502738—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 integrated valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/52—Containers specially adapted for storing or dispensing a reagent
    • B01L3/527—Containers specially adapted for storing or dispensing a reagent for a plurality of reagents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
    • 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
    • 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
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/028—Modular arrangements
    • 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
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0621—Control of the sequence of chambers filled or emptied
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0631—Purification arrangements, e.g. solid phase extraction [SPE]
    • 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
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • 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
    • B01L2200/16—Reagents, handling or storing thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0636—Integrated biosensor, microarrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681—Filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087—Multiple sequential chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0605—Valves, specific forms thereof check valves

Definitions

  • Microfluidic device for analyzing sample material and method for operating a microfluidic device
  • the invention is based on a microfluidic device for analyzing sample material and a method for operating a microfluidic device according to the species of the independent claims.
  • the subject matter of the present invention is also a computer program.
  • Microfluidic analysis systems so-called lab-on-chips, LoCs for short, allow automated, reliable, fast, compact and cost-effective processing of patient samples for medical diagnostics.
  • a lab-on-chip cartridge which can also be referred to as a microfluidic analysis device.
  • lab-on-chip cartridges can be manufactured inexpensively from polymers using mass production processes such as injection molding, stamping or laser transmission welding.
  • a lab-on-chip cartridge is processed in an associated analysis device. Different types of microfluidic analysis systems are known.
  • a pressure-based microfluidic analysis device has a multitude of active microfluidic elements, such as valves and pumping chambers, which are connected to one another in an appropriate network of microfluidic channels.
  • the pneumatic actuation of the active microfluidic elements takes place via pneumatic microchannels within the microfluidic device, which can be subjected to positive or negative pressure via an interface of the microfluidic analysis device that is designed as compactly as possible to an analysis device, which can also function as a processing unit, in order to achieve an actuation to induce the microfluidic elements by a corresponding deflection of an elastic membrane.
  • microfluidic analysis device When designing such a microfluidic analysis device, the question arises in particular of a particularly advantageous arrangement of the elements and configuration of the microfluidic network in order to be able to address a predetermined range of applications with the microfluidic device in a particularly advantageous manner.
  • the microfluidic device presented here offers a particularly advantageous embodiment of a microfluidic network with active, pneumatically controllable elements for processing a sample liquid.
  • the consumption of reagents that are required for carrying out a test procedure can be minimized, while at the same time a particularly high level of reliability can be achieved in the microfluidic processing.
  • a microfluidic device for analyzing sample material having a microfluidic network, the network having a first partial network for extracting and thus purifying sample material and a second partial network connected by a connecting channel to the first partial network for duplication and therewith amplifying sample material, wherein the first partial network and the second partial network are separable from one another.
  • the microfluidic device can be, for example, a lab-on-chip cartridge as part of a pressure-based microfluidic analysis system.
  • the liquid can be transported within the microfluidic analysis device by applying pressure, usually pneumatic.
  • the sample material which originates, for example, from a sample substance introduced into the microfluidic device and can be processed within the microfluidic device, can be a sample liquid, for example.
  • a sample substance can be understood to mean the sample that can be entered into the cartridge, for example a liquid sample or a swab sample.
  • the sample material can in particular only be components of the sample substance which have been obtained from the sample substance, for example by extraction.
  • this sample liquid can be 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, a tissue sample or a device with attached sample material.
  • a biological substance for example of human origin
  • a body fluid such as a body fluid, a smear, a secretion, sputum, a tissue sample or a device with attached sample material.
  • 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 can be found in the sample liquid.
  • the sample liquid can be a master mix or components thereof, for example for carrying out at least one amplification reaction in the microfluidic analysis device, for example for DNA detection at the molecular level such as an isothermal amplification reaction or a polymerase chain reaction.
  • sample material can first be extracted in the device, for example from an input sample substance, for example a liquid sample or swab sample. This means that sample material can be purified in order to enable subsequent amplification of components of the sample substance. That Purification is particularly advantageous since the original sample substance can contain components, so-called inhibitors, which would adversely affect the amplification reaction.
  • the subsequent amplification reaction only components of the original sample substance, such as certain DNA base sequences, can be amplified, ie multiplied.
  • the local application of positive or negative pressure can be used, for example, to deflect an elastic membrane as part of the microfluidic device in a targeted manner into recesses in the microfluidic device in order in this way to suck liquid into the recesses or to force it out of the recesses.
  • an elastic membrane By means of the elastic membrane, a separation between the microfluidic, liquid-carrying areas of the device on the one hand and the pneumatic areas and the external environment on the other hand can be achieved at the same time.
  • a microfluidic pump chamber with a large displacement volume can be used to primarily generate a flow in the device, or a microfluidic valve with a small displacement volume can be used primarily to control the River present in the device.
  • a combination of a total of at least three microfluidic pump chambers and additional or alternative valves can be used to generate a directed flow in the microfluidic device by successive actuation of the elements.
  • a pumping chamber can be combined with two enclosing valves, i.e. an inlet and an outlet valve, in order to achieve directed liquid transport.
  • three elements of the same type with a comparable displacement volume can also be combined with one another in order to bring about peristaltic liquid transport through successive actuation in rows.
  • the device presented here advantageously has a delimitation of the various functionalities that can be provided by the microfluidic device in the form of microfluidically separable partial networks.
  • Under a sub-network can be a A plurality of interconnected microfluidic elements are understood.
  • the microfluidic elements can be passive elements such as chambers or actuable elements such as pump chambers, pumps or valves.
  • a partial network preferably comprises at least two, preferably more than two, microfluidic elements which are fluidically connected to one another.
  • Two sub-networks that can be separated from one another means in particular that the two sub-networks are arranged in two regions that are locally separate from one another and, in a preferred embodiment, can be separated from one another by a plane cut.
  • two partial networks that can be separated from one another can be understood to mean that the two partial networks are connected to one another by one or more channels, preferably only by one channel, with the channels or the channel preferably being fluidically separated from one another by at least one fluidic separating element such as a valve can be separated.
  • microfluidic elements Due to the separable partial networks, a multiple activation of microfluidic elements can advantageously be made possible, which can be assigned to different partial networks. Furthermore, separating the implementation of purification and amplification in separate sub-networks makes it possible to reduce the number of rinsing steps and to prevent undesired microfluidic cross-talk between different process steps.
  • the first sub-network and the second sub-network may be arranged in a linear topology.
  • a linear topology can in particular be understood to mean that the partial networks are arranged linearly or in a series. Due to the linear network topology, dead volumes, which can occur when carrying out a test procedure within the microfluidic analysis device, can turn out to be particularly small. In this advantageous manner, the amount of reagents required to carry out the test procedure within the microfluidic device can be reduced.
  • the first sub-network and additionally or alternatively the second sub-network can have a plurality of functional modules that can be fluidically separated from one another.
  • each functional module can fulfill a specific task within a purification or analysis process and have a variable number of individual elements such as valves, pump or storage chambers for this purpose.
  • the individual function modules can be separated from one another, for example by means of isolating valves.
  • at least some of the function modules can be arranged in a linear topology.
  • the function modules can, for example, be activated successively during a purification and analysis process, for example to first extract a species from a sample substance and then enable the species or components thereof to be detected in separate areas of the microfluidic analysis device presented.
  • this can prevent possible crosstalk, that is to say undesired mixing of different liquid solutions, which can usually occur as a result of specific areas of the microfluidic network being used multiple times.
  • the efficiency of chemical reactions that take place within the microfluidic analysis device can be increased and the sensitivity that can be achieved in a detection can be increased.
  • the device can have a control connection for applying a pressure, wherein the control connection can be connected to an element of a function module of the first sub-network by a first control channel and to an element of a function module of the second sub-network by a second control channel.
  • the element can be, for example, a valve or a pumping chamber or another microfluidic element of the device.
  • a positive or negative pressure can be applied to the control connection, which can also be referred to as a port or control port, in order to control the elements of the function modules of the sub-networks.
  • the number of control ports that are required for the control of a given microfluidic network can advantageously be reduced by multiplexing when controlling the active microfluidic elements. In this way, the costs incurred for the analysis device, ie in particular the processing unit, can be reduced.
  • a microfluidic network with an increased range of functions can be implemented by multiplexing when controlling the active microfluidic elements with a predetermined number of control ports. In this way, the range of applications addressed by such a microfluidic analysis device can be expanded.
  • the first partial network can have a first functional module for providing liquid reagents and additionally or alternatively a second functional module for entering a sample substance and additionally or alternatively a third functional module for filtering sample material and additionally or alternatively a fourth functional module for storing liquids and additionally or alternatively a pump module for producing fluid transport between the functional modules and additionally or alternatively the second partial network at least one first functional module for amplifying sample material and additionally or alternatively a second functional module for providing at least one amplification reaction bead.
  • the function modules of the first sub-network can be used successively to clean up or extract sample material.
  • the first functional module can provide liquid reagents in which, for example, sample material can be dissolved and additionally or alternatively transported within the device.
  • a sample substance for example in the form of a sample liquid or a smear sample, can be entered into the second functional module and optionally detached from a carrier element such as a sampling device.
  • certain species can be filtered out of the sample substance, for example, so that only the part of the sample material to be analyzed can be transported further in the further course.
  • liquid that accumulates, for example, during the purification of the sample substance can be stored or temporarily stored.
  • the pump module can be used to transport liquid between the different function modules and additionally or alternatively between the sub-networks.
  • a fluid enriched with sample material can be transported through the connecting channel from the first sub-network into the second sub-network.
  • Sample material can be duplicated or amplified in the first functional module, for example, while a so-called amplification reaction bead can be provided in a second functional module, for example.
  • the number of rinsing steps that are required for carrying out a test sequence within the microfluidic device can thus advantageously be reduced. In this way, the length of time required to perform a test procedure can be shortened.
  • the fourth function module of the first sub-network and the first function module of the second sub-network can be fluidically connected by the connecting channel.
  • liquid that accumulates during the purification of the sample substance can be stored in the fourth functional module of the first partial network.
  • a liquid with sample material can be transferred into the first functional module of the second partial network and sample material can then be amplified.
  • the sole connection of the two function modules simplifies the separation of individual function modules and the partial networks from one another and the occurrence of cross-contamination between different process steps, i.e. an undesired mixing of different liquid solutions that are used during the execution of the test process, can be prevented will.
  • the fourth functional module of the first sub-network can have a first shut-off valve for closing the connecting channel and additionally or alternatively the first functional module of the second sub-network have a second shut-off valve for closing the connecting channel.
  • the first shut-off valve can be kept closed while sample material is being processed within the first sub-network. This has the advantage that an undesired premature penetration of a transfer fluid used in the first partial network with sample material into the second partial network can be prevented.
  • closing the second shut-off valve can advantageously prevent a backflow of the transfer fluid with the sample material into the first partial network.
  • the device can comprise a valve control connection for applying a pressure, the first shut-off valve and the second shut-off valve being activated by means of the
  • Valve control connection can be controllable.
  • the first shut-off valve and the second shut-off valve can be closed or opened at the same time by means of the valve control connection in order to enable or prevent a fluid transfer between the first sub-network and the second sub-network of the device.
  • the number of control elements required for processing the device can advantageously be reduced, and the costs of the system can therefore be reduced.
  • the fourth function module of the first sub-network can be designed to output sample material. If, for example, only a purification and extraction of sample material is carried out in the device, the sample material can be removed from the microfluidic device again, for example after carrying out an extraction, without transferring it into the second partial network.
  • the fourth functional module can include, for example, an output device for outputting the sample material.
  • the device can be used variably for different analysis processes.
  • the first partial network can have an additional second function module for entering a sample substance.
  • multiple sample input chambers can be implemented through the linear network topology of the device, which can be used in an equivalent manner for subsequent microfluidic processing of the sample substance entered into at least one of the sample input chambers in the microfluidic network of the device.
  • a first sample input chamber can be specially designed for the input of a liquid sample in an optimized form
  • a second sample input chamber can be specially designed for the input of a swab sample, i.e. a sampling device with connected sample material.
  • the microfluidic analysis device can be used universally for an examination of different sample substances.
  • the device can comprise at least one further control connection for applying a pressure, wherein the further control connection can be connected by a further control channel either to an element of a function module of the first sub-network or to an element of a function module of the second sub-network.
  • the microfluidic device may include a plurality of drive ports, where some drive ports may be configured to drive multiple elements of different functional modules, while other drive ports may be used to drive a specific element of a functional module. A precise control of all elements of the function modules is advantageously possible in this way.
  • the extracting step can comprise a mixing sub-step and additionally or alternatively a dissolving sub-step and additionally or alternatively a lysing sub-step and additionally or alternatively a filtering sub-step and additionally or alternatively a rinsing sub-step.
  • the transferring step may include an eluting sub-step and additionally or alternatively, the amplifying step may include a resolving sub-step and additionally or alternatively a multiplying sub-step and additionally or alternatively a detecting sub-step.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
  • the approach presented here also creates a control device that is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices.
  • the object on which the invention is based can also be achieved quickly and efficiently by this embodiment variant of the invention in the form of a control unit.
  • control device can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and/or or have at least one communication interface for reading in or outputting data that are embedded in a communication protocol.
  • the arithmetic unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, with the memory unit being able to be a flash memory, an EEPROM or a magnetic memory unit.
  • the communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and/or by wire, with a communication interface that can input or output wire-bound data, for example, electrically or read optically from a corresponding data transmission line or can output into a corresponding data transmission line.
  • a control device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and outputs control and/or data signals as a function thereof.
  • the control unit can have an interface that can be designed in terms of hardware and/or software.
  • the interfaces can be part of what is known as a system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the control device.
  • the interfaces can be separate integrated circuits or to consist at least partially of discrete components.
  • the interfaces can be software modules which are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and/or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above, is also advantageous used, especially when the program product or program is run on a computer or device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microfluidic device
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microfluidic device
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microfluidic device
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microfluidic device
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microfluidic device
  • FIG. 6 is a top perspective view of an embodiment of a microfluidic device
  • FIG. 7 shows a plan view illustration of an embodiment of a microfluidic device
  • FIG. 8 shows a perspective plan view of a section of the microfluidic device according to an embodiment
  • FIG. 9 shows a perspective bottom view of a section of the microfluidic device according to an embodiment
  • 10 shows a flowchart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment
  • FIG. 11 shows a flow chart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment
  • FIG. 12 shows a flowchart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment
  • FIG. 13 shows a flowchart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment
  • FIG. 14 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an analysis device for accommodating a microfluidic device.
  • the same or similar reference symbols are used for the elements which are shown in the various figures and have a similar effect, with a repeated description of these elements being dispensed with.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microfluidic device 100.
  • the device 100 has a microfluidic network 105 with a linear topology.
  • the network 105 is divided into a first sub-network 110 and a second sub-network 120, with both sub-networks 110, 120 being marked by dashed lines in the illustration shown here.
  • the two partial networks 110, 120 are connected to one another via a microfluidic connection channel 125.
  • both the first sub-network 110 and the second sub-network 120 comprise further microfluidic channels, which are shown schematically in the figure shown here as solid lines, which connect different microfluidic elements to one another.
  • the network 105 of the microfluidic device 100 is characterized in particular by twenty active microfluidic valves 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146 , 147, 148, 149, 150.
  • Two valves 144, 145 are arranged on the connecting channel 125 purely by way of example and are designed as a first shut-off valve 144 and as a second shut-off valve 145 for closing the connecting channel.
  • the partial networks 110, 120 can thus be separated from one another.
  • the network 105 also includes six active microfluidic pump chambers 151, 152, 153, 154, 155, 156, a passive microfluidic chamber 160, three pre-storage chambers with ventilation openings 161, 162, 163 for long-term stable pre-storage of liquid reagents, two
  • Sample input chambers 167, 168 which enable sample input
  • a filter element 170 which enables components to be extracted from a liquid
  • a liquid storage chamber 180 which is used to hold liquids after processing in the microfluidic network 105
  • the total of twenty-six active microfluidic elements are in this Exemplary embodiment can be controlled by pneumatic control channels, as illustrated by the lines in the reference symbols branching off perpendicularly to the microfluidic channels.
  • the arrangement and linking of the named elements forms the microfluidic network 105, which has a linear topology merely by way of example.
  • the microfluidic network 105 of the microfluidic device 100 is composed of the first sub-network 110, which is provided for the purification of sample material, and the second sub-network 120, which is provided for an amplification of sample material.
  • the two partial networks 110 , 120 are fluidically connected to one another via a microfluidic connection channel 125 .
  • microfluidic processing within the scope of carrying out a test sequence within the two sub-networks 110, 120 is possible successively, that is to say one after the other.
  • a combination of active microfluidic elements, which are each arranged in different sub-networks 110, 120 can optionally be controlled by a common control channel.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a microfluidic device 100.
  • the device 100 shown here corresponds or is similar to the device described in the previous figure and includes a microfluidic network 105, which is divided into a first sub-network 110 and a second sub-network 120.
  • the microfluidic elements of network 105 are arranged within subnetworks 110, 120 in a plurality of functional modules that can be separated from one another, with the individual functional modules in the illustration shown here being marked by enclosing rectangular boxes made of dot-dash lines.
  • the partial network 110 for the purification of sample material in this exemplary embodiment comprises a pump module 230 for transporting fluids and sample material dissolved therein within the network 105 or between the different functional modules.
  • the pump module comprises two active microfluidic pump chambers 151, 152 and a microfluidic valve 136, purely by way of example
  • Function module 250 for providing liquid reagents.
  • three pre-storage chambers 161, 162, 163 are arranged for long-term stable pre-storage of liquid reagents, just by way of example.
  • the liquid reagents are aqueous solutions, for example buffer solutions for processing a sample substance or components thereof.
  • each pre-storage chamber 161, 162, 163 is fluidly connected to a respective microfluidic valve 131, 132, 133, which in turn is fluidly connected to one another via a first channel interface 255 and to a second channel interface 257.
  • the first functional module 250 can be separated from the remaining microfluidic network 105 by closing the valves 131 , 132 , 133 .
  • the first functional module 250 is connected via the second channel interface 257 to the pump module 230, to a second functional module 261 for inputting sample substances and, merely by way of example, to an additional second functional module 262 for inputting sample substances.
  • the second functional module 261 comprises a sample input chamber 167 with a venting device 191.
  • the sample input chamber 167 is designed, only by way of example, to accommodate a swab sample, i.e. a sampling device with attached sample material, and is fluidically connected to two valves 134, 135 within the second functional module.
  • the additional second functional module 262 includes a sample input chamber 168 with a venting device 192 fluidly connected to two valves 137,138.
  • the sample input chamber 168 in this exemplary embodiment is designed for the input of a liquid sample only by way of example.
  • the second function module 261 and the additional second function module 262 are fluidically connected to the second channel interface via the valves 134, 137. Via the valves 135, 138, the second functional module 261 and the additional second functional module 262 are in turn fluidly connected to a third channel interface 165, via which there is a fluidic connection to the pump module 230 and to a third functional module 270 for filtering the sample material, just by way of example.
  • the third functional module 270 includes, in addition to four microfluidic valves 139, 140, 141, 142, a filter element 170, which is a silica filter only by way of example and is designed only by way of example to filter out species from a sample substance. Closing the valves 139, 140, which are fluidically connected to the third channel interface 265 and a fourth functional module 280, causes a fluid flow to be directed via the filter element 170.
  • the fourth function module 280 is designed to store a fluid used in the network 105 .
  • the fourth functional module 280 has a liquid storage chamber 180 with a venting device 193 and two valves 143, 144, just by way of example.
  • the fourth function module 280 can also be designed to output sample material.
  • the fourth functional module 280 is fluidically connected to the third functional module 270 and the connecting channel 125 via a fourth channel interface 285 .
  • the valve 144 is designed as a shut-off valve, merely by way of example, and is arranged on the connecting channel 125 .
  • the entire first sub-network 110 can thus be separated from the rest of the microfluidic network 105 by closing the valve 144 .
  • the connecting channel 125 represents a fluidic connection between the fourth functional module 280 of the first partial network 110 and a first functional module 290 of the second partial network 120 for the amplification of sample material.
  • the first functional module 290 of the second partial network 120 is designed to sample material to amplify and for this purpose comprises three active microfluidic pump chambers 153, 154, 155 arranged in a row, merely by way of example, which are bracketed by two microfluidic valves 145, 146, merely by way of example.
  • the valve 145 in this embodiment is directly on Arranged connection channel 125 and designed as a shut-off valve. The entire second sub-network 120 can thus be separated from the rest of the microfluidic network 105 by closing the valve 145 .
  • the second partial network 120 also has a second functional module 295 with four valves 147 148 149 150 , an active microfluidic pump chamber 156 , a passive microfluidic chamber 160 and a ventilation device 194 .
  • the first functional module 290 and the second functional module 295 are fluidically connected to one another via the valves 146 , 147 .
  • a separation of the two functional modules 290, 295 from one another is thus possible both by means of the valve 146 of the first functional module 290 and by means of the valve 147 of the second functional module 295.
  • the second functional module 295 of the second sub-network 120 is designed, merely by way of example, to provide at least one amplification reaction bead.
  • the amplification reaction bead is a lyophilized or freeze-dried reagent for producing an amplification reaction mix.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microfluidic device 100.
  • the device 100 represented here corresponds or is similar to the device described in the preceding figures.
  • the functional modules 250, 261, 262, 270, 280, 290, 295 and the pump module 230 are shown in a simplified manner without the individual microfluidic elements.
  • the function modules 250, 261, 262, 270, 280, 290, 295 and the pump module 230 are arranged in a linear topology.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microfluidic device 100.
  • the device 100 represented here corresponds or is similar to the device described in the preceding figures with the described network.
  • control channels that are used to control the active microfluidic valves 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141 , 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150 and pumping chambers 151, 152, 153, 154, 155, 156 are indicated as dashed lines.
  • the control interface 400 comprises twenty control connections 401, 402, just by way of example , 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 418, 419, 420, which can also be referred to as control ports.
  • the actuation ports are pneumatic connections via which the active microfluidic elements 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140,
  • the control connection 409 is designed, merely as an example, to control the valve 141 of the third function module 270 of the first subnetwork 110 through a first control channel 431 and the valve 148 of the second subnetwork through a second control channel 432 Function module 295 of the second sub-network 120 to control together.
  • a valve control port 418 is used to apply pressure to the first check valve 144 and the second check valve 145 controllable. This makes it possible to open or close the connecting channel 125 using the valve control connection 418 and the individual sub-networks 110,
  • a second control connection 410 in this exemplary embodiment has a first branch 441 and a second branch 442 and is thus designed to control both the valve 131 of the first function module 250 of the first subnetwork 110 and the valves 149, 150 of the second function module 295 of the second sub-network 120 to drive together.
  • the control interface 400 also includes a further control connection 401 for applying a pressure, the further control connection 401 in this exemplary embodiment being connected to the valve 132 of the first functional module 250 of the first sub-network 110 by a further control channel 451 .
  • a second additional control port 402 is connected to pump chamber 152 of pump module 230 of first sub-network 110
  • a third additional control port 403 is connected to valve 137 of additional second function module 262 of first sub-network 110
  • a fourth additional control port 404 is connected to the Valve 138 of the additional second function module 262 of the first sub-network 110
  • a fifth further control connection 405 is connected to the valves 139, 140 of the third function module 270 of the first sub-network 110
  • a sixth further control connection 406 is connected to the valve 143 of the fourth function module 280 of the first sub-network 110
  • an eighth additional control connection 408 is connected to the valve 142 of the third function module 270 of the first sub-network 110
  • an eleventh additional control connection 411 is connected to the valve 133 of the first function module 250 of the first sub-network 110 connected
  • a twelfth additional control port 412 is connected to the valves 134, 135 of the second functional module 261 of
  • a seventh is just an example Another control port 407 is connected to the pump chamber 153 of the first functional module 290 of the second sub-network 120, a fifteenth further control port 415 is connected to the valve 146 of the first functional module 290 of the second sub-network 120, a sixteenth further control port 416 is connected to the pump chamber 155 of the first Function module 290 of the second sub-network 120, a seventeenth further control connection 417 is connected to the pump chamber 154 of the first function module 290 of the second sub-network 120, a nineteenth further control connection 419 is connected to the valve 147 of the second function module 295 of the second sub-network 120 and a twentieth Another control connection 420 is connected to the pump chamber 156 of the second function module 295 of the second sub-network 120 .
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microfluidic device 100.
  • the device 100 represented here corresponds or is similar to the device described in the preceding figures.
  • the figure shown here shows the microfluidic network 105 in a simplified manner.
  • the microfluidic device 100 comprises two partial networks 110, 120, which are connected to one another via a microfluidic connection channel 125, and a pneumatic control interface 400 with four control connections 409, 410, 418, 500.
  • the control connections 409, 410, 418, 500 are each designed in this exemplary embodiment to control both microfluidic elements of the first sub-network 110 and of the second sub-network 120 .
  • a total of eight active microfluidic elements of the device 100 can advantageously be controlled by means of the four control ports, four of them per sub-network 110, 120.
  • the multiplexing is here by branching the control channels at a total of four nodes 409, 418, 441, 505 scored.
  • FIG. 6 shows a perspective plan view of an exemplary embodiment of a microfluidic device 100.
  • the device 100 shown here corresponds or is similar to the device described in the preceding figures.
  • the device 100 has one within the three pre-storage chambers 161, 162, 163 arranged reagent bars 600 with three compartments, in each of which different liquid reagents can be pre-stored with long-term stability.
  • the pre-storage chambers 161, 162, 163 can also be referred to as reagent pre-storage chambers.
  • a sampling device 605 is arranged within the sample input chamber 167 of the second functional module described in the preceding FIGS.
  • FIG. 7 shows a plan view of an exemplary embodiment of a microfluidic device 100.
  • the device 100 shown here corresponds or is similar to the device described in the preceding figures. In the illustration shown here, some of the elements of the microfluidic device 100 described in the previous figures are numbered by way of example.
  • Dashed lines also show the first sub-network 110 for the purification of a sample substance, the second sub-network 120 for the amplification of sample material and the pneumatic control interface 400 with a further control connection 401 numbered as an example.
  • the device has a lateral overall dimension merely as an example of 118 x 78 mm 2 on.
  • the overall dimension can be 50 ⁇ 25 mm 2 to 300 ⁇ 200 mm 2 , preferably 75 ⁇ 25 mm 2 to 200 ⁇ 100 mm 2 .
  • the fluidic and pneumatic microchannels also have a cross-sectional dimension of just 600 ⁇ 400 ⁇ m 2 , by way of example.
  • the cross-sectional dimensions of the fluidic and pneumatic microchannels can be 100 ⁇ 100 ⁇ m 2 to 3 ⁇ 3 mm 2 , preferably 300 ⁇ 300 ⁇ m 2 to 1 ⁇ 1 mm 2 .
  • the effective displacement volume of a microfluidic pump chamber is 20 pl in this exemplary embodiment, the effective displacement volume of a microfluidic valve is 125 nl, for example, and the volume of the microfluidic chamber with filter element is only 8 pl in this exemplary embodiment, for example.
  • the effective displacement volume of a microfluidic pump chamber can be 1 pl to 50 ml, preferably 5 ml to 30 ml
  • the effective displacement volume of a microfluidic valve can be 50 nl to 1 ml, preferably 100 nl to 300 nl
  • the volume of the microfluidic Chamber with filter element can be 3 ml to 20 ml, preferably 5 ml to 10 ml.
  • a pressure difference (overpressure or negative pressure relative to atmospheric pressure), which is used to generate the microfluidic flow by expressing or sucking in by means of a pump chamber or by controlling the microfluidic flow by means of a valve, is used 700 mbar can only be used as an example.
  • the pressure difference can be 100 mbar to 2000 mbar, preferably 400 mbar to 1500 mbar.
  • FIG. 8 shows a perspective top view of a section of the microfluidic device 100 according to an exemplary embodiment.
  • the device 100 shown here corresponds or is similar to the device described in the previous figures.
  • the microfluidic valve 131, the microfluidic pump chambers 151, 152, the sample input chamber 168, the microfluidic chamber with the filter element 170, the ventilation device 193 and the pneumatic control ports 405, 409, 410 are numbered as an example.
  • the microfluidic device 100 is realized in this exemplary embodiment by two rigid polymer components 800, 805, which are connected to one another via a flexible membrane 810.
  • the lower polymer component 800 is closed off by a further polymer film in order to seal the micro-channels present in the polymer component.
  • the multi-layer structure enables the realization of fluidic and pneumatic microchannels on at least two different lateral levels.
  • fluidic and pneumatic microchannels can be crossed and a particularly high degree of integration of the microfluidic device 100 can be achieved with a central and particularly compact configuration of the pneumatic control interface described in FIG.
  • the flexible polymer membrane can be deflected via the pneumatic microchannels in the recesses present on the microfluidic valves and pump chambers, in order to achieve the opening or closing of a microfluidic valve or a pump chamber.
  • the microfluidic flow within the network 105 can be precisely controlled by sucking in or ejecting liquid by means of a pump chamber.
  • the following materials can be used to implement the microfluidic analysis device: Primarily 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).
  • the device can be manufactured, for example, by series production methods such as injection molding, injection compression molding, thermoforming, stamping or laser transmission welding.
  • FIG. 9 shows a perspective view from below of a section of the microfluidic device 100 according to an exemplary embodiment.
  • the device 100 shown here corresponds or is similar to the device described in the previous figures.
  • the microfluidic valve 131, the microfluidic pump chambers 151, 152, the sample input chambers 167, 168, the microfluidic chamber with the filter element 170, the ventilation device 193 and the pneumatic control port 405 are numbered as an example.
  • FIG. 10 shows a flow chart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment.
  • the device operated with the method can be the device described in the previous figures.
  • the method 1000 includes a step 1005 of extracting sample material using the first sub-network.
  • a sample substance is purified in the partial network, just by way of example, and sample material such as DNA or RNA is extracted from the sample substance and transferred to the microfluidic network.
  • sample material such as DNA or RNA is extracted from the sample substance and transferred to the microfluidic network.
  • step 1015 of amplifying sample material using the second partial network sample material is amplified in the second partial network and thus made accessible for a fluorometric detection, for example.
  • the step 1005 of extracting or the steps 1010, 1015 of transferring and amplifying can be omitted.
  • the first step 1005 of extraction can be omitted, for example, if the species to be detected are already present in extracted form in an input sample liquid.
  • the second step 1010 of transferring and the third step 1015 of amplification can be omitted, for example, if only a purification or extraction of sample material is carried out in the device and the sample material is removed from the microfluidic device again, for example after the first step 1005 of extraction has been carried out .
  • FIG. 11 shows a flowchart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment.
  • the method 1000 shown here corresponds to or is similar to the method described in the preceding FIG. 10, with the difference that the individual steps 1005, 1010, 1015 have additional sub-steps.
  • the step 1005 of extracting comprises a sub-step 1105 of mixing and a sub-step 1110 of dissolving and a sub-step 1115 of lysing and a sub-step 1120 of filtering and a sub-step 1125 of rinsing.
  • the step 1010 of transferring comprises a sub-step 1130 of eluting and the step 1015 of amplifying comprises a sub-step 1135 of resolving and a sub-step 1140 of duplicating and a sub-step 1145 of detecting.
  • sub-step 1105 of mixing a liquid sample entered into the sample input chamber is mixed with a binding buffer, merely by way of example.
  • the mixing is carried out in particular using the first function module, the additional second function module, the pump module and a plurality of the elements listed below: microfluidic valves, microfluidic pump chambers, a sample input chamber and a venting device.
  • the binding buffer is stored upstream in precisely one of the three storage chambers of the first partial network.
  • the adjoining functional modules include microfluidic valves, which are closed in this partial step 1105, so that undesirable microfluidic cross-talk with the adjoining functional modules is prevented.
  • sample material is released within the sample input chamber, which sample material is initially connected to a sampling device that has been entered into the sample input chamber.
  • the detachment takes place, for example only, by means of a transfer liquid, which is introduced into the chamber, in particular using the first and second functional module and the pump module and a plurality of the elements mentioned below: microfluidic valves, microfluidic pump chambers, pre-storage chambers, a sample input chamber and a venting device.
  • the transfer liquid is stored upstream in precisely one of the pre-storage chambers, merely by way of example.
  • the adjoining functional modules include, in particular, microfluidic valves, which are closed in this partial step 1110, so that undesirable microfluidic cross-talk with the adjoining functional modules is prevented.
  • lysis buffer is added to a sample substance entered into at least one of the sample input chambers and the sample substance or components thereof are tempered in order to bring about a thermally induced lysis of components of the sample substance.
  • the components of the sample substance to be lysed in this sub-step 1115 are, for example, bacteria.
  • the cells can be different, for example.
  • the lysing is carried out in particular using the first, second and additional second function module and the pump module as well as a plurality of the elements mentioned below: microfluidic valves, microfluidic pump chambers, pre-storage chambers, a sample input chamber and a ventilation device.
  • the lysis buffer is stored upstream in exactly one of the pre-storage chambers, just by way of example.
  • the adjoining function modules include, in particular, microfluidic valves, which are closed in this partial step 1115, so that undesirable microfluidic cross-talk with the adjoining function modules is prevented.
  • a thermally induced lysis of components of the sample substance can take place by tempering the filter element after the components of the sample substance have been concentrated on the filter element in sub-step 1120 of filtering.
  • sub-step 1120 of filtering in this exemplary embodiment, components of the sample substance entered into at least one of the sample input chambers are filtered and bound using the filter element, so that the components of the sample substance are concentrated on the filter element.
  • the filtering is carried out in particular using the third, fourth, second or additional second functional module and the pump module and a plurality of the following elements: microfluidic valves, microfluidic pump chambers, a sample input chamber, the filter element, the
  • the adjacent functional modules include, in particular, microfluidic valves, which are closed in this partial step 1120, so that undesirable microfluidic cross-talk with the adjacent functional modules is prevented in this partial step.
  • a binding buffer with sample material is pumped from one of the sample input chambers by means of the pump module via the filter element into the liquid storage chamber, with components of the sample material such as DNA or RNA being bound to the filter element and concentrated.
  • sub-step 1120 of filtering takes place after sub-step 1105 of mixing, sub-step 1110 of detaching and sub-step 1115 of lysing have been carried out.
  • the filtering sub-step 1120 can take place before or after the lysing sub-step, depending on the exact embodiment of the method Sub-step of filtering are performed after the sub-step of lysing. If, on the other hand, the lysis takes place on the filter element, the filtering sub-step can be carried out before the lysing sub-step 716 .
  • the microfluidic network is rinsed with a washing buffer, for example in order to remove residues of the binding buffer which are present in the microfluidic network after sub-step 1120 of filtering.
  • Flushing is carried out in particular using the first, third and fourth functional module and the pump module as well as a plurality of the elements mentioned below: microfluidic valves, microfluidic pump chambers, pre-storage chambers, the liquid storage chamber and a venting device.
  • the washing buffer is stored in precisely one of the pre-storage chambers, purely by way of example.
  • sample material present on the filter element is dissolved down in this exemplary embodiment in order to make it accessible for molecular diagnostic detection by means of an amplification reaction.
  • the sample material is DNA, for example only. In another example, it can also be RNA, for example.
  • an elution buffer is pumped through the filter element, merely by way of example, in order to transfer the sample material present on the filter element into the elution buffer.
  • the elution buffer with sample material is also transferred from the first partial network to the second partial network via the microfluidic connection channel.
  • the elution is carried out in particular using the first, third and fourth functional module of the first partial network and the first functional module of the second partial network and the pump module as well as a plurality of the following elements: microfluidic valves, microfluidic pump chambers, microfluidic connection channel, pre-storage chambers, liquid storage chamber and
  • the elution buffer is stored upstream in exactly one of the pre-storage chambers, merely by way of example.
  • the elution buffer with the sample material contained is used in this exemplary embodiment in order to bring a freeze-dried or lyophilized reagent, which can also be referred to as a reaction bead, into solution and in this way create a reaction mix for a provide subsequent amplification reaction.
  • a master mix for carrying out a polymerase chain reaction is only used as an example.
  • the release is carried out in particular using the first and second functional module of the second partial network and a plurality of the elements mentioned below: microfluidic valves, microfluidic pump chambers, microfluidic chamber and venting device.
  • the freeze-dried or lyophilized reagent or the reaction bead is present in a pump chamber or the passive microfluidic chamber.
  • pumping of the elution buffer with sample material into at least one of the elements for dissolving the reaction bead takes place using pump chambers.
  • the resulting reaction mix is transferred from the second functional module of the second sub-network to the first functional module of the second sub-network, just as an example.
  • At least one amplification reaction is carried out in partial step 1140 of duplication in order to amplify sample material which is present in the reaction mix.
  • the replication is carried out in particular using the first functional module of the second partial network and a plurality of the elements mentioned below: microfluidic valves, microfluidic pump chambers.
  • the amplification takes place by way of example only by a polymerase chain reaction. In another embodiment, the amplification can also be carried out by an isothermal amplification method.
  • the temperature of the microfluidic pump chambers in which the reaction mix is present can therefore also take place in order to create suitable physical conditions which enable the amplification reaction to proceed.
  • a signal is detected in this exemplary embodiment in order to verify that at least one amplification reaction has taken place within the scope of sub-step 1140 of replication.
  • the signal is only an example of an optical signal, for example a fluorescence signal, which emanates from at least one fluorescent dye which indicates that at least one amplification reaction is taking place.
  • the sub-step 1145 of detecting can take place at the same time as the sub-step 1140 of reproducing or after the sub-step 1140 of reproducing.
  • the signal or a variable derived therefrom is also output in order to output the result of the sample analysis carried out in the microfluidic analysis device to a user.
  • individual sub-steps can be omitted or carried out repeatedly, or their sequence can be interchanged with other sub-steps, as is described by way of example in the following exemplary embodiments.
  • FIG. 12 shows a flowchart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment.
  • the method 1000 shown here corresponds to or is similar to the method described in the previous FIGS.
  • the partial steps 1105 of mixing, 1115 of lysing, 1120 of filtering, 1125 of rinsing, 1130 of eluting, 1135 of dissolving, 1140 of multiplying and 1145 of detecting are carried out successively.
  • FIG. 13 shows a flowchart of a method 1000 for operating a microfluidic device according to an embodiment.
  • the method 1000 presented here corresponds to or is similar to the method described in the preceding FIGS. 10, 11 and 12.
  • the partial steps 1110 of dissolving, 1120 of filtering, 1115 of lysing, 1125 of rinsing, 1130 of eluting, 1135 of dissolving, 1140 of duplicating and 1145 of dissolving are carried out successively detection
  • FIG. 14 shows a schematic representation of an embodiment of an analysis device 1400 for receiving a microfluidic device.
  • the analyzer 1400 is designed only by way of example to use a
  • the analysis device 1400 in this exemplary embodiment comprises a control unit 1410 which is designed to control the steps of the method described in the previous FIGS. 10 to 13 in relation to the device.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung (100) zum Analysieren von Probenmaterial, wobei die Vorrichtung (100) ein mikrofluidisches Netzwerk (105) aufweist, wobei das Netzwerk (105) ein erstes Teilnetzwerk (110) zum Aufreinigen von Probenmaterial und ein durch einen Verbindungskanal (125) mit dem ersten Teilnetzwerk verbundenes zweites Teilnetzwerk (120) zum Amplifizieren von Probenmaterial umfasst, wobei das erste Teilnetzwerk (110) und das zweite Teilnetzwerk (120) voneinander abtrennbar sind.

Description

Beschreibung
Titel
Mikrofluidische Vorrichtung zum Analysieren von Probenmaterial und Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer mikrofluidischen Vorrichtung zum Analysieren von Probenmaterial und einem Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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 in einer Lab-on- Chip- Kartusche, welche auch als mikrofluidische Analysevorrichtung bezeichnet werden kann, durchgeführt werden. Lab-on-Chip-Kartuschen können beispielsweise kostengünstig aus Polymeren hergestellt werden unter Verwendung von Serienfertigungsverfahren wie beispielsweise Spritzgießen, Stanzen oder Laserdurchstrahl-Schweißen. Das Prozessieren einer Lab-on-Chip- Kartusche erfolgt in einem dazugehörigen Analysegerät. Es sind unterschiedliche Typen von mikrofluidischen Analysesystemen bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine mikrofluidische Vorrichtung zum Analysieren von Probenmaterial und ein Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Im Allgemeinen verfügt eine druckbasierte mikrofluidische Analysevorrichtung über eine Vielzahl von aktiven mikrofluidischen Elementen wie Ventilen und Pumpkammern, welche in einem geeigneten Netzwerk aus mikrofluidischen Kanälen miteinander verbunden sind. Die pneumatische Ansteuerung der aktiven mikrofluidischen Elemente erfolgt wiederum über pneumatische Mikrokanäle innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung, welche über eine möglichst kompakt ausgestaltete Schnittstelle der mikrofluidischen Analysevorrichtung zu einem Analysegerät, welches zugleich als Prozessierungseinheit fungieren kann, mit Über- oder Unterdrück beaufschlagt werden können, um eine Aktuation der mikrofluidischen Elemente durch ein entsprechendes Auslenken einer elastischen Membran zu induzieren. Bei dem Design einer derartigen mikrofluidischen Analysevorrichtung stellt sich also insbesondere die Frage nach einer besonders vorteilhaften Anordnung der Elemente und Ausgestaltung des mikrofluidischen Netzwerks, um in besonders vorteilhafter Weise ein vorgegebenes Anwendungsspektrum mit der mikrofluidischen Vorrichtung adressieren zu können. Die hier vorgestellte mikrofluidische Vorrichtung bietet eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines mikrofluidischen Netzwerks mit aktiven, pneumatisch ansteuerbaren Elementen zum Prozessieren einer Probenflüssigkeit. Dabei kann vorteilhafterweise der Verbrauch an Reagenzien, die für die Durchführung eines Testablaufs erforderlich sind, minimiert werden, wobei gleichzeitig eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei dem mikrofluidischen Prozessieren erreicht werden kann.
Es wird eine mikrofluidische Vorrichtung zum Analysieren von Probenmaterial vorgestellt, wobei die Vorrichtung ein mikrofluidisches Netzwerk aufweist, wobei das Netzwerk ein erstes Teilnetzwerk zum Extrahieren und damit Aufreinigen von Probenmaterial und ein durch einen Verbindungskanal mit dem ersten Teilnetzwerk verbundenes zweites Teilnetzwerk zum Vervielfältigen und damit Amplifizieren von Probenmaterial umfasst, wobei das erste Teilnetzwerk und das zweite Teilnetzwerk voneinander abtrennbar sind.
Bei der mikrofluidischen Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Lab- on-Chip- Kartusche als Bestandteil eines druckbasierten mikrofluidischen Analysesystems handeln. Dabei kann der Flüssigkeitstransport innerhalb der mikrofluidischen Analysevorrichtung durch das Anlegen von, zumeist pneumatischem, Druck erfolgen. Bei dem Probenmaterial, welches beispielsweise aus einer in die mikrofluidische Vorrichtung eingegebenen Probensubstanz stammen und innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung prozessiert werden kann, kann es sich beispielsweise um eine Probenflüssigkeit handeln. Dabei kann unter einer Probensubstanz die Probe verstanden werden, welche in die Kartusche eingegeben werden kann, zum Beispiel eine Flüssigprobe oder eine Abstrich-Probe. Hingegen kann es sich bei dem Probenmaterial insbesondere auch lediglich um Bestandteile der Probensubstanz handeln, welche aus der Probensubstanz beispielsweise durch Extraktion gewonnen wurden. Beispielsweise kann diese Probenflüssigkeit eine wässrige Lösung sein, beispielsweise gewonnen aus einer biologischen Substanz, beispielsweise humanen Ursprungs, wie einer Körperflüssigkeit, eines Abstrichs, eines Sekrets, Sputum, einer Gewebeprobe oder einer Vorrichtung mit angebundenem Probenmaterial. In der Probenflüssigkeit können 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 befinden.
Beispielsweise kann es sich bei der Probenflüssigkeit um einen Mastermix oder Bestandteile davon handeln, beispielsweise für die Durchführung wenigstens einer Amplifikationsreaktion in der mikrofluidischen Analysevorrichtung beispielsweise für einen DNA-Nachweis auf molekularer Ebene wie beispielsweise einer isothermalen Amplifikationsreaktion oder einer Polymerase- Kettenreaktion. Dabei kann in der Vorrichtung zum Beispiel aus einer eingegebenen Probensubstanz, zum Beispiel einer Flüssigprobe oder Abstrichprobe, zunächst Probenmaterial extrahiert werden. Das heißt es kann ein Aufreinigen von Probenmaterial durchgeführt werden, um eine anschließende Amplifikation von Bestandteilen der Probensubstanz zu ermöglichen. Das Aufreinigen ist besonders vorteilhaft, da die ursprüngliche Probensubstanz Bestandteile, sogenannte Inhibitoren, enthalten kann, welche die Amplifikationsreaktion nachteilig beeinflussen würden. Bei der anschließenden Amplifikationsreaktion können lediglich Bestandteile der ursprünglichen Probensubstanz, wie zum Beispiel bestimmte DNA-Basensequenzen, amplifiziert, das heißt vervielfältigt, werden. Durch das lokale Anlegen von Über oder Unterdrück kann beispielsweise eine elastische Membran als Bestandteil der mikrofluidischen Vorrichtung gezielt in Ausnehmungen in der mikrofluidischen Vorrichtung ausgelenkt werden, um auf diese Weise Flüssigkeit in die Ausnehmungen anzusaugen oder aus den Ausnehmungen zu verdrängen. Durch die elastische Membran kann hierbei zugleich eine Trennung zwischen den mikrofluidischen, flüssigkeitsführenden Bereichen der Vorrichtung einerseits sowie den pneumatischen Bereichen und der äußeren Umgebung andererseits erreicht werden. Abhängig von der Größe einer Ausnehmung in einem flüssigkeitsführenden Bereich und dem damit verbundenen Verdrängungsvolumen bei einem Auslenken der Membran in diesen Bereich kann beispielsweise eine mikrofluidische Pumpkammer mit großem Verdrängungsvolumen zur vordergründigen Erzeugung eines Flusses in der Vorrichtung oder ein mikrofluidisches Ventil mit kleinem Verdrängungsvolumen zur vordergründigen Steuerung des Flusses in der Vorrichtung vorliegen. Durch eine Kombination aus insgesamt wenigstens drei mikrofluidischen Pumpkammern und zusätzlich oder alternativ Ventilen kann sich durch sukzessive Aktuation der Elemente ein gerichteter Fluss in der mikrofluidischen Vorrichtung erzeugen lassen. Beispielsweise kann eine Pumpkammer mit zwei umrahmenden Ventilen, das heißt einem Einlass- und einem Auslassventil, kombiniert werden, um einen gerichteten Flüssigkeitstransport zu erzielen. Darüber hinaus können beispielsweise auch drei gleichartige Elemente mit vergleichbarem Verdrängungsvolumen miteinander kombiniert werden, um durch reihenweise, sukzessive Aktuation einen peristaltischen Flüssigkeitstransport zu bewirken.
Die hier vorgestellte Vorrichtung weist dabei vorteilhafterweise eine Abgrenzung der verschiedenen Funktionalitäten auf, welche von der mikrofluidischen Vorrichtung bereitgestellt werden können, in Form von mikrofluidisch abtrennbaren Teilnetzwerken. Unter einem Teilnetzwerk kann dabei eine Mehrzahl von miteinander verbundenen mikrofluidischen Elementen verstanden werden. Bei den mikrofluidischen Elementen kann es sich wie oben erwähnt um passive Elemente wie Kammern oder um aktuierbare Elemente wie Pumpkammern, Pumpen oder Ventile handeln. Vorzugsweise umfasst ein Teilnetzwerk zumindest zwei, bevorzugt mehr als zwei miteinander fluidisch verbundene mikrofluidische Elemente. Mit zwei voneinander abtrennbaren Teilnetzwerken ist insbesondere gemeint, dass die beiden Teilnetzwerke in zwei örtlich voneinander getrennten Bereichen angeordnet sind, und in einer vorzugsweisen Ausgestaltung durch einen ebenen Schnitt voneinander getrennt werden können. Alternativ oder zusätzlich kann unter zwei voneinander abtrennbaren Teilnetzwerken verstanden werden, dass die beiden Teilnetzwerke durch ein oder mehrere Kanäle, bevorzugt nur durch einen Kanal, miteinander verbunden sind, wobei die Kanäle beziehungsweise der Kanal vorzugweise durch wenigstens ein fluidisches Trennelement wie beispielsweise ein Ventil fluidisch voneinander getrennt werden können.
Aufgrund der abtrennbaren Teilnetzwerke kann vorteilhafterweise eine Mehrfachansteuerung von mikrofluidischen Elementen ermöglicht werden, welche verschiedenen Teilnetzwerken zugeordnet sein können. Ferner ermöglicht eine Trennung der Durchführung von Aufreinigung und Amplifikation in separaten Teilnetzwerken eine Verringerung der Anzahl an Spülschritten sowie eine Unterbindung eines unerwünschten mikrofluidischen Quersprechens zwischen verschiedenen Ablaufschritten.
Gemäß einer Ausführungsform können das erste Teilnetzwerk und das zweite Teilnetzwerk in einer linearen Topologie angeordnet sein. Unter einer linearen Topologie kann insbesondere verstanden werden, dass die Teilnetzwerke linear oder in einer Reihe geordnet sind. Durch die lineare Netzwerktopologie können Totvolumina, welche bei der Durchführung eines Testablaufs innerhalb der mikrofluidischen Analysevorrichtung auftreten können, besonders gering ausfallen. Auf diese vorteilhafte Weise kann die Menge an Reagenzien, welche zur Durchführung des Testablaufs innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung benötigt wird, reduziert werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das erste Teilnetzwerk und zusätzlich oder alternativ das zweite Teilnetzwerk eine Mehrzahl von fluidisch voneinander abtrennbaren Funktionsmodulen aufweisen. Beispielsweise kann jedes Funktionsmodul eine bestimmte Aufgabe innerhalb eines Aufreinigungs oder Analyseprozesses erfüllen und hierfür eine variable Anzahl einzelner Elemente wie zum Beispiel Ventile, Pump- oder Speicherkammern aufweisen. Dabei können die einzelnen Funktionsmodule zum Beispiel mittels Abtrennventilen voneinander abtrennbar sein. Ferner können zumindest einige der Funktionsmodule in einer bevorzugten Ausgestaltung in einer linearen Topologie angeordnet sein. Die Funktionsmodule können während eines Aufreinigungs- und Analysevorgangs zum Beispiel sukzessive angesteuert werden, um beispielsweise zunächst eine Spezies aus einer Probensubstanz zu extrahieren und einen anschließenden Nachweis der Spezies oder Bestandteilen davon in getrennten Bereichen der vorgestellten mikrofluidischen Analysevorrichtung zu ermöglichen. Vorteilhafterweise kann dadurch ein mögliches Quersprechen, das heißt ein unerwünschtes Vermischen von unterschiedlichen Flüssigkeitslösungen, welches üblicherweise durch eine mehrfache Verwendung von bestimmten Bereichen des mikrofluidischen Netzwerks auftreten kann, unterbunden werden. Auf diese Weise kann die Effizienz chemischer Reaktionen, welche innerhalb der mikrofluidischen Analysevorrichtung ablaufen, gesteigert und die Sensitivität, die bei einem Nachweis erzielt werden kann, erhöht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung einen Ansteueranschluss zum Anlegen eines Drucks aufweisen, wobei der Ansteueranschluss durch einen ersten Ansteuerkanal mit einem Element eines Funktionsmoduls des ersten Teilnetzwerks und durch einen zweiten Ansteuerkanal mit einem Element eines Funktionsmoduls des zweiten Teilnetzwerks verbunden sein kann. Bei dem Element kann es sich zum Beispiel um ein Ventil oder eine Pumpkammer oder ein anderes mikrofluidisches Element der Vorrichtung handeln. Beispielsweise kann an dem Ansteueranschluss, der auch als Port oder Steuer-Port bezeichnet werden kann, ein Über- oder Unterdrück angelegt werden, um die Elemente der Funktionsmodule der Teilnetzwerke anzusteuern. Auf diese vorteilhafte Weise können mehrere aktive Elemente, welche jeweils unterschiedlichen Funktionsmodulen angehören, über einen gemeinsamen Ansteuerkanal geschaltet werden. Mit anderen Worten ausgedrückt ist also ein Multiplexing bei der Ansteuerung möglich. Durch ein Multiplexing bei der Ansteuerung der aktiven mikrofluidischen Elemente kann vorteilhafterweise die Anzahl der Steuer-Ports, welche für die Ansteuerung eines vorgegebenen mikrofluidischen Netzwerks benötigt werden, reduziert werden. Auf diese Weise können die Kosten, welche für das Analysegerät, das heißt insbesondere die Prozessierungseinheit, anfallen, gesenkt werden. Zudem kann durch ein Multiplexing bei der Ansteuerung der aktiven mikrofluidischen Elemente bei einer vorgegebenen Anzahl an Steuer-Ports ein mikrofluidisches Netzwerk mit einem gesteigerten Funktionsumfang realisiert werden. Auf diese Weise kann das Anwendungsspektrum, welches von einer derartigen mikrofluidischen Analysevorrichtung adressiert wird, erweitert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das erste Teilnetzwerk ein erstes Funktionsmodul zum Bereitstellen von Flüssigkeitsreagenzien und zusätzlich oder alternativ ein zweites Funktionsmodul zum Eingeben einer Probensubstanz und zusätzlich oder alternativ ein drittes Funktionsmodul zum Filtern von Probenmaterial und zusätzlich oder alternativ ein viertes Funktionsmodul zum Speichern von Flüssigkeiten und zusätzlich oder alternativ ein Pumpmodul zum Herstellen eines Fluidtransports zwischen den Funktionsmodulen und zusätzlich oder alternativ das zweite Teilnetzwerk mindestens ein erstes Funktionsmodul zum Amplifizieren von Probenmaterial und zusätzlich oder alternativ ein zweites Funktionsmodul zum Bereitstellen wenigstens eines Amplifikationsreaktions- Beads umfassen. Beispielsweise können die Funktionsmodule des ersten Teilnetzwerks sukzessive zum Aufreinigen beziehungsweise Extrahieren von Probenmaterial eingesetzt werden. Dabei kann zum Beispiel das erste Funktionsmodul Flüssigreagenzien bereitstellen, in denen beispielsweise Probenmaterial gelöst und zusätzlich oder alternativ innerhalb der Vorrichtung transportiert werden kann. In das zweite Funktionsmodul kann eine Probensubstanz beispielsweise in Form einer Probenflüssigkeit oder einer Abstrichprobe eingegeben und gegebenenfalls von einem Trägerelement wie beispielsweise einer Probennahmevorrichtung gelöst werden. Unter Verwendung des dritten Funktionsmoduls können zum Beispiel bestimmte Spezies aus der Probensubstanz herausgefiltert werden, sodass im weiteren Verlauf nur der zu analysierende Teil des Probenmaterials weiter transportiert werden kann. Im vierten Funktionsmodul kann beispielsweise Flüssigkeit, welche beispielsweise während der Aufreinigung der Probensubstanz anfällt, gespeichert oder zwischengespeichert werden. Mittels des Pumpmoduls kann dabei ein Flüssigkeitstransport zwischen den unterschiedlichen Funktionsmodulen und zusätzlich oder alternativ zwischen den Teilnetzwerken hergestellt werden. So kann zum Beispiel nach dem Aufreinigen der Probensubstanz in den Funktionsmodulen des ersten Teilnetzwerks ein mit Probenmaterial angereichertes Fluid durch den Verbindungkanal von dem ersten Teilnetzwerk in das zweite Teilnetzwerk transportiert werden. Hier kann Probenmaterial zum Beispiel im ersten Funktionsmodul vervielfältigt beziehungsweise amplifiziert werden, während beispielsweise in einem zweiten Funktionsmodul ein sogenanntes Amplifikationsreaktions-Bead bereitgestellt werden kann. Vorteilhafterweise kann somit die Anzahl der Spülschritte, welche für die Durchführung eines Testablaufs innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung erforderlich sind, verringert werden. Auf diese Weise kann die Zeitdauer, welche für die Durchführung eines Testablaufs erforderlich ist, verkürzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das vierte Funktionsmodul des ersten Teilnetzwerks und das erste Funktionsmodul des zweiten Teilnetzwerks durch den Verbindungskanal fluidisch verbunden sein. Beispielsweise kann bei der Aufreinigung der Probensubstanz anfallende Flüssigkeit im vierten Funktionsmodul des ersten Teilnetzwerks gespeichert werden. Unter Verwendung des Verbindungskanals kann eine Flüssigkeit mit Probenmaterial in das erste Funktionsmodul des zweiten Teilnetzwerks überführt werden und Probenmaterial kann anschließend amplifiziert werden. Vorteilhafterweise kann durch die alleinige Verbindung der zwei Funktionsmodule eine Abtrennung einzelner Funktionsmodule sowie der Teilnetzwerke voneinander vereinfacht und das Auftreten einer Quer- Kontamination zwischen verschiedenen Ablaufschritten, das heißt ein unerwünschtes Vermischen von unterschiedlichen Flüssigkeitslösungen, welche während der Durchführung des Testablaufs zum Einsatz kommen, kann unterbunden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das das vierte Funktionsmodul des ersten Teilnetzwerks ein erstes Absperrventil zum Schließen des Verbindungskanals und zusätzlich oder alternativ das erste Funktionsmodul des zweiten Teilnetzwerks ein zweites Absperrventil zum Schließen des Verbindungskanals aufweisen. Beispielsweise kann das erste Absperrventil geschlossen gehalten werden, während Probenmaterial innerhalb des ersten Teilnetzwerks prozessiert wird. Das hat den Vorteil, dass ein unerwünschtes vorzeitiges Eindringen eines im ersten Teilnetzwerk verwendeten Transferfluids mit Probenmaterial in das zweite Teilnetzwerk verhindert werden kann. Gleichermaßen kann nach einem Transport in das zweite Teilnetzwerk, bei dem beide Absperrventile geöffnet sein können, ein Schließen des zweiten Absperrventils einen Rückfluss des Transferfluids mit dem Probenmaterial in das erste Teilnetzwerk vorteilhafterweise verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung einen Ventilansteueranschluss zum Anlegen eines Drucks umfassen, wobei das erste Absperrventil und das zweite Absperrventil mittels des
Ventilansteueranschlusses steuerbar sein können. Beispielsweise können mittels des Ventilansteueranschlusses das erste Absperrventil und das zweite Absperrventil zeitgleich geschlossen oder geöffnet werden, um einen Fluidtransfer zwischen dem ersten Teilnetzwerk und dem zweiten Teilnetzwerk der Vorrichtung zu ermöglichen oder zu verhindern. Durch die gemeinsame Ansteuerung kann vorteilhafterweise die für das Prozessieren der Vorrichtung benötigte Anzahl an Ansteuerelementen verringert und damit können die Kosten des Systems verringert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das vierte Funktionsmodul des ersten Teilnetzwerks ausgebildet sein, um Probenmaterial auszugeben. Falls beispielsweise lediglich eine Aufreinigung und Extraktion von Probenmaterial in der Vorrichtung durchgeführt wird, kann das Probenmaterial beispielsweise nach dem Durchführen einer Extraktion wieder aus der mikrofluidischen Vorrichtung entnommen werden, ohne es in das zweite Teilnetzwerk zu überführen. Hierfür kann das vierte Funktionsmodul zum Beispiel eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben des Probenmaterials umfassen. Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung dadurch für verschiedene Analyseprozesse variabel eingesetzt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das erste Teilnetzwerk ein zusätzliches zweites Funktionsmodul zum Eingeben einer Probensubstanz aufweisen. Beispielsweise können durch die lineare Netzwerktopologie der Vorrichtung mehrere Probeneingabekammern implementiert werden, wobei diese in gleichwertiger Weise für eine anschließende mikrofluidische Prozessierung der in wenigstens eine der Probeneingabekammern eingegebenen Probensubstanz in dem mikrofluidischen Netzwerk der Vorrichtung eingesetzt werden können. Dabei kann zum Beispiel eine erste Probeneingabekammer speziell für die Eingabe einer Flüssigprobe in optimierter Form ausgestaltet sein, während eine zweite Probeneingabekammer beispielsweise speziell für die Eingabe einer Abstrichprobe, das heißt einer Probennahmevorrichtung mit angebundenem Probenmaterial, ausgestaltet sein kann. Auf diese vorteilhafte Weise kann die mikrofluidische Analysevorrichtung für eine Untersuchung von unterschiedlichen Probensubstanzen in universeller Weise eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung mindestens einen weiteren Ansteueranschluss zum Anlegen eines Drucks umfassen, wobei der weitere Ansteueranschluss durch einen weiteren Ansteuerkanal entweder mit einem Element eines Funktionsmoduls des ersten Teilnetzwerks oder mit einem Element eines Funktionsmoduls des zweiten Teilnetzwerks verbunden sein kann. Die mikrofluidische Vorrichtung kann zum Beispiel eine Mehrzahl von Ansteueranschlüssen umfassen, wobei einige Ansteueranschlüsse ausgebildet sein können, um mehrere Elemente unterschiedlicher Funktionsmodule anzusteuern, während andere Ansteueranschlüsse zum Ansteuern eines bestimmten Elements eines Funktionsmoduls verwendet werden können. Vorteilhafterweise ist so eine präzise Ansteuerung aller Elemente der Funktionsmodule möglich.
Zudem wird ein Verfahren zum Betreiben einer Variante der zuvor vorgestellten mikrofluidischen Vorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Extrahierens von Probenmaterial unter Verwendung des ersten Teilnetzwerks, einen Schritt des Transferierens von Probenmaterial vom ersten Teilnetzwerk in das zweite Teilnetzwerk und einen Schritt des Amplifizierens von Probenmaterial unter Verwendung des zweiten Teilnetzwerks umfasst. Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Extrahierens einen Teilschritt des Vermischens und zusätzlich oder alternativ einen Teilschritt des Herablösens und zusätzlich oder alternativ einen Teilschritt des Lysierens und zusätzlich oder alternativ einen Teilschritt des Filterns und zusätzlich oder alternativ einen Teilschritt des Spülens aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Schritt des Transferierens einen Teilschritt des Eluierens aufweisen und zusätzlich oder alternativ kann der Schritt des Amplifizierens einen Teilschritt des Lösens und zusätzlich oder alternativ einen Teilschritt des Vervielfältigens und zusätzlich oder alternativ einen Teilschritt des Erfassens aufweisen.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einiesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einiesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung;
Fig. 6 eine perspektivische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung;
Fig. 7 eine Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung;
Fig. 8 eine perspektivische Draufsicht eines Ausschnitts der mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 eine perspektivische Unteransicht eines Ausschnitts der mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts zum Aufnehmen einer mikrofluidischen Vorrichtung. In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein mikrofluidisches Netzwerk 105 mit einer linearen Topologie auf. Das Netzwerk 105 ist in ein erstes Teilnetzwerk 110 und ein zweites Teilnetzwerk 120 aufgeteilt, wobei beide Teilnetzwerke 110, 120 in der hier gezeigten Darstellung mittels gestrichelter Linien markiert sind. Die beiden Teilnetzwerke 110, 120 sind über einen mikrofluidischen Verbindungskanal 125 miteinander verbunden. Dabei umfassen sowohl das erste Teilnetzwerk 110 als auch das zweite Teilnetzwerk 120 weitere mikrofluidische Kanäle, die in der hier gezeigten Figur als durchgezogene Linien in schematischer Weise dargestellt sind, welche unterschiedliche mikrofluidische Elemente miteinander verbinden. Das Netzwerk 105 der mikrofluidischen Vorrichtung 100 zeichnet sich in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere aus durch zwanzig aktive mikrofluidische Ventile 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150. Lediglich beispielhaft sind zwei Ventile 144, 145 an dem Verbindungskanal 125 angeordnet und als ein erstes Absperrventil 144 und als ein zweites Absperrventil 145 zum Schließen des Verbindungskanals ausgebildet. Somit sind die Teilnetzwerke 110, 120 voneinander abtrennbar. Das Netzwerk 105 umfasst zudem sechs aktive mikrofluidische Pumpkammern 151, 152, 153, 154, 155, 156, eine passive mikrofluidische Kammer 160, drei Vorlagerungskammern mit Entlüftungsöffnungen 161, 162, 163 für eine langzeitstabile Vorlagerung von Flüssigreagenzien, zwei
Probeneingabekammern 167, 168, welche eine Probeneingabe ermöglichen, ein Filterelement 170, welches eine Extraktion von Bestandteilen aus einer Flüssigkeit ermöglicht, eine Flüssigkeitsspeicherkammer 180, welche für die Aufnahme von Flüssigkeiten nach einem Prozessieren in dem mikrofluidischen Netzwerk 105 dient, sowie vier Entlüftungsvorrichtungen 191, 192, 193, 194, welche zur Entlüftung des mikrofluidischen Netzwerks dienen. Die insgesamt sechsundzwanzig aktiven mikrofluidischen Elemente sind in diesem Ausführungsbeispiel durch pneumatische Steuerkanäle kontrollierbar, wie durch die senkrecht zu den mikrofluidischen Kanälen abzweigenden Striche in den Bezugssymbolen illustriert ist. Die Anordnung und Verknüpfung der benannten Elemente bildet das mikrofluidische Netzwerk 105, welches lediglich beispielhaft eine lineare Topologie aufweist.
Dabei setzt sich das mikrofluidische Netzwerk 105 der mikrofluidischen Vorrichtung 100 zusammen aus dem ersten Teilnetzwerk 110, welches für die Aufreinigung von Probenmaterial vorgesehen ist, sowie dem zweiten Teilnetzwerk 120, welches für eine Amplifikation von Probenmaterial vorgesehen ist. Die beiden Teilnetzwerke 110, 120 sind über einen mikrofluidischen Verbindungskanal 125 fluidisch miteinander verbunden. Dadurch ist ein mikrofluidisches Prozessieren im Rahmen der Durchführung eines Testablaufs innerhalb der beiden Teilnetzwerke 110, 120 sukzessive, das heißt nacheinander möglich. Entsprechend ist eine Kombination aus aktiven mikrofluidischen Elementen, welche jeweils in unterschiedlichen Teilnetzwerken 110, 120 angeordnet sind, gegebenenfalls durch einen gemeinsamen Ansteuerkanal ansteuerbar.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen Figur beschriebenen Vorrichtung und umfasst ein mikrofluidisches Netzwerk 105, das in ein erstes Teilnetzwerk 110 und ein zweites Teilnetzwerk 120 aufgeteilt ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die mikrofluidischen Elemente des Netzwerks 105 innerhalb der Teilnetzwerke 110, 120 in einer Mehrzahl von voneinander abtrennbaren Funktionsmodulen angeordnet, wobei die einzelnen Funktionsmodule in der hier gezeigten Darstellung jeweils durch umrahmende rechteckige Kästen aus punktgestrichelten Linien markiert sind. Im Einzelnen umfasst das Teilnetzwerk 110 zur Aufreinigung von Probenmaterial in diesem Ausführungsbeispiel ein Pumpmodul 230 zum Transportieren von Fluiden und darin gelöstem Probenmaterial innerhalb des Netzwerks 105 beziehungsweise zwischen den unterschiedlichen Funktionsmodulen. Lediglich beispielhaft umfasst das Pumpmodul hierfür zwei aktive mikrofluidische Pumpkammern 151, 152 und ein mikrofluidisches Ventil 136. Zudem weist das erste Teilnetzwerk 110 ein erstes Funktionsmodul 250 zur Bereitstellung von Flüssigreagenzien auf. In diesem ersten Funktionsmodul sind lediglich beispielhaft drei Vorlagerungskammern 161, 162, 163 für eine langzeitstabile Vorlagerung von Flüssigreagenzien angeordnet. Lediglich beispielhaft handelt es sich bei den Flüssigkeitsreagenzien um wässrige Lösungen, beispielsweise Pufferlösungen für die Prozessierung einer Probensubstanz oder Bestandteilen davon. In einem anderen Ausführungsbeispiel können auch Mineralöle, Silikonöle oder fluorierte Kohlenwasserstoffe in den Vorlagerungskammern gelagert werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist jede Vorlagerungskammer 161, 162, 163 fluidisch mit jeweils einem mikrofluidischen Ventil 131, 132, 133 verbunden, die wiederum über eine erste Kanalschnittstelle 255 fluidisch miteinander sowie mit einer zweiten Kanalschnittstelle 257 verbunden sind. Durch ein Schließen der Ventile 131, 132, 133 ist das erste Funktionsmodul 250 von dem restlichen mikrofluidischen Netzwerk 105 abtrennbar. Über die zweite Kanalschnittstelle 257 ist das erste Funktionsmodul 250 in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Pumpmodul 230, mit einem zweiten Funktionsmodul 261 zur Eingabe von Probensubstanzen und lediglich beispielhaft mit einem zusätzlichen zweiten Funktionsmodul 262 zur Eingabe von Probensubstanzen verbunden. Dabei umfasst das zweite Funktionsmodul 261 eine Probeneingabekammer 167 mit einer Entlüftungsvorrichtung 191. Die Probeneingabekammer 167 ist lediglich beispielhaft ausgebildet, um eine Abstrichprobe, das heißt eine Probennahmevorrichtung mit angebundenem Probenmaterial, aufzunehmen und ist innerhalb des zweiten Funktionsmoduls fluidisch mit zwei Ventilen 134, 135 verbunden. In ähnlicher Weise umfasst das zusätzliche zweite Funktionsmodul 262 eine Probeneingabekammer 168 mit einer Entlüftungsvorrichtung 192, die fluidisch mit zwei Ventilen 137, 138 verbunden ist. Dabei ist die Probeneingabekammer 168 in diesem Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft zum Eingeben einer Flüssigprobe ausgebildet. Das zweite Funktionsmodul 261 und das zusätzliche zweite Funktionsmodul 262 sind über die Ventile 134, 137 fluidisch mit der zweiten Kanalschnittstelle verbunden. Über die Ventile 135, 138 sind das zweite Funktionsmodul 261 und das zusätzliche zweite Funktionsmodul 262 wiederum mit einer dritten Kanalschnittstelle 165 fluidisch verbunden, über die lediglich beispielhaft eine fluidische Verbindung zu dem Pumpmodul 230 und zu einem dritten Funktionsmodul 270 zum Filtern des Probenmaterials besteht. Durch ein Schließen der Ventile 134, 135 ist das zweite Funktionsmodul 261 von dem restlichen mikrofluidischen Netzwerk 105 abtrennbar, ebenso wie das zusätzliche zweite Funktionsmodul 262 durch ein Schließen der Ventile 137, 138 von dem restlichen mikrofluidischen Netzwerk 105 abtrennbar ist. Das dritte Funktionsmodul 270 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel neben vier mikrofluidischen Ventilen 139, 140, 141, 142 ein Filterelement 170, bei dem es sich lediglich beispielhaft um einen Silika- Filter handelt und das lediglich beispielhaft ausgebildet ist, um Spezies aus einer Probensubstanz herauszufiltern. Dabei bewirkt ein Schließen der Ventile 139, 140, die fluidisch mit der dritten Kanalschnittstelle 265 und einem vierten Funktionsmodul 280 verbunden sind, ein Lenken eines Fluidstroms über das Filterelement 170. Durch ein Schließen der Ventile 139, 141 ist das dritte Funktionsmodul 270 gegenüber den Funktionsmodulen 250, 261, 262 und dem Pumpmodul 230 abtrennbar und durch ein Schließen der Ventile 140, 142 ist das dritte Funktionsmodul 270 gegenüber dem vierten Funktionsmodul 280 abtrennbar. Das vierte Funktionsmodul 280 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um ein im Netzwerk 105 verwendetes Fluid zu speichern. Hierfür weist das vierte Funktionsmodul 280 lediglich beispielhaft eine Flüssigkeitsspeicherkammer 180 mit einer Entlüftungsvorrichtung 193 und zwei Ventile 143, 144 auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das vierte Funktionsmodul 280 zusätzlich zum Ausgeben von Probenmaterial ausgebildet sein. Das vierte Funktionsmodul 280 ist in diesem Ausführungsbeispiel über eine vierte Kanalschnittstelle 285 fluidisch mit dem dritten Funktionsmodul 270 und dem Verbindungskanal 125 verbunden. Dabei ist das Ventil 144 lediglich beispielhaft als Absperrventil ausgebildet und am Verbindungskanal 125 angeordnet. Durch ein Schließen des Ventils 144 ist somit das gesamte erste Teilnetzwerk 110 von dem übrigen mikrofluidischen Netzwerk 105 abtrennbar. Der Verbindungskanal 125 stellt in diesem Ausführungsbeispiel eine fluidische Verbindung zwischen dem vierten Funktionsmodul 280 des ersten Teilnetzwerks 110 und einem ersten Funktionsmodul 290 des zweiten Teilnetzwerks 120 zur Amplifikation von Probenmaterial dar. Das erste Funktionsmodul 290 des zweiten Teilnetzwerks 120 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um Probenmaterial zu amplifizieren und umfasst hierfür lediglich beispielhaft drei in einer Reihe angeordnete aktive mikrofluidische Pumpkammern 153, 154, 155, die lediglich beispielhaft von zwei mikrofluidischen Ventilen 145, 146 eingeklammert sind. Dabei ist das Ventil 145 in diesem Ausführungsbeispiel direkt am Verbindungskanal 125 angeordnet und als Absperrventil ausgebildet. Durch ein Schließen des Ventils 145 ist somit das gesamte zweite Teilnetzwerk 120 von dem übrigen mikrofluidischen Netzwerk 105 abtrennbar. In diesem Ausführungsbeispiel weist das zweite Teilnetzwerk 120 zudem ein zweites Funktionsmodul 295 mit vier Ventilen 147, 148, 149, 150, einer aktiven mikrofluidische Pumpkammer 156, einer passiven mikrofluidischen Kammer 160 und einer Entlüftungsvorrichtung 194 auf. Über die Ventile 146, 147 sind das erste Funktionsmodul 290 und das zweite Funktionsmodul 295 fluidisch miteinander verbunden. Eine Abtrennung der beiden Funktionsmodule 290, 295 voneinander ist somit sowohl mittels des Ventils 146 des ersten Funktionsmoduls 290 als auch mittels des Ventils 147 des zweiten Funktionsmoduls 295 möglich. Das zweite Funktionsmodul 295 des zweiten Teilnetzwerks 120 ist lediglich beispielhaft ausgebildet, um wenigstens ein Amplifikationsreaktions-Bead bereitzustellen. Lediglich beispielhaft handelt es sich bei dem Amplifikationsreaktions-Bead um eine lyophilisierte beziehungsweise gefriergetrocknete Reagenz zum Herstellen eines Amplifikationsreaktions-Mix.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung. In der hier gezeigten Abbildung sind die Funktionsmodule 250, 261, 262, 270, 280, 290, 295 sowie das Pumpmodul 230 in vereinfachter Weise ohne die einzelnen mikrofluidischen Elemente dargestellt. Die Funktionsmodule 250, 261, 262, 270, 280, 290, 295 und das Pumpmodul 230 sind dabei in linearer Topologie angeordnet. Ferner sind die Funktionsmodule 250, 261, 262, 270, 280 sowie das Pumpmodul 230 als Bestandteile des ersten Teilnetzwerks 110 ausgebildet und die Funktionsmodule 290, 295 als Bestandteile des zweiten Teilnetzwerks 120, wobei das erste Teilnetzwerk 110 und das zweite Teilnetzwerk 120 über genau einen Verbindungskanal 125 miteinander verbunden sind. Durch die gewählte Topologie ist es lediglich beispielhaft möglich die Größe von Totvolumina zu verringern, die Anzahl von Pumpschritten zu reduzieren und ein unerwünschtes mikrofluidisches Quersprechen zwischen unterschiedlichen Prozessschritten eines Ablaufs zu unterbinden. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung mit dem beschriebenen Netzwerk. Zusätzlich zu den mikrofluidischen Elementen, welche das Netzwerk 105 der mikrofluidischen Vorrichtung 100 bilden, sind ferner auch die Ansteuerkanäle, welche zur Ansteuerung der aktiven mikrofluidischen Ventile 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150 und Pumpkammern 151, 152, 153, 154, 155, 156 dienen, als gestrichelte Linien eingezeichnet. In dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt eine Ansteuerung dieser sechsundzwanzig aktiven mikrofluidischen Elemente 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139,
140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156 mittels einer kompakten Ansteuerschnittstelle 400. Die Ansteuerschnittstelle 400 umfasst lediglich beispielhaft zwanzig Ansteueranschlüsse 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417, 418, 419, 420, welche auch als Ansteuerungs- Ports bezeichnet werden können. Bei den Ansteuerungs- Ports handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um pneumatische Anschlüsse, über welche eine Aktuation der aktiven mikrofluidischen Elemente 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140,
141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156 lediglich beispielhaft durch das Anlegen eines Über- oder Unterdrucks erfolgt. Dadurch ist insgesamt ein sechsfaches Multiplexing erzielt, wie sich aus der Differenz der Anzahl von sechsundzwanzig Elementen und zwanzig Ports ergibt. In der hier gezeigten Figur sind die zugehörigen sechs Verzweigungen von pneumatischen Ansteuerkanälen, welche das Multiplexing ermöglichen, in Form von schwarzen Knotenpunkten illustriert. Die Verzweigung der Ansteuerkanäle erfolgt entweder direkt an einem Ansteuerungs- Port oder aber an einem geeigneten Punkt eines Ansteuerkanals. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt lediglich beispielhaft eine Verzweigung direkt am Ansteueranschluss 409. Der Ansteueranschluss 409 ist lediglich beispielhaft ausgebildet, um durch einen ersten Ansteuerkanal 431 das Ventil 141 des dritten Funktionsmoduls 270 des ersten Teilnetzwerks 110 und durch einen zweiten Ansteuerkanal 432 das Ventil 148 des zweiten Funktionsmoduls 295 des zweiten Teilnetzwerks 120 gemeinsam anzusteuern. Auf ähnliche Weise sind in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Ventilansteueranschlusses 418 zum Anlegen eines Drucks das erste Absperrventil 144 und das zweite Absperrventil 145 steuerbar. Dadurch ist ein Öffnen oder Schließen des Verbindungskanals 125 unter Verwendung des Ventilansteueranschlusses 418 möglich und die einzelnen Teilnetzwerke 110,
120 sind von einander abtrennbar. Hingegen weist ein zweiter Ansteueranschluss 410 in diesem Ausführungsbeispiel eine erste Verzweigung 441 und eine zweite Verzweigung 442 auf und ist somit ausgebildet, um sowohl das Ventil 131 des ersten Funktionsmoduls 250 des ersten Teilnetzwerks 110, als auch die Ventile 149, 150 des zweiten Funktionsmoduls 295 des zweiten Teilnetzwerks 120 gemeinsam anzusteuern. Die Ansteuerschnittstelle 400 umfasst zudem einen weiteren Ansteueranschluss 401 zum Anlegen eines Drucks, wobei der weitere Ansteueranschluss 401 in diesem Ausführungsbeispiel durch einen weiteren Ansteuerkanal 451 mit dem Ventil 132 des ersten Funktionsmoduls 250 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden ist. Lediglich beispielhaft ist ein zweiter weiterer Ansteueranschluss 402 mit der Pumpkammer 152 des Pumpmoduls 230 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden, ein dritter weiterer Ansteueranschluss 403 ist mit dem Ventil 137 des zusätzlichen zweiten Funktionsmoduls 262 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden, ein vierter weiterer Ansteueranschluss 404 ist mit dem Ventil 138 des zusätzlichen zweiten Funktionsmoduls 262 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden, ein fünfter weiterer Ansteueranschluss 405 ist mit den Ventilen 139, 140 des dritten Funktionsmoduls 270 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden, ein sechster weiterer Ansteueranschluss 406 ist mit dem Ventil 143 des vierten Funktionsmoduls 280 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden, ein achter weiterer Ansteueranschluss 408 ist mit dem Ventil 142 des dritten Funktionsmoduls 270 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden, ein elfter weiterer Ansteueranschluss 411 ist mit dem Ventil 133 des ersten Funktionsmoduls 250 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden, ein zwölfter weiterer Ansteueranschluss 412 ist mit den Ventilen 134, 135 des zweiten Funktionsmoduls 261 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden, ein dreizehnter weiterer Ansteueranschluss 413 ist mit der Pumpkammer 151 des Pumpmoduls 230 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden und ein vierzehnter Ansteueranschluss 414 ist mit dem Ventil 136 des Pumpmoduls 230 des ersten Teilnetzwerks 110 verbunden. Gleichermaßen sind auch Elemente des zweiten Teilnetzwerks 120 der Vorrichtung 100 in diesem Ausführungsbeispiel mittels der Ansteuerschnittstelle 400 steuerbar. So ist lediglich beispielhaft ein siebter weiterer Ansteueranschluss 407 ist mit der Pumpkammer 153 des ersten Funktionsmoduls 290 des zweiten Teilnetzwerks 120 verbunden, ein fünfzehnter weiterer Ansteueranschluss 415 ist mit dem Ventil 146 des ersten Funktionsmoduls 290 des zweiten Teilnetzwerks 120 verbunden, ein sechzehnter weiterer Ansteueranschluss 416 ist mit der Pumpkammer 155 des ersten Funktionsmoduls 290 des zweiten Teilnetzwerks 120 verbunden, ein siebzehnter weiterer Ansteueranschluss 417 ist mit der Pumpkammer 154 des ersten Funktionsmoduls 290 des zweiten Teilnetzwerks 120 verbunden, ein neunzehnter weiterer Ansteueranschluss 419 ist mit dem Ventil 147 des zweiten Funktionsmoduls 295 des zweiten Teilnetzwerks 120 verbunden und ein zwanzigster weiterer Ansteueranschluss 420 ist mit der Pumpkammer 156 des zweiten Funktionsmoduls 295 des zweiten Teilnetzwerks 120 verbunden.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung. Zur Veranschaulichung ist in der hier gezeigten Figur das mikrofluidische Netzwerk 105 in vereinfachter Weise dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die mikrofluidische Vorrichtung 100 zwei Teilnetzwerke 110, 120, welche über einen mikrofluidischen Verbindungskanal 125 miteinander verbunden sind, und eine pneumatische Ansteuerschnittstelle 400 mit vier Ansteueranschlüssen 409, 410, 418, 500. Die Ansteueranschlüsse 409, 410, 418, 500 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ausgebildet, um sowohl mikrofluidische Elemente des ersten Teilnetzwerks 110 als auch des zweiten Teilnetzwerks 120 anzusteuern. Durch dieses vierfache Multiplexing sind in vorteilhafter Weise mittels der vier Ansteuerungs- Ports insgesamt acht aktive mikrofluidische Elemente der Vorrichtung 100 ansteuerbar, jeweils vier davon pro Teilnetzwerk 110, 120. Das Multiplexing ist dabei durch ein Verzweigen der Ansteuerkanäle an insgesamt vier Knotenpunkten 409, 418, 441, 505 erzielt.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 einen innerhalb der drei Vorlagerungskammern 161, 162, 163 angeordneten Reagenzriegel 600 mit drei Kompartimenten auf, in denen jeweils unterschiedliche Flüssigreagenzien langzeitstabil vorlagerbar sind. Entsprechend können die Vorlagerungskammern 161, 162, 163 auch als Reagenzien- Vorlagerungskammern bezeichnet werden. Zudem ist innerhalb der Probeneingabekammer 167 des in den vorangegangenen Figuren 2 bis 4 beschriebenen zweiten Funktionsmoduls lediglich beispielhaft eine Probennahmevorrichtung 605 angeordnet, welche die Überführung einer darauf befindlichen Abstrichprobe in das Netzwerk 105 der mikrofluidischen Vorrichtung 100 erlaubt.
Figur 7 zeigt eine Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer mikrofluidischen Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung. In der hier gezeigten Darstellung sind einige der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Elemente der mikrofluidischen Vorrichtung 100 beispielhaft beziffert. Im Einzelnen sind beziffert das mikrofluidische Ventil 146, die mikrofluidischen Pumpkammern 151, 152, 153, 154, 155, 156, die mikrofluidische Kammer 160, die drei Vorlagerungskammern 161, 162, 163, die beiden Probeneingabekammern 167, 168, das mikrofluidische Filterelement 170 sowie die Flüssigkeitsspeicherkammer 180. Ferner sind durch gestrichelte Linien eingezeichnet das erste Teilnetzwerk 110 für die Aufreinigung einer Probensubstanz, das zweite Teilnetzwerk 120 für die Amplifikation von Probenmaterial sowie die pneumatische Ansteuerschnittstelle 400 mit einem beispielhaft bezifferten weiteren Ansteueranschluss 401. Lediglich beispielhaft weist die Vorrichtung eine laterale Gesamtabmessung von 118 x 78 mm2 auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Gesamtabmessung 50 x 25 mm2 bis 300 x 200 mm2, bevorzugt 75 x 25 mm2 bis 200 x 100 mm2, betragen. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die fluidischen und pneumatischen Mikrokanäle zudem ein Querschnittsmaß von lediglich beispielhaft 600 x 400 pm2 auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Querschnittsmaße der fluidischen und pneumatischen Mikrokanäle 100 x 100 pm2 bis 3 x 3 mm2, bevorzugt 300 x 300 pm2 bis 1 x 1 mm2 betragen. Das effektive Verdrängungsvolumen einer mikrofluidischen Pumpkammer beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 20 pl, das effektive Verdrängungsvolumen eines mikrofluidischen Ventils beträgt lediglich beispielhaft 125 nl und das Volumen der mikrofluidischen Kammer mit Filterelement beträgt in diesem Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft 8 pl. In anderen Ausführungsbeispielen kann das effektive Verdrängungsvolumen einer mikrofluidischen Pumpkammer 1 pl bis 50 mI, bevorzugt 5 mI bis 30 mI, betragen, das effektive Verdrängungsvolumen eines mikrofluidischen Ventils kann 50 nl bis 1 mI, bevorzugt 100 nl bis 300 nl betragen und das Volumen der mikrofluidischen Kammer mit Filterelement kann 3 mI bis 20 mI, bevorzugt 5 mI bis 10 mI, betragen. Dabei ist für das mikrofluidische Prozessieren innerhalb der Vorrichtung 100 in diesem Ausführungsbeispiel eine Druckdifferenz (Überdruck oder Unterdrück relativ zum Atmosphärendruck), welche zur Erzeugung des mikrofluidischen Flusses durch Ausdrücken oder Ansaugen mittels einer Pumpkammer oder das Steuern des mikrofluidischen Flusses mittels eines Ventils verwendet wird, von lediglich beispielhaft 700 mbar einsetzbar. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Druckdifferenz 100 mbar bis 2000 mbar, bevorzugt 400 mbar bis 1500 mbar, betragen.
Figur 8 zeigt eine perspektivische Draufsicht eines Ausschnitts der mikrofluidischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung. In der hier gezeigten Figur sind beispielhaft beziffert das mikrofluidische Ventil 131, die mikrofluidischen Pumpkammern 151, 152, die Probeneingabekammer 168, die mikrofluidische Kammer mit dem Filterelement 170, die Entlüftungsvorrichtung 193 sowie die pneumatischen Ansteuerungs- Ports 405, 409, 410. Die mikrofluidische Vorrichtung 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel realisiert durch zwei rigide Polymerbauteile, 800, 805, welche über eine flexible Membran 810 miteinander verbunden sind. Das untere Polymerbauteil 800 ist durch eine weitere Polymerfolie abgeschlossen, um die in dem Polymerbauteil vorliegenden Mikrokanäle abzudichten. Der mehrschichtige Aufbau ermöglicht so insbesondere eine Realisierung von fluidischen und pneumatischen Mikrokanälen auf wenigstens zwei verschiedenen lateralen Ebenen. Auf diese Weise sind fluidische und pneumatische Mikrokanäle kreuzbar und es kann ein besonders hoher Integrationsgrad der mikrofluidischen Vorrichtung 100 mit einer zentralen und besonders kompakten Ausgestaltung der in Figur 4 beschriebenen pneumatischen Ansteuerschnittstelle erreicht werden. Durch ein Anlegen von Über- oder Unterdrück an die pneumatischen Ansteuerungs- Ports ist über die pneumatischen Mikrokanäle die flexible Polymermembran in an den mikrofluidischen Ventilen und Pumpkammern vorliegenden Ausnehmungen auslenkbar, um so das Öffnen oder Schließen eines mikrofluidischen Ventils beziehungsweise einer Pumpkammer zu erzielen. Durch ein Ansaugen oder Ausstößen von Flüssigkeit mittels einer Pumpkammer ist bei einer geeigneten Ventilstellung der mikrofluidische Fluss innerhalb des Netzwerks 105 präzise kontrollierbar. In anderen Ausführungsbeispielen können beispielsweise folgende Materialien für die Realisierung der mikrofluidischen Analysevorrichtung verwendet werden: Vornehmlich Polymere wie 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). Dabei kann die Vorrichtung beispielsweise durch Serienfertigungsverfahren wie Spritzgießen, Spritzprägen, Thermoformen, Stanzen oder Laserdurchstrahl-Schweißen gefertigt werden.
Figur 9 zeigt eine perspektivische Unteransicht eines Ausschnitts der mikrofluidischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Vorrichtung. In der hier gezeigten Figur sind beispielhaft beziffert das mikrofluidische Ventil 131, die mikrofluidischen Pumpkammern 151, 152, die Probeneingabekammern 167, 168, die mikrofluidische Kammer mit dem Filterelement 170, die Entlüftungsvorrichtung 193 sowie der pneumatische Ansteuerungs- Port 405.
Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der mit dem Verfahren betriebenen Vorrichtung kann es sich um die in den vorangegangenen Figuren beschriebene Vorrichtung handeln. Das Verfahren 1000 umfasst einen Schritt 1005 des Extrahierens von Probenmaterial unter Verwendung des ersten Teilnetzwerks. Dabei wird lediglich beispielhaft eine Probensubstanz in dem Teilnetzwerk aufgereinigt und Probenmaterial wie beispielsweise DNA oder RNA wird aus der Probensubstanz extrahiert und in das mikrofluidische Netzwerk überführt. Es folgt ein Schritt 1010 des Transferierens von Probenmaterial vom ersten Teilnetzwerk in das zweite Teilnetzwerk, wobei eine Lösung mit zuvor extrahiertem Probenmaterial von dem ersten Teilnetzwerk in das zweite Teilnetzwerk transferiert wird. Im folgenden Schritt 1015 des Amplifizierens von Probenmaterial unter Verwendung des zweiten Teilnetzwerks wird Probenmaterial in dem zweiten Teilnetzwerk amplifiziert und damit für einen beispielsweise fluorometrischen Nachweis zugänglich gemacht. In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens 1000 kann der Schritt 1005 des Extrahierens oder die Schritte 1010, 1015 des Transferierens und des Amplifizierens entfallen. Der erste Schritt 1005 des Extrahierens kann beispielsweise entfallen, sofern die nachzuweisenden Spezies bereits in extrahierter Form in einer eingegebenen Probenflüssigkeit vorliegen. Der zweite Schritt 1010 des Transferierens und der dritte Schritt 1015 des Amplifizierens können beispielsweise wegfallen, falls lediglich eine Aufreinigung beziehungsweise Extraktion von Probenmaterial in der Vorrichtung durchgeführt wird und das Probenmaterial beispielsweise nach dem Durchführen des ersten Schritts 1005 des Extrahierens wieder aus der mikrofluidischen Vorrichtung entnommen wird.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Verfahren 1000 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen Figur 10 beschriebenen Verfahren, mit dem Unterschied, dass die einzelnen Schritte 1005, 1010, 1015 zusätzliche Teilschritte aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt 1005 des Extrahierens einen Teilschritt 1105 des Vermischens und einen Teilschritt 1110 des Herablösens und einen Teilschritt 1115 des Lysierens und einen Teilschritt 1120 des Filterns und einen Teilschritt 1125 des Spülens. Der Schritt 1010 des Transferierens umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Teilschritt 1130 des Eluierens und der Schritt 1015 des Amplifizierens umfasst einen Teilschritt 1135 des Lösens und einen Teilschritt 1140 des Vervielfältigens und einen Teilschritt 1145 des Erfassens. Im Teilschritt 1105 des Vermischens erfolgt lediglich beispielhaft ein Vermischen einer in die Probeneingabekammer eingegebenen Flüssigprobe mit einem Bindepuffer. Das Vermischen wird insbesondere durchgeführt unter Verwendung des ersten Funktionsmoduls, des zusätzlichen zweiten Funktionsmoduls, des Pumpmoduls und einer Mehrzahl der nachfolgend genannten Elemente: mikrofluidische Ventile, mikrofluidische Pumpkammern, einer Probeneingabekammer und einer Entlüftungsvorrichtung. Der Bindepuffer ist in diesem Ausführungsbeispiel in genau einer der drei Vorlagerungskammern des ersten Teilnetzwerks vorgelagert. Die angrenzenden Funktionsmodule umfassen in diesem Ausführungsbeispiel mikrofluidische Ventile, welche in diesem Teilschritt 1105 geschlossen sind, sodass ein unerwünschtes mikrofluidisches Quersprechen mit den angrenzenden Funktionsmodulen unterbunden wird.
Im Teilschritt 1110 des Herablösens erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel innerhalb der Probeneingabekammer ein Herablösen von Probenmaterial, welches initial an einer in die Probeneingabekammer eingegebenen Probennahmevorrichtung angebunden vorliegt. Das Herablösen erfolgt lediglich beispielhaft mittels einer Transferflüssigkeit, welche in die Kammer eingebracht wird, insbesondere unter Verwendung des ersten und zweiten Funktionsmoduls und des Pumpmoduls und einer Mehrzahl der nachfolgend genannten Elemente: mikrofluidische Ventile, mikrofluidische Pumpkammern, Vorlagerungskammern, einer Probeneingabekammer und einer Entlüftungsvorrichtung. Die Transferflüssigkeit ist lediglich beispielhaft in genau einer der Vorlagerungskammern vorgelagert. Die angrenzenden Funktionsmodule umfassen insbesondere mikrofluidische Ventile, welche in diesem Teilschritt 1110 geschlossen sind, sodass ein unerwünschtes mikrofluidisches Quersprechen mit den angrenzenden Funktionsmodulen unterbunden wird.
Im Teilschritt 1115 des Lysierens erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel eine Zugabe von Lyse-Puffer zu einer in wenigstens eine der Probeneingabekammern eingegebenen Probensubstanz und es erfolgt ein Temperieren der Probensubstanz oder Bestandteilen davon, um eine thermisch induzierte Lyse von Bestandteilen der Probensubstanz zu bewirken. Bei den in diesem Teilschritt 1115 zu lysierenden Bestandteilen der Probensubstanz handelt es sich lediglich beispielhaft um Bakterien. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann es sich beispielsweise um andere Zellen handeln. Das Lysieren wird durchgeführt insbesondere unter Verwendung des ersten, zweiten und zusätzlichen zweiten Funktionsmoduls und des Pumpmoduls sowie einer Mehrzahl der nachfolgend genannten Elemente: mikrofluidische Ventile, mikrofluidische Pumpkammern, Vorlagerungskammern, einer Probeneingabekammer und einer Entlüftungsvorrichtung. Der Lyse-Puffer ist lediglich beispielhaft in genau einer der Vorlagerungskammern vorgelagert. Die angrenzenden Funktionsmodule umfassen insbesondere mikrofluidische Ventile, welche in diesem Teilschritt 1115 geschlossen sind, sodass ein unerwünschtes mikrofluidisches Quersprechen mit den angrenzenden Funktionsmodulen unterbunden wird. In einem alternativen Ausführungsbeispiel des Teilschritts 1115 des Lysierens kann eine thermisch induzierte Lyse von Bestandteilen der Probensubstanz durch Temperieren des Filterelements erfolgen, nachdem die Bestandteile der Probensubstanz im Teilschritt 1120 des Filterns auf dem Filterelement angereichert worden sind.
Im Teilschritt 1120 des Filterns erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel ein Filtern und Anbinden von Bestandteilen der in wenigstens eine der Probeneingabekammern eingegebenen Probensubstanz unter Verwendung des Filterelements, sodass die Bestandteile der Probensubstanz auf dem Filterelement angereichert werden. Das Filtern wird durchgeführt insbesondere unter Verwendung des dritten, vierten, zweiten oder zusätzlichen zweiten Funktionsmoduls und des Pumpmoduls sowie einer Mehrzahl der nachfolgend genannten Elemente: mikrofluidische Ventile, mikrofluidische Pumpkammern, einer Probeneingabekammer, dem Filterelement, der
Flüssigkeitsspeicherkammer sowie Entlüftungsvorrichtungen. Die angrenzenden Funktionsmodule umfassen insbesondere mikrofluidische Ventile, welche in diesem Teilschritt 1120 geschlossen sind, sodass ein unerwünschtes mikrofluidisches Quersprechen mit den angrenzenden Funktionsmodulen in diesem Teilschritt unterbunden wird. Beispielsweise wird dabei ein Bindepuffer mit Probenmaterial aus einer der Probeneingabekammern mittels des Pumpmoduls über das Filterelement in die Flüssigkeitsspeicherkammer gepumpt, wobei Bestandteile des Probenmaterials wie beispielsweise DNA oder RNA an dem Filterelement angebunden und konzentriert werden. Der Teilschritt 1120 des Filterns erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel nach einer Durchführung des Teilschritts 1105 des Vermischens, des Teilschritt 1110 des Herablösens und des Teilschritts 1115 des Lysierens. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Teilschritt 1120 des Filterns, abhängig von der genauen Ausführungsform des Verfahrens, vor oder nach dem Teilschritt des Lysierens erfolgen: Falls die Lyse in einer der Probeneingabekammer erfolgt, kann der Teilschritt des Filterns nach dem Teilschritt des Lysierens ausgeführt werden. Erfolgt die Lyse hingegen auf dem Filterelement, kann der Teilschritt des Filterns vor dem Teilschritt 716 des Lysierens ausgeführt werden.
Im Teilschritt 1125 des Spülens erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel ein Spülen des mikrofluidischen Netzwerks mit einem Wasch-Puffer, beispielsweise um Reste des Bindepuffers, welche nach dem Teilschritt 1120 des Filterns in dem mikrofluidischen Netzwerk vorliegen, zu beseitigen. Das Spülen wird durchgeführt insbesondere unter Verwendung des ersten, dritten und vierten Funktionsmoduls und des Pumpmoduls sowie einer Mehrzahl der nachfolgend genannten Elemente: mikrofluidische Ventile, mikrofluidische Pumpkammern, Vorlagerungskammern, der Flüssigkeitsspeicherkammer sowie einer Entlüftungsvorrichtung. Lediglich beispielhaft ist der Wasch-Puffer in genau einer der Vorlagerungskammern vorgelagert.
Im Teilschritt 1130 des Eluierens wird in diesem Ausführungsbeispiel an dem Filterelement vorliegendes Probenmaterial heruntergelöst, um dieses für einen molekulardiagnostischen Nachweis mittels einer Amplifikationsreaktion zugänglich zu machen. Lediglich beispielhaft handelt es sich bei dem Probenmaterial um DNA, In einem anderen Beispiel kann es sich auch um beispielsweise RNA handeln. Dazu wird lediglich beispielhaft ein Elutions-Puffer über das Filterelement gepumpt, um an dem Filterelement vorliegendes Probenmaterial in den Elutions-Puffer zu überführen. Im Zusammenhang mit der Elution erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel auch ein Überführen des Elutions- Puffers mit Probenmaterial von dem ersten Teilnetzwerk in das zweite Teilnetzwerk über den mikrofluidischen Verbindungskanal. Das Eluieren wird durchgeführt insbesondere unter Verwendung des ersten, dritten und vierten Funktionsmoduls des ersten Teilnetzwerks und des ersten Funktionsmoduls des zweiten Teilnetzwerks und des Pumpmoduls sowie einer Mehrzahl der nachfolgend genannten Elemente: mikrofluidische Ventile, mikrofluidische Pumpkammern, mikrofluidischer Verbindungskanal, Vorlagerungskammern, Flüssigkeitsspeicherkammer sowie
Entlüftungsvorrichtung. Der Elutions-Puffer ist lediglich beispielhaft in genau einer der Vorlagerungskammern vorgelagert. Im Teilschritt 1135 des Lösens wird in diesem Ausführungsbeispiel der Elutions- Puffer mit dem enthaltenen Probenmaterial eingesetzt, um eine gefriergetrocknete beziehungsweise lyophilisierte Reagenz, welche auch als Reaktions-Bead bezeichnet werden kann, in Lösung zu bringen und auf diese Weise einen Reaktions-Mix für eine darauffolgende Amplifikationsreaktion bereitzustellen. Lediglich beispielhaft handelt es sich dabei um einen Master-Mix für die Durchführung einer Polymerase- Kettenreaktion. Das Lösen wird durchgeführt insbesondere unter Verwendung des ersten und zweiten Funktionsmoduls des zweiten Teilnetzwerks sowie einer Mehrzahl der nachfolgend genannten Elemente: mikrofluidische Ventile, mikrofluidische Pumpkammern, mikrofluidische Kammer sowie Entlüftungsvorrichtung. Die gefriergetrocknete beziehungsweise lyophilisierte Reagenz beziehungsweise das Reaktions-Bead liegt in diesem Ausführungsbeispiel in einer Pumpkammer oder der passiven mikrofluidischen Kammer vor. Das Pumpen des Elutions- Puffers mit Probenmaterial in zumindest eines der Elemente zum Lösen des Reaktions- Beads erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel unter Einsatz von Pumpkammern. Nach dem Lösen des Reaktions-Beads wird lediglich beispielhaft der daraus resultierende Reaktionsmix von dem zweiten Funktionsmodul des zweiten Teilnetzwerks in das erste Funktionsmodul des zweiten Teilnetzwerks transferiert.
Im Teilschritt 1140 des Vervielfältigens wird in diesem Ausführungsbeispiel wenigstens eine Amplifikationsreaktion durchgeführt, um Probenmaterial, welches in dem Reaktions-Mix vorliegt, zu amplifizieren. Das Vervielfältigen wird durchgeführt insbesondere unter Verwendung des ersten Funktionsmoduls des zweiten Teilnetzwerks sowie einer Mehrzahl der nachfolgend genannten Elemente: mikrofluidische Ventile, mikrofluidische Pumpkammern. Das Vervielfältigen erfolgt lediglich beispielhaft durch eine Polymerase- Kettenreaktion. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Vervielfältigen auch durch eine isothermale Amplifikationsmethode erfolgen. Im Rahmen des Teilschritts des Vervielfältigens kann somit auch ein Temperieren der mikrofluidischen Pumpkammern erfolgen, in denen der Reaktions-Mix vorliegt, um geeignete physikalische Bedingungen zu schaffen, welche ein Ablaufen der Amplifikationsreaktion ermöglichen. Im Teilschritt 1145 des Erfassens wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Signal erfasst, um das Ablaufen von wenigstens einer Amplifikationsreaktion im Rahmen des Teilschritts 1140 des Vervielfältigens nachzuweisen. Bei dem Signal handelt es sich lediglich beispielhaft um ein optisches Signal, beispielsweise um ein Fluoreszenzsignal, welches von wenigstens einem Fluoreszenzfarbstoff ausgeht, der das Ablaufen wenigstens einer Amplifikationsreaktion anzeigt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Teilschritt 1145 des Erfassens zeitgleich mit dem Teilschritt 1140 des Vervielfältigens oder nach dem Teilschritt 1140 des Vervielfältigens erfolgen. Optional erfolgt im Teilschritt 1145 des Erfassens auch eine Ausgabe des Signals oder einer daraus abgeleiteten Größe, um das Resultat der in der mikrofluidischen Analysevorrichtung durchgeführten Probenanalyse einem Anwender auszugeben.
In weiteren Ausführungsformen des Verfahrens können einzelne Teilschritte ausgelassen oder wiederholt ausgeführt werden oder in der Reihenfolge mit anderen Teilschritten vertauscht werden wie in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beispielhaft beschrieben wird.
Fig. 12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Verfahren 1000 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen Figuren 10 und 11 beschriebenen Verfahren. In dieser Variante des Verfahrens 1000 erfolgt eine sukzessive Durchführung der Teilschritte 1105 des Vermischens, 1115 des Lysierens, 1120 des Filterns, 1125 des Spülens, 1130 des Eluierens, 1135 des Lösens, 1140 des Vervielfältigens sowie 1145 des Erfassens.
Fig. 13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Verfahren 1000 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen Figuren 10, 11 und 12 beschriebenen Verfahren. In dieser Variante des Verfahrens 1000 erfolgt eine sukzessive Durchführung der Teilschritte 1110 des Herablösens, 1120 des Filterns, 1115 des Lysierens, 1125 des Spülens, 1130 des Eluierens, 1135 des Lösens, 1140 des Vervielfältigens sowie 1145 des Erfassens.
Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Analysegeräts 1400 zum Aufnehmen einer mikrofluidischen Vorrichtung. Das Analysegerät 1400 ist lediglich beispielhaft ausgebildet, um mittels einer
Eingabeöffnung 1405 eine mikrofluidische Vorrichtung, wie sie in den vorangegangenen Figuren 1 bis 9 beschrieben wurde, aufzunehmen, um Analyseprozesse innerhalb der Vorrichtung durchzuführen. Dabei umfasst das Analysegerät 1400 in diesem Ausführungsbeispiel ein Steuergerät 1410, das ausgebildet ist, um die Schritte des in den vorangegangenen Figuren 10 bis 13 beschriebenen Verfahrens in Bezug auf die Vorrichtung zu steuern.

Claims

Ansprüche
1. Mikrofluidische Vorrichtung (100) zum Analysieren von Probenmaterial, wobei die Vorrichtung (100) ein mikrofluidisches Netzwerk (105) aufweist, wobei das Netzwerk (105) ein erstes Teilnetzwerk (110) zum Aufreinigen von Probenmaterial und ein durch einen Verbindungskanal (125) mit dem ersten Teilnetzwerk (110) verbundenes zweites Teilnetzwerk (120) zum Amplifizieren von Probenmaterial umfasst, wobei das erste Teilnetzwerk (110) und das zweite Teilnetzwerk (120) voneinander abtrennbar sind.
2. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei das erste Teilnetzwerk (110) und das zweite Teilnetzwerk (120) in einer linearen Topologie angeordnet sind.
3. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste Teilnetzwerk (110) und/oder das zweite Teilnetzwerk (120) eine Mehrzahl von fluidisch voneinander abtrennbaren Funktionsmodulen (250, 261, 262, 270, 280, 290, 295) aufweist.
4. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Vorrichtung (100) einen Ansteueranschluss (409) zum Anlegen eines Drucks aufweist, wobei der Ansteueranschluss (409) durch einen ersten Ansteuerkanal (431) mit einem Element eines Funktionsmoduls (250, 261, 262, 270, 280) des ersten Teilnetzwerks (110) und durch einen zweiten Ansteuerkanal (432) mit einem Element eines Funktionsmoduls (290, 295) des zweiten Teilnetzwerks (120) verbunden ist.
5. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste Teilnetzwerk (110) ein erstes Funktionsmodul (250) zum Bereitstellen von Flüssigkeitsreagenzien und/oder ein zweites Funktionsmodul (261) zum Eingeben einer Probensubstanz und/oder ein drittes Funktionsmodul (270) zum Filtern von Probenmaterial und/oder ein viertes Funktionsmodul (280) zum Speichern einer Flüssigkeit und/oder ein Pumpmodul (230) zum Herstellen eines Fluidtransports zwischen den Funktionsmodulen (250,
261, 262, 270, 280, 290, 295) und/oder das zweite Teilnetzwerk (120) mindestens ein erstes Funktionsmodul (290) zum Amplifizieren von Probenmaterial und/oder ein zweites Funktionsmodul (295) zum Lösen wenigstens eines Amplifikationsreaktions-Beads umfasst.
6. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, wobei das vierte Funktionsmodul (280) des ersten Teilnetzwerks (110) und das erste Funktionsmodul (290) des zweiten Teilnetzwerks (120) durch den Verbindungskanal (125) fluidisch verbunden sind.
7. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, wobei das vierte Funktionsmodul (280) des ersten Teilnetzwerks (110) ein erstes Absperrventil (144) zum Schließen des Verbindungskanals (125) und/oder das erste Funktionsmodul (290) des zweiten Teilnetzwerks (120) ein zweites Absperrventil (145) zum Schließen des Verbindungskanals (125) aufweist.
8. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, mit einem Ventilansteueranschluss (418) zum Anlegen eines Drucks, wobei das erste Absperrventil (144) und das zweite Absperrventil (145) mittels des Ventilansteueranschlusses (418) steuerbar sind.
9. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das vierte Funktionsmodul (280) des ersten Teilnetzwerks (110) ausgebildet ist, um eine Flüssigkeit mit Probenmaterial auszugeben.
10. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei das erste Teilnetzwerk (110) ein zusätzliches zweites Funktionsmodul (262) zum Eingeben einer Probensubstanz aufweist.
11. Mikrofluidische Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei die Vorrichtung (100) mindestens einen weiteren Ansteueranschluss (401) zum Anlegen eines Drucks umfasst, wobei der weitere Ansteueranschluss (401) durch einen weiteren Ansteuerkanal (451) entweder mit einem Element eines Funktionsmoduls (250, 261,
262, 270, 280) des ersten Teilnetzwerks (110) oder mit einem Element eines Funktionsmoduls (290, 295) des zweiten Teilnetzwerks (120) verbunden ist.
12. Verfahren (1000) zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (1000) folgende Schritte (1005, 1010, 1015) umfasst:
Extrahieren (1005) von Probenmaterial unter Verwendung des ersten Teilnetzwerks (110);
Transferieren (1010) von Probenmaterial vom ersten Teilnetzwerk (110) in das zweite Teilnetzwerk (120); und
Amplifizieren (1015) von Probenmaterial unter Verwendung des zweiten Teilnetzwerks (120).
13. Verfahren (1000) gemäß Anspruch 12, wobei der Schritt (1005) des Extrahierens einen Teilschritt (1105) des Vermischens und/oder einen Teilschritt (1110) des Herablösens und/oder einen Teilschritt (1115) des Lysierens und/oder einen Teilschritt (1120) des Filterns und/oder einen Teilschritt (1125) des Spülens aufweist und/oder wobei der Schritt (1010) des Transferierens einen Teilschritt (1130) des Eluierens aufweist und/oder wobei der Schritt (1015) des Amplifizierens einen Teilschritt (1135) des Lösens und/oder einen Teilschritt (1140) des Vervielfältigens und/oder einen Teilschritt (1145) des Erfassens aufweist.
14. Steuergerät (1410), das eingerichtet ist, um die Schritte (1005, 1010, 1015) des Verfahrens (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.
15. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte (1005, 1010, 1015) des Verfahrens (1000) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.
EP22720682.8A 2021-04-13 2022-04-05 Mikrofluidische vorrichtung zum analysieren von probenmaterial und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen vorrichtung Pending EP4323112A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021203638.4A DE102021203638A1 (de) 2021-04-13 2021-04-13 Mikrofluidische Vorrichtung zum Analysieren von Probenmaterial und Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung
PCT/EP2022/058943 WO2022218747A1 (de) 2021-04-13 2022-04-05 Mikrofluidische vorrichtung zum analysieren von probenmaterial und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen vorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4323112A1 true EP4323112A1 (de) 2024-02-21

Family

ID=81579855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22720682.8A Pending EP4323112A1 (de) 2021-04-13 2022-04-05 Mikrofluidische vorrichtung zum analysieren von probenmaterial und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen vorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240189819A1 (de)
EP (1) EP4323112A1 (de)
CN (1) CN117480013A (de)
DE (1) DE102021203638A1 (de)
WO (1) WO2022218747A1 (de)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6086740A (en) * 1998-10-29 2000-07-11 Caliper Technologies Corp. Multiplexed microfluidic devices and systems
US9255348B2 (en) * 2006-08-25 2016-02-09 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for biodosimetry with biochip using gene expression signatures
KR20120063162A (ko) * 2010-12-07 2012-06-15 삼성전자주식회사 유전자 분석 장치 및 이를 이용한 유전자 분석 방법
EP3361263B1 (de) * 2015-10-09 2021-02-24 Sysmex Corporation Probenbehandlungschip

Also Published As

Publication number Publication date
CN117480013A (zh) 2024-01-30
DE102021203638A1 (de) 2022-10-13
US20240189819A1 (en) 2024-06-13
WO2022218747A1 (de) 2022-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014200483B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines mikrofluidischen Chips und mikrofluidischer Chip
EP3143119B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum aufbereiten einer biologischen probe und analysesystem zum analysieren einer biologischen probe
DE102006057300A1 (de) Anordnung zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse
DE102018111834A1 (de) Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung derselben zur Trennung, Aufreinigung und Konzentration von Komponenten von fluidischen Medien,
EP4323109A1 (de) L-kartusche
EP3030654A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten einer zielzellen und begleitzellen enthaltenden probe biologischen materials zum extrahieren von nukleinsäuren der zielzellen
WO2023138810A1 (de) Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur verwendung einer mikrofluidischen vorrichtung
EP4323112A1 (de) Mikrofluidische vorrichtung zum analysieren von probenmaterial und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen vorrichtung
WO2022037913A1 (de) Mikrofluidische aufbereitungsvorrichtung und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen aufbereitungsvorrichtung
EP2937144B1 (de) Verfahren und mikrofluidisches system zum aufbereiten von organischen zellen und herstellungsverfahren zum herstellen eines mikrofluidischen systems zum aufbereiten von organischen zellen
DE102014205728B3 (de) Chiplabor-Kartusche für ein mikrofluidisches System zum Analysieren einer Probe biologischen Materials, mikrofluidisches System zum Analysieren einer Probe biologischen Materials sowie Verfahren und Vorrichtung zum Analysieren einer Probe biologischen Materials
EP3065869A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur handhabung von reagenzien
WO2021063667A1 (de) Einrichtung und verfahren zur handhabung eines fluidvolumens und überführung in ein mikrofluidisches system
DE102014200467A1 (de) Mikrofluidisches System sowie Verfahren zum Analysieren einer Probe biologischen Materials
EP2894456A1 (de) Mikrofluidisches System sowie Verfahren zum Vorbereiten und Analysieren einer Zellen enthaltenden Probe biologischen Materials
DE102014221309A1 (de) Mikrofluidisches System sowie Verfahren zum Analysieren einer Probenlösung und Verfahren zum Herstellen eines mikrofluidischen Systems zum Analysieren
DE19817081B4 (de) Filtereinheit zur mehrstufigen Separation von biologischen Zellsuspensionen und Lösungen
EP3094740B1 (de) Analyseeinheit zum durchführen einer verschachtelten polymerasekettenreaktion, analysevorrichtung, verfahren zum betreiben einer solchen analyseeinheit und verfahren zum herstellen einer solchen analyseeinheit
DE102021212645B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Durchführung mikrofluidischer Prozessschritte
WO2023280698A1 (de) Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen vorrichtung
WO2023180422A1 (de) Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zum betreiben einer mikrofluidischen vorrichtung
WO2021013595A1 (de) Lab-on-chip-system mit mindestens einem funktionalisierten abschnitt
DE102015115342A1 (de) Anordnung für die individualisierte Patientenblutanalyse
DE102021211549A1 (de) Vorrichtung, insbesondere mikrofluidische Kartusche, und Verfahren mit Entnahmekammer und entfernbarer Abdeckung

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)