EP4433212A1 - Kartusche für ein rotationsbasiertes und einen wärmeeintrag nutzendes analyseverfahren - Google Patents

Kartusche für ein rotationsbasiertes und einen wärmeeintrag nutzendes analyseverfahren

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EP4433212A1
EP4433212A1 EP22817901.6A EP22817901A EP4433212A1 EP 4433212 A1 EP4433212 A1 EP 4433212A1 EP 22817901 A EP22817901 A EP 22817901A EP 4433212 A1 EP4433212 A1 EP 4433212A1
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EP
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base body
cartridge
latching
latching hook
chamber
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Jürgen Baumgartl
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Endress+hauser Biosense GmbH
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    • B01L2400/0409—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces centrifugal forces

Definitions

  • the invention relates to a cartridge for a rotation-based analysis method that uses heat input.
  • Rotation-based analysis methods are used in the medical field using so-called cartridges, which often have a microfluidic channel and chamber structure. They are mostly used to analyze genetic material, mostly in the form of DNA (deoxyribonucleic acid or English: deoxyribonucleic acid) or RNA (ribonucleic acid or ribonucleic acid), - in addition to scientific genetic analyzes and the like - to examine existing diseases or to detect to detect pathogens at all. To do this, starting from a sample - e.g. B. a smear, a blood sample or the like - specific areas contained therein genetic material (DNA or RNA) are duplicated. If RNA is detected or analyzed in a sample (e.g. to detect a virus), this is first transcribed into DNA using what is known as “reverse transcription” and then multiplied.
  • DNA deoxyribonucleic acid or English: deoxyribonucleic acid
  • RNA ribonucleic acid or ribonucle
  • the primer molecules serve as the starting point for an enzyme, the so-called polymerase, which fills in the basic building blocks ("dNTPs") in the so-called elongation phase complementary to the existing DNA sequence of the single strand.
  • dNTPs basic building blocks
  • elongation phase complementary to the existing DNA sequence of the single strand.
  • the elongation is typically performed at the same temperature as the annealing phase or at a slightly elevated temperature, typically between 65 and 75 °C. After the elongation, the temperature is increased again for the denaturation phase.
  • thermocycling This cycling of the temperature in the liquid reaction mixture between the two to three temperature ranges is called “PCR thermocycling" and is typically repeated in 30 and 50 cycles. In each cycle, the specific DNA region is amplified.
  • the thermocycling of the liquid reaction mixture is implemented in a reaction vessel by controlling the external temperature.
  • the reaction vessel is z. B. in a thermoblock, in which the PCR thermocycling is implemented by heating and cooling a solid body which is in thermal contact with the reaction vessel, and in the process heat is supplied to and removed from the liquid.
  • Alternative heating and cooling concepts for implementing PCR thermocycling include temperature control of fluids (especially air and water) flowing around the reaction vessel and radiation-based concepts, e.g. B. by introducing heat by IR radiation or laser radiation.
  • a chamber in the aforementioned cartridge for example, is used as the reaction vessel and heated accordingly.
  • the cartridge which is usually designed in the manner of a disk, is rotated.
  • methods such as B. isothermal amplification and isothermal immunoassays as methods for analysis (replication) of DNA (or RNA) and for screening for diseases are used.
  • the cartridge also has "attachments” that are used for stabilization, better handling or to support temperature control. However, due to the sometimes high rotational speed and/or the effects of temperature, these add-on parts may come loose (at least partially).
  • the invention is based on the object of specifying an improved cartridge.
  • the cartridge according to the invention is set up and provided for use in a rotation-based and one, preferably one-sided, analysis method using heat input.
  • the cartridge has a flat, ie in particular essentially two-dimensional, extended base body in which a, in particular microfluidic, channel and chamber structure is formed, in the context of which preferably several (process) chambers are connected to one another by means of channels.
  • the cartridge has a cover body attached to the base body, which is arranged on one side on an upper side of the base body facing away from a heat input side and covers at least one ("process") chamber of the channel and chamber structure of the base body.
  • the base body and/or the cover body have a number of holding openings.
  • the covering body or the base body (eg correspondingly vice versa) have a number of snap-in hooks each assigned to one of the optionally several holding openings.
  • the (or in the case of several latching hooks (the respective) latching hook protrudes with a (preferably straight and elongated) “leg” from the covering body or the base body in the direction of the corresponding other component (i.e. the base body or the covering body). Consequently, the shank “foots” on the covering body or the base body.
  • the leg of the foot merges into a central part bent like a U, which in turn merges into a (preferably straight and elongated) free leg. This free arm is directed back in the direction of the covering body or the base body and ends with a free end.
  • the (or the respective) latching hook also has a shoulder on the free end with a latching surface which (ie a normal pointing from the latching surface into the environment) is directed towards the free end.
  • the (or the respective) snap-in hook (when the cartridge is installed as intended) reaches through the associated holding opening with its U-shaped bent middle part, forming the snap-in connection.
  • the latching hook according to the invention (at least its free end) is advantageously not (or at least not essentially) subjected to tension when the covering body is loaded in the dismantling direction, but rather to pressure and possibly also to bending and/or shearing.
  • Even with a load in the surface direction of the base body and in particular also of the cover body a deformation counteracting a loosening of the connection is thus advantageously made possible.
  • Such a load can occur, for example, due to different thermal expansions of the covering body and the base body and/or due to centrifugal forces during rotation.
  • Microfluidic is understood to mean, in particular, a structure that is set up and provided for guiding a fluid and whose smallest spatial extension (for example the width and/or depth of a channel or a chamber) is in the range of less than one millimeter
  • the foot leg and the free leg are particularly preferably at an angle greater than zero and less than 90 degrees (preferably less than 60, preferably less than 45 degrees) to one another.
  • an at least imaginary triangle results, in particular one that is open on one leg (the free leg). If the open leg of the triangle is now loaded, the leg connected to it also shifts. Because of this mechanical linkage, there is—at least under load—an advantageous expansion of the latching hook in the holding opening, which can actually lead to an increase in the latching effect rather than to its reduction or even to a loosening.
  • the (or the respective) latching hook with its “triangular plane”, ie the plane spanned by the base and the free leg, is aligned in an expected direction of loading, in particular in a direction of centrifugal force.
  • the latching hook is loaded, which leads to a deflection of the free arm in the direction of the foot arm (or vice versa). Due to the above concatenation of these two limbs, the latching effect is even promoted, for example since such a deflection can lead to the two limbs being braced against one another.
  • several latching hooks are available, each of which is positioned differently against the direction of centrifugal force.
  • the (or the respective) holding opening has a contact surface against which the back of the leg (facing away from the free leg) rests at least partially.
  • the rear side can also be at a slight distance from the contact surface.
  • a small distance is understood to be a distance value that is small in relation to the thickness (ie the cross section) of the latching hook, the spring deflection or the like. This small distance therefore represents in particular a small play of the latching hook in the retaining opening. Due to the contact or the small distance, even small movements can advantageously Conditions of the cover body and the base body relative to each other lead to a deformation and thus advantageously an additional expansion of the latching hook in the retaining opening.
  • a contact projection also referred to as a “nose” protrudes on the rear side of the latching hook, preferably at the transition from the foot leg to the central part.
  • This lug is designed in such a way that the back side is "extended” (in particular compared to an imaginary or “ideal” curve of the central part) and optionally protrudes in the area of the lug in the direction of the contact surface.
  • the latching hook can be supported even better on the contact surface and, in particular, wedged under load in the direction of disassembly.
  • the locking hook also has a hump protruding to the outside on its rear side. This therefore forms a wave-like elevation on the back side.
  • the wavelength is short compared to the length of the shank, for example by a multiple (for example 3 or 5 times) smaller.
  • This hump serves in particular as a demoulding aid for the production of the covering body, preferably by injection molding.
  • the hump advantageously prevents the snap-in hook from being demolded prematurely, which could lead to an undesired deformation.
  • the hump can advantageously initiate contact between the contact surface and the latching hook.
  • there is already contact between the hump and the contact surface in the intended assembly state which is not stressed by external influences.
  • the latching hook rests with its latching surface on a latching shoulder.
  • This latching shoulder protrudes into the holding opening, in particular from a latching side of the holding opening which is opposite the contact surface.
  • the or the respective latching hook is preferably clamped in the retaining opening in the intended, unloaded assembly state.
  • the Latching hook so back and front (ie with its locking surface) on the contact surface or the locking shoulder of the retaining opening and is at least slightly elastically deformed.
  • the or the respective holding opening is formed in a holding dome protruding from the base body or the covering body in the direction of the corresponding other component.
  • the retaining dome can act as a spacer, for example.
  • the latching shoulder described above is preferably formed on the end facing the opposite component.
  • the central part of the latching hook which is bent in a U-shape, can remain within the retaining dome without protruding on the opposite (rear) side of the base body or the covering body.
  • this side of the base body or the covering body can be provided with a sticker, for example a label, or the like, without it bulging.
  • the covering body or the base body has at least one projection, in particular a rib-like projection.
  • This is preferably assigned to one of the optionally several latching hooks and arranged adjacent to it.
  • the projection engages - in the intended assembly state - on the outside for centering on the retaining dome, ie rests against the retaining dome.
  • the projection serves as an insertion aid (for the latching hook into the retaining opening) and/or as a barrier to displacement during operation. In the latter case, the projection resting against the retaining dome reduces or prevents displacement of the retaining dome toward the latching hook.
  • the base body or the cover body has a plurality of holding openings and the cover body or the base body has a corresponding number of latching hooks
  • a plurality of projections assigned to the respective latching hooks can particularly effectively prevent a displacement of the covering body relative to the base body (in particular in the case of differently aligned contact normals between the holding domes and projections).
  • the (process) chamber covered by the covering body is an amplification chamber, in particular a so-called pre-amplification chamber, for amplification of genetic material.
  • a pre-amplification chamber genetic material contained in a sample is multiplied in order to have a sufficient amount of genetic material available for different test methods (e.g. further amplifications) or for a statistically adequately secure examination in a later method step.
  • the covering body completely covers the upper side of the base body at least approximately (i.e. in particular all chambers and channels).
  • the covering body has a frame web which protrudes in the direction of the upper side of the base body and surrounds the covered chamber, in particular the aforementioned amplification chamber.
  • temperature differences below 10 Kelvin preferably below 5 Kelvin, in particular around 2 Kelvin, can be achieved.
  • the main body of the cartridge is preferably made of a substrate, in particular a thermoplastic, into which the channel and chamber structure is formed, and a sealing layer, in particular a sealing film, which is firmly connected to the substrate after a sealing step and thus closes the channel and chamber structure , educated.
  • the base body is made from a cycloolefin copolymer (COC) and the covering body is made from another, in particular thermoplastic, plastic, preferably a polypropylene (PP).
  • COC cycloolefin copolymer
  • PP polypropylene
  • the latching hook is preferably formed on the covering body, since its material has more favorable properties than that of the base body in terms of deformability.
  • FIG. 1 a schematic exploded view of a cartridge for use in a rotation-based analysis method
  • FIG. 2 shows a base body of the cartridge in a schematic top view of a heat input side
  • FIG. 3 shows a cover body of the cartridge in a schematic view of an underside
  • FIG. 5 in a view according to FIG. 5 each schematically an unassembled and an assembled state of the base body and cover body.
  • the disk 1 shows a sample container referred to as a “cartridge”—or simply as a “disk 1” because of the flat geometry approximated to a bisected circular disc.
  • This disc 1 is used in a rotation-based analysis method.
  • the disk 1 has a base body 2 (also referred to as “substrate”), which has a microfluidic channel and chamber structure 4 .
  • This channel and chamber structure 4 in turn has a plurality of chambers 6, described in more detail below, which are connected to one another by means of associated channels 8 (cf. FIG. 2).
  • the chambers 6 and channels 8 each form "open", basin-like or channel-like depressions in the base body 2.
  • the disk 1 therefore also has a sealing foil 10 (or also: “sealing layer”), which is on the microfluidic base body 2 is heat-sealed and thus the channel and chamber structure 4 is closed off from a side referred to below as “heat input side 12” (see FIG. 1 ).
  • the base body 2 has a lateral access 14 to the channel and chamber structure 4 through which sample material can be introduced into the channel and chamber structure 4 .
  • This access 14 can be closed reversibly by means of a cap 16 (specifically a screw cap here) in order to enable the introduction of the sample material and subsequent closing again.
  • the disk 1 also has a cover body, referred to below as “cover 18” for short, which is placed on the base body 2 on an “top side 20” (or also “back” to the heat input side 12) and in the present exemplary embodiment by means of (in Fig 1 only indicated, shown in detail in Fig. 4-8) latching hook 22 is fixed in corresponding holding openings 24 of the base body 2 on this.
  • the cover 18 has a first and a second readout window 26 and 28, respectively, through which the contents of the underlying chambers 6 of the Base body 2 can be read and analyzed (e.g. by means of fluorescence detection) or at least controlled.
  • the disk 1 also has a label 30 (here in two parts, preferably self-adhesive), which is applied to the cover 18 .
  • the label 30 is designed in such a way that it enables reading through the readout windows 26 and 28 .
  • the label 30 has transparent areas that cover the readout windows 26 and 28 . Conveniently, these transparent areas are not provided with adhesive - i. H. left out of adhesive - so that the fluorescence detection is not influenced by possibly luminescent adhesive.
  • recesses 32 are formed in a side wall 34, which enable the disc 1 to be aligned and positioned in an automatic feeder of an analysis device.
  • the base body 2 has several (here specifically two) openings 36, which are used for the clear alignment and positioning of the disc 1 on a carrier plate (hereinafter referred to as “turntable”) of the analysis device. Positioning pins of the turntable engage in these openings 36 for positioning and fixing in a plane of rotation which lies parallel to the surface of the turntable and to the heat input side 12 (and thus to the flat extension) of the disk 1 .
  • the turntable of the analysis device is used for centrifugation, ie for rotating the disk 1 about an axis of rotation.
  • the turntable is set up to optionally be able to hold two discs 1 and is therefore designed to be rotationally symmetrical by 180 degrees (see FIG. 3).
  • the turntable carries several heating elements, which serve for the local heating of individual chambers 6 of the channel and chamber structure 4 of the disc 1 and are therefore adapted to the corresponding chambers 6 in their outer contour.
  • the heating elements are formed by resistance heating plates.
  • the cover 18 has a frame web 38 in a further exemplary embodiment, which encloses the preamplification chambers 56 in the manner of a ring and thus further reduces the heat dissipation due to convection on the upper side 20 (see FIGS. 1 and 3).
  • the frame web 38 is formed onto the cover 18, ie connected to it in one piece.
  • the frame web 38 protrudes in the direction of the base body 2 and ends at a small distance of about 100 ⁇ m from the base body 2.
  • the frame web 38 encloses two chambers 6 serving as a pre-amplification chamber 40.
  • the cover 18 and the frame web 38 enable a temperature difference of approximately 2 Kelvin within the respective pre-amplification chamber 40 .
  • a comparatively high homogeneity of the reaction temperature within the pre-amplification chamber 40 is achieved—at least in the static case, ie when the temperature of the heating element is maintained for at least approximately 10 to 30 seconds.
  • Empirical values have shown that with the geometry described here and in the following and the parameters used, static conditions arise from as little as 15 seconds.
  • the high level of convection (and thus comparatively strong mixing) and the homogeneous temperature distribution can be advantageous.
  • the locking hook 22 and the holding opening 24 are shown in Fig. 4 to 6 in more detail.
  • the locking hook 22 is basically U-shaped.
  • the latching hook 22 has a straight, elongated foot leg 50 (ie long compared to its thickness and/or width).
  • This ankle 50 feet on the cover 18 that is, it is connected to the cover 18) and protrudes from it slightly tilted against a surface normal, ie at an angle of less than 90 degrees but greater than 60 degrees, preferably greater than 70 degrees, in the direction of the base body 2.
  • the latching hook 22 also has a central part 52 bent in a U-like manner and a (straight, elongated) free leg 54 .
  • the foot leg 50 merges into the middle part 52 and that in turn into the free leg 54.
  • the latter ends with a free end 56 (ie without connection to another component).
  • the foot leg 50 and the free leg 54 enclose an angle of about 5 to 20 degrees, specifically between 7 and 12 degrees here.
  • the latching hook On the free end, the latching hook has a shoulder 58 on which a latching surface 60 (see FIGS. 7-8) pointing towards the free end 56 and thus back to the cover 18 is formed.
  • the latching hook 22 bears against a latching shoulder 62 of the retaining opening 24 to form the latching with this latching surface 60 .
  • the locking hook 22 reaches through the holding opening 24 (at least its cover-side "mouth") with the middle part 52.
  • the free leg 54 and the foot leg 50 must therefore be bent towards one another.
  • the holding opening 24 is formed inside a projection of the base body 2 designed as a kind of tower or “dome” (referred to here as “holding dome 64 ).
  • the latching shoulder 62 protrudes into the “mouth” of the holding opening 24 on the cover side.
  • the retaining dome 64 and the latching hook 22 are dimensioned in such a way that the latching hook 22 does not protrude from the retaining opening 24 and thus the retaining dome 64 at the rear.
  • the “clear width” of the opening of the retaining opening 24 on the cover side is dimensioned in such a way that the above-mentioned bending of the latching hook 22 remains in the elastic deformation range during assembly.
  • the holding opening 24 also has a contact surface 66 which is arranged opposite the latching shoulder 62 .
  • This contact surface 66 is a kind Introduction bevel the holding opening 24 widening in the direction of the cover-side mouth employed.
  • the contact surface 66 also serves as a kind of abutment for the latching hook 22, which rests against the leg 50 with a rear side 68 of the leg 50 in the intended assembly state.
  • a hump 70 is formed on the back side 68 of the shank 50 .
  • this serves as a demolding aid, specifically as a kind of retainer that prevents the latching hook 22 from being demolded "prematurely" when a movable mold core is adjusted and thereby undesirably deformed.
  • the latching hook 22 is braced in the retaining opening 24, ie between the latching shoulder 62 and the contact surface 66, in the correct, unloaded assembly state (see FIGS. 4 and 6). In principle, however, there can also be a slight play with respect to the contact surface 66 .
  • the locking hook 22 is smooth on the outside in the area of the central part 52 .
  • the latching hook 22 has a "nose" 72 on its back side 68 at the transition from the foot shank 50 to the middle part 52, which extends the area (or "length") of the back side 68 in the longitudinal direction of the latching hook 22 (Compared to Fig. 7 and 8) lengthened.
  • this lug 72 causes the latching hook 22 to lie longer against the contact surface 66 and thus the latching hook 22 to be “wedged” comparatively strongly " can.
  • the cover 18 has at least one projection locally next to at least a few latching hooks 22—referred to here as “guide rib 74”.
  • This guide rib 74 is formed adjacent to the respective latching hook 22 and pointing in the same direction.
  • the respective guide rib 74 is oriented in such a way that its longitudinal extension is oriented, at least approximately, normal to the outside of the respective holding dome 64 . (see also Fig. 3).
  • the guide ribs 74 serve both as a centering device, for example an insertion aid, in order to be able to insert the respective latching hook 22 into the holding opening 24 of the corresponding holding dome 64 with as little jamming as possible.
  • the respective guide rib 74 serves - due to its contact with the retaining dome 64 or its slight distance from it (cf. Fig. 6) - as an obstacle or stop against displacement of the cover 18 relative to the base body 2 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kartusche (1) für ein rotationsbasiertes Analyseverfahren. Die Kartusche (1) weist einen flächig erstreckten Grundkörper (2), in dem eine Kanal- und Kammerstruktur (4) ausgebildet ist, und einen an dem Grundkörper (2) befestigten Abdeckkörper (18) auf, der auf einer einer Wärmeeintragsseite (12) abgewandten Oberseite (20) des Grundkörpers (2) angeordnet ist und eine Kammer (6, 40) des Grundkörpers (2) überdeckt. Der Grundkörper (2) und/oder der Abdeckkörper (18) weisen eine Anzahl von Halteöffnungen (24) auf. Der Abdeckkörper (18) bzw. der Grundkörper (2) weisen eine Anzahl von jeweils einer der gegebenenfalls mehreren Halteöffnungen (24) zugeordneten Rasthaken (22) auf, wobei der Rasthaken (22) mit einem Fußschenkel (50) von dem Abdeckkörper (18) bzw. dem Grundkörper (2) in Richtung auf den Grundkörper (2) bzw. den Abdeckkörper (18) vorsteht, wobei der Fußschenkel (50) in ein U-artig gebogenes Mittelteil (52) übergeht, das wiederum in einen Freischenkel (54) übergeht, der zurück in Richtung auf den Abdeckkörper (18) bzw. den Grundkörper (2) gerichtet und mit einem Freiende (56) abgeschlossen ist. Der oder der jeweilige Rasthaken (22) weist freiendseitig einen Absatz (58) mit einer Rastfläche (60) auf, die in Richtung auf das Freiende (56) gerichtet ist. Der oder der jeweilige Rasthaken (22) durchgreift mit dessen U-artig gebogenen Mittelteil (52) die zugeordnete Halteöffnung (24) unter Ausbildung der Rastverbindung.

Description

Beschreibung Kartusche für ein rotationsbasiertes und einen Wärmeeintrag nutzendes Analyseverfahren
Die Erfindung betrifft eine Kartusche für ein rotationsbasiertes und einen Wärmeeintrag nutzendes Analyseverfahren.
Rotationsbasierte Analyseverfahren werden im medizinischen Bereich unter Nutzung sogenannter Kartuschen, die eine, oftmals mikrofluidische, Kanal- und Kammerstruktur aufweisen, angewendet. Meist kommen sie zum Einsatz, um Erbgut, meist in Form von DNA (Desoxyribonukleinsäure oder englisch: desoxyribonucleic acid) oder RNA (Ribonukleinsäure bzw. ribonucleic acid), - neben wissenschaftlichen Erbgutanalysen und dergleichen - zur Untersuchung auf vorliegende Krankheiten zu analysieren oder zum Nachweis von Krankheitserregern überhaupt zu detektieren. Dazu müssen ausgehend von einer Probe - z. B. einem Abstrich, einer Blutprobe oder dergleichen - spezifische Bereiche darin enthaltenen Erbguts (DNA oder RNA) vervielfältigt werden. Im Fall des Nachweises oder der Analyse von RNA in einer Probe (z. B. zum Nachweis eines Virus) wird diese zunächst durch die sogenannte „reverse transcription“ in DNA umgeschrieben und anschließend vervielfältigt.
Zur Vervielfältigung der DNA wird üblicherweise die sogenannte Polymerase-Kettenreaktion (kurz: PCR) in einem flüssigen Reaktionsansatz angewendet. Die DNA liegt typischerweise in Form einer Doppelhelix-Struktur, bestehend aus zwei komplementären DNA Einzelsträngen, vor. Bei der PCR wird die DNA zunächst durch eine erhöhte Temperatur des flüssigen Reaktionsansatzes zwischen typischerweise 90-96 Grad Celsius in zwei Einzelstränge aufgetrennt („Denaturierungs- Phase“). Anschließend wird die Temperatur wieder gesenkt („Annealing-Phase“, typischerweise in einen Bereich von 50-70 °C), um eine spezifische Anlagerung von sogenannten Primer-Molekülen an die Einzelstränge zu ermöglichen. Die Primer-Moleküle sind komplementäre, kurze DNA-Stränge, die an einer definierten Stelle an den Einzelsträngen der DNA anbinden. Die Primer-Moleküle (auch kurz: „Primer“) dienen als Startpunkt für ein Enzym, der sogenannten Polymerase, das in der sogenannten Elongations-Phase die Grundbausteine („dNTPs“) komplementär zur vorliegenden DNA-Sequenz des Einzelstranges auffüllt. Dabei entsteht ausgehend von dem Primer Molekül wieder eine doppelsträngige DNA. Die Elongation wird typischerweise bei der gleichen Temperatur wie bei der Annealing-Phase oder bei einer leicht erhöhten Temperatur, typischerweise zwischen 65 und 75 °C, durchgeführt. Nach der Elongation wird die Temperatur wieder für die Denaturierungsphase erhöht.
Dieses Zyklieren der Temperatur im flüssigen Reaktionsansatz zwischen den zwei bis drei Temperaturbereichen wird „PCR-Thermocycling“ genannt und typischerweise in 30 und 50 Zyklen wiederholt. In jedem Zyklus wird der spezifische DNA- Bereich vervielfältigt. Typischerweise wird das Thermocycling des flüssigen Reaktionsansatzes in einem Reaktionsgefäß durch die Kontrolle der äußeren Temperatur umgesetzt. Das Reaktionsgefäß befindet sich dabei z. B. in einem Thermoblock, in dem das PCR-Thermocycling durch Heizen und Kühlen eines sich mit dem Reaktionsgefäß in thermischen Kontakt befindlichen Festkörper umgesetzt und dabei Wärme der Flüssigkeit zu- und aus dieser abgeführt wird. Alternative Heiz- und Kühlkonzepte zur Umsetzung des PCR-Thermocyclings sind unter anderem die Temperaturkontrolle von Fluiden (insbesondere Luft und Wasser), welche das Reaktionsgefäß umströmen sowie strahlungsbasierte Konzepte, z. B. durch Einbringung von Wärme durch IR-Strahlung oder Laserstrahlung. Im Fall der rotationsbasierten Verfahren wird als Reaktionsgefäß bspw. eine Kammer in der vorstehend genannten Kartusche herangezogen und entsprechend aufgeheizt. Zusätzlich wird die Kartusche, die meist etwa scheibenartig ausgebildet ist, rotiert. Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen PCR-Thermocycling kommen auch Verfahren wie z. B. isothermale Amplifkation und isothermale Immunoessays als Verfahren zur Analyse (Vervielfältigung) von DNA (oder RNA) bzw. zur Untersuchung auf Krankheiten zum Einsatz.
Teilweise weist die Kartusche auch „Anbauteile“ auf, die zur Stabilisierung, zur besseren Handhabung oder auch zur Unterstützung der Temperaturführung dienen. Aufgrund der teilweise hohen Rotationsgeschwindigkeit und/oder Temperatureinwirkung kann es allerdings zum (zumindest teilweisen) Lösen dieser Anbauteile kommen.
Der Erfindung lieg die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kartusche anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kartusche, die für ein rotationsbasiertes Analyseverfahren eingerichtet und vorgesehen ist und die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Die erfindungsgemäße Kartusche ist zur Verwendung in einem rotationsbasierten und einen, vorzugsweise einseitigen, Wärmeeintrag nutzenden Analyseverfahren eingerichtet und vorgesehen. Dazu weist die Kartusche einen flächig, d. h. insbesondere im Wesentlichen zweidimensional, erstreckten Grundkörper auf, in dem eine, insbesondere mikrofluidische, Kanal- und Kammerstruktur ausgebildet ist, in deren Rahmen vorzugsweise mehrere (Prozess-) Kammern mittels Kanälen untereinander verbunden sind. Des Weiteren weist die Kartusche einen an dem Grundkörper befestigten Abdeckkörper auf, der einseitig auf einer einer Wärmeeintragsseite abgewandten Oberseite des Grundkörpers angeordnet ist und zumindest eine („Prozess“-) Kammer der Kanal- und Kammerstruktur des Grundkörpers überdeckt. Der Grundkörper und/oder der Abdeckkörper weisen dabei eine Anzahl von Halteöffnungen auf. Der Abdeckkörper bzw. der Grundkörper (bspw. also entsprechend umgekehrt) weisen eine Anzahl von jeweils einer der gegebenenfalls mehreren Halteöffnungen zugeordneten Rasthaken auf. Der (oder im Fall von mehreren Rasthaken der jeweilige) Rasthaken steht dabei mit einem (vorzugsweise geradlinigen und langgestreckten) „Fußschenkel“ von dem Abdeckkörper bzw. dem Grundkörper in Richtung auf das entsprechend andere Bauelement (also auf den Grundkörper bzw. den Abdeckkörper) vor. Mithin „fußt“ der Fußschenkel auf dem Abdeckkörper bzw. dem Grundkörper. Der Fußschenkel geht dabei in ein U-artig gebogenes Mittelteil über, das wiederum in einen (vorzugsweise geradlinigen und langgestreckten) Freischenkel übergeht. Dieser Freischenkel ist dabei zurück in Richtung auf den Abdeckkörper bzw. den Grundkörper gerichtet und mit einem Freiende abgeschlossen. Der (oder der jeweilige) Rasthaken weist außerdem freiendseitig einen Absatz mit einer Rastfläche auf, die (d. h. eine von der Rastfläche in die Umgebung weisende Normale) in Richtung auf das Freiende gerichtet ist. Der (oder der jeweilige) Rasthaken durchgreift (im bestimmungsgemäßen Montagezustand der Kartusche) mit dessen U-artig gebogenen Mittelteil die zugeordnete Halteöffnung unter Ausbildung der Rastverbindung.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Rasthaken wird der erfindungsgemäße Rasthaken (zumindest dessen Freiende) bei Belastung des Abdeckkörpers in Demontagerichtung vorteilhafterweise nicht (oder zumindest nicht im Wesentlichen) auf Zug, sondern vielmehr auf Druck sowie gegebenenfalls auch auf Biegung und/oder Scherung belastet. Dies führt zu einem anderen (elastischen sowie gegebenenfalls plastischen) Deformationsverhalten, was eine „Entclipsung“, also ein (insbesondere unerwünschtes) Lösen der Rastfläche von ihrem Gegenstück, vorteilhafterweise erschwert. Auch bei einer Belastung in Flächenrichtung des Grundkörpers und insbesondere auch des Abdeckkörpers wird so vorteilhafterweise eine einem Lösen der Verbindung entgegenwirkende Deformation ermöglicht. Eine solche Belastung kann bspw. aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Abdeckkörpers und des Grundkörpers und/oder aufgrund von Fliehkräften während der Rotation auftreten.
Unter „mikrofluidisch“ wird insbesondere eine Struktur verstanden, die zur Führung eines Fluids eingerichtet und vorgesehen ist sowie deren kleinste räumliche Erstreckung (bspw. also die Breite und/oder Tiefe eines Kanals oder einer Kammer) im Bereich von weniger als einem Millimeter liegt Besonders bevorzugt stehen der Fußschenkel und der Freischenkel in einem Winkel größer Null und kleiner 90 Grad (vorzugsweise von weniger als 60, bevorzugt von weniger als 45 Grad) zueinander. Bei einer Betrachtung entlang der Fläche des Grundkörpers bzw. Abdeckkörpers ergibt sich dabei ein zumindest gedachtes, insbesondere an einem Schenkel (dem Freischenkel) geöffnetes Dreieck. Wird nun der geöffnete Schenkel des Dreiecks belastet, verschiebt sich auch der mit diesem verbundene Fußschenkel. Aufgrund dieser mechanischen Verkettung ergibt sich - zumindest bei Belastung - eine vorteilhafte Verspreizung des Rasthakens in der Halteöffnung, die sogar eher zu einer Steigerung der Rastwirkung als denn zu deren Verringerung oder gar zu einem Lösen führen kann.
Optional ist der (oder der jeweilige) Rasthaken mit dessen „Dreieckebene“, also der durch den Fuß- und den Freischenkel aufgespannten Ebene, in einer zu erwartenden Belastungsrichtung, insbesondere in einer Fliehkraftrichtung ausgerichtet. Dadurch erfolgt insbesondere zumindest meist eine Belastung des Rasthakens, die zu einer Auslenkung des Freischenkels in Richtung auf den Fußschenkel (oder umgekehrt) führt. Aufgrund der obenstehenden Verkettung dieser beiden Schenkel wird dadurch die Rastwirkung sogar begünstigt, bspw. da eine solche Auslenkung zu einer Verspannung der beiden Schenkel gegeneinander führen kann. Alternativ sind mehrere Rasthaken vorhanden, die jeweils unterschiedlich gegen die Fliehkraftrichtung angestellt sind.
In einer zweckmäßigen Ausführung weist die (oder die jeweilige) Halteöffnung eine Anlagefläche auf, an der der Fußschenkel mit seiner (vom Freischenkel abgewandten) Rückenseite zumindest teilweise anliegt. Alternativ kann die Rückenseite auch einen geringfügigen Abstand zu der Anlagefläche aufweisen. Als geringfügiger Abstand wird hierbei ein Abstandswert verstanden, der in Bezug auf die Dicke (also den Querschnitt) des Rasthakens, auf den Federweg oder dergleichen klein ist. Dieser geringfügige Abstand stellt also insbesondere ein geringes Spiel des Rasthakens in der Halteöffnung dar. Durch das Anliegen oder den geringfügigen Abstand können somit vorteilhafterweise bereits geringfügige Bewe- gungen des Abdeckkörpers und des Grundkörpers relativ zueinander zu einer Deformation und damit vorteilhafterweise einer zusätzlichen Verspreizung des Rasthakens in der Halteöffnung führen.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung steht an der Rückenseite des Rasthakens, vorzugsweise am Übergang des Fußschenkels zum Mittelteil, ein Kontaktvorsprung (auch als „Nase“ bezeichnet) vor. Diese Nase ist dabei derart ausgestaltet, dass die Rückenseite „verlängert“ wird (insbesondere gegenüber einem gedachten oder „idealen“ Rundungsverlauf des Mittelteils) und dabei optional im Bereich der Nase auch in Richtung auf die Anlagefläche vorsteht. Dadurch kann sich der Rasthaken bei Belastung in Demontagerichtung noch besser an der Anlagefläche abstützen und insbesondere verkeilen.
In einer optionalen Ausgestaltung weist der Rasthaken an seiner Rückenseite außerdem auch einen zur Außenseite vorstehenden Buckel auf. Dieser bildet mithin eine wellenartige Erhebung auf der Rückenseite. Die Wellenlänge ist dabei im Vergleich zur Länge des Fußschenkels kurz, bspw. um ein Vielfaches (bspw. das 3- oder 5-Fache) kleiner. Dieser Buckel dient insbesondere als Entformungshilfe für die vorzugsweise spritzgießtechnische Herstellung des Abdeckkörpers. Dabei verhindert der Buckel vorteilhafterweise in vorzeitiges Entformen des Rasthakens, was zu einer unerwünschten Deformation führen könnte. Außerdem kann der Buckel vorteilhafterweise einen Kontakt zwischen der Anlagefläche und dem Rasthaken initiieren. Optional liegt dabei im bestimmungsgemäßen, nicht durch externe Einwirkungen belasteten Montagezustand bereits ein Kontakt zwischen dem Buckel und der Anlagefläche vor.
In einer bevorzugten Ausführung liegt der Rasthaken mit seiner Rastfläche an einer Rastschulter an. Diese Rastschulter steht dabei, insbesondere von einer der Anlagefläche gegenüberliegenden Rastseite der Halteöffnung, in die Halteöffnung vor.
Vorzugsweise ist der oder der jeweilige Rasthaken im bestimmungsgemäßen, unbelasteten Montagezustand in der Halteöffnung verspannt. Insbesondere liegt der Rasthaken also rückseitig und vorderseitig (d. h. mit seiner Rastfläche) an der Anlagefläche bzw. der Rastschulter der Halteöffnung an und ist dabei zumindest geringfügig elastisch deformiert. Dadurch kann bereits eine geringfügige Verschiebung des Abdeckkörpers relativ zum Grundkörper zur oben beschriebenen Auslenkung des Rasthakens führen. Ein „Klappern“ des Abdeckkörpers aufgrund einer Spielpassung kann somit effektiv unterbunden werden, so dass ein qualitativ hochwertiger Eindruck erzielt werden kann.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist die oder die jeweilige Halteöffnung in einem von dem Grundkörper oder dem Abdeckkörper in Richtung auf das entsprechend andere Bauelement vorstehenden Haltedom ausgebildet. Dies ist insbesondere für Fälle zweckmäßig, in denen sowohl der Grundkörper als auch der Abdeckkörper vergleichsweise dünnwandig ausgebildet sind, aber ein vorgegebener Abstand zwischen beiden eingehalten werden muss. Der Haltedom kann dabei bspw. als Abstandhalter fungieren. Vorzugsweise ist die vorstehend beschriebene Rastschulter am dem dem gegenüberliegenden Bauelement zugewandten Ende ausgebildet. Dadurch kann das U-artig gebogene Mittelteil das Rasthakens innerhalb des Haltedoms verbleiben ohne an der gegenüberliegenden (Rück-) Seite des Grundkörpers bzw. des Abdeckkörpers hervorzutreten. Dadurch kann diese Seite des Grundkörpers bzw. des Abdeckkörpers mit einem Aufkleber, bspw. einem Etikett, oder dergleichen versehen werden, ohne dass eine Aufwölbung dessen erfolgt.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist der Abdeckkörper oder der Grundkörper (in jedem Fall der Körper, der auch den Rasthaken aufweist) wenigstens einen, insbesondere rippenartigen, Vorsprung auf. Dieser ist vorzugsweise einem der gegebenenfalls mehreren Rasthaken zugeordnet und benachbart zum diesem angeordnet. Der Vorsprung greift dabei - im bestimmungsgemäßen Montagezustand - außenseitig zur Zentrierung an den Haltedom an, d. h. liegt an dem Haltedom an. Der Vorsprung dient dabei als Einführhilfe (für den Rasthaken in die Halteöffnung) und/oder als Verschiebehemmnis während des Betriebs. In letzterem Fall vermindert oder unterbindet der an dem Haltedom anliegende Vorsprung eine Verschiebung des Haltedoms auf den Rasthaken zu. Für den Fall, dass der Grundkörper bzw. der Abdeckkörper mehrere Haltöffnungen und der Abdeckkörper bzw. der Grundkörper entsprechend umgekehrt mehrere Rasthaken aufweisen, können mehrere, den jeweiligen Rasthaken zugeordnete Vorsprünge eine Verschiebung des Abdeckkörpers relativ zu dem Grundkörper (insbesondere bei verschieden ausgerichteten Kontaktnormalen zwischen Haltdomen und Vorsprüngen) besonders effektiv unterbinden.
In einer bevorzugten Ausführung handelt es sich bei der von dem Abdeckkörper überdeckten (Prozess-) Kammer um eine Amplifikationskammer, insbesondere eine sogenannte Voramplifikationskammer, zur Vervielfältigung von Erbgut. In einer solchen Voramplifikationskammer wird in einer Probe enthaltenes Erbgut vervielfältigt, um in einem späteren Verfahrensschritt eine ausreichende Menge an Erbgut für unterschiedliche Testverfahren (bspw. weitere Amplifikationen) oder für eine statistisch hinreichend absicherbare Untersuchung hin zur Verfügung zu haben.
In einer zweckmäßigen Ausführung deckt der Abdeckkörper die Oberseite des Grundkörpers zumindest näherungsweise (d. h. insbesondere alle Kammern und Kanäle) vollständig ab.
In einer vorteilhaften Ausführung weist der Abdeckkörper einen in Richtung auf die Oberseite des Grundkörpers vorstehenden und die überdeckte Kammer, insbesondere die vorstehend genannte Amplifikationskammer, umrandenden Rahmensteg auf. Dadurch wird eine Konvektion parallel zur Oberfläche des Grundkörpers, insbesondere also ein zwischen der Oberfläche des Grundkörpers und dem Abdeckkörper verlaufender Luftstrom zumindest über die zu überdeckende Kammer, vorzugsweise die vorstehend genannte (Vor-) Amplifikationskammer, hinweg unterbunden oder weitestgehend verringert. Dadurch lässt sich eine besonders hohe Homogenität der Temperatur (oder anders ausgedrückt eine besonders geringe Temperaturabweichung) innerhalb der Kammer (bei einem „quasistationären“ Zustand, insbesondere nach vergleichsweise langer Haltezeit der Prozesspa- rameter, d. h. Heiztemperatur und Rotationsgeschwindigkeit, von bspw. 30 Sekunden aufwärts) erreichen. Insbesondere können Temperaturunterschiede unter 10 Kelvin, vorzugsweise unter 5, insbesondere um etwa 2 Kelvin erreicht werden.
Der Grundkörper der Kartusche ist vorzugsweise aus einem, insbesondere thermoplastischen, Substrat, in das die Kanal- und Kammerstruktur eingeformt ist, und einer Siegelschicht, insbesondere einer Siegelfolie, die nach einem Siegelschritt fest mit dem Substrat verbunden ist und somit die Kanal- und Kammerstruktur verschließt, gebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Grundkörper aus einem Cyc- loolefincopolymer (COC) und der Abdeckkörper aus einem anderen, insbesondere thermoplastischen, Kunststoff, vorzugsweise einem Polypropylen (PP), ausgebildet. Vorzugsweise ist dabei der Rasthaken am Abdeckkörper ausgeformt, da dessen Material hinsichtlich der Deformationsfähigkeit günstigere Eigenschaften als das des Grundkörpers aufweist.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Explosionsdarstellung eine Kartusche zur Verwendung in einem rotationsbasierten Analyseverfahren,
Fig. 2 in einer schematischen Draufsicht auf eine Wärmeeintragsseite einen Grundkörper der Kartusche,
Fig. 3 in einer schematischen Ansicht auf eine Unterseite einen Abdeckkörper der Kartusche,
Fig. 4 in einer perspektivischen Teilschnittansicht ausschnitthaft und schematisch eine Verbindungsstelle zwischen dem Grundkörper und dem Abdeckkörper, Fig. 5, 6 in einer Teilschnittansicht ausschnitthaft und schematisch die Verbindungsstelle zweier unterschiedlicher Ausführungsbeispiele, und
Fig. 7, 8 in Ansicht gemäß Fig. 5 jeweils schematisch einen unmontierten und einen montierten Zustand von Grundkörper und Abdeckkörper.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist schematisch ein als „Kartusche“ - oder aufgrund der flachen, einer halbierten Kreisscheibe angenäherten Geometrie kurz auch als „Disk 1“ - bezeichneter Probenbehälter dargestellt. Diese Disk 1 dient zum Einsatz in einem rotationsbasierten Analyseverfahren. Die Disk 1 weist einen Grundkörper 2 (auch als „Substrat“ bezeichnet) auf, der eine mikrofluidische Kanal- und Kammerstruktur 4 aufweist. Diese Kanal- und Kammerstruktur 4 weist wiederum mehrere im Folgenden näher beschriebene Kammern 6 auf, die mittels jeweils zugeordneter Kanäle 8 untereinander verbunden sind (vgl. Fig. 2). Im unmontierten Zustand bilden die Kammern 6 und Kanäle 8 jeweils „offenliegende“, becken- bzw. rinnenartige Vertiefungen in dem Grundkörper 2. Die Disk 1 weist daher auch eine Siegelfolie 10 (oder auch: „Siegelschicht“) auf, die auf den mikrofluidischen Grundkörper 2 heißgesiegelt wird und damit die Kanal- und Kammerstruktur 4 von einer im Folgenden als „Wärmeeintragsseite 12“ bezeichneten Seite her verschließt (s. Fig. 1 ). Der Grundkörper 2 weist einen seitlichen Zugang 14 zur Kanal- und Kammerstruktur 4 auf, durch den hindurch Probenmaterial in die Kanal- und Kammerstruktur 4 eingebracht werden kann. Dieser Zugang 14 ist reversibel mittels einer Kappe 16 (hier konkret ein Schraubdeckel) verschließbar, um die Einbringung des Probenmaterials und ein nachfolgendes Wiederverschließen zu ermöglichen. Die Disk 1 weist außerdem einen Abdeckkörper, im Folgenden kurz als „Cover 18“ bezeichnet, auf, der auf einer „Oberseite 20“ (oder auch „rückseitig“ zur Wärmeeintragsseite 12) auf den Grundkörper 2 aufgesetzt und im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels (in Fig. 1 nur angedeuteten, in Fig. 4-8 detailliert dargestellten) Rasthaken 22 in korrespondierenden Halteöffnungen 24 des Grundkörpers 2 an diesem fixiert wird. Das Cover 18 weist ein erstes und ein zweites Auslesefenster 26 bzw. 28 auf, durch die hindurch der Inhalt darunterliegender Kammern 6 des Grundkörpers 2 abgelesen und damit analysiert (bspw. mittels Fluoreszenzdetektion) oder zumindest kontrolliert werden kann.
In einer optionalen (hier dargestellten) Variante weist die Disk 1 auch ein (hier zweiteiliges, vorzugsweise selbstklebendes) Label 30 auf, das auf das Cover 18 aufgebracht ist. Das Label 30 ist dabei so ausgestaltet, dass es das Auslesen durch die Auslesefenster 26 und 28 ermöglicht. In einer optionalen Weiterbildung dieser Variante weist das Label 30 transparente Bereiche auf, die die Auslesefenster 26 und 28 überdecken. Zweckmäßigerweise sind diese transparenten Bereiche nicht mit Klebstoff versehen - d. h. von Klebstoff ausgespart -, damit die Fluoreszenzdetektion nicht durch womöglich lumineszierenden Klebstoff beeinflusst wird.
Im Cover 18 sind seitlich Rücksprünge 32 in einer Seitenwand 34 eingeformt, die eine Ausrichtung und Positionierung der Disk 1 in einem automatischen Einzug eines Analysegeräts ermöglichen.
Der Grundkörper 2 weist mehrere (hier konkret zwei) Durchbrüche 36 auf, die zur eindeutigen Ausrichtung und Positionierung der Disk 1 auf einer Trägerplatte (im Folgenden als „Drehteller“ bezeichnet) des Analysegeräts dienen. In diese Durchbrüche 36 greifen zur Positionierung und Fixierung in einer Drehebene, die parallel zur Oberfläche des Drehtellers und zur Wärmeeintragsseite 12 (und somit zur flächigen Erstreckung) der Disk 1 liegt, Positionsstifte des Drehtellers ein.
Der Drehteller des Analysegeräts dient zur Zentrifugation, d. h. zur Rotation der Disk 1 um eine Rotationsachse. Der Drehteller ist dabei dazu eingerichtet, optional zwei Disks 1 aufnehmen zu können und ist deshalb um 180 Grad drehsymmetrisch aufgebaut (s. Fig. 3). Außerdem trägt der Drehteller mehrere Heizelemente, die zur lokalen Erwärmung einzelner Kammern 6 der Kanal- und Kammerstruktur 4 der Disk 1 dienen und deshalb in ihrer Außenkontur den entsprechenden Kammern 6 angepasst sind. Die Heizelemente sind vorliegend durch Widerstandsheizplatten gebildet. Zur weiteren Verringerung des Wärmeaustrags weist das Cover 18 in einem weiteren Ausführungsbeispiel einen Rahmensteg 38 auf, der die Voramplifikations- Kammern 56 ringartig umschließt und somit den Wärmeaustrag durch Konvektion auf der Oberseite 20 weiter verringert (s. Fig. 1 und 3). Der Rahmensteg 38 ist an das Cover 18 angeformt, d. h. einstückig mit diesem verbunden. Der Rahmensteg 38 steht dabei in Richtung auf den Grundkörper 2 vor und endet mit geringem Abstand von etwa 100 pm zu dem Grundkörper 2. Dabei umschließt der Rahmensteg 38 zwei als Voramplifikations-Kammer 40 dienende Kammern 6. Durch diese weitergeführte Abschirmung der Voramplifikations-Kammern 40 durch das Cover 18 und den Rahmensteg 38 wird eine Temperaturdifferenz von etwa 2 Kelvin innerhalb der jeweiligen Voramplifikations-Kammer 40 ermöglicht. Somit erfolgt zwar eine vergleichsweise starke Konvektion in der jeweiligen Voramplifikations-Kammer 40, unter anderem aufgrund der Rotation. Zusätzlich wird aber auch eine vergleichsweise hohe Homogenität der Reaktionstemperatur innerhalb der Voramplifikations-Kammer 40 - zumindest im statischen Fall, d. h. bei einem Halten der Temperatur des Heizelements für wenigstens etwa 10 bis 30 Sekunden erreicht. Erfahrungswerte haben bei der hier und im Folgenden beschriebenen Geometrie und den dabei angewendeten Parametern gezeigt, dass sich bereits ab etwa 15 Sekunden statische Bedingungen ergeben.
Auch für den Fall, dass in den Voramplifikations-Kammern 40 eine Reaktion erfolgt, die eine Interaktion, bspw. eine Bindung von Molekülen an eine Festphase, z.B. an Mikroarrays, erfordert, oder eine Reaktion, bei der die Konzentration der jeweiligen Reaktionspartner üblicherweise gering ist und deshalb ein Kontakt der jeweiligen Reaktionspartner untereinander einer vergleichsweise geringen Wahrscheinlichkeit unterliegt, kann die hohe Konvektion (und somit vergleichsweise starke Durchmischung) sowie die homogene Temperaturverteilung vorteilhaft sein.
Der Rasthaken 22 sowie die Halteöffnung 24 sind in Fig. 4 bis 6 näher dargestellt. Der Rasthaken 22 ist dabei grundsätzlich U-artig ausgebildet. Konkret weist der Rasthaken 22 einen geradlinigen, langgestreckten (d. h. im Vergleich zu dessen Dicke und/oder Breite langen) Fußschenkel 50 auf. Dieser Fußschenkel 50 fußt am Cover 18 (ist also an das Cover 18 angebunden) und steht von diesem geringfügig gegen eine Flächennormale verkippt, d. h. mit einem Winkel kleiner 90 Grad aber größer 60 Grad, vorzugsweise größer 70 Grad, in Richtung auf den Grundkörper 2 vor. Der Rasthaken 22 weist auch ein U-artig gebogenen Mittelteil 52 und einen (geradlinigen, langgestreckten) Freischenkel 54 auf. Der Fußschenkel 50 geht dabei in das Mittelteil 52 über und das wiederum in den Freischenkel 54. Letzterer endet mit einem Freiende 56 (also ohne Anbindung an ein weiteres Bauteil). Der Fußschenkel 50 und der Freischenkel 54 schließen einen Winkel von etwa 5 bis 20 Grad, hier konkret zwischen 7 und 12 Grad zwischen sich ein. Freiendseitig weist der Rasthaken einen Absatz 58 auf, an dem eine zum Freiende 56 und somit zurück zum Cover 18 weisende Rastfläche 60 (s. Fig. 7-8) ausgebildet ist.
Im in Fig. 4-6 und 8 dargestellten, bestimmungsgemäßem Montagezustand liegt der Rasthaken 22 zur Ausbildung der Verrastung mit dieser Rastfläche 60 an einer Rastschulter 62 der Halteöffnung 24 an. Außerdem durchgreift der Rasthaken 22 die Halteöffnung 24 (zumindest deren coverseitige „Mündung“) mit dem Mittelteil 52. Zur Montage des Covers 18 am Grundkörper 2 müssen somit also der Freischenkel 54 und der Fußschenkel 50 zueinander gebogen werden.
Die Halteöffnung 24 ist innerhalb eines als eine Art Turm oder „Dom“ (hier als „Haltedom 64 bezeichnet) ausgebildeten Vorsprungs des Grundkörpers 2 ausgebildet. Die Rastschulter 62 ragt dabei begrenzend in die coverseitige „Mündung“ der Halteöffnung 24 ein. Der Haltedom 64 und der Rasthaken 22 sind dabei derart bemessen, dass der Rasthaken 22 nicht rückseitig aus der Halteöffnung 24 und damit dem Haltedom 64 heraussteht. Die „lichte Weite“ der coverseitigen Mündung der Halteöffnung 24 ist dabei so bemessen, dass die obenstehend genannte Biegung des Rasthakens 22 bei der Montage im elastischen Deformationsbereich bleibt.
Die Halteöffnung 24 weist außerdem eine Anlagefläche 66 auf, die der Rastschulter 62 gegenüberliegend angeordnet ist. Diese Anlagefläche 66 ist als eine Art Einführschräge die Halteöffnung 24 in Richtung der coverseitigen Mündung erweiternd schräg angestellt. Außerdem dient die Anlagefläche 66 auch als eine Art Widerlager für den Rasthaken 22, der im bestimmungsgemäßen Montagezustand mit einer Rückenseite 68 des Fußschenkels 50 an dieser anliegt.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist an der Rückenseite 68 des Fußschenkels 50 ein Buckel 70 ausgebildet. Dieser dient bei der Fertigung des Covers 18 in einem Kunststoff-Spritzgießverfahren als Entformungshilfe, konkret als eine Art Rückhalter, der verhindert, dass der Rasthaken 22 nicht bei einer Verstellung eines beweglichen Formkerns „vorzeitig“ entformt und dabei unerwünscht deformiert wird.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Rasthaken 22 im bestimmungsgemäßen, unbelasteten Montagezustand (s. Fig. 4 und 6) in der Halteöffnung 24, also zwischen der Rastschulter 62 und der Anlagefläche 66 verspannt. Grundsätzlich kann aber auch ein geringfügiges Spiel zur Anlagefläche 66 vorhanden sein.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8 ist der Rasthaken 22 im Bereich des Mittelteils 52 außenseitig glatt ausgeführt. In den in Fig. 4-6 dargestellten Ausführungsbeispielen weist der Rasthaken 22 an seiner Rückenseite 68 am Übergang vom Fußschenkel 50 zum Mittelteil 52 eine „Nase“ 72 auf, die die Fläche (oder „Länge“) der Rückenseite 68 in Längsrichtung des Rasthakens 22 (im Vergleich zu Fig. 7 und 8) verlängert. Diese Nase 72 bewirkt, wenn der Rasthaken 22 aus der Halteöffnung 24 ausgezogen wird, ohne dass die Rastfläche 60 von der Rastschulter 62 „entkoppelt“ ist, dass der Rasthaken 22 länger an der Anlagefläche 66 anliegt und damit der Rasthaken 22 sich vergleichsweise stark „verkeilen“ kann.
Aufgrund der hier beschriebenen Geometrie des Rasthakens 22 führt eine Verschiebung des Covers 18 relativ zum Grundkörper 2 in Richtung der vom Fußschenkel 50 und dem Freischenkel 54 aufgespannten Ebene (in Fig. 5-8 also der Zeichnungsebene) zu einer weiteren Verspannung des Rasthakens 22 in der Halteöffnung, die die Rastwirkung der Rastfläche 60 an der Rastschulter 62 sogar noch verstärkt. Ein unbeabsichtigtes Lösen dieser Rastverbindung im Betrieb des Analysegeräts, also unter Einwirkung von erhöhter Temperatur und Fliehkraft, kann hierdurch effektiv verhindert werden.
Aus Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zu erkennen. Hierbei weist das Cover 18 lokal neben zumindest einigen Rasthaken 22 wenigstens einen Vorsprung auf - hier als „Führungsrippe 74“ bezeichnet. Diese Führungsrippe 74 ist benachbart zu dem jeweiligen Rasthaken 22 und in die gleiche Richtung weisend ausgebildet. Des Weiteren ist die jeweilige Führungsrippe 74 dabei derart ausgerichtet, dass deren Längserstreckung, zumindest etwa, normal zur Außenseite des jeweiligen Haltedoms 64 ausgerichtet ist. (s. auch Fig. 3). Die Führungsrippen 74 dienen dabei sowohl als Zentrierung, bspw. Einführhilfe, um den jeweiligen Rasthaken 22 möglichst verklemmungsfrei in die Halteöffnung 24 des entsprechenden Haltedoms 64 einstecken zu können. Im zusammengesetzten Zustand (s. Fig. 6) dient die jeweilige Führungsrippe 74 - aufgrund ihrer Anlage am Haltedom 64 oder ihrem geringfügigem Abstand zu diesem (vgl. Fig. 6) - als Hemmnis oder Anschlag gegen ein Verschieben des Covers 18 relativ zum Grundkörper 2.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste
1 Disk
2 Grundkörper
4 Kanal- und Kammerstruktur
6 Kammer
8 Kanal
10 Siegelfolie
12 Wärmeeintragsseite
14 Zugang
16 Kappe
18 Cover
20 Oberseite
22 Rasthaken
24 Halteöffnung
26 Auslesefenster
27 Auslesefenster
30 Label
32 Rücksprung
34 Seitenwand
36 Durchbruch
38 Rahmensteg
40 Voramplifikations-Kammer
50 Fußschenkel
52 Mittelteil
54 Freischenkel
56 Freiende
58 Absatz
60 Rastfläche
62 Rastschulter
64 Haltedom
66 Anlagefläche
68 Rückenseite Buckel Nase Führungsrippe

Claims

Ansprüche Kartusche (1 ) für ein rotationsbasiertes und einen Wärmeeintrag nutzendes Analyseverfahren, aufweisend
- einen flächig erstreckten Grundkörper (2), in dem eine Kanal- und Kammerstruktur (4) ausgebildet ist,
- einen an dem Grundkörper (2) befestigten Abdeckkörper (18), der einseitig auf einer einer Wärmeeintragsseite (12) abgewandten Oberseite (20) des Grundkörpers (2) angeordnet ist und zumindest eine Kammer (6, 40) des Grundkörpers (2) überdeckt, wobei der Grundkörper (2) und/oder der Abdeckkörper (18) eine Anzahl von Halteöffnungen (24) aufweisen, wobei der Abdeckkörper (18) bzw. der Grundkörper (2) eine Anzahl von jeweils einer der gegebenenfalls mehreren Halteöffnungen (24) zugeordneten Rasthaken (22) aufweisen, wobei der Rasthaken (22) mit einem Fußschenkel (50) von dem Abdeckkörper (18) bzw. dem Grundkörper (2) in Richtung auf den Grundkörper (2) bzw. den Abdeckkörper (18) vorsteht, wobei der Fußschenkel (50) in ein U-artig gebogenes Mittelteil (52) übergeht, das wiederum in einen Freischenkel (54) übergeht, der zurück in Richtung auf den Abdeckkörper (18) bzw. den Grundkörper
(2) gerichtet und mit einem Freiende (56) abgeschlossen ist, wobei der oder der jeweilige Rasthaken (22) freiendseitig einen Absatz (58) mit einer Rastfläche (60) aufweist, die in Richtung auf das Freiende (56) gerichtet ist, und wobei der oder der jeweilige Rasthaken (22) mit dessen U-artig gebogenen Mittelteil (52) die zugeordnete Halteöffnung (24) unter Ausbildung der Rastverbindung durchgreift. Kartusche (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die oder die jeweilige Halteöffnung (24) eine Anlagefläche (66) aufweist, an der der Fußschenkel (50) mit seiner Rückenseite (68) zumindest teilweise anliegt, oder zu der die Rückenseite (68) einen geringfügigen Abstand aufweist.
3. Kartusche (1 ) nach Anspruch 2, wobei an der Rückenseite (68) des oder des jeweiligen Rasthakens (22), vorzugsweise am Übergang des Fußschenkels (50) zum Mittelteil (52), ein Kontaktvorsprung (72) vorsteht.
4. Kartusche (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rasthaken (22) mit seiner Rastfläche (60) an einer, insbesondere von einer der Anlagefläche (66) gegenüberliegenden Rastseite, in die Halteöffnung (24) vorstehenden Rastschulter (62) anliegt.
5. Kartusche (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der oder der jeweilige Rasthaken (22) in der Halteöffnung (24) verspannt ist.
6. Kartusche (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die oder die jeweilige Halteöffnung (24) in einem von dem Grundkörper (2) oder dem Abdeckkörper (18) in Richtung auf das entsprechend andere Element (18, 2) vorstehenden Haltedom (64) ausgebildet ist.
7. Kartusche (1 ) nach Anspruch 6, wobei der Abdeckkörper (18) oder der Grundkörper (2) wenigstens einen Vorsprung (74) aufweist, der außenseitig zur Zentrierung an den Haltedom (64) angreift.
8. Kartusche (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei es sich bei der von dem Abdeckkörper (18) überdeckten Kammer um eine Amplifikationskammer (40) zur Vervielfältigung von Erbgut handelt.
9. Kartusche (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Abdeckkörper (18) einen in Richtung auf die Oberseite (20) des Grundkörpers (2) vorstehenden und die überdeckte Kammer (6, 40) umrandenden Rahmensteg (38) aufweist. Kartusche (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Grundkörper (2) ein, insbesondere thermoplastisches, Substrat mit darin eingefügter Kanal- und Kammerstruktur (4) und eine Siegelschicht (10) umfasst, mittels derer die Kanal- und Kammerstruktur (4) versiegelt ist. Kartusche (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Grundkörper (2) aus einem Cycloolefincopolymer und der Abdeckkörper (18) aus einem anderen, insbesondere thermoplastischen, Kunststoff, insbesondere einem Polypropylen, ausgebildet ist.
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