WO2015018644A1 - Vorrichtung zum einbringen einer flüssigen probe in ein mikrofluidisches system - Google Patents

Vorrichtung zum einbringen einer flüssigen probe in ein mikrofluidisches system Download PDF

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WO2015018644A1
WO2015018644A1 PCT/EP2014/065869 EP2014065869W WO2015018644A1 WO 2015018644 A1 WO2015018644 A1 WO 2015018644A1 EP 2014065869 W EP2014065869 W EP 2014065869W WO 2015018644 A1 WO2015018644 A1 WO 2015018644A1
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WO
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sample container
sample
receiving position
predetermined
hollow needle
Prior art date
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PCT/EP2014/065869
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Sodan
Holger Behrens
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • B01L3/56—Labware specially adapted for transferring fluids
    • B01L3/563—Joints or fittings ; Separable fluid transfer means to transfer fluids between at least two containers, e.g. connectors
    • 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
    • B01L2300/00—Additional constructional details
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a device for introducing a liquid sample into a microfluidic system, which is provided in particular for fluidic connection to a diagnostic unit with a Lab-on-a-Chip (LOC) system.
  • LOC Lab-on-a-Chip
  • LOC Lab-on-a-Chip
  • Patient sample is placed in a disposable cartridge (without LOC system), which in turn is fluidly coupled to a diagnostic unit with the LOC system.
  • a diagnostic unit with the LOC system.
  • those patient samples are to be considered which are present in a liquid form, such as, for example, as a solution in sputum and lavage, as a urine sample or in blood samples in so-called blood collection tubes.
  • the patient sample should be filled into the cartridge without loss of sample or laboratory contamination if possible. In the case of liquid solutions, this has so far mainly been achieved by pipetting into an opening in the cartridge.
  • W0201 1/049718 discloses the input of liquid blood into the input port.
  • the disadvantage here is the high manual effort for transferring the sample and a possible risk of confusion or contact of the medical staff with the liquid sample during the transfer.
  • the device defined in claim 1 for introducing a liquid sample into a microfluidic system has the advantage that those previously required for the transfer of a liquid sample into the cartridge according to the prior art various manual steps to transfer the sample from the patient
  • the gist of the present invention is to realize a direct transfer of a liquid sample of a patient from the sample container into the cartridge for a LOC, in which the sample container is first inserted directly into the cartridge, which is preferably designed as a disposable adapter component, and subsequently taken through an opening element of the cartridge, the liquid sample from the interior of the sample container, so that it can be made available to the LOC for further processing.
  • the cartridge which is preferably designed as a disposable adapter component
  • the present invention is now able to ensure processing of the liquid sample only after the cartridge has been loaded into the diagnostic device to
  • the present adapter component in the region of the first predetermined receiving position has a limiting element, which forms a first stop in the direction of the opening element, wherein at the first predetermined
  • the liquid sample is removed from the liquid sample
  • sample container taken in the region of its septum, if this has such. In principle, however, the removal of the liquid sample at any point with respect to the sample container, if it is suitable for this purpose.
  • the external plunger is preferred to the
  • Diagnostic unit and is arranged by an associated actuator of the
  • Diagnostic unit operated so that this relatively expensive module does not have to be disposed of together with the disposable cartridge, but is permanently available. The operator inserts the sample container up to the first one
  • predetermined receiving position which is formed by the limiting element in the manner of a stop, in the receiving portion, wherein the septum of the
  • the plunger pushes the sample container on the opening element, the septum is pierced and the liquid sample can then be transferred into the channel system of the cartridge.
  • Opening element may be formed in the manner of a first hollow needle, and the at least one channel is fluidly connected to a second hollow needle, which is arranged at a distance from the first hollow needle. Then, the liquid sample from the sample container by emptying or sucking the sample container inside the cartridge during operation in the diagnostic unit can be done, the liquid sample can be sucked in this way only to the level of the hollow needle tip.
  • the transfer of the sample container from the first predetermined pickup position to the second predetermined pickup position within the pickup section can be accomplished by rotating the sample container.
  • This type of transfer forms an alternative to the above-described transfer by means of an external plunger and can advantageously realize, for example, a bayonet closure, which is formed by the sample container and the receiving portion.
  • Sample container is first manually inserted into the cartridge up to the first predetermined picking position by the operator, then moved by (slight) indentation of the sample container for elastic deformation of the restricting member toward the opening member and then manually by the operator up to the second predetermined picking position Turning the sample container further inserted into the receiving section inside.
  • Opening element may be formed such that it slits the sample container at least in sections when transferred to the second predetermined receiving position.
  • the opening element is preferably designed in the manner of a knife, which penetrates by means of at least one blade, the septum of the sample container and / or a portion of the sample container, so that an opening for the liquid sample to the at least one channel of the adapter component is formed ,
  • the opening member may act transversely to the thickness direction of the sample container so as to provide at least a line-shaped opening of the sample container.
  • the contour of the knife for generating the opening in the sample container can be designed as desired.
  • the opening in the sample container can be produced by means of a punched out.
  • Opening element to be integrally formed together with a hollow needle.
  • a particularly simple structure for the opening element is realized.
  • the tip of the hollow needle is then arranged above the upper side of the opening element.
  • the integrally formed opening element may be substantially congruent with the longitudinal axis of the
  • the liquid sample from the sample container in the present receiving portion can be both by means of the external plunger and by rotating, starting from the first predetermined
  • Opening element and the hollow needle are each designed to be substantially rotationally symmetrical, and during the transfer of the sample container, starting from the first predetermined receiving position to the second predetermined
  • the pickup position first pierces the hollow needle the sample container and then slits the opening element on the sample container.
  • the opening element here for example in the form of a knife, and the hollow needle designed rotationally symmetrical, it is possible to use the sample container by means of a bayonet closure in the
  • the hollow needle pierces in particular the septum of the sample container centrally and then the bayonet closure can be inserted into the receiving portion.
  • the opening member cuts through the septum or sample container and creates a second opening, i. next to the first opening, which was first formed by the action of the hollow needle.
  • a recess in the adapter component for receiving the liquid sample from the sample container may be formed in the region of the opening element, which is fluidically connected to the at least one channel.
  • the recess serves as a reservoir, in which the liquid sample collects after opening the sample container, in order subsequently to be pumped via the at least one channel for processing in the diagnostic unit.
  • Opening element caused opening is pushed out of the sample container and then flows into the recess.
  • Sample container realized by a hollow needle is preferably inserted into the septum or the sample container, through which the gaseous medium, here preferably air, can be pumped into the interior of the sample container, while due to the second opening, which was caused by the opening element to Exit of the liquid sample is available.
  • the septum in the sample container points towards the orifice member or bottom of the sample container, to allow the introduced air to collect in the top of the sample container.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a device for introducing a liquid sample into a microfluidic system according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a sectional view of a device for introducing a liquid sample into a microfluidic system according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a sectional view of a device for introducing a liquid sample (not shown) in a microfluidic system (not shown) according to a first embodiment of the present invention.
  • the device has a
  • Adapter component 10 which is preferably formed from a multi-layer structure (not shown).
  • a multi-layer structure not shown.
  • an upper component (not shown) and a lower component (not shown) are used, wherein
  • Intermediate channels 20, 25 are formed, which are provided for the fluidic connection of the adapter component 10 with the microfluidic system.
  • Components may consist of polymers, for example of thermoplastic polymers such as PC (polycarbonate), COC (Cylco-olefin copolymer), COP (cyclo-olefin polymer), PE (polyethylene) or PP (polypropylene).
  • thermoplastic polymers such as PC (polycarbonate), COC (Cylco-olefin copolymer), COP (cyclo-olefin polymer), PE (polyethylene) or PP (polypropylene).
  • PC polycarbonate
  • COC Cylco-olefin copolymer
  • COP cyclo-olefin polymer
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • the adapter component 10 has on its upper side a receiving portion 30 which essentially by a receiving element 31 and a in the
  • Adapter component 10 formed projection 45 is formed.
  • Receiving section 30 is provided for guiding and receiving a sample container 40, and has at its lower end a limiting element 50, which is formed in the manner of an elastic lip, which deforms elastically under the action of force.
  • the limiting element 50 serves to position the sample container 40 after insertion of the sample container 40 in the receiving portion 30 in a first predetermined receiving position, wherein the sample container 40 is received in the longitudinal direction of the receiving portion 30.
  • Fig. 1 shows the
  • Sample container 40 in the first predetermined receiving position, in which the liquid sample of the patient is still stored in the interior of the sample container 40 and their removal is not yet possible in the adapter component 10 into it.
  • the sample container 40 has on its underside a screw cap 41, which surrounds the region of the underside of the sample container 40 cylindrical.
  • the screw cap 41 in turn has a septum 42 which is arranged in the middle region of the screw cap 41.
  • Sample container 40 take place, the sample container 40 is transferred from the first predetermined receiving position to a second predetermined receiving position within the receiving portion 30 (see the two small arrows below the limiting element 50 in Fig. 1), in which a below the
  • Receiving section 30 arranged in the adapter component 10 opening element 60 penetrates the sample container 40 such that the liquid sample of the sample container 40 is in the channel 20 can be transferred.
  • the second predetermined receiving position is determined by the projection 45, which contacts the screw cap 41 in the second predetermined receiving position and thus acts as a stop for the sample container 40. Further insertion of the sample container 40 over the second predetermined
  • the opening member 60 is formed in the shape of two hollow needles 100, 110, which are fixed inside the adapter component 10 and spaced from each other.
  • the transfer of the sample container 40 from the first predetermined pickup position to the second predetermined pickup position is accomplished by means of an external plunger 70 which is part of a diagnostic unit (not shown).
  • a large arrow in the region of the plunger 70 indicates the direction of its action on the sample container 40.
  • Sample container 40 is generated, which brings the liquid sample located in the sample container 40 to drain via the hollow needle 100 and the channel 20, the discharge channel. From the channel 20, the liquid sample passes for further processing in a coupled LOC (not shown) of the microfluidic system.
  • the overpressure in the feed channel 25 may be generated via a pump (not shown) located outside of the adapter component 10, for example in the coupled LOC or as an external component, such as a syringe or peristaltic pump, and may be outside and / or inside the pump
  • Adapter component 10 and / or the LOC arranged valves are controlled.
  • the overpressure is in the range of 10 to 2500 mbar, and here preferably between 50 and 1000 mbar.
  • Fig. 2 shows a sectional view of a device for introducing a liquid sample (not shown) into a microfluidic system (not shown) according to a second embodiment of the present invention.
  • the device also has a
  • Adapter component 10 which is preferably formed from a multi-layer structure (not shown).
  • the adapter component 10 shown in FIG. 2 essentially corresponds to the adapter component shown in FIG. 1, but that is
  • Adapter component 10 will be described.
  • Fig. 2 shows the sample container 40 in the second predetermined receiving position in which the screw cap 41 of the sample container 40 with the projection 45 in contact. Below the projection 45, a seal 120 is formed, which is a
  • Receiving portion 30 realized in the adapter component 10. In the area below the receiving portion 30 is a recess 90 in the adapter component 10th
  • the opening element 60 is designed such that it slits the sample container 40 at least in sections when it is transferred to the second predetermined receiving position, the opening element 60 being formed integrally together with a hollow needle 80.
  • the opening element 60 is in this case formed from a plurality of knives, which are arranged substantially in the region of the upper side of the hollow needle 80 along the outer periphery thereof.
  • the integrally formed opening member 60 is arranged substantially congruent with the longitudinal axis of the receiving portion 30.
  • the hollow needle 80 is designed analogously to the hollow needle 1 10 according to the embodiment of FIG.
  • a positive pressure is applied to a channel 21, the feed channel, which is connected to the hollow needle 80,
  • a pneumatic overpressure so that over the hollow needle 80, an overpressure in the sample container 40 is generated, which in the sample container 40 located liquid sample (not shown) for flowing into the recess 90 via a further opening (not shown), which through the Slitting the septum 42 of the sample container 40 is formed when it is transferred to the second predetermined receiving position, and the channel 20, the discharge channel brings.
  • Sample container 40 in the second predetermined receiving position in the recess 90 by pumping a gaseous medium, preferably air, through the hollow needle 80, whereby the liquid sample is pushed out of the sample container 40 by the opening caused by the opening member 60 and then into the recess 90 flows.
  • a gaseous medium preferably air
  • the opening member 60 and the hollow needle 80 are each substantially identical

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen einer flüssigen Probe in ein mikrofluidisches System, umfassend eine Adapterkomponente (10), welche über zumindest einen Kanal (20) an das mikrofluidische System fluidisch koppelbar ist, und welche einen Aufnahmeabschnitt (30) aufweist, wobei der Aufnahmeabschnitt (30) zur Führung und Aufnahme eines Probenbehälters (40) vorgesehen ist, und den Probenbehälter (40) mittels eines Begrenzungselements (50) nach dem Einführen des Probenbehälters (40) in dem Aufnahmeabschnitt (30) in einer ersten vorbestimmten Aufnahmeposition positioniert, und der Probenbehälter (40) ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu einer zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition innerhalb des Aufnahmeabschnitts (30) überführt wird, in welcher ein unterhalb des Aufnahmeabschnitts (30) in der Adapterkomponente (10) angeordnetes Öffnungselement (60) den Probenbehälter (40) derart durchdringt, dass die flüssige Probe des Probenbehälters (40) in den zumindest einen Kanal (20) überführbar ist.

Description

Beschreibung Titel
Vorrichtung zum Einbringen einer flüssigen Probe in ein mikrofluidisches System
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen einer flüssigen Probe in ein mikrofluidisches System, welches insbesondere zur fluidischen Verbindung mit einer Diagnoseeinheit mit einem Lab-On-a-Chip (LOC)-System vorgesehen ist.
Stand der Technik
Bei der klinischen Analyse von Patientenproben auf ein Vorhandensein pathogener Erreger werden verstärkt Lab-On-a-Chip (LOC) Systeme eingesetzt. Diese Systeme müssen die Patientenprobe aufnehmen und dann innerhalb der LOC-Kartusche verarbeiten. Parallel dazu gibt es die Variante, bei welcher ein Röhrchen mit der
Patientenprobe in einer zur einmaligen Verwendung vorgesehenen Kartusche (ohne LOC- System) platziert wird, welche wiederum mit einer Diagnoseeinheit mit dem LOC-System fluidisch gekoppelt ist. Hier sollen insbesondere diejenigen Patientenproben betrachtet werden, welche in einer flüssigen Form, wie zum Beispiel als Lösung bei Sputum und Lavage, als Urinprobe oder bei Blutproben in sog. Blutentnahmeröhrchen vorliegen.
Die Patientenprobe sollte möglichst ohne Verlust der Probe oder einer Kontamination des Labors in die Kartusche eingefüllt werden. Bei den flüssigen Lösungen erfolgt dies bislang vor allem durch Pipettieren in eine Öffnung der Kartusche. Bei Blutproben wird das
Blutentnahmeröhrchen häufig umgefüllt oder durch eine Spritze entleert. Der Inhalt der Spritze wird dann in die Kartusche gefüllt. So offenbart die W0201 1/049718 die Eingabe des flüssigen Blutes in den Input Port. Nachteilig sind hierbei der hohe manuelle Aufwand zum Umfüllen der Probe sowie eine mögliche Gefahr der Verwechselung oder eines Kontakts des medizinischen Personals mit der flüssigen Probe während des Umfüllens.
Vorteile der Erfindung
Die in dem Patentanspruch 1 definierte Vorrichtung zum Einbringen einer flüssigen Probe in ein mikrofluidisches System weist den Vorteil auf, dass die bislang für den Transfer von einer flüssigen Probe in die Kartusche nach dem Stand der Technik erforderlichen diversen manuellen Schritte zum Transferieren der Probe des Patienten aus dem
Blutentnahmeröhrchen in die Kartusche nunmehr entfallen können. In diesem
Zusammenhang entfällt in vorteilhafter Weise ebenso die Gefahr der Kontamination des Labors durch die Probe des Patienten, und die bislang möglichen Fehler bei der
Probenzuordnung werden zusätzlich ausgeschlossen.
Der Kern der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung eines direkten Überführens einer flüssigen Probe eines Patienten aus dem Probenbehälter in die Kartusche für ein LOC, bei welcher der Probenbehälter zuerst direkt in die Kartusche, welche vorzugsweise als eine wegwerfbare Adapterkomponente konzipiert ist, eingesteckt wird und anschließend wird durch ein Öffnungselement der Kartusche die flüssige Probe aus dem Inneren des Probenbehälters entnommen, so dass diese dem LOC zum weiteren Prozessieren zur Verfügung gestellt werden kann. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung durch die Ausbildung eines Aufnahmeabschnitts in der Kartusche, welcher zwei vorbestimmte definierte Aufnahmepositionen für den Probenbehälter während seines Einführens realisiert, nunmehr in der Lage, ein Prozessieren der flüssigen Probe erst nach dem Beladen der Kartusche in das Diagnosegerät sicherzustellen, im Vergleich zu
bestehenden Lösungen, bei welchen der Inhalt des Probenbehälters außerhalb des Diagnosegeräts in das Kanalsystem der Kartusche überführt wird. Somit liegt bei der bestehenden Lösung vor dem Betrieb der Kartusche im Diagnosegerät die flüssige Probe aus dem Probenbehälter in der Kartusche vor, wodurch beim Start des Betriebs der Ausgangszustand der Probe Undefiniert ist und dies zu Fehlern beim Ablauf führen kann. Hierzu weist die vorliegende Adapterkomponente im Bereich der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition ein Begrenzungselement auf, welches einen ersten Anschlag in Richtung zu dem Öffnungselement hin bildet, wobei an der ersten vorbestimmten
Aufnahmeposition der Probenbehälter noch unversehrt ist, so dass eine Entnahme der flüssigen Probe aus dem Probenbehälter zu diesem Zeitpunkt noch nicht erfolgen kann.
Vorzugsweise wird bei der vorliegenden Vorrichtung die flüssige Probe aus dem
Probenbehälter im Bereich seines Septums entnommen, sofern dieser ein solches aufweist. Grundsätzlich kann jedoch die Entnahme der flüssigen Probe an jeder beliebigen Stelle in Bezug auf den Probenbehälter erfolgen, sofern diese hierfür geeignet ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das Überführen des Probenbehälters ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition innerhalb des Aufnahmeabschnitts mit Hilfe eines externen Stößels erfolgen. Hierbei ist der externe Stößel bevorzugt an der
Diagnoseeinheit angeordnet und wird von einem zugehörigen Aktuator der
Diagnoseeinheit betätigt, so dass diese relativ kostenintensive Baugruppe nicht zusammen mit der Wegwerfkartusche entsorgt werden muss, sondern dauerhaft zur Verfügung steht. Der Bediener steckt den Probenbehälter bis zu der ersten
vorbestimmten Aufnahmeposition, welche durch das Begrenzungselement in der Art eines Anschlags gebildet wird, in den Aufnahmeabschnitt ein, wobei das Septum des
Probenbehälters noch nicht von dem Öffnungselement, hier insbesondere den
Hohlnadeln, durchstoßen wird. Die flüssige Probe aus dem Probenbehälter gelangt somit nicht vor dem Betrieb in das Kanalsystem der Kartusche. Wird die Kartusche
anschließend in die Diagnoseeinheit eingelegt, so schiebt der Stößel den Probenbehälter auf das Öffnungselement, das Septum wird durchstoßen und die flüssige Probe kann anschließend in das Kanalsystem der Kartusche überführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das
Öffnungselement in der Art einer ersten Hohlnadel ausgebildet sein, und der zumindest eine Kanal ist mit einer zweiten Hohlnadel fluidisch verbunden, welche beabstandet zu der ersten Hohlnadel angeordnet ist. Anschließend kann dann die flüssige Probe aus dem Probenbehälter durch Leerpumpen oder Saugen des Probenbehälters innerhalb der Kartusche beim Betrieb in der Diagnoseeinheit erfolgen, wobei die flüssige Probe auf diese Weise lediglich bis zum Niveau der Hohlnadelspitze abgesaugt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das Überführen des Probenbehälters ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition innerhalb des Aufnahmeabschnitts durch Drehen des Probenbehälters erfolgen. Diese Art der Überführung bildet eine Alternative zu der vorstehend beschriebenen Überführung mittels eines externen Stößels und kann in vorteilhafter Weise zum Beispiel einen Bajonettverschluss realisieren, welcher von dem Probenbehälter und dem Aufnahmeabschnitt gebildet wird. Hierbei wird der
Probenbehälter zuerst bis zu der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition manuell durch den Bediener in die Kartusche eingeführt, dann durch ein (leichtes) Eindrücken des Probenbehälters zur elastischen Verformung des Begrenzungselements in Richtung zu dem Öffnungselement bewegt und anschließend bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition manuell durch den Bediener mittels Drehen des Probenbehälters weiter in den Aufnahmeabschnitt hinein eingeführt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das
Öffnungselement derart ausgebildet sein, dass es den Probenbehälter beim Überführen in die zweite vorbestimmte Aufnahmeposition zumindest abschnittsweise aufschlitzt. Zu diesem Zweck ist das Öffnungselement vorzugsweise in der Art eines Messers ausgebildet, welches mit Hilfe zumindest einer Klinge das Septum des Probenbehälters und/oder einen Bereich des Probenbehälters durchdringt, so dass sich eine Öffnung für die flüssige Probe zu dem zumindest einen Kanal der Adapterkomponente ausbildet. Zusätzlich dazu kann durch das Drehen des Probenbehälters während der Überführung des Probenbehälters ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition innerhalb des Aufnahmeabschnitts das Öffnungselement quer zur Dickenrichtung des Probenbehälters wirken, so dass sich zumindest eine linienförmige Öffnung des Probenbehälters ergibt. Prinzipiell kann die Kontur des Messers zur Erzeugung der Öffnung in dem Probenbehälter beliebig gestaltet sein. Alternativ dazu kann die Öffnung in dem Probenbehälter mittels einer Ausstanzung erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das
Öffnungselement zusammen mit einer Hohlnadel integral ausgebildet sein. In diesem Fall wird ein besonders einfacher Aufbau für das Öffnungselement realisiert. Vorzugsweise ist die Spitze der Hohlnadel dann oberhalb der Oberseite von dem Öffnungselement angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das integral ausgebildete Öffnungselement im Wesentlichen kongruent zu der Längsachse des
Aufnahmeabschnitts angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich die flüssige Probe aus dem Probenbehälter in dem vorliegenden Aufnahmeabschnitt sowohl mittels des externen Stößels als auch mittels Drehen ausgehend von der ersten vorbestimmten
Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition innerhalb des Aufnahmeabschnitts überführen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung können das
Öffnungselement und die Hohlnadel jeweils im Wesentlichen rotationssymmetrisch gestaltet sein, und während des Überführens des Probenbehälters ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten
Aufnahmeposition durchstößt zuerst die Hohlnadel den Probebehälter und anschließend schlitzt das Öffnungselement den Probebehälter auf. Sind das Öffnungselement, hier zum Beispiel in der Form eines Messers, und die Hohlnadel rotationssymmetrisch gestaltet, so ist es möglich, den Probenbehälter mittels eines Bajonett-Verschlusses in dem
Aufnahmeabschnitt der Adapterkomponente zu halten. Dabei durchstößt die Hohlnadel insbesondere das Septum des Probenbehälters zentrisch und anschließend kann der Bajonett-Verschluss in dem Aufnahmeabschnitt eingesteckt werden. Mit dem Eingreifen des Bajonett-Verschlusses in dem Aufnahmeabschnitt, insbesondere nach dem Erreichen der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition, durchschneidet das Öffnungselement das Septum bzw. den Probenbehälter und erzeugt eine zweite Öffnung, d.h. neben der ersten Öffnung, welche zuerst durch die Wirkung der Hohlnadel gebildet wurde.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann im Bereich des Öffnungselements eine Ausnehmung in der Adapterkomponente zur Aufnahme der flüssigen Probe aus dem Probenbehälter ausgebildet sein, welche mit dem zumindest einen Kanal fluidisch verbunden ist. Dabei dient die Ausnehmung als ein Reservoir, in welchem sich die flüssige Probe nach dem Öffnen des Probenbehälters sammelt, um anschließend über den zumindest einen Kanal zum Prozessieren in der Diagnoseeinheit gepumpt zu werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann das Überführen der flüssigen Probe aus dem Probenbehälter in der zweiten vorbestimmten
Aufnahmeposition in die Ausnehmung durch das Pumpen eines gasförmigen Mediums durch die Hohlnadel erfolgen, wodurch die flüssige Probe durch die von dem
Öffnungselement bewirkte Öffnung aus dem Probenbehälter herausgedrückt wird und anschließend in die Ausnehmung fließt. Somit wird ebenfalls ein Leerpumpen des
Probenbehälters realisiert, indem eine Hohlnadel bevorzugt in das Septum bzw. den Probenbehälter eingestochen wird, durch welche das gasförmige Medium, hier vorzugsweise Luft, in das Innere des Probenbehälters gepumpt werden kann, während aufgrund der zweiten Öffnung, welche durch das Öffnungselement bewirkt wurde, zum Austritt der flüssigen Probe zur Verfügung steht. Für diesen Vorgang ist es zwingend, dass das Septum im Probebehälter in Richtung zu dem Öffnungselement bzw. zu der Unterseite des Probebehälters zeigt, damit die eingebrachte Luft sich in den oberen Bereich des Probenbehälters sammelt. Wird nun durch die Hohlnadel die Luft in den Probebehälter gepumpt, so wird die flüssige Probe durch die zweite Öffnung
herausgedrückt und fließt in die Ausnehmung der Kartusche, aus dem es wiederum herausgepumpt werden kann. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erklärt. Es zeigt dabei
Fig. 1 : eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Einbringen einer flüssigen Probe in ein mikrofluidisches System gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, und
Fig. 2: eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Einbringen einer flüssigen Probe in ein mikrofluidisches System gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung Es sei angemerkt, dass sich hinsichtlich der Figuren und der Beschreibung gleiche Bezugszeichen auf gleiche bzw. ähnliche Elemente beziehen.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Einbringen einer flüssigen Probe (nicht dargestellt) in ein mikrofluidisches System (nicht dargestellt) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist eine
Adapterkomponente 10 auf, welche vorzugsweise aus einem Mehrschichtaufbau (nicht dargestellt) gebildet wird. So wird beispielsweise eine obere Komponente (nicht dargestellt) und eine untere Komponente (nicht dargestellt) verwendet, wobei
zwischenliegend Kanäle 20, 25 gebildet sind, welche zur fluidischen Verbindung der Adapterkomponente 10 mit dem mikrofluidischen System vorgesehen sind. Die
Komponenten können aus Polymeren bestehen, zum Beispiel aus thermoplastischen Polymeren, wie beispielsweise PC (Polycarbonat), COC (Cylco-Olefin-Copolymer), COP (Cyclo-Olefin-Polymer), PE (Polyethylen) oder PP (Polypropylen). Die Unterseite der unteren Komponente ist beispielsweise durch Fräsen, Heißprägen oder Spritzgießen strukturiert.
Die Adapterkomponente 10 weist auf ihrer Oberseite einen Aufnahmeabschnitt 30 auf, welcher im Wesentlichen durch ein Aufnahmeelement 31 und einen in der
Adapterkomponente 10 ausgebildeten Vorsprung 45 gebildet wird. Der
Aufnahmeabschnitt 30 ist zur Führung und Aufnahme eines Probenbehälters 40 vorgesehen, und weist an seinem unteren Ende ein Begrenzungselement 50 auf, welches in der Art einer elastischen Lippe ausgebildet ist, welche sich unter Krafteinwirkung elastisch verformt. Das Begrenzungselement 50 dient dazu, den Probenbehälter 40 nach dem Einführen des Probenbehälters 40 in dem Aufnahmeabschnitt 30 in einer ersten vorbestimmten Aufnahmeposition zu positionieren, wobei der Probenbehälter 40 in der Längsrichtung des Aufnahmeabschnitts 30 aufgenommen wird. Fig. 1 zeigt den
Probenbehälter 40 in der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition, bei welcher die flüssige Probe des Patienten noch im Inneren des Probenbehälters 40 aufbewahrt ist und deren Entnahme in die Adapterkomponente 10 hinein noch nicht möglich ist. Der Probenbehälter 40 weist auf seiner Unterseite eine Schraubkappe 41 auf, welche den Bereich der Unterseite des Probenbehälters 40 zylindrisch umgibt. Die Schraubkappe 41 weist wiederum ein Septum 42 auf, welches im Mittenbereich der Schraubkappe 41 angeordnet ist. Soll nun die Entnahme der flüssigen Probe im Inneren des
Probenbehälters 40 erfolgen, so wird der Probenbehälter 40 ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu einer zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition innerhalb des Aufnahmeabschnitts 30 überführt (siehe hierzu die beiden kleinen Pfeile unterhalb des Begrenzungselements 50 in Fig. 1 ), in welcher ein unterhalb des
Aufnahmeabschnitts 30 in der Adapterkomponente 10 angeordnetes Öffnungselement 60 den Probenbehälter 40 derart durchdringt, dass die flüssige Probe des Probenbehälters 40 in den Kanal 20 überführbar ist. Die zweite vorbestimmte Aufnahmeposition wird durch den Vorsprung 45 festgelegt, welcher die Schraubkappe 41 in der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition kontaktiert und somit als ein Anschlag für den Probenbehälter 40 wirkt. Ein weiteres Einführen des Probenbehälters 40 über die zweite vorbestimmte
Aufnahmeposition in die Adapterkomponente 10 hinaus ist nicht möglich.
Hier ist das Öffnungselement 60 in der Form von zwei Hohlnadeln 100, 1 10 ausgebildet, welche im Inneren der Adapterkomponente 10 feststehend und beabstandet zueinander angeordnet sind. Das Überführen des Probenbehälters 40 von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition in die zweite vorbestimmte Aufnahmeposition erfolgt mit Hilfe eines externen Stößels 70, welcher ein Bestandteil einer Diagnoseeinheit (nicht dargestellt) ist. Ein großer Pfeil im Bereich des Stößels 70 gibt die Richtung von dessen Wirkkraft auf den Probenbehälter 40 an.
Wird der Probenbehälter 40 ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition weiter in Richtung der Hohlnadeln 100, 1 10 bis zur zweiten vorbestimmten
Aufnahmeposition bewegt, dann durchstechen diese das Septum 42 des Probenbehälters 40, wodurch fluidische Verbindungen zwischen den Kanälen 20, 25 und dem Inneren des Probenbehälters 40 hergestellt werden. Zum Entleeren des Probenbehälters 40 wird an den Kanal 25, den Zuführkanal, ein Überdruck angelegt, beispielsweise ein
pneumatischer Überdruck, so dass über die Hohlnadel 1 10 ein Überdruck im
Probenbehälter 40 erzeugt wird, welcher die in dem Probenbehälter 40 befindliche flüssige Probe zum Abfließen über die Hohlnadel 100 und den Kanal 20, den Abführkanal, bringt. Von dem Kanal 20 gelangt die flüssige Probe zum weiteren Prozessieren in ein angekoppeltes LOC (nicht dargestellt) des mikrofluidischen Systems. Der Überdruck im Zuführkanal 25 kann über eine Pumpe (nicht dargestellt) erzeugt werden, welche außerhalb der Adapterkomponente 10 angeordnet ist, zum Beispiel in dem angekoppelten LOC oder als externe Komponente, wie beispielsweise als Spritzenoder Schlauchpumpe, und kann über außerhalb und/oder innerhalb der
Adapterkomponente 10 und/oder des LOC angeordnete Ventile (nicht dargestellt) gesteuert werden. Der Überdruck liegt im Bereich von 10 bis 2500 mbar, und hier vorzugsweise zwischen 50 und 1000 mbar.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Einbringen einer flüssigen Probe (nicht dargestellt) in ein mikrofluidisches System (nicht dargestellt) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist ebenfalls eine
Adapterkomponente 10 auf, welche vorzugsweise aus einem Mehrschichtaufbau (nicht dargestellt) gebildet wird. Die in Fig. 2 dargestellte Adapterkomponente 10 entspricht im Wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Adapterkomponente, jedoch ist das
entsprechende Öffnungselement 60 anders ausgebildet, so dass im Folgenden lediglich dessen Aufbau sowie die damit funktionell zusammenhängenden Elemente der
Adapterkomponente 10 beschrieben werden wird.
Fig. 2 zeigt den Probenbehälter 40 in der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition, in welcher die Schraubkappe 41 des Probenbehälters 40 mit dem Vorsprung 45 in Kontakt ist. Unterhalb des Vorsprungs 45 ist eine Dichtung 120 ausgebildet, welche eine
Dichtfunktion zwischen der Außenseite der Schraubkappe 41 und dem
Aufnahmeabschnitt 30 in der Adapterkomponente 10 realisiert. Im Bereich unterhalb des Aufnahmeabschnitts 30 ist eine Ausnehmung 90 in der Adapterkomponente 10
ausgebildet, welche mit einem Kanal 20 fluidisch verbunden ist. Der Kanal 20 übernimmt wiederum die Aufgabe als Abführkanal gemäß der Ausführungsform von Fig. 1. Das Öffnungselement 60 ist derart ausgebildet, dass es den Probenbehälter 40 beim Überführen in die zweite vorbestimmte Aufnahmeposition zumindest abschnittsweise aufschlitzt, wobei das Öffnungselement 60 zusammen mit einer Hohlnadel 80 integral ausgebildet ist. Das Öffnungselement 60 wird hierbei aus einer Vielzahl von Messern gebildet, welche im Wesentlichen im Bereich der Oberseite der Hohlnadel 80 entlang von dessen äußerem Umfang angeordnet sind. Das integral ausgebildete Öffnungselement 60 ist im Wesentlichen kongruent zu der Längsachse des Aufnahmeabschnitts 30 angeordnet. Die Hohlnadel 80 ist in ihrer Funktion analog zu der Hohlnadel 1 10 gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 konzipiert, d.h. zum Entleeren des Probenbehälters 40 wird an einen Kanal 21 , den Zuführkanal, welcher mit der Hohlnadel 80 wirkend verbunden ist, ein Überdruck angelegt, beispielsweise ein pneumatischer Überdruck, so dass über die Hohlnadel 80 ein Überdruck im Probenbehälter 40 erzeugt wird, welcher die in dem Probenbehälter 40 befindliche flüssige Probe (nicht dargestellt) zum Abfließen in die Ausnehmung 90 über eine weitere Öffnung (nicht dargestellt), welche durch das Aufschlitzen des Septums 42 des Probenbehälters 40 bei dessen Überführen in die zweite vorbestimmte Aufnahmeposition entsteht, und den Kanal 20, den Abführkanal, bringt. Mit anderen Worten erfolgt das Überführen der flüssigen Probe aus dem
Probenbehälter 40 in der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition in die Ausnehmung 90 durch das Pumpen eines gasförmigen Mediums, hier vorzugsweise Luft, durch die Hohlnadel 80, wodurch die flüssige Probe durch die von dem Öffnungselement 60 bewirkte Öffnung aus dem Probenbehälter 40 herausgedrückt wird und anschließend in die Ausnehmung 90 fließt.
Das Öffnungselement 60 und die Hohlnadel 80 sind jeweils im Wesentlichen
rotationssymmetrisch gestaltet, und während des Überführens des Probenbehälters 40 ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition durchstößt zuerst die Hohlnadel 80 den Probebehälter 40 und anschließend schlitzt das Öffnungselement 60 den Probebehälter 40 auf. Das Überführen des Probenbehälters 40 ausgehend von der ersten vorbestimmten
Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition kann gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 wiederum mit Hilfe eines Stößels (nicht dargestellt) erfolgen, oder aber durch ein Drehen bzw. Einschrauben des Probenbehälters 40 unter
Verwendung eines Bajonett-Verschluss (nicht dargestellt) erfolgen, welcher von dem Probenbehälter 40 und dem Aufnahmeabschnitt 30 gebildet wird.

Claims

Ansprüche 1 . Vorrichtung zum Einbringen einer flüssigen Probe in ein mikrofluidisches System, umfassend eine Adapterkomponente (10), welche über zumindest einen Kanal (20) an das mikrofluidische System fluidisch koppelbar ist, und welche einen Aufnahmeabschnitt (30) aufweist, wobei der Aufnahmeabschnitt (30) zur Führung und Aufnahme eines Probenbehälters (40) vorgesehen ist, und den Probenbehälter (40) mittels eines
Begrenzungselements (50) nach dem Einführen des Probenbehälters (40) in dem
Aufnahmeabschnitt (30) in einer ersten vorbestimmten Aufnahmeposition positioniert, und der Probenbehälter (40) ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu einer zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition innerhalb des Aufnahmeabschnitts (30) überführt wird, in welcher ein unterhalb des Aufnahmeabschnitts (30) in der
Adapterkomponente (10) angeordnetes Öffnungselement (60) den Probenbehälter (40) derart durchdringt, dass die flüssige Probe des Probenbehälters (40) in den zumindest einen Kanal (20) überführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Überführen des Probenbehälters (40) ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition innerhalb des Aufnahmeabschnitts (30) mit Hilfe eines externen Stößels (70) erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungselement in der Art einer ersten Hohlnadel (100) ausgebildet ist, und der zumindest eine Kanal (20) mit einer zweiten Hohlnadel (1 10) fluidisch verbunden ist, welche beabstandet zu der ersten Hohlnadel (100) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Überführen des Probenbehälters (40) ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition innerhalb des Aufnahmeabschnitts (30) durch Drehen des Probenbehälters (40) erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungselement (60) derart ausgebildet ist, dass es den Probenbehälter (40) beim Überführen in die zweite vorbestimmte Aufnahmeposition zumindest abschnittsweise aufschlitzt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnungselement (60) zusammen mit einer Hohlnadel (80) integral ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das integral ausgebildete Öffnungselement (60) im Wesentlichen kongruent zu der Längsachse des
Aufnahmeabschnitts (30) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Öffnungselement (60) und die Hohlnadel (80) jeweils im Wesentlichen
rotationssymmetrisch gestaltet sind, und während des Überführens des Probenbehälters (40) ausgehend von der ersten vorbestimmten Aufnahmeposition bis zu der zweiten vorbestimmten Aufnahmeposition zuerst die Hohlnadel (80) den Probebehälter (40) durchstößt und anschließend das Öffnungselement (60) den Probebehälter (40) aufschlitzt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehen des Probenbehälters (40) unter Verwendung eines Bajonett-Verschluss erfolgt, welcher von dem Probenbehälter (40) und dem Aufnahmeabschnitt (30) gebildet wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Öffnungselements (60) eine Ausnehmung (90) in der Adapterkomponente (10) zur Aufnahme der flüssigen Probe aus dem Probenbehälter (40) ausgebildet ist, welche mit dem zumindest einen Kanal (20) fluidisch verbunden ist.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Überführen der flüssigen Probe aus dem Probenbehälter (40) in der zweiten vorbestimmten
Aufnahmeposition in die Ausnehmung (90) durch das Pumpen eines gasförmigen Mediums durch die Hohlnadel (80) erfolgt, wodurch die flüssige Probe durch die von dem Öffnungselement (60) bewirkte Öffnung aus dem Probenbehälter (40) herausgedrückt wird und anschließend in die Ausnehmung (90) fließt.
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