WO2015062875A1

WO2015062875A1 - Vorrichtung und verfahren zur handhabung von reagenzien

Info

Publication number: WO2015062875A1
Application number: PCT/EP2014/072245
Authority: WO
Inventors: Thomas BRETTSCHNEIDER; Christian Dorrer
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2015-05-07
Also published as: CN105682803A; EP3065869A1; US10562026B2; US20160263573A1; CN105682803B; DE102013222283B3

Abstract

Einrichtung (10, 60), insbesondere mikrofluidische Einrichtung zur Durchführung eines Immunassays, mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten fluidisch verbundenen Kammer (1, 2, 3) und einer Membran (12), dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Auslenkung der Membran (12) in die erste Kammer (1) ein erstes Fluid (11) aus der ersten Kammer (1) zumindest teilweise in die zweite Kammer (2) derart geleitet wird, dass ein zweites Fluid (21) aus der zweiten Kammer (2) zumindest teilweise in die dritte Kammer (3) derart verdrängt wird, dass die dritte Kammer (3) vollständig mit dem zweiten Fluid (21) ausgefüllt ist.

Description

Beschreibung

Titel

Vorrichtung und Verfahren zur Handhabung von Reagenzien Stand der Technik

Immunassays bilden ein Standardverfahren in der Bioanalytik zum Nachweis eines Analyten aus einer meist flüssigen Probe. Diese Tests basieren

üblicherweise auf der spezifischen Bindung zwischen einem Antikörper und einem Antigen. Immunassays zeichnen sich durch eine Wiederholung einer Abfolge von Prozessschritten aus. Diese Schritte umfassen dabei üblicherweise ein Zugeben einer Flüssigkeit auf einen Detektionsbereich, eine Wechselwirkung der in der Flüssigkeit vorhandenen Probenbestandteile mit dem

Detektionselement während einer vorgegebenen Zeitspanne und ein

anschließendes Spülen des Detektionsbereichs mit einer Waschflüssigkeit.

Für die Anwendung in der Mikrofluidik sind miniaturisierte Vorrichtungen, sogenannte„Lab-on-a-Chip"-Systeme, bekannt, welche einen zumindest teilweise automatisierten Ablauf dieser Schritte ermöglichen. Für den Betrieb dieser System sind jedoch zusätzliche externe Pumpen und extern

angeschlossene Ventile notwendig.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, insbesondere eine mikrofluidische Einrichtung zur Durchführung eines Immunassays, mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten fluidisch verbundenen Kammer und einer Membran.

Erfindungsgemäß wird bei einer vorgegebenen Auslenkung der Membran in die erste Kammer ein erstes Fluid aus der ersten Kammer zumindest teilweise in die zweite Kammer derart geleitet, dass ein zweites Fluid aus der zweiten Kammer zumindest teilweise in die dritte Kammer derart verdrängt wird, dass die dritte Kammer vollständig mit dem zweiten Fluid ausgefüllt ist. Bei dem ersten Fluid handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein

Gasgemisch. Von besonderem Vorteil ist, dass durch die erfindungsgemäße teilweise Verdrängung des zweiten Fluids, vorzugsweise eine Probenflüssigkeit, die dritte Kammer vollständig mit dem zweiten Fluid gefüllt wird und somit ein sich vorzugsweise in der dritten Kammer befindliches Detektionselement in ausschließlichem Kontakt mit dem zweiten Fluid gerät. Die vollständige

Ausfüllung der dritten Kammer mit dem zweiten Fluid bewirkt eine hohe

Effektivität einer Wechselwirkung einer dort befindlichen Vorrichtung,

insbesondere eines Sensors, mit dem zweiten Fluid, da die Vorrichtung mit Ausnahme eines Teils, der mit der Kammer verbunden sein kann, vollständig von dem zweiten Fluid umgeben wird.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung entspricht die vorgegebene Auslenkung der Membran in die erste Kammer einer maximalen möglichen Auslenkung der Membran, wobei die maximal mögliche Auslenkung durch eine Ausgestaltung der ersten Kammer vorgegeben ist. Somit wird vorteilhafterweise erreicht, dass nach dem vollständigen Ausfüllen der dritten Kammer durch das zweite Fluid das zweite Fluid automatisch zum Stehen kommt und für eine beliebig vorgebbare Zeitdauer in Wechselwirkung mit einem sich vorzugsweise in der dritten Kammer befindlichen Detektionselement treten kann. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Einrichtung eine erste fluidische

Zuleitung in die erste Kammer mit einer Drossel und/oder einem Ventil auf. Dabei ist die erste fluidische Zuleitung derart ausgelegt, dass die Auslenkung der Membran durch Druckbeaufschlagung über die erste fluidische Zuleitung auf die Membran erfolgt. Vorteilhafterweise kann durch die Verwendung des Ventils der Zeitpunkt der Druckbeaufschlagung auf die Membran vorgegeben werden und/oder über die Verwendung der Drossel die Druckbeaufschlagung in vorgegebener Weise verzögert werden.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die

Einrichtung eine vierte und eine fünfte Kammer auf, welche jeweils fluidisch mit der dritten Kammer verbunden sind. Dabei umfasst die vierte Kammer ein drittes Fluid und eine zweite fluidische Zuleitung, welche derart ausgestaltet ist, dass bei einer Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung zumindest ein Teil des dritten Fluids aus der vierten Kammer über die dritte Kammer in die fünfte Kammer derart verdrängt wird, dass ein in der dritten Kammer befindliches Fluid, insbesondere das zweite Fluid, aus der dritten Kammer in die fünfte Kammer verdrängt wird. Dies hat den Vorteil, dass die dritte Kammer von darin befindlichem Fluid vollständig gereinigt wird. Bei dem dritten Fluid handelt es sich vorzugsweise um eine Waschflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder ein in biochemischen Assays eingesetzter Waschpuffer. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung solange aufrechterhalten wird, bis das dritte Fluid vollständig aus der vierten Kammer über die dritte Kammer in die fünfte Kammer verdrängt wurde, da somit auch eine Trocknung der dritten Kammer erreicht werden kann.

Bevorzugt sind die erste und die zweite fluidische Zuleitung an eine gemeinsame fluidische Zuleitung gekoppelt, welche in einen Bereich außerhalb der

erfindungsgemäßen Einrichtung führt. Dies hat den Vorteil, das nur eine, insbesondere eine pneumatische externe Schnittstelle für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen werden muss.

Vorzugsweise weist die zweite fluidische Zuleitung in die vierte Kammer eine Drossel und/oder ein Ventil auf, welche dazu ausgelegt sind, eine zumindest teilweise Verdrängung des dritten Fluids aus der vierten Kammer bei

Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung zu verzögern oder zeitweise zu unterbinden. Somit kann vorteilhafterweise eine Zeitkonstante für die Verdrängung der Fluide aus der vierten und der dritten Kammer vorgegeben werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die dritte Kammer eine dritte fluidische Zuleitung mit einer Drossel und/oder einem Ventil auf. Dabei ist die dritte fluidische Zuleitung mit der Drossel und/oder dem Ventil dazu ausgelegt, die dritte Kammer durch eine Spülung mit einem vierten Fluid von Rückständen in der dritten Kammer befindlicher Fluide zu reinigen. Dies hat den Vorteil, dass unabhängig von den anderen Kammern und deren Füllstände eine Reinigung der dritten Kammer jederzeit durchgeführt werden kann. Somit kann vor jedem Prozessschritt ein definierter Ausgangszustand der dritten Kammer

wiederhergestellt werden.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die zweite und/oder die vierte Kammer in einem separaten Modul angeordnet. Dabei ist das Modul mit dem anderen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung so lösbar verbunden, dass die zweite Kammer mit der ersten Kammer und der dritten Kammer fluidisch verbunden und/oder die vierte Kammer mit der dritten Kammer fluidisch verbunden ist. Ein solch modularer Aufbau ist mit mehreren Vorteilen verbunden. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in einfacher Weise wiederverwendet werden kann, wobei die für die jeweilige Verwendung der Einrichtung notwendigen Fluide in der zweiten und/oder der vierten Kammer in Modulbauweise als Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung angekoppelt werden können. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass das Modul samt darin

vorgelagerter Fluide in einfacher Weise ausgetauscht und gegebenenfalls entsorgt werden kann, beispielsweise im Falle eines Überschreitens von

Haltbarkeitsdauern der Fluide. Ferner kann das Modul getrennt von der restlichen Einrichtung gelagert werden, beispielsweise in einem Kühlschrank. Ein weiterer Vorteil besteht in der Anwendung verschiedener Herstellungsverfahren mit unterschiedlichen Materialien für das Modul und die restliche Einrichtung, insbesondere wenn die Vorlagerung der Fluide im Modul besondere

Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich der Abdichtung, an die verwendeten Materialien stellt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung mehrere erste, zweite und vierte Kammern sowie eine dritte und eine fünfte Kammer auf, wobei jeweils eine erste Kammer über eine zweite Kammer mit der dritten Kammer fluidisch verbunden ist und die vierten Kammern sowie die fünfte Kammer mit der dritten Kammer fluidisch verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass die folgende Abfolge von Schritten für je eine Gruppe bestehend aus einer ersten, einer zweiten und einer vierten Kammer durchgeführt werden kann. Ein Fluid aus einer zweiten Kammer wird durch Auslenkung einer

Membran in einer fluidisch verbundenen ersten Kammer zumindest teilweise in die dritte Kammer geleitet und anschließend von einem dritten Fluid aus einer der vierten Kammern aus der dritten Kammer in die fünfte Kammer verdrängt. Durch diese Weiterbildung der Erfindung ist es insbesondere möglich, komplexere Immunassays darzustellen. Solche Immunassays umfassen eine Abfolge von Wechselwirkungen verschiedener Fluide oder deren Bestandteile mit einem Sensor mit dazwischen vorgesehenen Schritten zur Reinigung des Sensors.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren, insbesondere ein Verfahren zur Durchführung eines Immunassays mit der erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei in einem ersten Schritt eine Druckbeaufschlagung auf die Membran und dadurch eine Auslenkung der Membran in die erste Kammer erfolgt, wodurch das erste Fluid aus der ersten Kammer zumindest teilweise in die zweite Kammer geleitet wird und das zweite Fluid aus der zweiten Kammer zumindest teilweise in die dritte Kammer verdrängt wird, so dass die dritte Kammer vollständig mit dem zweiten Fluid gefüllt wird.

Vorzugsweise erfolgt in einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen

Verfahrens eine Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung und eine damit verbundene Verdrängung zumindest eines Teils des dritten Fluids aus der vierten Kammer über die dritte Kammer in die fünfte Kammer, so dass ein in der dritten Kammer befindliches Fluid insbesondere das zweite Fluid aus der dritten Kammer in die fünfte Kammer verdrängt wird.

Vorzugsweise erfolgt in einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens die Fortführung der Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung bis sowohl das in der dritten Kammer befindliche Fluid als auch das dritte Fluid vollständig aus der dritten Kammer in die fünfte Kammer verdrängt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen Figuren 1 bis 4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zu unterschiedlichen Zuständen bei der Durchführung eines Immunassays,

Figuren 5 bis 8 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung in

Form eines Schichtaufbaus,

Figuren 9 und 10 vorzugsweise Weiterbildungen der erfindungsgemäßen

Einrichtung,

Figuren 11 bis 13 Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung in modularer Bauform, und

Figur 14 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Einrichtung. Die Einrichtung 10 weist eine erste Kammer 1, eine zweite Kammer 2 und eine dritte Kammer 3 auf. In der ersten Kammer 1 befindet sich ein erstes Fluid 11 und in der zweiten Kammer 2 ein zweites Fluid 21. Bei dem ersten Fluid 11 handelt es sich beispielsweise um ein Gas oder ein Gasgemisch, bei dem zweiten Fluid 21 vorzugsweise um eine Flüssigkeit, die zu detektierende

Probenbestandteile enthalten kann. Die dritte Kammer 3 kann ein

Detektionselement 6, insbesondere einen Sensor für biologische oder chemische Proben, aufweisen. Das Detektionselement kann beispielsweise einen festen Träger mit darauf immobilisierten Sonden, beispielsweise Antigenen oder

Antikörpern, aufweisen, wobei vorzugsweise die Detektion optisch,

beispielsweise über Messung einer Fluoreszenzstrahlung, oder elektrisch erfolgen kann. Die erste Kammer 1 ist mit der dritten Kammer 3 über die zweite Kammer 2 fluidisch verbunden. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist ferner eine Membran 12 auf, welche vorzugsweise in der ersten Kammer 1 angeordnet ist. Bei einer Auslenkung der Membran 12 in die Kammer 1 wird zumindest ein Teil des ersten Fluids 11 aus der ersten Kammer 1 in die zweite Kammer 2 verdrängt, wodurch das zweite Fluid 21 zumindest teilweise aus der zweiten Kammer 2 in die dritte Kammer 3 geleitet wird. Durch eine entsprechend vorgegebene Größe der ersten Kammer 1 in Bezug auf die Größen der zweiten und dritten Kammer 2, 3 wird bewirkt, dass bei einer vorgegebenen Auslenkung der Membran 12 in die erste Kammer 1 durch die Verdrängung des ersten Fluids 11 aus der ersten Kammer 1 in die zweite Kammer 2 soviel zweites Fluid 21 aus der zweiten Kammer 2 in die dritte

Kammer 3 verdrängt wird, dass die dritte Kammer 3 vollständig mit dem zweiten Fluid 21 gefüllt ist. Dieser Zustand der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in Figur 2 gezeigt. Wie in Figur 2 andeutungsweise ebenfalls gezeigt, entspricht die vorgegebene Auslenkung der Membran 12 in die erste Kammer 1 in diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt einer maximal möglichen Auslenkung der

Membran 12 in die erste Kammer 1, wobei die maximal mögliche Auslenkung durch eine Ausgestaltung der ersten Kammer 1 vorgegeben ist. Vorzugsweise wird die Auslenkung der Membran 12 durch eine Druckbeaufschlagung über eine erste fluidische Zuleitung 14 in die erste Kammer 1 verursacht. Aufgrund der Begrenzung einer möglichen Auslenkung der Membran 12 in die erste Kammer 1 ist es vorteilhafterweise nicht notwendig, nach vollständiger Ausfüllung der dritten Kammer 3 durch das zweite Fluid 21 die Druckbeaufschlagung der Membran 12 zu verändern. Da keine weitere Auslenkung der Membran 12 möglich ist, kommt das Fluid 21 automatisch zum Stehen und die dritte Kammer 3 bleibt mit zweitem Fluid 21 gefüllt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die erste fluidische Zuleitung 14 ein erstes Ventil 16 auf, wodurch die Druckbeaufschlagung der Membran 12 zeitlich geregelt werden kann. Alternativ oder zusätzlich zum ersten Ventil 16 kann die erste fluidische Zuleitung 14 auch eine Drossel 16, 22 umfassen, um insbesondere eine Druckbeaufschlagung der ersten Membran 12 zeitlich zu verzögern.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die

erfindungsgemäße Einrichtung 10 eine vierte Kammer 4 auf, welche ein drittes

Fluid 41 umfasst und fluidisch mit der dritten Kammer 3 verbunden ist. Bei dem dritten Fluid 41 handelt es sich beispielsweise um Wasser, einen Waschpuffer oder ein anderes Reinigungsmittel. Vorzugsweise kann die vierte Kammer 4 über eine zweite fluidische Zuleitung 15 mit Druck beaufschlagt werden, so dass zumindest ein Teil des dritten Fluids 41 aus der vierten Kammer 4 in die dritte Kammer 3 geleitet wird. Die zweite fluidische Zuleitung 15 in die vierte Kammer 4 kann ebenfalls ein Ventil 17 und/oder eine Drossel 17, 23 zur Steuerung oder Verzögerung der Druckbeaufschlagung umfassen. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die erste fluidische Zuleitung 14 und die zweite fluidische Zuleitung 15 an eine gemeinsame fluidische Zuleitung 13 ankoppeln, welche in einen Bereich außerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 führt. Somit muss nur eine externe Schnittstelle, beispielsweise ein pneumatischer Anschluss, zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 vorgesehen werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Einrichtung 10 eine fünfte Kammer 5 auf, welche mit der dritten Kammer 3 fluidisch verbunden ist. Die fünfte

Kammer 5 kann insbesondere zur Aufnahme von durch die dritte Kammer 3 geleiteten Fluiden dienen. Vorzugsweise ist die vierte Kammer 4 derart ausgestaltet, dass bei einer Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung 15 zumindest ein Teil des dritten Fluids 41 aus der vierten Kammer 4 in die dritte Kammer 3 verdrängt wird und dabei ein in der dritten Kammer 3 befindliches Fluid, insbesondere das zweite Fluid 21 aus der dritten Kammer 3 in die fünfte Kammer 5 verdrängt. Damit wird vorteilhafterweise erreicht, dass nach einer vorgegebenen Zeitdauer der Interaktion einer Probenflüssigkeit mit einem in der dritten Kammer 3 befindlichen Detektionselement 6 die Probenflüssigkeit durch ein anderes Fluid, insbesondere ein Waschfluid wie beispielsweise Wasser oder ein Waschpuffer aus der dritten Kammer 3 in die fünfte Kammer 5 verdrängt wird.

Figur 14 zeigt ein Flussdiagramm mit beispielhaften Prozessschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 mit der erfindungsgemäßen Einrichtung 10. Momentaufnahmen des Verfahrensablaufs sind auch in den Figuren 1 bis 4 skizziert. In Figur 1 weist die erste Kammer 1 die noch nicht ausgelenkte

Membran 12 sowie das erste Fluid 11 auf. Die zweite Kammer 2 und die vierte Kammer 4 umfassen das zweite Fluid 21 beziehungsweise das dritte Fluid 41. Dies entspricht der Ausgangssituation des erfindungsgemäßen Verfahrens 100. Im ersten Verfahrensschritt 101 erfolgt eine Druckbeaufschlagung und dadurch eine Auslenkung der Membran 12 in die erste Kammer 1, wodurch das erste Fluid 11 zumindest teilweise in die zweite Kammer 2 verdrängt wird und dadurch das zweite Fluid 21 zumindest teilweise in die dritte Kammer 3 leitet und diese, wie in Figur 2 dargestellt, vollständig ausfüllt. Bevorzugt wird der erste

Verfahrensschritt 101 durch eine Öffnung des ersten Ventils 16 in der ersten fluidischen Zuleitung 14 ausgelöst.

Während einer vorgebbaren Zeitdauer können das in der dritten Kammer 3 befindliche zweite Fluid 21 oder in dem zweiten Fluid 21 enthaltene

Probenbestandteile mit einem vorzugsweise in der dritten Kammer 3

angeordneten Detektionselement 6 wechselwirken. Anschließend wird, wie in Figur 3 dargestellt, im zweiten Verfahrensschritt 102 durch eine

Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung 15 zumindest ein Teil des dritten Fluids 41 aus der vierten Kammer 4 derart in die dritte Kammer 3 geleitet, dass das in der dritten Kammer 3 befindliche zweite Fluid 21 in die fünfte Kammer 5 verdrängt wird. Abbildung 4 zeigt, dass im dritten Verfahrensschritt 103 die Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung 15 solange fortgeführt wird, bis sämtliches Fluid aus der dritten Kammer 3 in die fünfte Kammer 5 verdrängt worden ist. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Trocknung der dritten Kammer 3 erreicht werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die fünfte Kammer 5 eine erste fluidische Ableitung 18 auf, über welche in der fünften Kammer 5 befindliche Fluide weitergeleitet werden können, insbesondere über eine Schnittstelle in einen Bereich außerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung 10.

Figuren 5 bis 8 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Einrichtung 10 als Schichtsystem, wobei Figur 5 eine Draufsicht und Figuren 6 und 7 einen Schnitt entlang der in Figur 5 angezeigten Schnittlinine AA' beziehungsweise BB' darstellen. Das Schichtsystem 60 umfasst ein erstes Polymersubstrat 62, welches durch eine Polymermembran 63 von einem zweiten Polymersubstrat 64 getrennt ist. Auf der der Polymermembran 63

entgegengesetzten Seite des ersten Polymersubstrats 62 kann eine Deckschicht 61, beispielsweise ebenfalls in Form einer Klebefolie, aufgebracht sein.

Beispielsweise befinden sich die erste Kammer 1 und die zweite Kammer 2 in Form von Ausnehmungen in dem zweiten Substrat 64, während die dritte Kammer 3 mit einer vorzugsweise darin angeordneten Sensorvorrichtung 6 im ersten Polymersubstrat 62 vorgesehen ist. Ein Teil der Polymermembran 63 dient hierbei als die Membran 12, welche sich bei Druckbeaufschlagung durch die erste fluidische Zuleitung 14 in die erste Kammer 1 ausdehnt und dabei das erste Fluid 11 zumindest teilweise in die zweite Kammer 2 verdrängt. Das in der zweiten Kammer 2 befindliche zweite Fluid 21 wird dabei zumindest teilweise in die dritte Kammer 3 geleitet. Dieser Zustand der erfindungsgemäßen Einrichtung 11 ist in der Figur 8 dargestellt. Wie in den Figuren 6 beziehungsweise 7 dargestellt, führen die fluidische Zuleitungen 14, 15 und die erste fluidische Ableitung 18 durch das erste Polymersubstrat 62 und die optionale Deckschicht 61 in einen Bereich außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 60.

Figur 7 zeigt beispielhaft den Ausgangszustand des erfindungsgemäßen

Verfahrens bei Verwendung eines Schichtsystems als erfindungsgemäße Einrichtung 60. Die erste Kammer 1 und die zweite Kammer 2 sind mit dem ersten Fluid 11 beziehungsweise mit dem zweiten Fluid 21 gefüllt. Figur 8 zeigt den Zustand der Einrichtung 60 nach Durchführung des ersten Verfahrensschritts 101. Das erste Fluid 11 wurde durch Auslenkung der Polymermembran 63 in die erste Kammer 1 teilweise in die zweite Kammer 2 geleitet und hat dabei einen Teil des zweiten Fluids 21 aus der zweiten Kammer 2 verdrängt.

Die Polymersubstrate 62, 64 sind bevorzugt Thermoplaste, beispielsweise Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polymethylmethacrylat (PMMA), Cyclic-Olefin-Polymer (COP), Cyclo-Olefin-Copolymer (COC). Die Polymermembran 63 ist bevorzugt ein Elastomer, insbesondere ein

thermoplastisches Elastomer, oder ein Thermoplaste oder eine Heißklebefolie. Die Dicke der Polymersubstrate 62, 64 beträgt vorzugsweise 0,1 mm bis 1 cm, die Dicke der Polymermembran 62 bevorzugt 0,005 bis 0,5 mm. Die die fluidischen Kammern verbindenden Leitungen oder Kanäle weisen bevorzugt einen Durchmesser von 0,2 bis 3 mm auf. Die Volumina der Kammern betragen bevorzugt 0,005 bis 5 ml. Die Deckschicht 61 weist bevorzugt eine Dicke zwischen 0,01 und 0,2 cm auf.

Figur 9 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung 10, wobei die Einrichtung 10 mehrere erste, zweite und vierte Kammern 1, 2, 4 sowie eine dritte und eine fünfte Kammer 3, 5 aufweist. Jeweils eine erste Kammer 1 ist über eine zweite Kammer 2 mit der dritten Kammer 3 fluidisch verbunden. Die vierten Kammern 4 sowie die fünfte Kammer 5 sind ebenfalls mit der dritten Kammer 3 fluidisch verbunden. Jeweils eine erste Kammer 1 mit einer auslenkbaren Membran 12, eine zweite Kammer 2 und eine vierte Kammer 4 bilden dabei eine skalierbare Einheit 70. Optional umfasst die Einheit 70 zusätzliche Ventile oder Drosseln 16, 17, 22, 23. Eine solche Einheit 70 ermöglicht jeweils die Zuführung eines zweiten Fluids 21, welches beispielsweise zu detektierende

Probenbestandteile oder für die Durchführung des Assays benötigte Substanzen, beispielsweise Antikörper, enthalten kann, und anschließend die Zuführung eines dritten Fluids 41, insbesondere eines Reinigungsfluids, zu einer in der dritten Kammer 3 angeordneten Vorrichtung, beispielsweise einem Detektionselement 6. Dies erlaubt eine Abfolge von mehreren einander abwechselnden Schritten der Zuführung von zu untersuchenden Fluiden oder anderen für die

Durchführung des Assays benötigte Substanzen zu einem Detektionselement 6 in der dritten Kammer 3 und einen daran anschließenden Reinigungsvorgang des Detektionselements 6 mit Waschflüssigkeiten aus der jeweiligen vierten Kammer 4. Die Integration einer Vielzahl dieser Einheiten 70 ist in der Figur 9 durch die Darstellung von n Einheiten 70 angedeutet, wobei n eine natürliche Zahl repräsentiert. Vorzugsweise sind alle fluidischen Zuleitungen 14, 15 in die jeweiligen ersten und vierten Kammern 1, 4 mit einer gemeinsamen fluidischen Zuleitung 13 verbunden, welche über eine Schnittstelle mit einem Bereich außerhalb der Einrichtung 10 gekoppelt werden kann. Insbesondere kann die zweite Kammer 2 der ersten Einheit 70 (i=l) eine zu untersuchende Probe und die weiteren zweiten Kammern 2 der Einheiten 70 für i=2 bis i=n andere für den Assay notwendige Substanzen, beispielsweise Antikörper, umfassen. Somit ist durch eine Integration mehrerer solcher Einheiten 70 in die Einrichtung 10 auch die Durchführung komplexerer Immunassays möglich.

Figur 10 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, welche eine zusätzliche dritte fluidische Zuleitung 19 in die dritte Kammer 3 aufweist. Bevorzugt ist diese Zuleitung 19 ebenfalls an eine gemeinsame Zuleitung 13 gekoppelt und weist eine Drossel 20 und/oder ein Ventil 21 auf. Durch die dritte fluidische Zuleitung 19 ist es möglich, die dritte Kammer 3 unabhängig von den Füllständen der anderen Kammern, deren Zuleitungen vorzugsweise ebenfalls mit Ventilen 16, 17 und Drosseln 22, 23 versehen sind, mit einem Fluid zu spülen und dadurch von anderen Fluiden zu reinigen und zu trocknen. Somit kann vor jedem Prozess-schritt ein definierter Ausgangszustand der dritten Kammer 3 wiederhergestellt werden.

Figuren 11, 12 und 13 zeigen weitere Ausführungsformen der

erfindungsgemäßen Einrichtung 60 im Schichtaufbau, wobei die zweite Kammer

2 und/oder die vierte Kammer 4 in einem separaten Modul 30 angeordnet sind, Das Modul 30 kann mit der Einrichtung 60 lösbar verbunden werden, wobei durch geeignet angelegte Kanäle die Kammern 2, 4 in dem Modul 30 in fluidischem Kontakt mit den anderen Kammern der Einrichtung 60 gebracht werden. Der Verbindung zwischen dem Modul und der Einrichtung 60 kann beispielsweise durch eine Steckverbindung, insbesondere ein aus dem medizinischen Bereich bekanntes Luer-Lock, erfolgen und durch O- Ringe abgedichtet werden. Figur 11 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Einrichtung 60 mit separatem Modul 30 und Figur 12 eine dazugehörige

Schnittansicht gemäß der in Figur 12 eingezeichneten Schnittlinie CC. Das Modul 30 weist eine Fluidkammer 31 auf, bei welcher es sich um die zweite Kammer 2 oder die vierte Kammer 4 handeln kann. Die Fluidkammer 31 ist über erste und zweite Fluidkanäle 32, 33 mit dritten und vierten Fluidkanälen 34, 35 in der Einrichtung 60 fluidisch verbunden. Ein zum Zwecke des Nachfüllens bevorzugt wiederverschließbarer Deckel 36 schließt die Fluidkammer 31 fluiddicht ab. Durch eine Druckbeaufschlagung über den ersten Fluidkanal 32 kann ein in der Fluidkammer 31 befindliches Fluid 37 in die Einrichtung 60 befördert werden. Da die Mündung des ersten Fluidkanals 32 in die Fluidkammer

31 in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft bevorzugt höher als die Mündung des zweiten Fluidkanals 33 angeordnet ist, kann bei Druckbeaufschlagung durch den ersten Fluidkanal 32 das in der Fluidkammer 31 befindliche Fluid 37 unter Ausnutzung der Schwerkraft vorteilhafterweise blasenfrei über den zweiten Fluidkanal 32 in den dritten Fluidkanal 35 der Einrichtung 60 geleitet werden.

Figur 13 zeigt eine analoge Schnittansicht gemäß der in Figur 11. eingezeichneten Schnittlinie CC, wobei in dieser Ausführungsform das Modul 30 bezogen auf die Richtung der Schwerkraft mit der Unterseite der Einrichtung 60 lösbar verbunden ist. Dadurch wird vorteilhafterweise bewirkt, dass aufgrund der Schwerkraft auch ohne die Verwendung von Ventilen in den Fluidkanälen kein Fluid 37 aus der Fluidkammer 31 unkontrolliert in die Einrichtung 60 eindringen kann.

Claims

Ansprüche

1. Einrichtung (10, 60), insbesondere mikrofluidische Einrichtung zur

Durchführung eines Immunassays, mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten fluidisch verbundenen Kammer (1, 2, 3) und einer Membran (12), dadurch

gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Auslenkung der Membran (12) in die erste Kammer (1) ein erstes Fluid (11) aus der ersten Kammer (1) zumindest teilweise in die zweite Kammer (2) derart geleitet wird, dass ein zweites Fluid (21) aus der zweiten Kammer (2) zumindest teilweise in die dritte Kammer (3) derart verdrängt wird, dass die dritte Kammer (3) vollständig mit dem zweiten Fluid (21) ausgefüllt ist.

2. Einrichtung (10, 60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Auslenkung der Membran (12) in die erste Kammer (1) einer maximal möglichen Auslenkung der Membran (12) entspricht, wobei die maximal mögliche Auslenkung durch eine Ausgestaltung der ersten Kammer (1) vorgegeben ist.

3. Einrichtung (10, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine erste fluidische Zuleitung (14) in die erste Kammer (1) mit einer Drossel (16, 22) und/oder einem Ventil (16), wobei die erste fluidische Zuleitung (14) derart ausgelegt ist, dass die Auslenkung der Membran (12) durch

Druckbeaufschlagung über die erste fluidische Zuleitung (14) auf die Membran (12) erfolgt.

4. Einrichtung (10, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte und eine fünfte Kammer (4, 5) vorgesehen sind, welche jeweils fluidisch mit der dritten Kammer (3) verbunden sind, wobei die vierte

Kammer (4) ein drittes Fluid (41) umfasst und eine zweite fluidische Zuleitung (15) aufweist und derart ausgestaltet ist, dass bei einer Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung (15) zumindest ein Teil des dritten Fluids (41) aus der vierten Kammer (4) über die dritte Kammer (3) in die fünfte Kammer (5) derart verdrängt wird, dass ein in der dritten Kammer (3) befindliches Fluid, insbesondere das zweite Fluid (21), aus der dritten Kammer (3) in die fünfte Kammer (5) verdrängt wird.

5. Einrichtung (10, 60) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite fluidische Zuleitung (15) in die vierte Kammer (4) eine Drossel (17, 23) und/oder ein Ventil (17) aufweist, welche dazu ausgelegt sind, eine zumindest teilweise

Verdrängung des dritten Fluids (41) aus der vierten Kammer (4) bei

Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung (15) zu verzögern oder zeitweise zu unterbinden.

6. Einrichtung (10, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (3) eine dritte fluidische Zuleitung (19) mit einer Drossel (20) und/oder einem Ventil (21) aufweist, wobei die dritte fluidische Zuleitung (3) mit der Drossel (20) und/oder dem Ventil (21) dazu ausgelegt ist, die dritte Kammer (3) durch eine Spülung mit einem vierten Fluid von Rückständen in der dritten Kammer (3) befindender Fluide zu reinigen.

7. Einrichtung (10, 60) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass die zweite und/oder die vierte Kammer (2, 4) in einem

separatem Modul (30) angeordnet sind, wobei das Modul (30) mit der Einrichtung (10, 60) so lösbar verbunden werden kann, dass die zweite Kammer (2) mit der ersten Kammer (1) und der dritten Kammer (3) fluidisch verbunden ist und/oder die vierte Kammer (4) mit der dritten Kammer (3) fluidisch verbunden ist.

8. Einrichtung (10, 60), insbesondere mikrofluidische Einrichtung zur

Durchführung eines Immunassays, wobei die Einrichtung (10, 60) mehrere erste, zweite und vierte Kammern (1, 2, 4) sowie eine dritte und eine fünfte Kammer (3, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine erste Kammer (1) über eine zweite Kammer (2) mit der dritten Kammer (3) fluidisch verbunden ist und die vierten Kammern (4) sowie die fünfte Kammer (5) mit der dritten Kammer (3) fluidisch verbunden sind.

9. Verfahren (100), insbesondere zur Durchführung eines Immunassays, mit einer Einrichtung (10, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen ersten Schritt (101):

• Druckbeaufschlagung auf die Membran (12) und dadurch erfolgende

Auslenkung der Membran (12) in die erste Kammer (1), wodurch das erste Fluid (11) aus der ersten Kammer (1) zumindest teilweise in die zweite Kammer (2) geleitet wird und das zweite Fluid (21) aus der zweiten Kammer (2) zumindest teilweise in die dritte Kammer (3) verdrängt wird, so dass die dritte Kammer (3) vollständig mit dem zweiten Fluid (21) ausgefüllt wird.

10. Verfahren (100) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen zweiten Schritt

(102):

• Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung (15) und damit verbundene Verdrängung zumindest eines Teils des dritten Fluids (41) aus der vierten Kammer (4) über die dritte Kammer (3) in die fünfte Kammer (5), so dass ein in der dritten Kammer (3) befindliches Fluid, insbesondere das zweite Fluid (21), aus der dritten Kammer (3) in die fünfte Kammer (5) verdrängt wird.

11. Verfahren (100) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen dritten Schritt

(103):

• Fortführung der Druckbeaufschlagung durch die zweite fluidische Zuleitung

(15) bis sowohl das in der dritten Kammer (3) befindliche Fluid als auch das dritte Fluid (41) vollständig aus der dritten Kammer (3) in die fünfte Kammer (5) verdrängt sind.