WO2018086897A1 - Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur analyse von nukleinsäuren - Google Patents

Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur analyse von nukleinsäuren Download PDF

Info

Publication number
WO2018086897A1
WO2018086897A1 PCT/EP2017/077448 EP2017077448W WO2018086897A1 WO 2018086897 A1 WO2018086897 A1 WO 2018086897A1 EP 2017077448 W EP2017077448 W EP 2017077448W WO 2018086897 A1 WO2018086897 A1 WO 2018086897A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filter unit
microfluidic device
reaction chamber
pumping
unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/077448
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Faltin
Jochen Rupp
Juergen Steigert
Christian Dorrer
Karsten Seidl
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to JP2019524199A priority Critical patent/JP6956786B2/ja
Priority to US16/348,264 priority patent/US11478795B2/en
Priority to EP17790780.5A priority patent/EP3538267A1/de
Priority to KR1020197013229A priority patent/KR102491723B1/ko
Priority to CN201780069347.3A priority patent/CN109890505B/zh
Publication of WO2018086897A1 publication Critical patent/WO2018086897A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6806—Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00351—Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B01J2219/00418—Means for dispensing and evacuation of reagents using pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00351—Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B01J2219/00423—Means for dispensing and evacuation of reagents using filtration, e.g. through porous frits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0652—Sorting or classification of particles or molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681—Filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087—Multiple sequential chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0877—Flow chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/088—Channel loops
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2563/00—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties
    • C12Q2563/159—Microreactors, e.g. emulsion PCR or sequencing, droplet PCR, microcapsules, i.e. non-liquid containers with a range of different permeability's for different reaction components

Definitions

  • the invention relates to a microfluidic device and a method for the analysis of nucleic acids.
  • Microfluidic devices are known for a variety of purposes. For the analysis of nucleic acids, however, known microfluidic devices have disadvantages, in particular regarding the efficiency and accuracy of the analysis.
  • microfluidic refers here in particular to the size of the microfluidic device
  • the microfluidic device is characterized in that in the fluidic channels and chambers arranged therein physical phenomena that are generally associated with microtechnology are relevant, for example capillary effects , Effects (especially mechanical effects) associated with surface tensions of the fluid, and effects such as thermophoresis and electrophoresis, which are usually dominant in microfluidics over gravitational effects
  • the device may also be characterized in that it is made at least partially by a layer-by-layer process and that channels are arranged between layers of the layer structure.
  • microfluidic can also be characterized via the cross sections within the device, which are used to guide the Serve fluids. Typical are, for example, cross sections in the range of 100 ⁇ [microns] times 100 ⁇ up to 800 ⁇ times 800 ⁇ .
  • the microfluidic device may be a so-called "lab on a chip.” Such a “lab on a chip” is intended and configured to perform biochemical processes. This means that functionalities of a macroscopic laboratory z. B. be integrated into a plastic substrate.
  • the microfluidic device may e.g. As channels, reaction chambers, upstream reagents, valves, pumps and / or Aktuations-, detection and control units have.
  • the microfluidic device can make it possible to process biochemical processes fully automatically. This can z. B. Tests on liquid samples are performed. Such tests can z. B. find application in medicine.
  • the microfluidic device may also be referred to as a microfluidic cartridge. In particular, by introducing samples into the microfluidic device, biochemical processes can be carried out in the microfluidic device. The samples may also be admixed with additional substances which trigger, accelerate and / or facilitate biochemical reactions.
  • the microfluidic device is preferably particularly adapted and designed to analyze nucleic acids. This may in particular include an analysis of DNA.
  • the microfluidic device can facilitate the implementation of several, in particular also different analysis and / or detection methods.
  • the microfluidic device is preferably adapted and intended to perform an analysis of nucleic acids as described below. If, for example, a sample to be analyzed comprises cells with DNA contained therein, the cells should first be disrupted. This is preferably done by lysis, ie by chemical, enzymatic and / or mechanical action (eg by means of ultrasound) on the cells. The result of such a lysis is a lysate.
  • the liberated from the cells in the lysis of nucleic acids can then be purified, further processed and / or analyzed.
  • the nucleic acids can be further processed by means of amplification.
  • Amplification is to be understood as meaning, in particular, the amplification of DNA by an enzyme (such as, for example, polymerase).
  • an enzyme such as, for example, polymerase
  • PCR polymerase chain Reaction
  • chain reaction refers to the fact that a product of an amplification reaction can in turn be the starting material of a renewed amplification reaction.
  • the lysate resulting from the lysis can be mixed, for example, with a binding buffer and brought into contact with a solid matrix.
  • a solid matrix in particular a filter is preferred.
  • the nucleic acids adsorb to the filter.
  • the microfluidic device comprises the filter unit.
  • the filter unit preferably comprises a filter which, as described, is suitable as a solid matrix for binding nucleic acids to itself.
  • a silica filter is preferred because such a nucleic acid can bind to itself particularly well. Therefore, a silica filter is particularly well suited for use in the analysis of nucleic acids.
  • the filter unit has an inlet for the lysate, through which the lysate can be introduced into the filter unit and into the filter (in particular into the silica filter).
  • the filter unit can be charged with the lysate by passing the lysate through the filter unit.
  • the nucleic acids can be bound to the filter.
  • the loading of the filter unit with the lysate is preferably carried out with the aid of the pump unit which conveys the lysate into the filter.
  • the filter is preferably flushed with an elution medium.
  • the elution medium is preferably water, Tween-added water or an elution buffer.
  • the elution medium is preferably provided in a reservoir.
  • the reservoir is contained in the microfluidic device.
  • the microfluidic device comprises a reservoir which contains exactly the amount of elution medium needed for analysis by the microfluidic device. It is also possible to provide a plurality of such reservoirs in order to be able to carry out a number of analysis operations with the microfluidic device (for example, before refilling of the reservoirs becomes necessary).
  • the elution medium may also be introduced into the microfluidic device through an inlet from outside the microfluidic device.
  • the elution medium is preferably pumped into the filter unit via the pump unit.
  • the pump unit is preferably connected to the reservoir or to the inlet of the microfluidic device for the elution medium and to the filter unit via connecting lines.
  • the connecting lines may in particular be components such as tubes and channels of a microfluidic network.
  • the pumping unit is preferably designed and arranged to convey a fluid (in particular a liquid) through a conduit.
  • the pump unit can be driven mechanically, electrically or pneumatically.
  • the pumping unit may include a variable volume pumping chamber which may be emptied by manual compression (for example, by hand). By such an emptying, a liquid located in the pumping unit or in the pumping space of the pumping unit can be conveyed out of the pumping unit.
  • the pumping unit comprises a micromembrane pump.
  • the pumping volume indicates how much of a fluid can be taken up for pumping within the pumping unit at the same time.
  • the pumping volume is the amount of fluid that can be delivered through a pumping cycle. Under a pumping cycle of a cyclically operating pump is to be understood that the pumping unit is filled with the fluid and then emptied again.
  • the pumping unit has an inlet and an outlet for the fluid.
  • the pumping unit may continuously aspirate the fluid at the inlet and spend at the outlet.
  • a pumping cycle may be provided by first aspirating the fluid through the inlet and then pumping it out of the outlet (after the pumping unit is filled).
  • the pumping direction of the pumping unit is directed from the inlet to the outlet.
  • the inlet of the pumping unit is preferably connected to the reservoir or to the inlet of the microfluidic device for the elution medium.
  • the outlet of the pumping unit is preferably connected to the filter unit.
  • the reservoir may also be exchangeable in a preferred embodiment.
  • the reservoir may also include a plurality of (at least two) reservoir chambers in which various media are provided.
  • variation media here includes, in particular, lysates, elution media and optionally binding buffer (or else washing buffer)
  • valves or the like can also be arranged to form a If necessary, connections can also be provided upstream of the pumping unit (ie reservoir side) with which media (in particular lysates, elution media, binding buffers) of the apparatus can be provided.
  • the elution medium driven by the pump unit can preferably flow through the filter unit in such a way that the elution medium dissolves and absorbs the nucleic acids bound in the filter unit (in particular on the silica filter) (ie the nucleic acids elute).
  • the elution medium which then also contains the nucleic acids, can be referred to as eluate. It is particularly preferred that the elution medium or the eluate after leaving the filter unit comprises the nucleic acids to be analyzed.
  • the filter unit preferably has an inlet and an outlet for the elution medium or for the eluate.
  • the inlet and the outlet of the elution medium filter unit and the eluate, respectively, are different from the inlet of the lysate filter unit described above.
  • the lysate can be replaced by the Inlet and / or entered through the outlet of the filter unit for the elution medium or for the eluate in the filter unit.
  • the elution medium or the eluate can be further processed after exiting the filter unit.
  • further processes in particular enzymatic reactions such.
  • amplification especially a PCR
  • sequencing and Restriktiosnenzymverdau preferred.
  • the eluate or a portion of the eluate is preferably with reagents such.
  • the PCR reaction mixture may contain, for example, oligonucleotides, primers, salts and / or the enzyme polymerase.
  • the reaction chamber is preferably used for mixing with reagents and / or for carrying out a particular enzymatic reaction.
  • the reaction chamber is preferably connected via a connecting line to the filter unit (in particular to the outlet of the filter unit for the elution medium or for the eluate).
  • the reagents are pre-stored in the reaction chamber, in particular in freeze-dried or in lyophilized form. Through the inlet of the eluate so upstream reagents are dissolved at the inlet of the eluate.
  • the filter unit and the reaction chamber are preferably matched to one another such that an eluate volume obtainable from the filter unit can be completely filled into the reaction chamber, wherein the reaction chamber is preferably completely filled. This means that neither an excess of the eluate volume remains, nor is the eluate volume smaller than the volume of the reaction chamber. In particular, it is preferred that when filling the eluate in the reaction chamber no gas bubbles are formed in the reaction chamber.
  • the storage container or the storage container chambers (and in particular its volume) is preferably also connected to the filter unit and to the reaction chamber (and in particular to the volumes of the filter unit and the Reaction chamber) adapted such that a volume of the elution medium discharged from the reservoir corresponds to the volume of the eluate, which can fill the reaction chamber exactly.
  • the eluate can be mixed with reagents before entering the reaction chamber or in the reaction chamber.
  • a volume of the reagents is preferably taken into account such that the volume of the reservoir is smaller by the volume of the reagents than the volume of the reaction chamber.
  • the pump unit comprises a cyclically operating pump.
  • the pumped volume of elution medium can be controlled particularly well. It is particularly preferred that the pumping volume of the cyclically operating pump exactly corresponds to the required amount of elution medium (ie, that the pumping volume is identical in particular to the volume of the filter unit), so that a single pumping cycle is sufficient to fill the filter unit.
  • the eluate can be used completely for further processing steps (such as eg a PCR). As a result, all eluted nucleic acids can be used for further processing. This may result in an increase in the sensitivity of the analysis. Also, in such a complete reaction of the eluate further analysis can be carried out very quickly. For example, in the case of a large initial quantity of eluate or in the case of a large starting number of nucleic acid molecules, repeated amplification can be dispensed with and only one amplification cycle can be carried out. This means that by increasing the input quantity (or by using the eluate completely), a smaller number of amplification cycles can give the same amount of product.
  • the microfluidic device preferably has valves for controlling the flow of the elution medium or the eluate.
  • a volume of the reaction chamber is at most 20% greater than the pumping volume.
  • the pump unit comprises a cyclically operating pump.
  • the pumping unit and in particular the pumping volume are preferably matched to the filter unit and the reaction chamber (and possibly also the reservoir) or to the respective volumes.
  • the entire elution medium in the reservoir can be filled into the pumping volume, wherein the pumping volume is completely filled. Due to the cyclical operation of the pump, the pumping volume can be completely filled. Subsequently, the elution medium is preferably pumped into the filter unit.
  • the elution medium from the pumping unit can be filled into the filter unit, with the filter unit being completely filled.
  • the elution medium (which then contains the nucleic acids and is present as eluate) can be passed from the filter unit into the reaction chamber. It is preferred that the eluate can be completely filled into the reaction chamber, wherein the reaction chamber can be completely filled. If no mixing with reagents is provided, it is preferred that the volumes of the reservoir, the pump (ie the pumping volume), the filter unit and the reaction chamber are each the same size.
  • the volume of the reaction chamber is preferably smaller by the volume of the reagents than the respective volumes of the reservoir, the pump (ie Pump volume) and the filter unit.
  • the volume of the reaction chamber is greater than the pumping volume by at most 20%.
  • the volume of reagents to be considered corresponds at most to the 20% difference in volume between the reaction chamber and the pumping unit (or the pumping volume).
  • the pumping volume is 20 to 30 ⁇ [microliters] and the volume of the reaction chamber is 20 to 35 ⁇ (if the stated condition is met that the volume of the reaction chamber is greater than the pumping volume by at most 20%).
  • the microfluidic device further comprises a first side channel for discharging a content of the pumping unit downstream of the pumping unit.
  • the first side channel preferably branches off downstream of the pumping unit, ie in the pumping direction downstream of the pumping unit, in particular between the pumping unit and the filter unit.
  • the first side channel preferably has a valve to open the first side channel only optional. In particular, it is preferred that the first
  • Second side channel is opened while the pump unit is being filled.
  • the pump unit can be completely filled, with excess elution medium can flow through the first side channel (instead of entering the filter unit, before this is desired).
  • the first side channel is preferably blocked (via the valve in the first side channel).
  • the elution medium from the pump unit can be pumped past the first side channel into the filter unit.
  • the first side channel can lead into the environment of the microfluidic device (and there, for example, into a collecting container).
  • the first side channel may lead into a catch tank or other areas (such as channels) within the microfluidic device. It is preferred that the first side channel leads (back) into the reservoir, so that elution medium passed over the first side channel can be reused.
  • the microfluidic device further comprises a second side channel for discharging a content of the
  • Filter unit downstream of the filter unit.
  • the second side channel preferably branches downstream of the filter unit, i. H. in the pumping direction after the filter unit, from, in particular between the filter unit and the reaction chamber.
  • the second side channel preferably has a valve in order to open the second side channel only optionally. In particular, it is preferred that the second side channel is opened while the filter unit is being filled. This may allow prefilling the filter unit (and in particular the silica filter) with elution medium before elution is carried out. Also, the pre-filling can be done with a wash buffer and / or a binding buffer. Furthermore you can
  • Contaminations or residues of a wash buffer should be washed from the filter unit before elution is performed.
  • the filter unit can be completely filled, wherein excess elution medium (or excess wash buffer and / or binding buffer) can flow off via the second side channel (instead of into the Reaction chamber to arrive, before this is desired).
  • the second side channel is preferably blocked (via the valve in the second side channel).
  • the elution medium from the filter unit can be pumped past the second side channel into the reaction chamber.
  • the second side channel can lead into the environment of the microfluidic device (and there, for example, into a collecting container). Also, the second side channel may lead into a catch tank or other areas (such as channels) within the microfluidic device.
  • the microfluidic can lead into the environment of the microfluidic device (and there, for example, into a collecting container).
  • the second side channel may lead into a catch tank or other areas (such as channels) within the microfluidic device.
  • Device further comprising a parallel to the filter unit arranged return line.
  • the return line preferably branches off downstream of the filter unit, in particular between the filter unit and the reaction chamber. From there, the elution medium can be removed (in particular from a connecting line between the filter unit and the reaction chamber) and returned through the return line. In particular, the recycling can be carried out such that the withdrawn elution medium can be added again at a location upstream of the filter unit.
  • the return line is preferably connected to a connecting line between the pump unit and the filter unit (or also to an outlet of the pump unit or to an inlet of the filter unit).
  • the return line preferably comprises an additional return pump.
  • the elution medium may preferably be pumped through the recycle line due to pressure generated by the pumping unit.
  • the return line is formed together with the first side channel and / or with the second side channel.
  • the return line is formed as a connecting line between the first side channel and the second side channel.
  • the return line may branch off at a position between the filter unit and the reaction chamber, which is different from a branch point of the second side channel, and then opens into the first side channel.
  • the return line branch off from the second side channel and at one point in a connecting line between the Pump unit and the filter unit open, which is different from a branch point of the first side channel.
  • the elution medium can be passed through the filter unit several times via the return line.
  • nucleic acids bound in the filter unit can be dissolved particularly well and absorbed by the elution medium (i.e., eluted).
  • the microfluidic device further comprises a combing comb, which is connected to the filter unit and / or to the reaction chamber.
  • the eluate from the filter unit can optionally be introduced into the reaction chamber and / or into the mixing chamber.
  • reagents required for a reaction in the reaction chamber be pre-stored in the mixing chamber.
  • mixing of the reagents with the eluate and / or dissolution of the reagents can take place.
  • a spatial separation of the mixing of the reagents with the eluate and / or the dissolution of the reagents from the execution of the reaction is possible through the mixing chamber. This can be achieved that the reaction chamber is completely filled, in particular while avoiding gas bubbles. Without such a physical separation, mixing the reagents with the eluate and / or dissolving the reagents could create gas pockets within the reaction chamber. Such gas bubbles could adversely affect the reaction to be carried out.
  • the mixing chamber preferably has a volume which corresponds to the pumping volume.
  • the mixing chamber can also be used as a pumping chamber, so that the elution medium (which is then optionally mixed with dissolved reagents) can preferably be pumped out of the mixing chamber and into the reaction chamber.
  • the mixing chamber is preferably designed as a pumping chamber. This means, for example, that reagents can be arranged upstream in a mixing chamber designed as a pumping chamber. After the filling of the mixing chamber, in particular with the eluate, a membrane of the mixing chamber can be deflected and the mixture is thus displaced from the mixing chamber into the reaction chamber.
  • the eluate may first be mixed in the mixing chamber with reagents, pumped into the reaction chamber and then pumped back into the mixing chamber for further processing.
  • two Elutionsvortician can be carried out in a row, z. B. one in the second side channel and one in the reaction chamber.
  • the two eluate fractions i.e., the portions of the eluate which are processed separately
  • step b) the lysate of the sample provided in step a) is preferably introduced into the filter unit.
  • the filter material within the filter unit is preferably the filter material.
  • the filter material may in particular be in the form of a silica filter available.
  • step c) the pumping of the elution medium preferably takes place via the pump unit.
  • step d) can be carried out using the entire elution medium (or eluate) used in step c).
  • the method further comprises the method step:
  • the reagents dissolved in step e) may be, for example, PCR reagents.
  • the reagents are preferably pre-stored in the reaction chamber and / or in the mixing chamber, in particular in freeze-dried form.
  • the microfluidic device is oriented at least temporarily such that the reaction chamber is arranged above the filter unit.
  • the microfluidic device is oriented as described for the entire duration of the process.
  • the fact that the reaction chamber is arranged above the filter unit is to be understood in terms of earth gravity. That is, with an orientation of the microfluidic device with the reaction chamber positioned above the filter unit, the gravitational force acts, for example, on the elution medium in a direction from the reaction chamber to the filter unit. As a result, the formation of gas bubbles within the reaction chamber can be suppressed particularly well.
  • a microfluidic device with a mixing chamber and a reaction chamber is preferably used. It is preferred that a connecting line between the mixing chamber and the reaction chamber has a line volume, the (expected) volume of the resulting Gas bubbles corresponds. This can be collected by transferring the eluate from the mixing chamber into the reaction chamber, the resulting gas in the connecting line, while the eluate can be pumped without gas inclusions in the reaction chamber.
  • FIGS. show particularly preferred embodiments, to which the invention is not limited.
  • the figures and in particular the illustrated proportions are only schematic. They show schematically:
  • FIG. 1 shows a microfluidic device for analyzing nucleic acids in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a microfluidic device for analyzing nucleic acids in a second embodiment
  • FIG. 3 shows a microfluidic device for analyzing nucleic acids in a third embodiment
  • the microfluidic device 1 shows a first embodiment of a microfluidic device 1 for the analysis of nucleic acids.
  • the microfluidic device 1 comprises a reservoir 2, a pumping unit 3 with a pumping direction 20, a filter unit 5 for applying a lysate and a reaction chamber 6, which are arranged in the stated order in a pumping direction of the pumping unit 3.
  • the pumping direction has in the illustration of FIG. 1 from left to right, which is indicated by an arrow in the pumping unit 3.
  • the filter unit 5 comprises a filter material 19.
  • the pump unit 3 has a pumping volume 4.
  • the microfluidic device 1 is adapted to an elution medium from the reservoir 2 via the pump unit 3 for elution into the filter unit 5 and then to the other
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a microfluidic device 1, which represents a supplement to the first embodiment.
  • the elements not described below are identical to those of the first embodiment.
  • the second embodiment has a first side channel 7, which branches off between a pumping unit 3 and the first valve 11 from a connecting line between the pumping unit 3 and the filter unit 5.
  • the first side channel 7 has a third valve 13.
  • the first side channel 7 leads out of the microfluidic device 1, which is indicated by an arrow.
  • the second embodiment further comprises, in addition to the first embodiment, a second side channel 8 which branches off between a filter unit 5 and a fifth valve 15 from a connection line between the filter unit 5 and the reaction chamber 6.
  • the second side channel 8 has a fourth valve 14.
  • the second side channel 8 leads out of the microfluidic device 1, which is indicated by an arrow.
  • Fig. 3 shows a third embodiment of a microfluidic device 1, which is an extension of the first embodiment.
  • the elements not described below are identical to those of the first embodiment.
  • the microfluidic device 1 has, in addition to the reaction chamber 6, a mixing chamber 10.
  • the mixing chamber 10 can be used to spatially separate an elution medium from the reaction chamber 6 with reagents.
  • the reaction chamber 6 is connected to the filter unit 5 via the fifth valve 15
  • the mixing chamber 10 is connected to the filter unit 5 via a sixth valve 16 and a seventh valve 17.
  • a return line 9 which opens at a point between the pump unit 3 and the second valve 12 in a connecting line between the pump unit 3 and the filter unit 5.
  • the return line 9 is arranged parallel to the filter unit 5 and makes it possible to pass an elution medium through the filter unit several times.
  • the return line has an eighth valve 18.

Landscapes

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

Abstract

Mikrofluidische Vorrichtung (1) zur Analyse von Nukleinsäuren umfassend zumindest: - eine Pumpeinheit (3) mit einem Pumpvolumen (4), - eine Filtereinheit (5) zum Beaufschlagen mit einem Lysat, und - eine Reaktionskammer (6), wobei die Pumpeinheit (3), die Filtereinheit (5) und die Reaktionskammer (6) in einer Pumprichtung der Pumpeinheit (3) in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, und wobei die mikrofluidische Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, ein Elutionsmedium über die Pumpeinheit (3) zur Elution in die Filtereinheit (5) und anschließend zur weiteren Prozessierung in die Reaktionskammer (6) zu pumpen.

Description

Beschreibung
Titel
Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Analyse von Nukleinsäuren Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse von Nukleinsäuren.
Mikrofluidische Vorrichtungen sind für verschiedenste Zwecke bekannt. Für die Analyse von Nukleinsäuren haben bekannte mikrofluidische Vorrichtungen allerdings Nachteile, insbesondere betreffend Effizienz und Genauigkeit der Analyse.
Hiervon ausgehend werden eine mikrofluidische Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche beschrieben. Durch die in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der mikrofluidischen Vorrichtung und des Verfahrens möglich.
Der Begriff „mikrofluidisch" bezieht sich hier vor allem auf die Größenordnung der mikrofluidischen Vorrichtung. Die mikrofluidische Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den darin angeordneten fluidischen Kanälen und Kammern physikalische Phänomene relevant sind, die im Allgemeinen der Mikrotechnik zugeordnet werden. Hierzu zählen beispielsweise Kapillareffekte, Effekte (insbesondere mechanische Effekte) die im Zusammenhang mit Oberflächenspannungen des Fluids stehen. Hinzu zählen weiterhin Effekte wie Thermophorese und Elektrophorese. Diese Phänomene sind in der Mikrofluidik üblicherweise dominant gegenüber Effekten wie der Schwerkraft. Die mikrofluidische
Vorrichtung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass sie zumindest teilweise mit einem schichtweisen Verfahren hergestellt ist und Kanäle zwischen Schichten des Schichtaufbaus angeordnet sind. Der Begriff „mikrofluidisch" kann auch über die Querschnitte innerhalb der Vorrichtung charakterisiert werden, welche zur Führung des Fluids dienen. Üblich sind beispielsweise Querschnitte im Bereich von 100 μηη [Mikrometer] mal 100 μηη bis hin zu 800 μηη mal 800 μηη.
Bei der mikrofluidischen Vorrichtung kann es sich insbesondere um ein sogenanntes „Lab on a Chip" handeln. Ein solches „Lab on a Chip" ist dazu bestimmt und eingerichtet, biochemische Prozesse durchzuführen. Das bedeutet, dass Funktionalitäten eines makroskopischen Labors z. B. in ein Kunststoffsubstrat integriert werden. Die mikrofluidische Vorrichtung kann z. B. Kanäle, Reaktionskammern, vorgelagerte Reagenzien, Ventile, Pumpen und/oder Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten aufweisen. Die mikrofluidische Vorrichtung kann ermöglichen, biochemische Prozesse vollautomatisch zu prozessieren. Damit können z. B. Tests an flüssigen Proben durchgeführt werden. Derartige Tests können z. B. in der Medizin Anwendung finden. Die mikrofluidische Vorrichtung kann auch als eine mikrofluidische Kartusche bezeichnet werden. Insbesondere durch Eingabe von Proben in die mikrofluidische Vorrichtung können in der mikrofluidischen Vorrichtung biochemische Prozesse durchgeführt werden. Dabei können den Proben auch zusätzliche Substanzen beigemischt werden, die biochemische Reaktionen auslösen, beschleunigen und/oder ermöglichen.
Die mikrofluidische Vorrichtung ist bevorzugt insbesondere dazu eingerichtet und bestimmt, Nukleinsäuren zu analysieren. Dies kann insbesondere eine Analyse von DNA umfassen. Die mikrofluidische Vorrichtung kann insbesondere die Durchführung mehrerer, insbesondere auch verschiedener Analyse- und/oder Detektionsmethoden erleichtern. Die mikrofluidische Vorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet und bestimmt, eine Analyse von Nukleinsäuren wie im Folgenden beschrieben durchzuführen. Umfasst eine zu analysierende Probe beispielsweise Zellen mit darin befindlicher DNA, so sind zunächst die Zellen aufzubrechen. Dies geschieht bevorzugt durch eine Lyse, d. h. durch chemische, enzymatische und/oder mechanische Einwirkung (z. B. mittels Ultraschall) auf die Zellen. Ergebnis einer solchen Lyse ist ein Lysat. Die bei der Lyse aus den Zellen freigesetzten Nukleinsäuren können anschließend aufgereinigt, weiterverarbeitet und/oder analysiert werden. Beispielsweise können die Nukleinsäuren mittels einer Amplifikation weiterverarbeitet werden. Unter der Amplifikation ist insbesondere die Vermehrung von DNA durch ein Enzym (wie z. B. Polymerase) zu verstehen. Insbesondere ist eine Polymerase Chain Reaction (PCR) für die Amplifikation bevorzugt. Der Begriff Kettenreaktion („chain reaction") bezieht sich dabei darauf, dass ein Produkt einer Amplifikationsreaktion wiederum Ausgangsstoff einer erneuten Amplifikationsreaktion sein kann.
Zur Aufreinigung der aus den Zellen freigesetzten Nukleinsäuren kann das aus der Lyse entstandene Lysat beispielsweise mit einem Bindepuffer versetzt und mit einer festen Matrix in Kontakt gebracht werden. Als feste Matrix ist insbesondere ein Filter bevorzugt. Bevorzugt adsorbieren die Nukleinsäuren an dem Filter.
Insbesondere zur Adsorption der Nukleinsäuren umfasst die mikrofluidische Vorrichtung die Filtereinheit. Die Filtereinheit umfasst bevorzugt einen Filter, der wie beschrieben als feste Matrix dazu geeignet ist, Nukleinsäuren an sich zu binden. Dabei ist insbesondere ein Silika- Filter bevorzugt, weil ein solcher Nukleinsäuren besonders gut an sich binden kann. Daher ist ein Silika- Filter besonders gut für einen Einsatz zur Analyse von Nukleinsäuren geeignet. Bevorzugt weist die Filtereinheit einen Einlass für das Lysat auf, durch welchen das Lysat in die Filtereinheit hinein und in den Filter (insbesondere in den Silika- Filter) eingebracht werden kann. Bevorzugt kann die Filtereinheit mit dem Lysat beaufschlagt werden, indem das Lysat durch die Filtereinheit hindurchgeleitet wird. Dabei können die Nukleinsäuren an den Filter gebunden werden.
Die Beaufschlagung der Filtereinheit mit dem Lysat erfolgt bevorzugt mit Hilfe der Pumpeinheit, die das Lysat in den Filter fördert.
Nachdem die Nukleinsäuren aus dem Lysat an den Filter (insbesondere innerhalb der Filtereinheit) gebunden sind, kann optional ein weiterer Reinigungs- und/oder Waschvorgang durchgeführt werden. Anschließend können die Nukleinsäuren eluiert, d. h. aus dem Filter gelöst werden. Dazu wird der Filter bevorzugt mit einem Elutionsmedium durchspült. Bei dem Elutionsmedium handelt es sich bevorzugt um Wasser, mit Tween versetztes Wasser oder einen Elutionspuffer.
Das Elutionsmedium ist bevorzugt in einem Vorratsbehälter bereitgestellt. Bevorzugt ist der Vorratsbehälter in der mikrofluidischen Vorrichtung enthalten. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die mikrofluidische Vorrichtung einen Vorratsbehälter umfasst, der genau die Menge an Elutionsmedium enthält, die für einen Analysevorgang mittels der mikrofluidischen Vorrichtung benötigt wird. Auch können mehrere derartiger Vorratsbehälter vorgesehen sein, um entsprechend mehrere Analysevorgänge mit der mikrofluidischen Vorrichtung durchführen zu können (z. B. bevor ein Nachfüllen der Vorratsbehälter nötig wird). Alternativ kann das Elutionsmedium auch durch einen Einlass von außerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung in die mikrofluidische Vorrichtung eingegeben werden.
Das Elutionsmedium wird bevorzugt über die Pumpeinheit in die Filtereinheit gepumpt. Dazu ist die Pumpeinheit bevorzugt mit dem Vorratsbehälter bzw. mit dem Einlass der mikrofluidischen Vorrichtung für das Elutionsmedium sowie mit der Filtereinheit über Verbindungsleitungen verbunden. Bei den Verbindungsleitungen kann es sich insbesondere um Bestandteile wie Schläuche und Kanäle eines mikrofluidischen Netzwerks handeln.
Die Pumpeinheit ist bevorzugt dazu bestimmt und eingerichtet, ein Fluid (insbesondere eine Flüssigkeit) durch eine Leitung zu befördern. Die Pumpeinheit kann mechanisch, elektrisch oder pneumatisch angetrieben werden. Beispielsweise kann die Pumpeinheit einen Pumpraum mit einem veränderbaren Volumen aufweisen, der durch manuelles Zusammendrücken (zum Beispiel per Hand) entleert werden kann. Durch ein derartiges Entleeren kann eine sich in der Pumpeinheit bzw. in dem Pumpraum der Pumpeinheit befindliche Flüssigkeit aus der Pumpeinheit befördert werden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Pumpeinheit eine Mikromembranpumpe umfasst.
Das Pumpvolumen gibt an, wieviel von einem Fluid zur gleichen Zeit innerhalb der Pumpeinheit zum Pumpen aufgenommen werden kann. Bei einer zyklisch betreibbaren Pumpe entspricht das Pumpvolumen der Menge des Fluids, die durch einen Pumpzyklus befördert werden kann. Unter einem Pumpzyklus einer zyklisch arbeitenden Pumpe ist zu verstehen, dass die Pumpeinheit mit dem Fluid befüllt und anschließend wieder entleert wird.
Bevorzugt weist die Pumpeinheit einen Einlass und einen Auslass für das Fluid auf. Die Pumpeinheit kann beispielsweise das Fluid kontinuierlich am Einlass ansaugen und am Auslass ausgeben. Bei einer zyklisch arbeitenden Pumpeinheit kann ein Pumpzyklus dadurch gegeben sein, dass das Fluid zunächst über den Einlass angesaugt wird und anschließend (nachdem die Pumpeinheit gefüllt ist) aus dem Auslass heraus befördert wird. Die Pumprichtung der Pumpeinheit ist von dem Einlass zu dem Auslass gerichtet. Der Einlass der Pumpeinheit ist bevorzugt mit dem Vorratsbehälter bzw. mit dem Einlass der mikrofluidischen Vorrichtung für das Elutionsmedium verbunden. Der Auslass der Pumpeinheit ist bevorzugt mit der Filtereinheit verbunden.
Der Vorratsbehälter kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante auch austauschbar sein. Der Vorratsbehälter kann auch eine Mehrzahl (mindestens zwei) Behälterkammern aufweisen, in welchen verschiedene Medien bereitgestellt werden. Der Begriff „verschiedene Medien" umfasst hier insbesondere Lysate, Elutionsmedien und gegebenenfalls Bindepuffer (oder auch Waschpuffer). In einem Kanal, der den Vorratsbehälter, bzw. die Behälterkammern mit der Pumpeinheit fluidisch verbindet, können bevorzugt auch Ventile oder Ähnliches angeordnet sein, um eine fluidische Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter bzw. den Behälterkammern und der Pumpeinheit zu steuern. Ggf. können stromauf (d.h. vorratsbehälterseitig) der Pumpeinheit auch noch Anschlüsse vorgesehen sein, mit welchen Medien (insbesondere Lysate, Elutionsmedien, Bindepuffer) der Vorrichtung bereitgestellt werden können.
Das durch die Pumpeinheit angetriebene Elutionsmedium kann bevorzugt die Filtereinheit derart durchströmen, dass das Elutionsmedium die in der Filtereinheit (insbesondere an dem Silika- Filter) gebundenen Nukleinsäuren von dem Filter löst und aufnimmt (d. h. die Nukleinsäuren eluiert). Nach der Elution kann das Elutionsmedium, das dann auch die Nukleinsäuren enthält, als Eluat bezeichnet werden. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Elutionsmedium bzw. das Eluat nach Verlassen der Filtereinheit die zu analysierenden Nukleinsäuren umfasst. Die Filtereinheit weist bevorzugt einen Einlass und einen Auslass für das Elutionsmedium bzw. für das Eluat auf. Bevorzugt sind der Einlass und der Auslass der Filtereinheit für das Elutionsmedium bzw. für das Eluat von dem weiter oben beschriebenen Einlass der Filtereinheit für das Lysat verschieden. Alternativ kann auch das Lysat durch den Einlass und/oder durch den Auslass der Filtereinheit für das Elutionsmedium bzw. für das Eluat in die Filtereinheit eingegeben werden.
Das Elutionsmedium bzw. das Eluat (einschließlich der davon umfassten Nukleinsäuren) kann nach Austritt aus der Filtereinheit weiter prozessiert werden. Als weitere Prozesse sind insbesondere enzymatische Reaktionen wie z. B. eine Amplifikation (insbesondere eine PCR), eine Sequenzierung und ein Restriktiosnenzymverdau bevorzugt.
Für die Durchführung einer PCR nach einer Aufreinigung beispielsweise wird das Eluat oder eine Teilmenge des Eluats bevorzugt mit Reagenzien wie z. B. einer PCR- Reaktionsmischung vermischt und im Anschluss thermisch zyklisiert. Die PCR- Reaktionsmischung kann beispielsweise Oligonukleotide, Primer, Salze und/oder das Enzym Polymerase enthalten.
Zum Vermischen mit Reagenzien und/oder zum Durchführen einer insbesondere enzymatischen Reaktion dient bevorzugt die Reaktionskammer. Die Reaktionskammer ist bevorzugt über eine Verbindungsleitung mit der Filtereinheit verbunden (insbesondere mit dem Auslass der Filtereinheit für das Elutionsmedium bzw. für das Eluat). Bevorzugt sind die Reagenzien in der Reaktionskammer vorgelagert, insbesondere in gefriergetrockneter bzw. in lyophilisierter Form. Durch den Einlass des Eluats werden derart vorgelagerte Reagenzien beim Einlass des Eluats aufgelöst.
Bevorzugt sind die Filtereinheit und die Reaktionskammer (und insbesondere die Volumina der Filtereinheit und der Reaktionskammer) derart aufeinander abgestimmt, dass ein aus der Filtereinheit erhaltbares Eluatvolumen vollständig in die Reaktionskammer eingefüllt werden kann, wobei die Reaktionskammer bevorzugt vollständig gefüllt wird. Das bedeutet, dass also weder ein Überschuss des Eluatvolumens übrig bleibt, noch das Eluatvolumen kleiner als das Volumen der Reaktionskammer ist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass beim Einfüllen des Eluats in die Reaktionskammer keine Gasblasen in der Reaktionskammer gebildet werden. Weiterhin ist auch der Vorratsbehälter bzw. die Vorratsbehälterkammern (und insbesondere dessen Volumen) bevorzugt derart an die Filtereinheit und an die Reaktionskammer (und insbesondere an die Volumina der Filtereinheit und der Reaktionskammer) angepasst, dass ein aus dem Vorratsbehälter abgegebenes Volumen des Elutionsmediums dem Volumen des Eluats entspricht, das die Reaktionskammer genau ausfüllen kann. Dabei kann gegebenenfalls berücksichtigt werden, dass das Eluat vor Eintritt in die Reaktionskammer oder in der Reaktionskammer mit Reagenzien vermischt werden kann. Ein Volumen der Reagenzien wird bevorzugt derart berücksichtigt, dass das Volumen des Vorratsbehälters um das Volumen der Reagenzien kleiner ist als das Volumen der Reaktionskammer. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Pumpeinheit eine zyklisch arbeitende Pumpe umfasst. Damit kann das gepumpte Volumen an Elutionsmedium besonders gut kontrolliert werden. Besonders bevorzugt ist es, dass das Pumpvolumen der zyklisch arbeitenden Pumpe der benötigten Menge an Elutionsmedium genau entspricht (d.h., dass das Pumpvolumen insbesondere mit dem Volumen der Filtereinheit identisch ist), sodass ein einzelner Pumpzyklus ausreicht, um die Filtereinheit zu befüllen.
Sind die Filtereinheit und die Reaktionskammer (sowie gegebenenfalls auch der Vorratsbehälter) wie beschrieben aufeinander abgestimmt, kann das Eluat vollständig für weitere Prozessierungsschritte (wie z. B. eine PCR) verwendet werden. Dadurch können sämtliche eluierten Nukleinsäuren für die weitere Prozessierung verwendet werden. Daraus kann sich eine Sensitivitätssteigerung der Analyse ergeben. Auch kann bei einem derart vollständigen Umsetzen des Eluats die weitere Analyse besonders schnell durchgeführt werden. Beispielsweise kann bei einer großen Ausgangsmenge an Eluat bzw. bei einer großen Ausgangszahl an Nukleinsäuremolekülen auf eine wiederholte Amplifikation verzichtet werden und nur ein Amplifikationszyklus durchgeführt werden. Das bedeutet, dass durch die Erhöhung der Eingangsmenge (bzw. durch das vollständige Verwenden des Eluats) eine geringere Anzahl an Amplifikationszyklen die gleiche Produktmenge ergeben kann.
Weiterhin weist die mikrofluidische Vorrichtung bevorzugt Ventile zur Steuerung des Flusses des Elutionsmediums bzw. des Eluats auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der mikrofluidischen Vorrichtung ist ein Volumen der Reaktionskammer um höchstens 20 % größer als das Pumpvolumen. In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Pumpeinheit eine zyklisch arbeitende Pumpe umfasst. Die Pumpeinheit und insbesondere das Pumpvolumen sind bevorzugt auf die Filtereinheit und die Reaktionskammer (sowie gegebenenfalls auch der Vorratsbehälter) bzw. auf die jeweiligen Volumina abgestimmt. Bevorzugt kann das gesamte im Vorratsbehälter befindliche Elutionsmedium in das Pumpvolumen eingefüllt werden, wobei das Pumpvolumen vollständig gefüllt wird. Durch die zyklische Arbeitsweise der Pumpe kann das Pumpvolumen vollständig gefüllt werden. Anschließend wird das Elutionsmedium bevorzugt in die Filtereinheit gepumpt. Es ist bevorzugt, dass das gesamte Elutionsmedium aus der Pumpeinheit in die Filtereinheit gefüllt werden kann, wobei die Filtereinheit vollständig gefüllt wird. Weiterhin kann das Elutionsmedium (das dann die Nukleinsäuren enthält und als Eluat vorliegt) aus der Filtereinheit in die Reaktionskammer geleitetet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass das Eluat vollständig in die Reaktionskammer gefüllt werden kann, wobei die Reaktionskammer vollständig gefüllt werden kann. Ist kein Vermischen mit Reagenzien vorgesehen, ist es bevorzugt, dass die Volumina des Vorratsbehälters, der Pumpe (d. h. das Pumpvolumen), der Filtereinheit und der Reaktionskammer jeweils gleich groß sind. Ist beim Eintritt in die Reaktionskammer oder zwischen Auslass aus der Filtereinheit und Einlass in die Reaktionskammer ein Vermischen des Eluats mit Reagenzien vorgesehen, so ist das Volumen der Reaktionskammer bevorzugt um das Volumen der Reagenzien kleiner als die jeweiligen Volumina des Vorratsbehälters, der Pumpe (d. h. das Pumpvolumen) und der Filtereinheit.
Insbesondere deshalb ist es bevorzugt, dass das Volumen der Reaktionskammer um höchstens 20 % größer ist als das Pumpvolumen. Das bedeutet, dass das zu berücksichtigende Volumen von Reagenzien maximal den 20 % Volumenunterschied zwischen der Reaktionskammer und der Pumpeinheit (bzw. des Pumpvolumens) entspricht. Besonders bevorzugt ist, dass das Pumpvolumen 20 bis 30 μΙ [Mikroliter] beträgt und das Volumen der Reaktionskammer 20 bis 35 μΙ (sofern die genannte Bedingung eingehalten ist, dass das Volumen der Reaktionskammer um höchstens 20 % größer ist als das Pumpvolumen).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die mikrofluidische Vorrichtung weiterhin einen ersten Seitenkanal zum Ableiten eines Inhalts der Pumpeinheit stromabwärts der Pumpeinheit. Der erste Seitenkanal zweigt bevorzugt stromabwärts der Pumpeinheit, d. h. in Pumprichtung nach der Pumpeinheit, ab, insbesondere zwischen der Pumpeinheit und der Filtereinheit. Der erste Seitenkanal weist bevorzugt ein Ventil auf, um den ersten Seitenkanal nur optional zu öffnen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der erste
Seitenkanal geöffnet wird, während die Pumpeinheit befüllt wird. Dabei kann die Pumpeinheit vollständig befüllt werden, wobei überschüssiges Elutionsmedium über den ersten Seitenkanal abfließen kann (anstatt in die Filtereinheit zu gelangen, bevor dies erwünscht ist). Nachdem die Pumpeinheit vollständig befüllt ist, wird der erste Seitenkanal bevorzugt (über das Ventil im ersten Seitenkanal) versperrt. Dann kann das Elutionsmedium aus der Pumpeinheit am ersten Seitenkanal vorbei in die Filtereinheit gepumpt werden. Der erste Seitenkanal kann in die Umgebung der mikrofluidischen Vorrichtung führen (und dort z. B. in einen Auffangbehälter). Auch kann der erste Seitenkanal in einen Auffangbehälter oder in andere Bereiche (wie z.B. in Kanäle) innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung führen. Bevorzugt ist, dass der erste Seitenkanal in den Vorratsbehälter (zurück) führt, sodass über den ersten Seitenkanal geleitetes Elutionsmedium wiederverwendet werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die mikrofluidische Vorrichtung weiterhin einen zweiten Seitenkanal zum Ableiten eines Inhalts der
Filtereinheit stromabwärts der Filtereinheit.
Der zweite Seitenkanal zweigt bevorzugt stromabwärts der Filtereinheit, d. h. in Pumprichtung nach der Filtereinheit, ab, insbesondere zwischen der Filtereinheit und der Reaktionskammer. Der zweite Seitenkanal weist bevorzugt ein Ventil auf, um den zweiten Seitenkanal nur optional zu öffnen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der zweite Seitenkanal geöffnet wird, während die Filtereinheit befüllt wird. Dies kann eine Vorbefüllung der Filtereinheit (und insbesondere des Silika- Filters) mit Elutionsmedium ermöglichen, bevor die Elution durchgeführt wird. Auch kann die Vorbefüllung mit einem Waschpuffer und/oder einem Bindepuffer erfolgen. Weiterhin können
Kontaminationen oder Reste eines Waschpuffers von der Filtereinheit gewaschen werden, bevor die Elution durchgeführt wird. Die Filtereinheit kann vollständig befüllt werden, wobei überschüssiges Elutionsmedium (bzw. überschüssiger Waschpuffer und/oder Bindepuffer) über den zweiten Seitenkanal abfließen kann (anstatt in die Reaktionskammer zu gelangen, bevor dies erwünscht ist). Nachdem die Filtereinheit vollständig befüllt ist, wird der zweite Seitenkanal bevorzugt (über das Ventil im zweiten Seitenkanal) versperrt. Dann kann das Elutionsmedium aus der Filtereinheit am zweiten Seitenkanal vorbei in die Reaktionskammer gepumpt werden. Der zweite Seitenkanal kann in die Umgebung der mikrofluidischen Vorrichtung führen (und dort z. B. in einen Auffangbehälter). Auch kann der zweite Seitenkanal in einen Auffangbehälter oder in andere Bereiche (wie z.B. in Kanäle) innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung führen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die mikrofluidische
Vorrichtung weiterhin eine parallel zu der Filtereinheit angeordnete Rückführungsleitung.
Die Rückführungsleitung zweigt bevorzugt stromabwärts der Filtereinheit, insbesondere zwischen der Filtereinheit und der Reaktionskammer ab. Von dort kann das Elutionsmedium entnommen werden (insbesondere aus einer Verbindungsleitung zwischen der Filtereinheit und der Reaktionskammer) und durch die Rückführungsleitung zurückgeführt werden. Insbesondere kann die Rückführung derart erfolgen, dass das entnommene Elutionsmedium an einer Stelle stromaufwärts der Filtereinheit wieder zugegeben werden kann. Dazu ist die Rückführungsleitung bevorzugt an eine Verbindungsleitung zwischen der Pumpeinheit und der Filtereinheit (oder auch an einen Auslass der Pumpeinheit oder an einen Einlass der Filtereinheit) angebunden. Die Rückführungsleitung umfasst bevorzugt eine zusätzliche Rückführungspumpe. Alternativ kann das Elutionsmedium bevorzugt aufgrund eines von der Pumpeinheit erzeugten Drucks durch die Rückführungsleitung gepumpt werden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Rückführungsleitung mit dem ersten Seitenkanal und/oder mit dem zweiten Seitenkanal gemeinsam ausgebildet ist. Das kann beispielsweise bedeuten, dass die Rückführungsleitung als eine Verbindungsleitung zwischen dem ersten Seitenkanal und dem zweiten Seitenkanal ausgebildet ist. Auch kann die Rückführungsleitung beispielsweise an einer Stelle zwischen der Filtereinheit und der Reaktionskammer abzweigen, die von einer Abzweigungsstelle des zweiten Seitenkanals verschieden ist, und anschließend in den ersten Seitenkanal mündet. Auch kann die Rückführungsleitung aus dem zweiten Seitenkanal abzweigen und an einer Stelle in eine Verbindungsleitung zwischen der Pumpeinheit und der Filtereinheit münden, die von einer Abzweigungsstelle des ersten Seitenkanals verschieden ist.
Über die Rückführungsleitung kann das Elutionsmedium mehrfach durch die Filtereinheit geleitet werden. Dabei können in der Filtereinheit gebundene Nukleinsäuren besonders gut gelöst und von dem Elutionsmedium aufgenommen (d. h. eluiert) werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die mikrofluidische Vorrichtung weiterhin eine Misch kämm er, welche mit der Filtereinheit und/oder mit der Reaktionskammer verbunden ist.
Bevorzugt kann das Eluat aus der Filtereinheit wahlweise in die Reaktionskammer und/oder in die Mischkammer eingeleitet werden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass für eine Reaktion in der Reaktionskammer benötigte Reagenzien in der Mischkammer vorgelagert werden. In der Mischkammer kann ein Vermischen der Reagenzien mit dem Eluat und/oder ein Auflösen der Reagenzien (z. B. sofern diese gefriergetrocknet vorgelagert sind) erfolgen. Durch die Mischkammer ist also eine räumliche Trennung des Vermischens der Reagenzien mit dem Eluat und/oder des Auflösens der Reagenzien von der Durchführung der Reaktion möglich. Damit kann erreicht werden, dass die Reaktionskammer vollständig befüllt wird, insbesondere unter Vermeidung von Gasblasen. Ohne eine derartige räumliche Trennung könnten durch das Vermischen der Reagenzien mit dem Eluat und/oder durch das Auflösen der Reagenzien Gaseinschlüsse innerhalb der Reaktionskammer entstehen. Derartige Gasblasen könnten die durchzuführende Reaktion nachteilig beeinflussen.
Auch kann durch die räumliche Trennung der Mischkammer und der Reaktionskammer ein besonders schnelles und besonders wohldefiniertes Einfüllen des Eluats in die Mischkammer erfolgen. Damit kann ein besonders gutes Auflösen der Reagenzien erreicht werden. Insbesondere kann dabei die Entstehung von Gasblasen besonders gut unterdrückt werden.
Die Mischkammer weist bevorzugt ein Volumen auf, das dem Pumpvolumen entspricht. Bevorzugt kann die Mischkammer auch als eine Pumpkammer genutzt werden, sodass das Elutionsmedium (welches dann ggf. mit aufgelösten Reagenzien versetzt ist) bevorzugt aus der Mischkammer heraus und in die Reaktionskammer hinein gepumpt werden kann. Die Mischkammer ist dabei bevorzugt als eine Pumpkammer ausgeführt. Das bedeutet, dass beispielsweise Reagenzien in einer als Pumpkammer ausgeführten Mischkammer vorgelagert sein können. Nach der Befüllung der Mischkammer insbesondere mit dem Eluat kann eine Membran der Mischkammer ausgelenkt werden und die Mischung so aus der Mischkammer in die Reaktionskammer verdrängt werden.
Auch kann das Eluat zunächst in der Mischkammer mit Reagenzien vermischt werden, in die Reaktionskammer gepumpt werden und anschließend zur weiteren Prozessierung wieder in die Mischkammer gepumpt werden.
Auch können zwei Elutionsvorgänge hintereinander durchgeführt werden, z. B. einer in dem zweiten Seitenkanal und einer in der Reaktionskammer. Die beiden Eluatfraktionen (d. h. die Anteile des Eluats, die getrennt voneinander prozessiert werden) können im Anschluss vermischt werden. Dies kann den Vorteil haben, dass ggf. in einer ersten der Eluatfraktionen enthaltene Kontaminationen verdünnt werden.
Als weiterer Aspekt wird ein Verfahren zur Analyse von Nukleinsäuren gemäß Anspruch 7 vorgestellt.
Die weiter vorne beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale der mikrofluidischen Vorrichtung sind auf das beschriebene Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
Die angegebenen Verfahrensschritte werden bevorzugt, aber nicht notwendig, in der angegebenen Reihenfolge durchlaufen.
In Schritt b) wird das in Schritt a) bereitgestellte Lysat der Probe bevorzugt in die Filtereinheit eingegeben. Innerhalb der Filtereinheit befindet sich bevorzugt das Filtermaterial. Das Filtermaterial kann insbesondere in Form eines Silika- Filters vorliegen. In Schritt c) erfolgt das Pumpen des Elutionsmediums bevorzugt über die Pumpeinheit. Durch die oben beschriebenen bevorzugt aufeinander abgestimmten Volumina der Bestandteile der mikrofluidischen Vorrichtung kann Schritt d) unter Ausnutzung des gesamten in Schritt c) verwendeten Elutionsmediums (bzw. Eluats) durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt:
e) Auflösen von vorgelagerten Reagenzien durch das Elutionsmedium.
Die in Schritt e) aufgelösten Reagenzien können beispielsweise PCR-Reagenzien sein. Die Reagenzien sind bevorzugt in der Reaktionskammer und/oder in der Mischkammer vorgelagert, insbesondere in gefriergetrockneter Form.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die mikrofluidische Vorrichtung zumindest zeitweise derart orientiert, dass die Reaktionskammer oberhalb der Filtereinheit angeordnet ist.
Bevorzugt ist die mikrofluidische Vorrichtung für die gesamte Dauer des Verfahrens wie beschrieben orientiert. Dass die Reaktionskammer oberhalb der Filtereinheit angeordnet ist, ist in Bezug auf die Erdgravitation zu verstehen. Das bedeutet, dass bei einer Orientierung der mikrofluidischen Vorrichtung, bei der die Reaktionskammer oberhalb der Filtereinheit angeordnet ist, die Erdgravitation beispielsweise auf das Elutionsmedium in einer Richtung von der Reaktionskammer auf die Filtereinheit wirkt. Dadurch kann das Ausbilden von Gasblasen innerhalb der Reaktionskammer besonders gut unterdrückt werden.
Auch bei perfekter Befüllung einer Kammer können beim Auflösen lyophilisierter Reagenzien Gasblasen gebildet werden. Diese sammeln sich in diesem Verfahren an einer Oberseite der Kammer, in der die Reagenzien aufgelöst werden. Bevorzugt wird für diese Ausführungsform des Verfahrens eine mikrofluidische Vorrichtung mit einer Mischkammer und einer Reaktionskammer verwendet. Dabei ist bevorzugt, dass eine Verbindungsleitung zwischen der Mischkammer und der Reaktionskammer ein Leitungsvolumen aufweist, das einem (zu erwartenden) Volumen der entstehenden Gasblasen entspricht. Damit kann durch Umfüllen des Eluats aus der Mischkammer in die Reaktionskammer das entstehende Gas in der Verbindungsleitung gesammelt werden, während das Eluat ohne Gaseinschlüsse in die Reaktionskammer gepumpt werden kann.
Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:
Fig. 1: eine mikrofluidische Vorrichtung zur Analyse von Nukleinsäuren in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2: eine mikrofluidische Vorrichtung zur Analyse von Nukleinsäuren in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3: eine mikrofluidische Vorrichtung zur Analyse von Nukleinsäuren in einer dritten Ausführungsform,
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung 1 zur Analyse von Nukleinsäuren. Die mikrofluidische Vorrichtung 1 umfasst einen Vorratsbehälter 2, eine Pumpeinheit 3 mit einer Pumprichtung 20, eine Filtereinheit 5 zum Beaufschlagen mit einem Lysat und eine Reaktionskammer 6, die in der angegebenen Reihenfolge in einer Pumprichtung der Pumpeinheit 3 angeordnet sind.
Die Pumprichtung weist in der Darstellung der Fig. 1 von links nach rechts, was durch einen Pfeil in der Pumpeinheit 3 angegeben ist. Die Filtereinheit 5 umfasst ein Filtermaterial 19. Die Pumpeinheit 3 weist ein Pumpvolumen 4 auf. Die mikrofluidische Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, ein Elutionsmedium aus dem Vorratsbehälter 2 über die Pumpeinheit 3 zur Elution in die Filtereinheit 5 und anschließend zur weiteren
Prozessierung in die Reaktionskammer 6 zu pumpen. Weiterhin eingezeichnet sind ein erstes Ventil 11 und ein zweites Ventil 12. Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung 1, die eine Ergänzung der ersten Ausführungsform darstellt. Die im Folgenden nicht beschriebenen Elemente sind mit denen aus der ersten Ausführungsform identisch. Die zweite Ausführungsform weist zusätzlich zu der ersten Ausführungsform einen ersten Seitenkanal 7 auf, der zwischen der Pumpeinheit 3 und dem ersten Ventil 11 von einer Verbindungsleitung zwischen der Pumpeinheit 3 und der Filtereinheit 5 abzweigt. Der erste Seitenkanal 7 weist ein drittes Ventil 13 auf. Der erste Seitenkanal 7 führt aus der mikrofluidischen Vorrichtung 1 heraus, was durch einen Pfeil angedeutet ist. Die zweite Ausführungsform weist weiterhin zusätzlich zu der ersten Ausführungsform einen zweiten Seitenkanal 8 auf, der zwischen der Filtereinheit 5 und einem fünften Ventil 15 von einer Verbindungsleitung zwischen der Filtereinheit 5 und der Reaktionskammer 6 abzweigt. Der zweite Seitenkanal 8 weist ein viertes Ventil 14 auf. Der zweite Seitenkanal 8 führt aus der mikrofluidischen Vorrichtung 1 heraus, was durch einen Pfeil angedeutet ist.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung 1, die eine Ergänzung der ersten Ausführungsform darstellt. Die im Folgenden nicht beschriebenen Elemente sind mit denen aus der ersten Ausführungsform identisch. Die mikrofluidische Vorrichtung 1 weist neben der Reaktionskammer 6 eine Mischkammer 10 auf. Die Mischkammer 10 kann dazu genutzt werden, von der Reaktionskammer 6 räumlich getrennt ein Elutionsmedium mit Reagenzien zu vermischen. Während die Reaktionskammer 6 über das fünfte Ventil 15 mit der Filtereinheit 5 verbunden ist, ist die Mischkammer 10 über ein sechstes Ventil 16 und ein siebtes Ventil 17 mit der Filtereinheit 5 verbunden. An einer Stelle zwischen dem sechsten Ventil 16 und dem siebten Ventil 17 zweigt eine Rückführungsleitung 9 ab, die an einer Stelle zwischen der Pumpeinheit 3 und dem zweiten Ventil 12 in eine Verbindungsleitung zwischen der Pumpeinheit 3 und der Filtereinheit 5 mündet. Die Rückführungsleitung 9 ist parallel zu der Filtereinheit 5 angeordnet und ermöglicht es, ein Elutionsmedium mehrfach durch die Filtereinheit zu leiten. Die Rückführungsleitung weist ein achtes Ventil 18 auf.

Claims

Ansprüche
1. Mikrofluidische Vorrichtung (1) zur Analyse von Nukleinsäuren umfassend zumindest:
- eine Pumpeinheit (3) mit einem Pumpvolumen (4),
- eine Filtereinheit (5) zur Beaufschlagung mit einem Lysat, und
- eine Reaktionskammer (6),
wobei die Pumpeinheit (3), die Filtereinheit (5) und die Reaktionskammer (6) in einer Pumprichtung (20) der Pumpeinheit (3) in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, und wobei die mikrofluidische Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, ein Elutionsmedium über die Pumpeinheit (3) zur Elution in die Filtereinheit (5) und anschließend zur weiteren Prozessierung in die Reaktionskammer (6) zu pumpen.
2. Mikrofluidische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei ein Volumen der Reaktionskammer (6) um höchstens 20 % größer ist als das Pumpvolumen (4).
3. Mikrofluidische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche weiterhin umfassend einen ersten Seitenkanal (7) zum Ableiten eines Inhalts der Pumpeinheit (3) stromabwärts der Pumpeinheit (3).
4. Mikrofluidische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche weiterhin umfassend einen zweiten Seitenkanal (8) zum Ableiten eines Inhalts der Filtereinheit (5) stromabwärts der Filtereinheit (5).
5. Mikrofluidische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine parallel zu der Filtereinheit angeordnete Rückführungsleitung 0).
6. Mikrofluidische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Mischkammer (10), welche mit der Filtereinheit (5) und/oder mit der Reaktionskammer (6) verbunden ist.
7. Verfahren zur Analyse von Nukleinsäuren mittels einer mikrofluidischen Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
a) Bereitstellen eines Lysats einer Probe,
b) Binden des Lysats an ein Filtermaterial (19),
c) Eluieren des Lysats durch Pumpen eines Elutionsmediums durch das Filtermaterial (19), und
d) Prozessieren von in dem Elutionsmedium gelösten Nukleinsäuren unter Verwendung des Elutionsmediums aus Schritt c).
8. Verfahren nach Anspruch 7 weiterhin umfassend den Verfahrensschritt:
e) Auflösen von vorgelagerten Reagenzien durch das Elutionsmedium.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die mikrofluidische Vorrichtung (1) zumindest zeitweise derart orientiert wird, dass die Reaktionskammer (6) oberhalb der Filtereinheit (5) angeordnet ist.
PCT/EP2017/077448 2016-11-10 2017-10-26 Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur analyse von nukleinsäuren WO2018086897A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019524199A JP6956786B2 (ja) 2016-11-10 2017-10-26 核酸を分析するためのマイクロ流体装置及び方法
US16/348,264 US11478795B2 (en) 2016-11-10 2017-10-26 Microfluidic device and method for analyzing nucleic acids
EP17790780.5A EP3538267A1 (de) 2016-11-10 2017-10-26 Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur analyse von nukleinsäuren
KR1020197013229A KR102491723B1 (ko) 2016-11-10 2017-10-26 마이크로 유체 장치 및 핵산 분석 방법
CN201780069347.3A CN109890505B (zh) 2016-11-10 2017-10-26 微流体装置和用于分析核酸的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016222032.2 2016-11-10
DE102016222032.2A DE102016222032A1 (de) 2016-11-10 2016-11-10 Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Analyse von Nukleinsäuren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018086897A1 true WO2018086897A1 (de) 2018-05-17

Family

ID=60182593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/077448 WO2018086897A1 (de) 2016-11-10 2017-10-26 Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur analyse von nukleinsäuren

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11478795B2 (de)
EP (1) EP3538267A1 (de)
JP (1) JP6956786B2 (de)
KR (1) KR102491723B1 (de)
CN (1) CN109890505B (de)
DE (1) DE102016222032A1 (de)
WO (1) WO2018086897A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3718618A1 (de) * 2019-04-05 2020-10-07 Zaiput Flow Technologies LLC Reservoirbasierte verwaltung des volumenstroms in fluidischen systemen

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110823821B (zh) * 2019-10-23 2022-08-23 江苏大学 基于微流控芯片的水中重金属离子浓度检测装置与方法
CN112774743B (zh) * 2019-11-07 2022-07-08 北京机械设备研究所 一种富集细胞的微流控芯片
DE102020210416A1 (de) 2020-08-17 2022-02-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikrofluidische Aufbereitungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Aufbereitungsvorrichtung
CN113546703A (zh) * 2021-07-30 2021-10-26 苏州含光微纳科技有限公司 一种离心式微流控芯片

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005011867A2 (en) * 2003-07-31 2005-02-10 Handylab, Inc. Processing particle-containing samples
WO2006076567A2 (en) * 2005-01-13 2006-07-20 Micronics, Inc. Microfluidic rare cell detection device
WO2010025302A2 (en) * 2008-08-27 2010-03-04 Life Technologies Corporation Apparatus for and method of processing biological samples
EP2926905A1 (de) * 2014-04-01 2015-10-07 Robert Bosch GmbH Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zum analysieren einer probe biologischen materials
WO2015162059A1 (de) * 2014-04-25 2015-10-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zur aufreinigung von biologischen molekülen

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3650409T2 (de) * 1985-11-07 1996-02-29 Bifok Ab Proben-Einführungssystem für nichtsegmentierte kontinuierliche Fluss-Analyse.
GB2416030B (en) * 2004-01-28 2008-07-23 Norchip As A diagnostic system for carrying out a nucleic acid sequence amplification and detection process
JP4756835B2 (ja) * 2004-07-14 2011-08-24 キヤノン株式会社 生化学反応カートリッジ
US7820109B2 (en) * 2005-04-20 2010-10-26 Konica Minolta Medical & Graphic Inc. Testing chip and micro analysis system
WO2007020582A1 (en) * 2005-08-19 2007-02-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. System for automatically processing a biological sample
WO2008030631A2 (en) 2006-02-03 2008-03-13 Microchip Biotechnologies, Inc. Microfluidic devices
EP1879026A1 (de) * 2006-06-24 2008-01-16 Agilent Technologies, Inc. Fokussierung einer Probe auf einer analytischen Säule
WO2008147382A1 (en) * 2006-09-27 2008-12-04 Micronics, Inc. Integrated microfluidic assay devices and methods
WO2008115626A2 (en) * 2007-02-05 2008-09-25 Microchip Biotechnologies, Inc. Microfluidic and nanofluidic devices, systems, and applications
GB0710957D0 (en) * 2007-06-07 2007-07-18 Norchip As A device for carrying out cell lysis and nucleic acid extraction
JP2009115732A (ja) * 2007-11-09 2009-05-28 Konica Minolta Medical & Graphic Inc マイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置
CN103328981B (zh) * 2010-10-04 2017-04-12 吉纳普赛斯股份有限公司 用于自动化可重复使用的平行生物反应的系统和方法
WO2013123035A1 (en) * 2012-02-13 2013-08-22 Molecular Systems Corporation System and method for processing and detecting nucleic acids
EP2972331B1 (de) * 2013-03-15 2018-10-17 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Mikrofluidische verteilungsvorrichtung
US10233491B2 (en) 2015-06-19 2019-03-19 IntegenX, Inc. Valved cartridge and system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005011867A2 (en) * 2003-07-31 2005-02-10 Handylab, Inc. Processing particle-containing samples
WO2006076567A2 (en) * 2005-01-13 2006-07-20 Micronics, Inc. Microfluidic rare cell detection device
WO2010025302A2 (en) * 2008-08-27 2010-03-04 Life Technologies Corporation Apparatus for and method of processing biological samples
EP2926905A1 (de) * 2014-04-01 2015-10-07 Robert Bosch GmbH Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zum analysieren einer probe biologischen materials
WO2015162059A1 (de) * 2014-04-25 2015-10-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zur aufreinigung von biologischen molekülen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3718618A1 (de) * 2019-04-05 2020-10-07 Zaiput Flow Technologies LLC Reservoirbasierte verwaltung des volumenstroms in fluidischen systemen
US10987671B2 (en) 2019-04-05 2021-04-27 Zaiput Flow Technologies LLC Reservoir-based management of volumetric flow rate in fluidic systems

Also Published As

Publication number Publication date
US11478795B2 (en) 2022-10-25
JP2020513733A (ja) 2020-05-21
CN109890505B (zh) 2022-06-24
EP3538267A1 (de) 2019-09-18
CN109890505A (zh) 2019-06-14
DE102016222032A1 (de) 2018-05-17
KR20190084046A (ko) 2019-07-15
JP6956786B2 (ja) 2021-11-02
US20190314818A1 (en) 2019-10-17
KR102491723B1 (ko) 2023-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3538267A1 (de) Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zur analyse von nukleinsäuren
DE112013003342B4 (de) Patrone zur biochemischen Verwendung und biochemische Verarbeitungsvorrichtung
DE102005054924B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Extrahieren einer Abstrichprobe
DE102010003223B4 (de) Vorrichtung zum Einsetzen in einen Rotor einer Zentrifuge, Zentrifuge und Verfahren zum fluidischen Koppeln von Kavitäten
DE102006002258B4 (de) Modul zur Aufbereitung einer biologischen Probe, Biochip-Satz und Verwendung des Moduls
WO2018086901A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur geneigten prozessierung von mikrofluidischen kartuschen
EP1896858B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur aufbereitung einer probe für eine analyse und vorrichtung und verfahren zur analyse einer probe
DE102014200483B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines mikrofluidischen Chips und mikrofluidischer Chip
EP1160573A2 (de) Mikrotiterplatte und gekoppeltes Vielfachpipettiergerät
DE102010003001B4 (de) Mikrofluidisches Dielektrophorese-System
DE102006057300A1 (de) Anordnung zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse
DE102018111834A1 (de) Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung derselben zur Trennung, Aufreinigung und Konzentration von Komponenten von fluidischen Medien,
DE102014207774A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Aufreinigung von biologischen Molekülen
EP1843833B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur dosierung und durchmischung kleiner flüssigkeitsmengen, apparat und verwendung
DE102018111822A1 (de) Fluidisches System zur Aufnahme, Abgabe und Bewegung von Flüssigkeiten, Verfahren zur Verarbeitung von Fluiden in einem fluidischen System
EP2692440A1 (de) Reagenzgefäß-Einsetzteil, Reagenzgefäße, Verfahren zum Zentrifugieren mindestens eines Materials und Verfahren zum Druckbehandeln mindestens eines Materials
EP2937144B1 (de) Verfahren und mikrofluidisches system zum aufbereiten von organischen zellen und herstellungsverfahren zum herstellen eines mikrofluidischen systems zum aufbereiten von organischen zellen
DE102013222283B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Handhabung von Reagenzien
EP1353752A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum transferieren von fluidproben
WO2014060998A1 (de) Integriertes mikrofluidisches bauteil zur anreicherung und extraktion biologischer zellbestandteile
EP3610013B1 (de) Desorption von nukleinsäuren
WO2005042166A1 (de) Probenpipette
DE102005063572B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Extrahieren einer Abstrichprobe
DE102018216308A1 (de) Mikrofluidisches System, Analyseapparat zur Analyse einer Probe und Verfahren zur Handhabung eines Fluidvolumens
DE102014200467A1 (de) Mikrofluidisches System sowie Verfahren zum Analysieren einer Probe biologischen Materials

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17790780

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20197013229

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019524199

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017790780

Country of ref document: EP

Effective date: 20190611