WO2019243311A1 - Mikrofluidische vorrichtung, verfahren zu deren herstellung und verwendung - Google Patents

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Daniel Sebastian Podbiel
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Definitions

  • Microfluidic device process for its manufacture and use
  • the present invention relates to a microfluidic device for
  • the invention further relates to the use of such a device.
  • Microfluidic analysis systems in particular so-called lab-on-chips or LoCs, allow automated, reliable, compact and inexpensive processing of chemical or biological substances, for example for medical diagnostics.
  • LoCs lab-on-chips
  • Microfluidic analysis systems allow automated, reliable, compact and inexpensive processing of chemical or biological substances, for example for medical diagnostics.
  • Samples can be processed in a sealed cartridge that can be designed as a disposable item.
  • Various can be used for the cost-effective manufacture of such cartridges
  • Polymer materials are used. As a rule, these are materials with hydrophobic and only slightly hydrophilic surfaces that prevent wetting with aqueous solutions. In order to overcome the capillary forces in the channels and cavities of the microfluidic device, external pressures or rotational forces are often used, so that the fluid flow can be controlled.
  • the present invention provides a microfluidic device which is provided for processing chemical and / or biological substances.
  • the device has a polymer cartridge and, moreover, at least one further component, the further component being connected to the polymer cartridge via at least one microfluidic interface.
  • This configuration of the microfluidic device makes it possible to provide the device with further functionalities and thus to provide a device which is particularly advantageously suitable for complex and preferably automated execution of processes in the device.
  • the further component is microstructured and has, for example, various cavities and / or channels which are suitable for the microfluidic and / or chemical or biochemical process to be carried out, for example a polymerase chain reaction (PCR) or otherwise.
  • PCR polymerase chain reaction
  • capillary forces can be specifically used for processing in order to bring about a fluid flow.
  • the use of capillary forces is particularly suitable for processing the smallest liquid volumes (for example up to 10 pl) with a high surface-to-volume ratio.
  • the processing of the liquids can be carried out both actively by external forces (for example by pressure or rotation) and passively by capillary forces
  • Processing can be controlled.
  • the further component has a higher thermal conductivity than the polymer cartridge.
  • the further component is characterized by a particularly high thermal conductivity. This allows efficient tempering of liquids that are in the device and in particular within the other component. Such tempering, in particular heating, but also cooling, is required for various processes, in particular for enzymatic processes, for example for carrying out one
  • the further component expediently has at least one temperature exchange interface.
  • a contact surface can be provided for an adjacent heating and / or cooling element, so that an optimal temperature exchange and rapid temperature control of liquids can take place in an advantageous manner.
  • the further component can have an optical interface, for example through transparent materials, for example for carrying out optical excitations and / or evaluations of enzymatic processes.
  • the further component is advantageously made from materials that are particularly suitable for microstructuring, for example from silicon and / or glass and / or semiconductor materials and / or metals.
  • the further component can partially, essentially or completely consist of such materials or composites of such materials.
  • silicon is particularly suitable for microstructuring, the
  • Semiconductor technology and / or microsystem technology can be carried out very precisely and inexpensively. In this way, very small structure sizes can be produced, which allow processing of very small liquid volumes in the mI range and below.
  • a suitable aliquoting structure can be provided for a highly parallel processing of a sample liquid, so that a high degree of multiplexing for molecular diagnostic tests can be achieved.
  • the further component is designed with a predeterminable surface finish that matches the respective one
  • the surface condition can be hydrophilic or hydrophobic or in some areas hydrophilic and / or hydrophobic, as a result of which, in particular, the wettability with liquids can be specifically controlled and used for a fluid flow.
  • a defined surface condition in particular a hydrophilic or hydrophilic in some areas and hydrophobic in other areas, allows an additional microfluidic induced by capillary forces
  • a defined modification of the Surface quality can be such. B. by suitable coating, deposition, oxidation or plasma treatment of the surface. Furthermore, a further defined modification of the surface condition can be provided, in particular the surface condition can include a biological and / or biochemical functionalization. For example, suitable capture molecules can be immobilized on the surfaces within the corresponding structures, as is known from immunological applications. Further functionalities can be achieved by an interaction of different fluids, which in particular cannot be mixed or can only be mixed to a limited extent, by, for example, B. a cavity is filled with a first fluid and then covered with a second fluid.
  • the device according to the invention thus allows the integration of components which provide a special microfluidic functionality and / or which allow special analysis, purification or processing methods to be carried out.
  • further particularly advantageous functionalities can be achieved, for example a high chemical inertness, a high biocompatibility, a low intrinsic fluorescence, a high optical transmissivity or reflectivity or a low level
  • an optical interface can be established between the further component of the device and an external processing device.
  • the polymer cartridge itself is equipped in a manner known per se with suitable cavities and channels for the sample liquid and for any upstream liquids.
  • the polymer cartridge can have recesses (cavities or chambers) for the storage of reagents or the polymer cartridge can include containers with liquid reagents.
  • the polymer cartridge can have cavities or chambers in which reactions which are independent of one another can be carried out, for example polymerase chain reactions or otherwise.
  • the polymer cartridge can be made from conventional materials such as, for example
  • PC Polycarbonate
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PE cycloolefin copolymer
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • TPE thermoplastic elastomers
  • TPU polyurethane
  • TPS styrene block copolymer
  • Liquid can only be transported through a targeted disruption or active external control, for example by applying pressure.
  • a further targeted influencing of the surface condition and a modification of the surface are also possible for the polymer cartridge, in a manner comparable to that described for the other component.
  • the polymer cartridge can be formed, for example, from at least two polymer layers, which enclose an elastic membrane lying in between or are connected to one another via the elastic membrane.
  • the elastic membrane in recesses in the cartridge for example cavities or channels, can be deflected, so that liquids can be displaced in a controlled manner by deflecting the elastic membrane from the recesses in the polymer layers, so that a defined processing of liquids is achieved.
  • the membrane is optically absorbent and has a melting point similar to that of the two, if appropriate optically
  • Polymer layers then allow the polymer cartridge to be made available by means of laser transmission welding. In this way, the microfluidic device can be manufactured simply and inexpensively.
  • microfluidic device is that it is particularly accessible to automation.
  • Microfluidic device is provided for processing in one or possibly several external processing units. For this you can Appropriate laboratory devices are used, into which such cartridges can be inserted and processed, for example, for a molecular diagnostic analysis.
  • the invention further comprises a method for producing such a microfluidic device, the at least one further component expediently being / are manufactured separately from the polymer cartridge.
  • the further component (s) with the polymer cartridge can then be used or inserted into the polymer cartridge, in particular when the polymer cartridge is fitted.
  • the further component is integrated into the polymer cartridge and, for example, in a flat manner in the polymer cartridge in a corresponding one
  • the further component can be glued in, for example, or (only) used by positive locking. It is particularly preferred to dispose the polymer cartridge with the further component by means of a fluid-tight gluing of the further component.
  • the polymer cartridge can, for example, inexpensively from polymers such.
  • Elastomers such as polyurethane or styrene block copolymer are made, for. B. by injection molding, thermoforming or punching and disposing of the polymers, for example by means of laser transmission welding, where manufacturing-related tolerances may be tolerable.
  • materials with particularly advantageous properties such as, for. As silicon, glass (z. B. Float glass, anodically bondable glass, photostructurable glass), semiconductor materials or metals can be used, in particular for the other component also more complex manufacturing and
  • Microstructuring processes can be used. Suitable for this are, for example, photolithography, etching processes (dry, wet chemical,
  • the structuring of the further component can be carried out in a particularly preferred manner by applying at least one photolithographic masking layer. It is further preferred to use at least one etching step or one laser structuring step for the production of the further component.
  • the production of the further component can be carried out overall in a more complex manner than the production of the further component, so that even the smallest structure sizes are possible here in order, for. B. enable a highly parallel processing of fluids and the implementation of biochemical reactions in the device, for. B.
  • a particular advantage of the device according to the invention is therefore that the polymer cartridge and the further component can be characterized by different structure sizes and can be manufactured with different tolerances, it being possible overall for the microfluidic device to be manufactured inexpensively with a particularly specific differentiation option for the further component is.
  • the further component can be made of silicon, for example, it being possible to use structuring methods established at the wafer level for microstructuring the silicon, in particular from the semiconductor industry or microsystem technology. After processing at the wafer level, the wafers or the substrate in general are expediently separated into a multiplicity of units or chips (for example by mechanical wafer sawing or other dicing methods).
  • the further component can be manufactured by wafer bonding.
  • a further wafer can be produced, for example, before the microstructured wafers are separated, and is bonded to the first wafer. This makes it possible to produce particularly complex microfluidic structures through the further, optionally also microstructured wafer.
  • a wafer made of anodically bondable glass which is in a first wafer
  • microfluidic microchannels or microchambers are sealed in a fluid-tight manner perpendicular to the wafer plane.
  • Anodically bondable glass is for this Particularly advantageous since it is chemically inert and optically transparent, among other things.
  • a higher precision of the channel or chamber heights may be achieved than is the case when integrating into the polymer components of the polymer cartridge for fluidic closure of the others Component introduced microfluidic structures would be the case.
  • undesired contamination of the structures e.g. B. can occur when sawing the wafer by sawing in
  • the invention further includes the use of those described
  • Microfluidic device for processing chemical and / or biological substances the processing preferably being automated and in particular fully automated. Even the smallest liquid volumes can be created, in particular by the microstructuring of the further component
  • the device according to the invention is suitable for processing medical samples as part of a diagnosis.
  • the sample can therefore in particular be a biological or medical substance, in particular of human origin. Examples include body fluids, swabs, secretions, sputum, tissue samples or devices with attached sample material.
  • body fluids, swabs, secretions, sputum, tissue samples or devices with attached sample material are examples.
  • Device with attached sample material to understand a device that is used for sample collection, for example a device that
  • Extract components from a source sample The one in the sample
  • Targets to be detected are in particular of medical, clinical, therapeutic or diagnostic relevance and can for example
  • the device according to the invention allows the processing of the smallest liquid volumes and thus a highly parallelized analysis of the sample with a very small amount of sample.
  • the sample is expediently first placed in a corresponding cavity or sample receiving chamber of the polymer cartridge.
  • the polymer cartridge can be inserted into the
  • Processing device are used before the necessary interfaces (e.g. for the transfer of mechanical forces such as pressure or rotation and / or for heating and / or cooling) are established between the processing device and the polymer cartridge.
  • the additional component can be inserted into the polymer cartridge before or in principle after the sample application.
  • the further component is inserted into the polymer cartridge in a preceding step (for example by means of a fluid-tight and, if appropriate, temperature-stable adhesive bond) and, in particular, fluidly connected. Then the sample is inside the microfluidic
  • Processed device so that, for example, an analysis result can be provided. After processing, the device can be removed from the
  • Processing unit removed and disposed of if necessary. In principle, it is also possible for the sample to be completely processed in succession in a plurality of processing devices (processing units).
  • the polymer cartridge is used in particular to store reagents, to purify the sample, to enable controlled pumping of liquids.
  • the polymer cartridge also serves as packaging and protective cover to prevent contamination of the sample by the environment and vice versa.
  • the polymer cartridge represents a macro-to-micro interface, which enables microfluidic processing in the external processing unit.
  • the polymer cartridge to a certain extent provides a user interface, which allows an easy-to-handle input of the sample into the cartridge for further processing and an easy input of the cartridge into a processing unit.
  • the additional component which is characterized by the advantageous features described above (e.g. microstructuring, high thermal conductivity, improved surface quality and / or defined modification of the surface quality).
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a device according to the invention with a polymer cartridge and other components.
  • FIG. 2 detailed view of a detail from FIG. 1;
  • Fig. 3 supervision of another component as a microstructured chip made of float glass (partial illustration A) and integration of the chip in one
  • Fig. 4 shows a schematic representation of different contact angles
  • Embodiment of the device 10 according to the invention which consists of a polymer cartridge 100 and another, microfluidically attached
  • Composing component 200 in schematic cross section.
  • This further component 200 is in particular a microstructured one Component and / or a component made of a material with a high thermal conductivity.
  • the cartridge 100 can be made from conventional polymer substrates (e.g. PC, PP, PE, COP / COC, PMMA, PDMS).
  • the second component 200 can also be made of a polymer, in particular a polymer with a coating or a treated surface (e.g. oxygen or nitrogen plasma treatment).
  • glass such as flat glass, anodically bondable glass, photo-structurable glass, quartz glass or other silicate glass, silicon, in particular with a chemically modified surface texture such as (amorphous) silicon dioxide or nitride or with a coating such as a self-assembling monolayer (self-assembled monolayer, SAM ) or related semiconductor materials such as germanium, gallium arsenide or other III-V compound semiconductors, metal, such as Gold, silver, aluminum, platinum, copper, iron, titanium or an alloy, or compounds of these materials.
  • SAM self-assembling monolayer
  • metal such as Gold, silver, aluminum, platinum, copper, iron, titanium or an alloy, or compounds of these materials.
  • Component 200 is distinguished in particular by the fact that it provides an improvement in the functionality of the microfluidic device, for example by having a high thermal conductivity and thereby allowing particularly rapid heat exchange between the environment and liquids enclosed in the cartridge. Furthermore, it can have a microstructuring and a suitable surface quality, which can serve to provide an expanded, in particular based on capillary forces, microfluidic functionality, which is characterized by the
  • Interaction of the fluids to be processed or sample components transported with the fluids is caused with the microstructured surface of the component. Furthermore, it can have a functionalized surface which can interact with molecules present in the fluid to be processed, in particular biomolecules or other constituents of biological species.
  • the polymer cartridge 100 has a chamber 50 for entering the sample to be examined.
  • the chamber 50 can be closed with a lid 51 after the sample has been input to prevent contamination of the sample with the environment and vice versa.
  • the cartridge 100 has further reagent storage chambers 60, in particular for storing
  • Liquids such as Buffer solutions, PCR master mix or others
  • Liquid reagents which can be used for the microfluidic processing of the sample, and a chamber 70, which serves to receive liquids after their processing within the fluidic network of the polymer cartridge 100.
  • the polymer cartridge 100 has a central chamber 101 with an inlet channel 102 and an outlet channel 103, and a contact surface 110 in a recess in which the second or further component 200 is located.
  • FIG. 2 shows an enlarged section 123 of the central area of the device 10 according to the invention with corresponding reference numerals as in FIG. 1.
  • the special feed channel 102 to the central chamber 101, in which the contact with the further component 200 is made, can be seen.
  • the feed channel 102 can be equipped with a microfluidic throttle and / or a fluidic capacity for reducing and / or stabilizing the flow rate.
  • the further component 200 can have a
  • Adhesive connection 12 on the contact surface 110 can be connected to the cartridge 100 in a fluid-tight manner.
  • a microfluidic interface between the cartridge 100 and the further component 200 is produced by the chamber 101 and the channels 102, 103 connected to it.
  • the further component 200 therefore has an immediate interface with the fluids enclosed in the cartridge 100.
  • an immediate interface 23 to an external processing unit is provided, into which the polymer cartridge 100 with the further component 200 is inserted.
  • the interface 23 to the processing unit in this case functions in particular as a heat interface to a heating and / or cooling element 310 as part of the external processing unit
  • the further component 200 is integrated into the polymer cartridge 100, ie it is enclosed by the cartridge 100 in at least two spatial dimensions. This allows a simpler design of the fluid-tight connection 12 (for example an adhesive connection) of the further component 200 with the cartridge 100 on the present contact surface 110. Independent of this special embodiment, the cartridge 100 and the further component 200 are via at least one channel or one chamber fluidly with each other connected.
  • the further component 200 has microstructures 210, in particular cavities, and advantageously also a modified surface texture 220, for example in order to to achieve a capillary filling of the microstructures, in particular the cavities, or to achieve a
  • the cavities are in particular arranged regularly, so that an array of cavities results. This is advantageous because it is simple indexing and
  • the cavities have a special surface texture 220, which, due to the interaction with the liquid to be processed, permits capillary-assisted filling of the cavities when the liquid to be processed comes into contact.
  • the cavities have a hydrophilic surface texture, at least in some areas, which enables the cavities to be filled with aqueous solutions with capillary support. This can be, in particular, liquids of biological, in particular human, origin, such as e.g. one cleaned up
  • Cell suspension a liquid with cell components (which resulted from the lysis of cells) or a purified sample liquid, which
  • deoxyribonucleic acid constituents in particular may have deoxyribonucleic acid constituents, or a master mix for a polymerase chain reaction.
  • the processing of the sample in the device 10 takes place in an external one
  • the processing unit has, in particular, a heating and / or cooling device 310 (for example a Peltier element or a resistive heating element) for heat exchange with fluids present in the device 10, the heating and / or cooling device 310 being flat on the further component 200 can be pressed, for example using helical compression springs 311, to prevent the tilting of the Compensate polymer cartridge 100 in the processing unit or component 200 within the polymer cartridge 100 (for example, due to manufacturing tolerances).
  • the device thus has in particular an interface 23 for the efficient exchange of heat via the highly heat-conductive component 200 between fluids enclosed in the cartridge 100 and the heating and / or cooling device 310 of the processing unit.
  • the processing unit may include an optics module 320, e.g. for fluorescence measurements.
  • the optics module 320 can be composed of a light-sensitive electronic component such as e.g. a CCD array sensor or a CMOS sensor (active pixel sensor, APS), a light source such as a light-emitting diode (LED) or an incandescent lamp, optical color filters and other optical components such as lenses, diaphragms,
  • the optics module 320 thus allows, on the one hand, the imaging and detection of an optical signal 321, which of the liquids and substances and / or present in the further component 200
  • the optical module 320 can also be used for homogeneous illumination and optical excitation 321 of the liquids and substances present in the component 200.
  • Detection color filters can thus measure the fluorescence signal at component 200 in a spatially resolved manner. In this way, an optical interface between the component 200 and the processing unit is additionally implemented.
  • 3A shows a microstructured chip 400 made of float glass with a cavity array, which serves as a further component for the device according to the invention.
  • 3B shows the integration of the chip 400 in a microfluidic polymer cartridge 500 of a microfluidic device.
  • a microfluidic polymer cartridge 500 of a microfluidic device In a corresponding manner, a
  • microstructured Si chip with a microfluidic cavity array structure can be integrated into a microfluidic cartridge.
  • 4A to C illustrate a microstructured Si wafer with a modified surface texture during a contact angle measurement.
  • 4A shows in schematically the measuring principle for a contact angle measurement in a wetted Si wafer.
  • Contact angle engineering can be used to produce a specific microfluidic functionality of the further component of the microfluidic device according to the invention.
  • the processing of the sample liquid takes place partially or within the device
  • the partially or fully automated processing of the sample liquid within the device can take place e.g. by applying different pressure levels to the microfluidic device via a suitable interface between the polymer cartridge and processing unit and optionally by integrating a deflectable elastic membrane into the cartridge, which provides a targeted
  • Such interfaces can be used, for example, to transmit mechanical forces (for example to rotate the device and generate centrifugal or Coriolis forces for processing the sample liquid or for breaking and squeezing out sealed reagent storage containers), pressure (for example pressure-driven processing of the sample liquid, if necessary under
  • an elastic membrane which can be used to displace liquids by deflection), heat (e.g. by a heating or cooling device), electromagnetic radiation (e.g. by an optical module for excitation and / or detection of fluorescence events, for example), ultrasound (e.g. for cell lysis or for degassing liquids), exchange of magnetic forces (e.g. for the transport of magnetic beads, which are a
  • the sample is processed within the microfluidic device.
  • This step may include (a) preparing the sample, e.g. dissolving or forming a suspension or dispersion, filtering out constituents from the sample, lysing pathogens in the sample such as bacteria or viruses, extracting DNA molecules from the sample e.g. by a filter or magnetic beads, a pre-amplification of predetermined targets, in particular of individual predetermined base sequences by a
  • Polymerase chain reactions in the cavities (e) an optical readout of the component, in particular the detection of a fluorescence signal for analysis of the sample, in particular during cyclical tempering, e.g. for the
  • Processing device issued If necessary, the processing of the sample described in the second and third steps can also be carried out in several Processing devices take place.
  • the polymer components for the polymer cartridge and for the further component are first manufactured separately from one another.
  • the production of the polymer components is preferably carried out by high-throughput processes such as injection molding or thermoforming of polymer material such as. B. PC, PP, PE, COP / COC or PMMA.
  • semi-finished products such as silicon wafers, glass wafers or metal sheets can be used for the production of the further component, which can then be microstructured in particular.
  • Structuring methods established at the wafer level, in particular from the semiconductor industry and microsystem technology, can be used for the microstructuring of silicon.
  • Si wafers with native oxide, Si wafers with amorphous silicon dioxide and / or silicon nitride, or other coated Si wafers can serve as the starting point for this.
  • a structured resist can be applied as a mask to the wafers, for example, for the microstructuring of the silicon array components with cavity array structures.
  • a resist that has been exposed and developed can be used as a resist.
  • the next step is then an isotropic or anisotropic etching of the substrate (dry, wet chemical, plasma-assisted), in particular an anisotropic etching such as reactive ion depth etching (Bosch process) to produce cavities with a high aspect ratio or wet chemical etching, for example with hot potassium hydroxide solution for the production of pyramidal cavities, channels and chambers, which can have an advantageous geometry with regard to good microfluidic fillability owing to the beveled side walls (for example 54.7 °) which are formed in the process.
  • the wafers can be cleaned (e.g.
  • RCA cleaning, plasma cleaning) or the resist removed or optionally a further deposition can be carried out to modify the surface properties and the wetting behavior (e.g. a silicon dioxide surface can be generated by e.g. thermal Oxidation or a silicon nitride surface by chemical vapor deposition (CVD) such as low pressure CVD (LPCVD) or plasma enhanced CVD (PECVD)).
  • CVD chemical vapor deposition
  • LPCVD low pressure CVD
  • PECVD plasma enhanced CVD
  • plasma treatment eg 02 plasma
  • wet chemical cleaning eg with peroxomonosulfuric acid (“Piranha solution"
  • Layer deposition can also be applied to the component in a targeted manner (e.g. with the aid of a piezo dispensing capillary) in order to achieve a deposition of substances previously in solution after evaporation of the solvent.
  • the substances applied or dried on the surface of the further component in this way e.g. polyethylene glycol (PEG), xanthan, trehalose, agarose or mixtures thereof
  • PEG polyethylene glycol
  • xanthan xanthan
  • trehalose e.g. agarose or mixtures thereof
  • a better microfluidic fillability of the cavities may be achieved by drying such suitable substances in cavities previously introduced into the substrate.
  • a microstructuring of the further component can also be carried out using different structuring methods, e.g. by material processing with a laser (e.g. with float glass).
  • material processing with a laser e.g. with float glass.
  • substrate material used such as a metal, glass or semiconductor, various types can be used for this
  • Laser systems e.g. ultrashort pulse lasers
  • the structuring of a glass component can also be carried out by wet chemical etching e.g. with hydrofluoric acid, e.g. using a photostructurable glass such as Foturan or a photolithographic process.
  • Anodically bondable glass can be used in particular for the production of a composite component made of glass and silicon.
  • the further component After the further component has been produced, it can be equipped with the polymer cartridge or one or more polymer components which form the polymer cartridge.
  • the disposal can be made by an adhesive connection.
  • This can be, for example, a silicone adhesive or a suitable epoxy adhesive, which is particularly suitable for the different thermal expansion and surface properties of the further component and the polymer cartridge that may be present.
  • the cartridge component with the Contact surface to the component can optionally have centering lugs in order to fix the position of the further component.
  • a positioning and dispensing robot can be used, which places the additional component in the cartridge component and then places an adhesive bead around the additional component.
  • Heat interface can act.
  • a light-curing adhesive can be used in order to achieve particularly quick bonding and thus high throughput during production.
  • Component can also only be inserted into a polymer component of the polymer cartridge, in particular in such a way that when the polymer components are added to the polymer cartridge, the other component is fixed within the polymer cartridge.
  • the individual polymer components for the polymer cartridge can be provided by e.g. Laser transmission welding with a thermoplastic elastomer (TPE) such as polyurethane (TPU) or styrene block copolymer (TPS), in particular using welding masks, in order to achieve a high throughput during production, or gluing of the polymer components.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • TPU polyurethane
  • TPS styrene block copolymer
  • the microfluidic device can be packaged in an airtight manner, in particular under reduced pressure or under a chemically inert protective atmosphere.
  • Thickness of the polymer substrates 0.1 mm to 10 mm, preferably 1 mm to 3 mm, channel cross sections: 10 x 10 m2 2 to 3 x 3 mm 2 , preferably 100 x 100 m2 2 to 1 x 1 mm 2
  • Chamber dimensions 1 x 1 x 0.1 mm 3 to 100 x 100 x 10 mm 3 , preferably 3 x 3 x 0.3 mm 3 to 30 x 30 x 3 mm 3
  • Thickness of the substrate of the further component 10 pm to 10 mm, preferably 100 pm to 3 mm
  • a specification of the further component can be implemented, for example, as follows:
  • Number of cavities 100 to 1,000,000, preferably 1,000 to 100,000
  • volume of a cavity 1 pl to 1 pl, preferably 10 pl to 100 nl
  • Diameter of a cavity 5 pm to 200 pm, preferably 30 pm to 100 pm
  • the polymerase chain reaction can be implemented, for example, as follows:
  • Number of cavities 2 to 1,000, preferably 10 to 200
  • volume of a cavity 10 pl to 10 pl, preferably 100 pl to 1 pl
  • Diameter of a cavity 30 pm to 1000 pm, preferably 100 pm to 500 pm

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Abstract

Eine mikrofluidische Vorrichtung (10) ist zur Prozessierung von chemischen und/oder biologischen Substanzen vorgesehen. Die Vorrichtung (10) umfasst eine Polymer-Kartusche (100) und wenigstens eine weitere Komponente (200), wobei die weitere Komponente (200) über wenigstens eine mikrofluidische Schnittstelle (101, 102, 103) an die Polymer-Kartusche (100) angebunden ist.

Description

Beschreibung
Titel
Mikrofluidische Vorrichtung, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung zur
Prozessierung von chemischen und/oder biologischen Substanzen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen mikrofluidischen Vorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
Stand der Technik
Mikrofluidische Analysesysteme, insbesondere sogenannte Lab-on-Chips oder LoCs, erlauben ein automatisiertes, zuverlässiges, kompaktes und kostengünstiges Prozessieren von chemischen oder biologischen Substanzen, beispielsweise für die medizinische Diagnostik. Durch die Kombination einer Vielzahl von Operationen für eine gezielte Manipulation von Fluiden können komplexe, mikrofluidische
Prozessabläufe realisiert werden. Proben können hierbei in einer abgeschlossenen Kartusche prozessiert werden, die als Einwegartikel konzipiert werden kann. Für eine kostengünstige Fertigung derartiger Kartuschen können verschiedene
Polymermaterialien verwendet werden. In der Regel handelt es sich hierbei um Materialien mit hydrophoben und nur wenig hydrophilen Oberflächen, die einer Benetzung mit wässrigen Lösungen entgegenstehen. Um die Kapillarkräfte in den Kanälen und Kavitäten der mikrofluidischen Vorrichtung zu überwinden, werden von außen oftmals Drücke oder beispielsweise Rotationskräfte eingesetzt, sodass der Fluidfluss gesteuert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung Die vorliegende Erfindung stellt eine mikrofluidische Vorrichtung bereit, die zur Prozessierung von chemischen und/oder biologischen Substanzen vorgesehen ist. Dabei weist die Vorrichtung eine Polymer- Kartusche und darüber hinaus wenigstens eine weitere Komponente auf, wobei die weitere Komponente über wenigstens eine mikrofluidische Schnittstelle an die Polymer- Kartusche angebunden ist. Durch diese Ausgestaltung der mikrofluidischen Vorrichtung ist es möglich, die Vorrichtung mit weiteren Funktionalitäten zu versehen und damit eine Vorrichtung bereitzustellen, die in besonders vorteilhafter Weise für eine komplexe und vorzugsweise automatisierte Durchführung von Prozessen in der Vorrichtung geeignet ist. In besonders bevorzugter Weise ist die weitere Komponente mikrostrukturiert und weist beispielsweise verschiedene Kavitäten und/oder Kanäle auf, die für den durchzuführenden mikrofluidischen und/oder chemischen oder biochemischen Prozess, beispielsweise eine Polymerasekettenreaktion (PCR) oder anderes, geeignet sind. Hierbei können Kapillarkräfte für die Prozessierung gezielt ausgenutzt werden, um einen Fluidfluss zu bewerkstelligen. Das Ausnutzen von Kapillarkräften eignet sich insbesondere für eine Prozessierung von kleinsten Flüssigkeitsvolumina (beispielsweise bis zu 10 pl), mit einem hohen Oberflächen- zu-Volumen-Verhältnis. Durch entsprechende Ausgestaltung der mikrofluidischen Vorrichtung und der Mikrostrukturierungen kann hierbei die Prozessierung der Flüssigkeiten sowohl aktiv durch von außen angelegte Kräfte (beispielsweise durch angelegten Druck oder Rotation) als auch passiv durch Kapillarkräfte die
Prozessierung gesteuert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist die weitere Komponente eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Polymer- Kartusche auf.
Insbesondere ist hierbei die weitere Komponente durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit gekennzeichnet. Dies erlaubt ein effizientes Temperieren von Flüssigkeiten, die sich in der Vorrichtung und insbesondere innerhalb der weiteren Komponente befinden. Ein derartiges Temperieren, insbesondere ein Heizen, aber auch ein Kühlen, ist für verschiedene Prozesse, insbesondere für enzymatische Prozesse erforderlich, beispielsweise für die Durchführung einer
Polymerasekettenreaktion. Zweckmäßigerweise weist die weitere Komponente wenigstens eine Temperaturaustausch-Schnittstelle auf. Hierfür kann beispielsweise eine Kontaktfläche für ein angrenzendes Heiz- und/oder Kühlelement vorgesehen sein, so dass ein optimaler Temperaturaustausch und eine schnelle Temperierung von Flüssigkeiten in vorteilhafter Weise stattfinden können. Weiterhin kann die weitere Komponente eine optische Schnittstelle, beispielsweise durch transparente Materialien, aufweisen, zum Beispiel zur Durchführung von optischen Anregungen und/oder Auswertungen von enzymatischen Prozessen.
Vorteilhafterweise ist die weitere Komponente aus Materialien gefertigt, die für eine Mikrostrukturierung in besonderer Weise geeignet sind, beispielsweise aus Silizium und/oder Glas und/oder Halbleitermaterialien und/oder Metallen. Dabei kann die weitere Komponente teilweise, im Wesentlichen oder vollständig aus solchen Materialien oder Verbünden solcher Materialien bestehen. Beispielsweise eignet sich Silizium in besonderer Weise für eine Mikrostrukturierung, wobei die
Mikrostrukturierung auf der Grundlage etablierter Prozesse der
Halbleitertechnologie und/oder Mikrosystemtechnik hochpräzise und kostengünstig durchgeführt werden kann. So können sehr kleine Strukturgrößen hergestellt werden, die eine Prozessierung sehr kleiner Flüssigkeitsvolumina im mI-Bereich und darunter erlauben. Beispielsweise kann eine geeignete Aliquotierungsstruktur für eine hoch-parallele Prozessierung einer Probenflüssigkeit bereitgestellt werden, so dass damit ein hoher Multiplexgrad für molekulardiagnostische Tests erreicht werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die weitere Komponente mit einer vorgebbaren Oberflächenbeschaffenheit ausgestaltet, die an die jeweiligen
Anforderungen der durchzuführenden Prozesse angepasst ist. Hierbei kann die Oberflächenbeschaffenheit hydrophil oder hydrophob bzw. in Teilbereichen hydrophil und/oder hydrophob sein, wodurch vor allem die Benetzbarkeit mit Flüssigkeiten gezielt gesteuert und für einen Fluidfluss ausgenutzt werden kann.
Eine definierte Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere eine hydrophile oder in Teilbereichen hydrophile und in anderen Teilbereichen hydrophobe Beschaffenheit, erlaubt dabei eine zusätzliche durch Kapillarkräfte induzierte mikrofluidische
Prozessierung der Probenflüssigkeit, sodass eine solche Oberflächenbeschaffenheit dazu genutzt werden kann, um eine durch Kapillarkräfte assistierte mikrofluidische Prozessierung einer Probenflüssigkeit zu bewirken oder zu erleichtern. Diese definierte Oberflächenbeschaffenheit wird vorzugsweise gezielt erzeugt,
insbesondere wenn ein spontanes Fortschreiten von Flüssigkeiten an den jeweiligen Positionen gewünscht ist. Eine definierte Modifikation der Oberflächenbeschaffenheit kann dabei z. B. durch geeignete Beschichtung, Abscheidung, Oxidation oder Plasmabehandlung der Oberfläche erfolgen. Weiterhin kann eine weitere definierte Modifizierung der Oberflächenbeschaffenheit vorgesehen sein, insbesondere kann die Oberflächenbeschaffenheit eine biologische und/oder biochemische Funktionalisierung umfassen. Beispielsweise können an den Oberflächen innerhalb der entsprechenden Strukturen geeignete Fängermoleküle immobilisiert sein, wie es aus immunologischen Anwendungen bekannt ist. Weitere Funktionalitäten können durch eine Wechselwirkung voneinander verschiedener Fluide, die insbesondere nicht oder nur wenig miteinander mischbar sind, erreicht werden, indem z. B. eine Kavität mit einem ersten Fluid befüllt und anschließend mit einem zweiten Fluid überschichtet wird. Dies erlaubt beispielsweise eine Aliquotierung des ersten Fluids, wobei das erste Fluid aufgrund der in der mikrofluidischen Vorrichtung vorliegenden Kapillarkräfte in der jeweiligen Kavität verbleibt. Insgesamt erlaubt damit die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Integration von Komponenten, die eine spezielle mikrofluidische Funktionalität bereitstellen und/oder die die Durchführung von speziellen Analyse-, Aufreinigungs- oder Prozessierungsverfahren erlauben.
Durch eine geeignete Materialwahl für die weitere Komponente können weitere besonders vorteilhafte Funktionalitäten erreicht werden, beispielsweise eine hohe chemische Inertheit, eine hohe Biokompatibilität, eine geringe Eigenfluoreszenz, eine hohe optische Transmissivität oder Reflektivität oder eine geringe
Oberflächenrauigkeit oder Kombinationen derartiger Eigenschaften. Auf diese Weise kann beispielsweise eine optische Schnittstelle zwischen der weiteren Komponente der Vorrichtung und einem externen Prozessierungsgerät hergestellt werden.
Die Polymer- Kartusche selbst ist in an sich bekannter Weise mit geeigneten Kavitäten und Kanälen für die Probenflüssigkeit und für gegebenenfalls vorgelagerte Flüssigkeiten ausgestattet. So kann die Polymer- Kartusche Ausnehmungen (Kavitäten oder Kammern) zur Vorlagerung von Reagenzien aufweisen oder die Polymer- Kartusche kann Behältnisse mit Flüssigreagenzien umfassen. Weiterhin kann die Polymer- Kartusche über Kavitäten oder Kammern verfügen, in denen voneinander unabhängige Reaktionen durchgeführt werden können, beispielsweise Polymerase- Kettenreaktionen oder anderes. Die Polymer- Kartusche kann aus üblichen Materialien, wie beispielsweise
Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Cycloolefin-Copolymer (COP/COC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polydimethylsiloxan (PDMS) oder thermoplastischen Elastomeren (TPE) wie Polyurethan (TPU) oder Styrol- Blockcopolymer (TPS) gefertigt sein. Derartige Polymere weisen zumeist eher hydrophobe oder nur schwach hydrophile Eigenschaften auf und wirken einer spontanen Benetzung damit entgegen. Dies kann ein gewünschter Effekt sein und beispielsweise durch eine Beschichtung der Polymeroberfläche, beispielsweise mit Teflon, noch verstärkt werden, so dass ein ungewolltes spontanes Fortschreiten von Flüssigkeiten (Fluiden) in der Kartusche verhindert wird und der
Flüssigkeitstransport nur durch eine gezielte Störung bzw. aktive Kontrolle von außen, beispielsweise durch Anlegen von Druck, erfolgen kann. Eine weitere gezielte Beeinflussung der Oberflächenbeschaffenheit und eine Modifikation der Oberfläche sind auch für die Polymer- Kartusche, in vergleichbarer Weise wie oben beschrieben für die weitere Komponente, möglich.
Die Polymer- Kartusche kann beispielsweise aus wenigstens zwei Polymerschichten gebildet sein, die eine dazwischenliegende elastische Membran umschließen bzw. über die elastische Membran miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann durch Anlegen von Druck an die mikrofluidische Vorrichtung die elastische Membran in Ausnehmungen der Kartusche, beispielsweise Kavitäten oder Kanäle, ausgelenkt werden, so dass Flüssigkeiten durch Auslenken der elastischen Membran aus den Ausnehmungen in den Polymerschichten kontrolliert verdrängt werden können, so dass ein definiertes Prozessieren von Flüssigkeiten erreicht wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Membran optisch absorbierend und weist einen ähnlichen Schmelzpunkt auf wie die beiden optisch gegebenenfalls
transparenten Polymerschichten. Diese Eigenschaften der Membran und
Polymerschichten erlauben dann eine Verfügung der Polymer- Kartusche mittels Laserdurchstrahlschweißen. Auf diese Weise kann eine einfache und kostengünstige Fertigbarkeit der mikrofluidischen Vorrichtung erzielt werden.
Ein besonderer Vorteil der mikrofluidischen Vorrichtung ist, dass sie in besonderer Weise einer Automatisierung zugänglich ist. Vorteilhafterweise ist die
mikrofluidische Vorrichtung dabei zur Prozessierung in einer oder gegebenenfalls mehreren externen Prozessierungseinheit/en vorgesehen. Hierfür können entsprechende Laborgeräte verwendet werden, in die derartige Kartuschen eingelegt und beispielsweise für eine molekulardiagnostische Analyse bearbeitet werden können.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen mikrofluidischen Vorrichtung, wobei zweckmäßigerweise die wenigstens eine weitere Komponente separat von der Polymer- Kartusche gefertigt wird/werden. Anschließend kann die oder können die weitere(n) Komponente(n) mit der Polymer- Kartusche verfügt oder in die Polymer- Kartusche eingesetzt werden, insbesondere beim Verfügen der Polymer- Kartusche. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die weitere Komponente in die Polymer- Kartusche integriert wird und dabei beispielsweise flächig in die Polymer- Kartusche in eine entsprechende
Ausnehmung eingesetzt wird. Die weitere Komponente kann dabei beispielsweise eingeklebt oder (nur) durch Formschluss eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist eine Verfügung der Polymer- Kartusche mit der weiteren Komponente mittels einer fluiddichten Verklebung der weiteren Komponente. Die weitestgehend voneinander unabhängige Fertigung der beiden wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das heißt also der Polymer- Kartusche und der weiteren Komponente, erlaubt eine besonders kosteneffiziente Herstellung der mikrofluidischen Vorrichtung. Die Polymer- Kartusche kann beispielsweise kostengünstig aus Polymeren wie z. B. Polycarbonat, Polypropylen, Polyethylen, Cycloolefin-Copolymer, Polymethylmethacrylat und/oder thermoplastischen
Elastomeren wie Polyurethan oder Styrol- Blockcopolymer gefertigt werden, z. B. durch Spritzgießen, Thermoformen oder Stanzen und Verfügen der Polymere beispielsweise mittels Laserdurchstrahlschweißen, wobei hier fertigungsbedingte Toleranzen tolerierbar sein können. Für die Herstellung der weiteren Komponente können hingegen auch Materialien mit besonders vorteilhaften Eigenschaften, wie z. B. Silizium, Glas (z. B. Floatglas, anodisch bondbares Glas, photostrukturierbares Glas), Halbleitermaterialien oder Metalle verwendet werden, wobei insbesondere für die weitere Komponente auch aufwendigere Herstellungs- und
Mikrostrukturierungsverfahren eingesetzt werden können. Geeignet hierfür sind beispielsweise Photolithographie, Ätzprozesse (trocken, nasschemisch,
plasmaunterstützt), chemische Gasphasenabscheidung (CVD, wie Niederdruck- CVD oder plasmaunterstützte CVD) oder Erzeugung einer selbstorganisierenden Monoschicht und weitere Verfahren, wie etwa der Lasermaterialbearbeitung (Lasermikrostrukturierung, Ultrakurzpuls-Laserablation). Die Strukturierung der weiteren Komponente kann in besonders bevorzugter Weise durch Aufbringen wenigstens einer fotolithographischen Maskierungsschicht erfolgen. Weiterhin ist es bevorzugt, für die Herstellung der weiteren Komponente wenigstens einen Ätzschritt oder einen Laserstrukturierungsschritt anzuwenden. Die Herstellung der weiteren Komponente kann insgesamt in aufwendigerer Weise als die Herstellung der weiteren Komponente erfolgen, so dass hierbei auch kleinste Strukturgrößen möglich sind, um z. B. ein hoch-paralleles Prozessieren von Fluiden und die Durchführung von biochemischen Reaktionen in der Vorrichtung zu ermöglichen, z. B. für die vollautomatisierte Durchführung hochmultiplexer Nukleinsäure-basierter Analysen im Rahmen von diagnostischen Tests oder anderem. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also, dass die Polymer- Kartusche und die weitere Komponente durch unterschiedliche Strukturgrößen gekennzeichnet sein können und mit unterschiedlichen Toleranzen gefertigt werden können, wobei insgesamt eine kostengünstige Fertigung der mikrofluidischen Vorrichtung mit einer besonders spezifischen Differenzierungsmöglichkeit bei der weiteren Komponente möglich ist.
Die weitere Komponente kann beispielsweise aus Silizium gefertigt werden, wobei für eine Mikrostrukturierung des Siliziums insbesondere aus der Halbleiterindustrie oder Mikrosystemtechnik etablierte Strukturierungsverfahren auf Wafer- Ebene eingesetzt werden können. Nach einer Prozessierung auf Wafer- Ebene erfolgt zweckmäßigerweise eine Vereinzelung der Wafer oder allgemein des Substrats in eine Vielzahl von Einheiten oder Chips (z. B. durch mechanisches Wafersägen oder andere Dicing-Methoden).
In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens kann die weitere Komponente durch Wafer-Bonden hergestellt werden. Dafür kann beispielsweise vor einer Vereinzelung von mikrostrukturierten Wafern ein weiterer Wafer hergestellt werden, der auf den ersten Wafer gebondet wird. Hierdurch ist es möglich, durch den weiteren, gegebenenfalls ebenfalls mikrostrukturierten Wafer, besonders komplexe mikrofluidische Strukturen zu erzeugen. Weiterhin kann beispielsweise ein Wafer aus anodisch bondbarem Glas, welcher in einen ersten Wafer
eingebrachte mikrofluidische Mikrokanäle oder Mikrokammern senkrecht zur Wafer- Ebene fluiddicht abschließt, hergestellt werden. Anodisch bondbares Glas ist hierfür besonders vorteilhaft, da es unter anderem chemisch inert und optisch transparent ist. Darüber hinaus kann durch ein Abschließen der in Silizium eingebrachten mikrofluidischen Strukturen mit einem weiteren Wafer durch Waferbonden gegebenenfalls eine höhere Präzision der Kanal- bzw. Kammerhöhen erreicht werden, als dies bei einer Integration in die Polymerbestandteile der Polymer- Kartusche zum fluidischen Abschluss der in die weitere Komponente eingebrachten mikrofluidischen Strukturen der Fall wäre. Weiterhin kann durch ein Abschließen der Strukturen mittels Waferbonden eine unerwünschte Kontamination der Strukturen, die z. B. beim Vereinzeln des Wafers durch Sägen auftreten können, im
Wesentlichen vermieden werden.
Die Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung der beschriebenen
mikrofluidischen Vorrichtung zur Prozessierung von chemischen und/oder biologischen Substanzen, wobei die Prozessierung vorzugsweise automatisiert und insbesondere vollautomatisiert erfolgt. Insbesondere durch die Mikrostrukturierung der weiteren Komponente können auch kleinste Flüssigkeitsvolumina
vollautomatisiert prozessiert werden. Vor allem eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Prozessierung von medizinischen Proben im Rahmen einer Diagnostik. Bei der Probe kann es sich also insbesondere um eine biologische oder medizinische Substanz handeln, insbesondere humanen Ursprungs. Beispiele hierfür sind Körperflüssigkeiten, Abstriche, Sekrete, Sputum, Gewebeproben oder Vorrichtungen mit angebundenem Probenmaterial. Hierbei ist unter einer
Vorrichtung mit angebundenem Probenmaterial eine Vorrichtung zu verstehen, die zur Probengewinnung eingesetzt wird, beispielsweise eine Vorrichtung, die
Fängermoleküle oder Filterstrukturen oder Ähnliches enthält, um gezielt
Bestandteile aus einer Ausgangsprobe zu extrahieren. Die in der Probe
nachzuweisenden Targets sind insbesondere von medizinischer, klinischer, therapeutischer oder diagnostischer Relevanz und können beispielsweise
Bakterien, Viren, bestimmte Zellen, wie z. B. zirkulierende Tumorzellen, zellfreie DNA, Proteine oder andere Biomarker sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt dabei das Prozessieren kleinster Flüssigkeitsvolumina und damit eine hoch- parallelisierte Analyse der Probe bei sehr kleiner Probenmenge. Durch die
Automatisierung des Prozessablaufs sind keine weiteren manuellen Schritte erforderlich (Sample-to-Result-Analyse), so dass die Durchführung der Tests im Prinzip ohne spezielle Vorkenntnisse der durchführenden Person möglich ist. Besonders vorteilhaft ist eine Prozessierung der Probe in einer einzigen
Prozessierungseinheit bzw. in einem einzigen Gerät, da auf diese Weise Tests in einem kompakten Gerät direkt am Point-of-Care durchgeführt werden können, ohne dass eine aufwendige Laborinfrastruktur oder ein Zentrallabor dafür notwendig wären.
Für die Durchführung der Tests wird zweckmäßigerweise die Probe zunächst in eine entsprechende Kavität oder Probenaufnahmekammer der Polymer- Kartusche eingegeben. In einem zweiten Schritt kann die Polymer- Kartusche in das
Prozessierungsgerät eingesetzt werden, bevor die nötigen Schnittstellen (z.B. zur Übertragung von mechanischen Kräften wie Druck oder Rotation und/oder zur Beheizung und/oder Kühlung) zwischen dem Prozessierungsgerät und der Polymer- Kartusche hergestellt werden. Hierbei kann die weitere Komponente vor oder prinzipiell auch nach dem Probenauftrag in die Polymerkartusche eingesetzt werden. In der Regel wird die weitere Komponente in einem vorgelagerten Schritt in die Polymer- Kartusche eingesetzt (beispielsweise mittels einer fluiddichten und gegebenenfalls temperaturstabilen Verklebung) und insbesondere fluidisch angebunden. Anschließend wird die Probe innerhalb der mikrofluidischen
Vorrichtung prozessiert, sodass beispielsweise ein Analyseergebnis bereitgestellt werden kann. Nach der Prozessierung kann die Vorrichtung aus der
Prozessierungseinheit entfernt und gegebenenfalls entsorgt werden. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die vollständige Prozessierung der Probe in mehreren Prozessierungsgeräten (Prozessierungseinheiten) nacheinander erfolgt.
Während der Prozessierung wird die Polymer- Kartusche insbesondere dazu genutzt, Reagenzien vorzulagern, die Probe aufzureinigen, ein kontrolliertes Pumpen von Flüssigkeiten zu ermöglichen. Weiterhin dient die Polymer- Kartusche als Verpackung und Schutzhülle, um eine Kontamination der Probe durch die Umwelt und umgekehrt zu verhindern. Weiterhin stellt die Polymer- Kartusche eine Makro-zu- Mikro-Schnittstelle dar, die ein mikrofluidisches Prozessieren in der externen Prozessierungseinheit ermöglicht. Weiterhin stellt die Polymer- Kartusche gewissermaßen eine Benutzer-Schnittstelle bereit, die eine einfach handhabbare Eingabe der Probe in die Kartusche für die weitere Prozessierung und eine einfache Eingabe der Kartusche in eine Prozessierungseinheit erlaubt. Im Vergleich zu herkömmlichen mikrofluidischen Vorrichtungen wird die besonders vorteilhafte Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die gewissermaßen zusätzliche, weitere Komponente erreicht, die sich durch die oben beschriebenen vorteilhaften Merkmale (z. B. Mikrostrukturierung, hohe Wärmeleitfähigkeit, verbesserte Oberflächenbeschaffenheit und/oder definierte Modifikation der Oberflächenbeschaffenheit) auszeichnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Polymer- Kartusche und weiterer Komponente;
Fig. 2 Detailansicht eines Ausschnitts aus Fig. 1;
Fig. 3 Aufsicht auf eine weitere Komponente als mikrostrukturierter Chip aus Floatglas (Teilabbildung A) und Integration des Chips in eine
mikrofluidische Polymer- Kartusche (Teilabbildung B); und
Fig. 4 schematische Darstellung von unterschiedlichen Kontaktwinkeln
(Teilabbildungen A und B) durch Modifizierung der
Oberflächenbeschaffenheit eines mikrostrukturierten Silizium-Wafers als weitere Komponente der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Fig· 1 illustriert die wesentlichen Komponenten einer beispielhaften
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, die sich aus einer Polymer- Kartusche 100 und einer weiteren, mikrofluidisch angebundenen
Komponente 200 zusammensetzt, im schematischen Querschnitt. Bei dieser weiteren Komponente 200 handelt es sich insbesondere um eine mikrostrukturierte Komponente und/oder eine Komponente aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit.
Die Kartusche 100 kann aus üblichen Polymersubstraten (z.B. PC, PP, PE, COP/COC, PMMA, PDMS) gefertigt sein. Die zweite Komponente 200 kann ebenfalls aus einem Polymer gefertigt sein, insbesondere einem Polymer mit einer Beschichtung oder einer behandelten Oberfläche (z.B. Sauerstoff- oder Stickstoff- Plasmabehandlung). Andere Möglichkeiten sind Glas wie Flachglas, anodisch bondbares Glas, fotostrukturierbares Glas, Quarzglas oder anderes Silikatglas, Silicium, insbesondere mit einer chemisch modifizierten Oberflächenbeschaffenheit wie (amorphes) Siliciumdioxid oder -nitrid oder mit einer Beschichtung wie einer selbstorganisierenden Monoschicht ( self-assembled monolayer, SAM) oder verwandte Halbleitermaterialien wie Germanium, Galliumarsenid oder andere III- V-Verbindungshalbleiter, Metall, wie z.B. Gold, Silber, Aluminium, Platin, Kupfer, Eisen, Titan oder einer Legierung, oder Verbindungen dieser Materialien.
Die Komponente 200 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine Verbesserung der Funktionalität der mikrofluidischen Vorrichtung bereitstellt, indem sie beispielsweise eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen kann und dadurch einen besonders schnellen Wärmeaustausch zwischen Umgebung und in der Kartusche eingeschlossenen Flüssigkeiten erlaubt. Weiterhin kann sie eine Mikrostrukturierung und eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, welche dazu dienen können, eine erweiterte, insbesondere auf Kapillarkräften basierende, mikrofluidische Funktionalität bereitzustellen, welche durch die
Wechselwirkung der zu prozessierenden Fluide oder mit den Fluiden transportierten Probenbestandteilen mit der mikrostrukturierten Oberfläche der Komponente hervorgerufen wird. Weiterhin kann sie eine funktionalisierte Oberfläche aufweisen, welche in Wechselwirkung treten kann mit in dem zu prozessierenden Fluid vorhandenen Molekülen, insbesondere Biomolekülen oder anderen Bestandteilen biologischer Spezies.
Die Polymer- Kartusche 100 verfügt über eine Kammer 50 zur Eingabe der zu untersuchenden Probe. Die Kammer 50 kann nach Eingabe der Probe mit einem Deckel 51 verschlossen werden, um eine Kontamination der Probe mit der Umwelt und umgekehrt zu verhindern. Zusätzlich verfügt die Kartusche 100 über weitere Reagenzienvorlagerungskammern 60 insbesondere zum Vorlagern von
Flüssigkeiten wie z.B. Pufferlösungen, PCR- Master- Mix oder anderen
Flüssigreagenzien, welche für die mikrofluidische Prozessierung der Probe verwendet werden können, sowie eine Kammer 70, welche zur Aufnahme von Flüssigkeiten nach deren Prozessierung innerhalb des fluidischen Netzwerks der Polymer- Kartusche 100 dient. Die Polymer- Kartusche 100 weist eine zentrale Kammer 101 mit einem Einlasskanal 102 und einem Auslasskanal 103 auf, sowie eine Kontaktfläche 110 in einer Ausnehmung, in welcher sich die zweite bzw. weitere Komponente 200 befindet. Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt 123 des zentralen Bereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit entsprechenden Bezugszeichen wie in Fig. 1. Zu erkennen ist der spezielle Zuleitungskanal 102 zur zentralen Kammer 101, in der der Kontakt mit der weiteren Komponente 200 hergestellt wird. Der Zuleitungskanal 102 kann mit einer mikrofluidischen Drossel und/oder einer fluidischen Kapazität zur Verringerung und/oder Stabilisierung der Flussrate ausgestattet sein. Die weitere Komponente 200 kann über eine
Klebeverbindung 12 an der Kontaktfläche 110 fluiddicht mit der Kartusche 100 verbunden sein. Durch die Kammer 101 und damit verbundenen Kanäle 102, 103 wird eine mikrofluidische Schnittstelle zwischen der Kartusche 100 und der weiteren Komponente 200 hergestellt. In dieser vorteilhaften Ausführungsform weist die weitere Komponente 200 also eine unmittelbare Grenzfläche zu in der Kartusche 100 eingeschlossenen Fluiden auf. Andererseits ist eine unmittelbare Grenzfläche 23 zu einer externen Prozessierungseinheit vorgesehen, in welche die Polymer- Kartusche 100 mit der weiteren Komponente 200 eingegeben wird. Die Grenzfläche 23 zu der Prozessierungseinheit fungiert hierbei insbesondere als Wärmeschnittstelle zu einem Heiz- und/oder Kühlelement 310 als Teil der externen Prozessierungseinheit
In dieser Ausführungsform ist die weitere Komponente 200 in die Polymer-Kartusche 100 integriert, d.h. sie wird in wenigstens zwei räumlichen Dimensionen von der Kartusche 100 umschlossen. Dies erlaubt eine einfachere Ausführung der fluiddichten Verbindung 12 (z.B. eine Klebeverbindung) der weiteren Komponente 200 mit der Kartusche 100 an der vorliegenden Kontaktfläche 110. Unabhängig von dieser speziellen Ausführungsform sind die Kartusche 100 und die weitere Komponente 200 über mindestens einen Kanal bzw. eine Kammer fluidisch miteinander verbunden.
Die weitere Komponente 200 verfügt in dieser Ausführungsform über Mikro strukturen 210, insbesondere Kavitäten, sowie vorteilhafterweise über eine modifizierte Oberflächenbeschaffenheit 220, um z.B. eine kapillare Befüllung der Mikrostrukturen, insbesondere der Kavitäten zu erzielen oder um einen
unerwünschten Flüssigkeitsaustausch zwischen den Kavitäten zu verhindern. Die Kavitäten sind insbesondere regelmäßig angeordnet, sodass sich ein Array aus Kavitäten ergibt. Dies ist vorteilhaft, da dies eine einfache Indizierung und
Zuordnung der Kavitäten erlaubt. Zum Beispiel können in die Kavitäten gezielt unterschiedliche Reagenzien eingebracht werden (z.B. mittels einer Piezo- Dispensierungs- Kapillare) und im nächsten Schritt mit einer in die Kavitäten eingebrachten Flüssigkeit (z.B. einer Probenflüssigkeit) in Wechselwirkung treten. Insbesondere besitzen die Kavitäten eine spezielle Oberflächenbeschaffenheit 220, welche durch die Wechselwirkung mit der zu prozessierenden Flüssigkeit eine kapillarunterstützte Befüllung der Kavitäten bei In-Kontakt-Treten mit der zu prozessierenden Flüssigkeit erlaubt. Insbesondere weisen die Kavitäten eine zumindest in Teilbereichen vorliegende hydrophile Oberflächenbeschaffenheit auf, welche eine kapillarunterstütze Befüllung der Kavitäten mit wässrigen Lösungen erlaubt. Hierbei kann es sich insbesondere um Flüssigkeiten biologischen, insbesondere humanen Ursprungs handeln, wie z.B. einer aufgereinigten
Probenflüssigkeit oder in Lösung gebrachtes Probematerial oder um eine
Zellsuspension, eine Flüssigkeit mit Zellbestandteilen (die aus der Lyse von Zellen hervorgegangen sind) oder eine aufgereinigte Probenflüssigkeit, welche
insbesondere Desoxyribonukleinsäure-Bestandteile aufweisen kann, oder einem Master-Mix für eine Polymerase- Kettenreaktion.
Die Prozessierung der Probe in der Vorrichtung 10 erfolgt in einer externen
Prozessierungseinheit (nicht näher dargestellt). Die Prozessierungseinheit verfügt hierzu insbesondere über eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung 310 (z.B. ein Peltier- Element oder ein resistives Heizelement) für einen Wärmeaustausch mit in der Vorrichtung 10 vorliegenden Fluiden, wobei die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung 310 flächig an die weitere Komponente 200 angedrückt werden kann, z.B. unter Verwendung von Schraubendruckfedern 311, um eine mögliche Verkippung der Polymer- Kartusche 100 in der Prozessierungseinheit oder der Komponente 200 innerhalb der Polymer- Kartusche 100 (z.B. bedingt durch Fertigungstoleranzen) auszugleichen. In dieser vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 verfügt die Vorrichtung also insbesondere über eine Schnittstelle 23 zum effizienten Austausch von Wärme über die gut wärmeleitfähige Komponente 200 zwischen in der Kartusche 100 eingeschlossenen Fluiden und der Heiz- und/ oder Kühlvorrichtung 310 der Prozessierungseinheit.
Darüber hinaus kann die Prozessierungseinheit ein Optikmodul 320 enthalten, z.B. für Fluoreszenzmessungen. Das Optikmodul 320 kann sich zusammensetzen aus einem lichtempfindlichen elektronischen Bauelement wie z.B. einem CCD-Array- Sensor oder einem CMOS-Sensor (aktiver Pixelsensor, APS), einer Lichtquelle wie z.B. einer lichtemittierenden Diode (LED) oder einer Glühlampe, optischen Farbfiltern sowie weiteren optischen Komponenten wie Linsen, Blenden,
Strahlteilern, Polarisatoren. Das Optikmodul 320 erlaubt so einerseits die Abbildung und Detektion eines optischen Signals 321, welches von den in der weiteren Komponente 200 vorliegenden Flüssigkeiten und Substanzen und/oder
gegebenenfalls von der Komponente 200 selbst ausgeht. Andererseits kann das Optikmodul 320 auch für eine homogene Beleuchtung und optische Anregung 321 der in der Komponente 200 vorliegenden Flüssigkeiten und Substanzen genutzt werden. Durch Verwendung von geeigneten optischen Anregungs- und
Detektionsfarbfiltern kann so das Fluoreszenzsignal an der Komponente 200 ortsaufgelöst gemessen werden. Auf diese Weise wird zusätzlich eine optische Schnittstelle zwischen der Komponente 200 und der Prozessierungseinheit realisiert.
Fig. 3A zeigt einen mikrostrukturierten Chip 400 aus Floatglas mit einem Kavitäten- Array, der als weitere Komponente für die erfindungsgemäße Vorrichtung dient. Fig. 3 B zeigt die Integration des Chip 400 in eine mikrofluidische Polymer- Kartusche 500 einer mikrofluidischen Vorrichtung. In entsprechender Weise kann ein
mikrostrukturierter Si-Chip mit einer mikrofluidischen Kavitäten-Array-Struktur in eine mikrofluidische Kartusche integriert werden.
Fig. 4A bisC illustrieren einen mikrostrukturierten Si-Wafer mit einer modifizierten Oberflächenbeschaffenheit während einer Kontaktwinkelmessung. Fig. 4A zeigt in schematischer Weise das Messprinzip bei einer Kontaktwinkelmessung bei einem benetzten Si-Wafer. Fig. 4B und 4C illustrieren die unterschiedlichen messbaren Kontaktwinkel (0=51° bzw. 0= 10°) an Si-Wafern mit unterschiedlicher
Oberflächenbeschaffenheit. Die Verschiedenheit der Kontaktwinkel zeigt, dass sich abhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche ein unterschiedliches
Benetzungsverhalten erzielen lässt. Durch ein solches
„Kontaktwinkel- Engineering“ lässt sich eine gezielte mikrofluidische Funktionalität der weiteren Komponente der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung hersteilen.
Bei der grundlegenden Verwendung der mikrofluidischen Vorrichtung erfolgt das Prozessieren der Probeflüssigkeit innerhalb der Vorrichtung teil- oder
vollautomatisiert durch Einsetzen der Vorrichtung in eine oder mehrere externe Prozessierungseinheiten/-geräte. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass weniger manuelle Schritte zum Prozessieren der Probeflüssigkeit erforderlich sind. Das teil odervollautomatisierte Prozessieren der Probeflüssigkeit innerhalb der Vorrichtung kann erfolgen z.B. durch das Anlegen von unterschiedlichen Druckniveaus an die mikrofluidische Vorrichtung über eine geeignete Schnittstelle zwischen Polymer- Kartusche und Prozessierungseinheit und optional durch Integration einer auslenkbaren elastischen Membran in die Kartusche, welche ein gezieltes
Verdrängen oder Ansaugen von Flüssigkeiten erlaubt. Alternativ ist z. B. ein
(partielles) Evakuieren von in der Vorrichtung eingeschlossenen Kammern und Ausnutzen des von außen wirkenden Atmosphärendrucks möglich oder durch die durch Rotation der Vorrichtung hervorgerufenen Scheinkräfte (Zentrifugal-, Coriolis- und Euler- Kräfte), welche auf die Flüssigkeiten innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung wirken. In einem ersten Schritt im Vorfeld der Prozessierung wird die Probe in die Polymer- Kartusche eingegeben. In einem zweiten Schritt wird die Kartusche in eine Prozessierungseinheit oder ein Prozessierungsgerät eingegeben oder eingelegt und die nötigen Schnittstellen zwischen Prozessierungsgerät und Polymer- Kartusche mit der weiteren Komponente, welche zum Prozessieren der Probe in der Vorrichtung erforderlich sind, werden hergestellt. Solche Schnittstellen können dienen z.B. zur Übertragung von mechanischen Kräften (etwa zur Rotation der Vorrichtung und der Erzeugung von Zentrifugal- oder Corioliskräften zum Prozessieren der Probenflüssigkeit oder zum Aufbrechen und Ausdrücken von versiegelten Reagenzienvorlagerungsbehältnissen), Druck (etwa zur druckgetriebenen Prozessierung der Probeflüssigkeit, gegebenenfalls unter
Verwendung eine elastischen Membran, welche durch Auslenken zum Verdrängen von Flüssigkeiten verwendet werden kann), Wärme (etwa durch eine Heiz- oder Kühlvorrichtung), elektromagnetischer Strahlung (etwa durch ein optisches Modul zur Anregung und/oder Detektion z.B. von Fluoreszenzereignissen), Ultraschall (etwa zur Zelllyse oder zum Entgasen von Flüssigkeiten), Austausch magnetischer Kräfte (etwa zum Transport magnetischer Beads, welche eine
Oberflächenfunktionalisierung aufweisen, innerhalb der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung) oder elektrischer Energie. In einem dritten Schritt wird die Probe innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung prozessiert. Dieser Schritt kann umfassen (a) eine Aufbereitung der Probe wie z.B. ein In-Lösung-Bringen oder die Bildung einer Suspension oder Dispersion, eine Herausfilterung von Bestandteilen aus der Probe, eine Lyse von in der Probe befindlichen Pathogenen wie Bakterien oder Viren, eine Extraktion von DNS-Molekülen aus der Probe z.B. durch einen Filter oder magnetische Beads, eine Voramplifikation von vorgegebenen Targets, insbesondere von einzelnen vorgegebenen Basensequenzen durch eine
Polymerase- Kettenreaktion, (b) ein Pumpen der (aufbereiteten) Probe in eine zentrale Kammer und eine Wechselwirkung der Probe mit der weiteren
Komponente, insbesondere mit einer modifizierten Oberfläche der weiteren
Komponente und mit gegebenenfalls vorliegenden Mikrostrukturen, insbesondere ein Eindringen der Probenflüssigkeit in Mikrokavitäten und Überschichten der in den Kavitäten vorliegenden Probeflüssigkeit durch (c) Pumpen eines weiteren Fluids in die zentrale Kammer, welches die in den Kavitäten eingedrungene Proben flüssigkeit versiegelt, (d) ein Temperieren der weiteren Komponente und
insbesondere der in den Kavitäten eingeschlossenen Probenflüssigkeit,
insbesondere ein zyklisches Temperieren, z.B. für die Durchführung von
Polymerasekettenreaktionen in den Kavitäten, (e) ein optisches Auslesen der Komponente, insbesondere die Detektion eines Fluoreszenzsignals zur Analyse der Probe, insbesondere während des zyklischen Temperierens, z.B. für die
Durchführung einer (quantitativen) Echtzeit- Polymerasekettenreaktion. In einem vierten Schritt wird die Polymer- Kartusche aus der Prozessierungsgerät herausgenommen. Gegebenenfalls wird ein Analyseergebnis von dem
Prozessierungsgerät ausgegeben. Gegebenenfalls kann die in dem zweiten und dritten Schritt beschriebene Prozessierung der Probe auch in mehreren Prozessierungsgeräten erfolgen.
Bei einem bevorzugten Herstellungsverfahren der mikrofluidischen Vorrichtung werden zunächst die Polymerbauteile für die Polymer- Kartusche und für die weitere Komponente separat voneinander gefertigt. Die Herstellung der Polymerbauteile erfolgt hierbei vorzugsweise durch Hochdurchsatzverfahren wie Spritzgießen oder Thermoformen von Polymermaterial wie z. B. PC, PP, PE, COP/COC oder PMMA. Für die Fertigung der weiteren Komponente können je nach vorgegebener Funk tionalität der Komponente Halbzeuge wie z.B. Silizium-Wafer, Glas-Wafer oder Metallbleche verwendet werden, welche dann insbesondere mikrostrukturiert werden können. Für die Mikrostrukturierung von Silizium können insbesondere aus der Halbleiterindustrie und Mikrosystemtechnik etablierte Strukturierungsverfahren auf Wafer- Level eingesetzt werden. Als Ausgangspunkt dazu können z.B. Si- Wafer mit nativem Oxid, Si-Wafer mit amorphem Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid, oder anders beschichtete Si-Wafer dienen. Für die Mikrostrukturierung der in Silizium- Komponenten mit Kavitäten- Array- Strukturen kann etwa ein strukturierter Resist als Maske auf die Wafer aufgebracht werden. Als Resist kann z.B. ein Fotolack zum Einsatz kommen, welcher belichtet und entwickelt worden ist. Im nächsten Schritt erfolgt dann ein isotropes oder anisotropes Ätzen des Substrats (trocken, nasschemisch, plasmaunterstützt), insbesondere ein anisotropes Ätzen wie das reaktive lonentiefenätzen (Bosch- Prozess) zur Erzeugung von Kavitäten mit einem hohen Aspektverhältnis oder ein nasschemisches Ätzen, z.B. mit heißer Kalilauge zur Erzeugung von pyramidalen Kavitäten, Kanälen und Kammern, welche aufgrund der sich hierbei ausbildenden abgeschrägten Seitenwände (z.B. 54.7°) eine vorteilhafte Geometrie im Hinblick auf eine gute mikrofluidische Befüllbarkeit aufweisen können. Nach dem Ätzen kann eine Reinigung der Wafer erfolgen (z.B. RCA-Reinigung, Plasmareinigung) oder ein Entfernen des Resists oder es kann optional eine weitere Abscheidung durchgeführt werden zur Modifikation der Oberflächenbeschaffenheit und des Benetzungsverhaltens (z.B. kann eine Siliziumdioxid-Oberfläche erzeugt werden durch z.B. thermische Oxidation oder eine Siliziumnitrid-Oberfläche durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) wie Niederdruck-CVD (LPCVD) oder plasmaunterstütze CVD (PECVD)). Für die Erzeugung einer lokal verschiedenen Oberflächenbeschaffenheit kann es sich insbesondere anbieten, den Resist erst nach Modifikation der Substratoberfläche zu entfernen, sodass der Resist als Maske für diesen Schritt dient. Zur Reinigung der Komponente (insbesondere zur Entfernung organischer Rückstände) kann eine Plasmabehandlung (z.B. 02-Plasma) oder eine nasschemische Reinigung (z.B. mit Peroxomonoschwefelsäure (,, Piranha- Lösung“) erfolgen. Neben einer
Schichtabscheidung können auch gezielt Lösungen auf die Komponente aufgebracht werden (z.B. mithilfe einer Piezo-Dispensierungs-Kapillare), um nach Verdampfen des Lösemittels eine Abscheidung von zuvor in Lösung befindlichen Stoffe zu erzielen. Die auf der Oberfläche der weiteren Komponente auf diese Weise aufgebrachten oder eingetrockneten Substanzen (z.B. Polyethylenglykol (PEG), Xanthan, Trehalose, Agarose oder Mischungen daraus) können so ebenfalls für eine vorteilhafte Modifikation des Benetzungsverhaltens nutzbar gemacht werden. Insbesondere kann z.B. durch ein Eintrocknen derartiger geeigneter Substanzen in zuvor in das Substrat eingebrachte Kavitäten gegebenenfalls eine bessere mikrofluidische Befüllbarkeit der Kavitäten erzielt werden.
Eine Mikrostrukturierung der weiteren Komponente kann auch durch andersartige Strukturierungsverfahren wie z.B. durch eine Materialbearbeitung mit einem Laser erfolgen (z.B. bei Floatglas). Dafür können abhängig von dem verwendetem Substratmaterial wie einem Metall, Glas oder Halbleiter verschiedenartige
Lasersysteme (z.B. Ultrakurzpuls-Laser) zum Einsatz kommen, um z.B. einen möglichst hohen Abtrag bei der Strukturierung zu erzielen. Darüber hinaus kann die Strukturierung einer Glas- Komponente auch durch nasschemisches Ätzen z.B. mit Flusssäure, z.B. unter Verwendung eines fotostrukturierbaren Glases wie Foturan oder eines fotolithographischen Prozesses erfolgen. Für die Herstellung einer Komposit- Komponente aus Glas und Silizium kann insbesondere auf anodisch bondbares Glas zurückgegriffen werden.
Nach Fertigung der weiteren Komponente kann diese mit der Polymer- Kartusche bzw. einem oder mehreren Polymerbauteilen, welche die Polymer- Kartusche bilden, verfügt werden. Die Verfügung kann durch eine Klebeverbindung hergestellt werden. Hierbei kann es sich z.B. um einen Silikonklebstoff oder geeigneten Epoxidklebstoff handeln, welcher insbesondere für die u.U. vorliegende unterschiedliche Wärmeausdehnung und Oberflächenbeschaffenheit der weiteren Komponente und der Polymer-Kartusche geeignet ist. Das Kartuschenbauteil mit der Kontaktfläche zur Komponente kann gegebenenfalls Zentriernasen aufweisen, um die Position der weiteren Komponente festzulegen. Für eine Hochdurchsatzfertigung kann z.B. ein Positionierungs- und Dispensierroboter eingesetzt werden, welcher die weitere Komponente in das Kartuschenbauteil einlegt und dann eine Kleberaupe um die weitere Komponente legt. Durch Verwendung eines Klebstoffs mit einem geeigneten Benetzungsverhalten kann sichergestellt werden, dass sowohl die weitere Komponente als auch das Kartuschenbauteil mit dem Klebstoff benetzt werden, sodass eine zuverlässige fluiddichte Klebeverbindung erreicht wird.
Insbesondere werden dabei vorzugsweise nur die Seitenwände der weiteren Komponente benetzt, nicht jedoch die Unterseite, welche damit als
Wärmeschnittstelle fungieren kann. Ferner kann insbesondere ein lichtaushärtender Klebstoff eingesetzt werden, um ein besonders schnelles Verkleben und damit einen hohen Durchsatz bei der Fertigung zu erzielen. Alternativ kann die weitere
Komponente auch lediglich in ein Polymerbauteil der Polymer- Kartusche eingelegt werden, insbesondere so, dass beim Verfügen der Polymerbauteile zu der Polymer- Kartusche eine Fixierung der weiteren Komponente innerhalb der Po lym er- Kartusche hergestellt wird.
Die Verfügung der einzelnen Polymerbauteile zur Polymer- Kartusche kann erfolgen durch z.B. Laserdurchstrahlschweißen mit einem thermoplastischen Elastomer (TPE) wie Polyurethan (TPU) oder Styrol- Blockcopolymer (TPS), insbesondere unter Verwendung von Schweißmasken, um einen hohen Durchsatz bei der Fertigung zu erzielen, oder ein Verkleben der Polymerbauteile.
Nach dem Verfügen der weiteren Komponente mit der Polymer- Kartusche bzw. der vollständigen Verfügung der Kartusche mit der integrierten weiteren Komponente kann die mikrofluidische Vorrichtung luftdicht verpackt werden, insbesondere bei vermindertem Druck oder unter einer chemisch inerten Schutzatmosphäre.
Hierdurch wird eine unerwünschte Terminierung, also eine physikalische oder chemische Veränderung der Oberfläche der mikrofluidischen Vorrichtung durch Bestandteile der Atmosphäre bei der Lagerung, insbesondere bei der weiteren Komponente mit einer modifizierten Oberflächenbeschaffenheit, verhindert.
Die folgende Auflistung erläutert beispielhafte Abmessungen für die mikrofluidische Vorrichtung:
Dicke der Polymersubstrate: 0,1 mm bis 10 mm, bevorzugt 1 mm bis 3 mm Kanalquerschnitte: 10 x 10 qm2 bis 3 x 3 mm2, bevorzugt 100 x 100 qm2 bis 1 x 1 mm2
Kammerabmessungen: 1 x 1 x 0,1 mm3 bis 100 x 100 x 10 mm3, bevorzugt 3 x 3 x 0,3 mm3 bis 30 x 30 x 3 mm3
Laterale Abmessungen eines gesamten Systems: 10 x 10 mm2 bis 200 x 200 mm2, bevorzugt 30 x 30 mm2 bis 100 x 100 mm2
Dicke des Substrats der weiteren Komponente: lOpm bis 10mm, bevorzugt lOOprn bis 3mm
Laterale Ausdehnung der weiteren Komponente: 0,1 x 0,1 mm2 bis 50 x 50 mm2, bevorzugt l x l mm2 bis 20 x 20 mm2
Im Fall eines Kavitäten-Array-Chips für eine (spektral-multiplexe) digitale Polymerasekettenreaktion kann eine Spezifikation der weiteren Komponente beispielsweise folgendermaßen realisiert sein:
Anzahl der Kavitäten: 100 bis 1.000.000, bevorzugt 1.000 bis 100.000
Volumen einer Kavität: 1 pl bis 1 pl, bevorzugt 10 pl bis 100 nl
Durchmesser einer Kavität: 5 pm bis 200 pm, bevorzugt 30 pm bis 100 pm
Eine beispielhafte Spezifikation der weiteren Komponente für den Fall eines Kavitäten-Array-Chips für eine (geometrisch-multiplexe) quantitative
Polymerasekettenreaktion kann beispielsweise folgendermaßen realisiert sein:
Anzahl der Kavitäten: 2 bis 1.000, bevorzugt 10 bis 200
Volumen einer Kavität: 10 pl bis 10 pl, bevorzugt 100 pl bis 1 pl
Durchmesser einer Kavität: 30 pm bis 1000 pm, bevorzugt 100 pm bis 500 pm

Claims

Ansprüche
1. Mikrofluidische Vorrichtung (10) zur Prozessierung von chemischen und/oder biologischen Substanzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Polymer- Kartusche (100) und wenigstens eine weitere Komponente (200) aufweist, wobei die weitere Komponente (200) über wenigstens eine
mikrofluidische Schnittstelle (101, 102, 103) an die Polymer- Kartusche (100) angebunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere
Komponente (200) mikrostrukturiert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Komponente (200) eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Polymer- Kartusche (100) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die weitere Komponente (200) wenigstens eine
Temperaturaustausch-Schnittstelle, insbesondere eine Kontaktfläche (23) für ein angrenzendes Heiz- und/oder Kühlelement (310), aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die weitere Komponente (200) wenigstens eine optische Schnittstelle aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die weitere Komponente (200) Silizium und/oder Glas und/oder Halbleitermaterialien und/oder Metalle umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die weitere Komponente (200) eine vorgebbare
Oberflächenbeschaffenheit aufweist, wobei die Oberflächenbeschaffenheit hydrophil oder hydrophob oder in Teilbereichen hydrophil und/oder hydrophob ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Oberflächenbeschaffenheit eine biologische und/oder biochemische
Funktionalisierung umfasst.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Prozessierung in einer externen Prozessierungseinheit vorgesehen ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Komponente (200) separat von der Polymer- Kartusche (100) gefertigt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fertigung der weiteren Komponente (200) wenigstens eine fotolithographische
Maskierungsschicht aufgebracht wird.
12. Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Prozessierung von chemischen und/oder biologischen Substanzen.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Prozessierung automatisiert, insbesondere vollautomatisiert, erfolgt.
14. Verwendung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) für Analysen in der medizinischen Diagnostik eingesetzt wird.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202019106036U1 (de) * 2019-10-30 2019-12-02 Vibracoustic Ag Lagerstrukturbauteil
FR3117045A1 (fr) * 2020-12-04 2022-06-10 Bforcure Puce de détection PCR, appareil de test associé et système d’analyse de mise en œuvre
DE102020215981A1 (de) * 2020-12-16 2022-06-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Prozessierungseinheit, Analysekartusche mit Prozessierungseinheit, Verfahren zum Herstellen einer Prozessierungseinheit und Verfahren zum Herstellen einer Analysekartusche
DE102020135053B4 (de) * 2020-12-29 2022-12-15 Biflow Systems Gmbh Mikrofluidikvorrichtung mit Reststoffbehälter und Analysesystem
DE102021203897A1 (de) * 2021-04-20 2022-10-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Erkennen von kernhaltigen Zellen in einer Probenflüssigkeit eines Patienten unter Verwendung einer mikrofluidischen Vorrichtung und mikrofluidische Vorrichtung
DE102022209416B3 (de) 2022-09-09 2023-12-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikrofluidische Vorrichtung
DE102022209418A1 (de) * 2022-09-09 2024-03-14 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zu ihrem Betrieb
DE102022209420A1 (de) 2022-09-09 2024-03-14 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Array für eine mikrofluidische Vorrichtung, mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zu ihrem Betrieb.

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5498392A (en) * 1992-05-01 1996-03-12 Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale polynucleotide amplification device and method
US20070243634A1 (en) * 2006-04-18 2007-10-18 Pamula Vamsee K Droplet-based surface modification and washing
US20130137591A1 (en) * 2007-02-15 2013-05-30 Charles E. Clemens Fluidics devices
EP2894456A1 (de) * 2014-01-14 2015-07-15 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidisches System sowie Verfahren zum Vorbereiten und Analysieren einer Zellen enthaltenden Probe biologischen Materials

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5639423A (en) * 1992-08-31 1997-06-17 The Regents Of The University Of Calfornia Microfabricated reactor
US5856174A (en) * 1995-06-29 1999-01-05 Affymetrix, Inc. Integrated nucleic acid diagnostic device
EP1180135B1 (de) * 1999-05-28 2005-08-17 Cepheid Anlage zum brechen von zellen
US6503454B1 (en) * 2000-11-22 2003-01-07 Xerox Corporation Multi-ejector system for ejecting biofluids
US20030224371A1 (en) * 2002-06-04 2003-12-04 Thomas Bradley S. Integrated cartridge for sample manipulation
US20050026181A1 (en) * 2003-04-29 2005-02-03 Genvault Corporation Bio bar-code
KR101422572B1 (ko) * 2006-09-05 2014-07-30 삼성전자주식회사 핵산 검출을 위한 원심력 기반의 미세유동장치 및 이를포함하는 미세유동시스템
KR101102532B1 (ko) * 2008-07-10 2012-01-03 삼성전자주식회사 시약 카트리지, 시약 카트리지를 구비하는 미세유동장치, 그 제조방법, 및 이를 이용한 시료분석방법
US20110229927A1 (en) * 2008-08-01 2011-09-22 Smart Biosystems Aps Sample port of a cell culture system
DK2676136T3 (da) * 2011-02-15 2021-03-15 Hemosonics Llc Indretninger, systemer og fremgangsmåder til vurdering af hæmostase
US20160107159A1 (en) * 2013-05-27 2016-04-21 Star Array Pte Ltd Microfluidic device and method for controlling fluid flow thereinto
EP2878375A1 (de) * 2013-11-29 2015-06-03 Genewave Mikrofluidische Kartusche für molekulare Diagnose, Andockstation mit solch einer mikrofluidischen Kartusche und Verfahren zur Analyse einer biologischen Probe

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5498392A (en) * 1992-05-01 1996-03-12 Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale polynucleotide amplification device and method
US20070243634A1 (en) * 2006-04-18 2007-10-18 Pamula Vamsee K Droplet-based surface modification and washing
US20130137591A1 (en) * 2007-02-15 2013-05-30 Charles E. Clemens Fluidics devices
EP2894456A1 (de) * 2014-01-14 2015-07-15 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidisches System sowie Verfahren zum Vorbereiten und Analysieren einer Zellen enthaltenden Probe biologischen Materials

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