WO2020083765A1 - Abschirmvorrichtung für ein chiplabor-analysegerät, chiplabor-analysegerät und verfahren zum betreiben eines chiplabor-analysegeräts - Google Patents

Abschirmvorrichtung für ein chiplabor-analysegerät, chiplabor-analysegerät und verfahren zum betreiben eines chiplabor-analysegeräts Download PDF

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WO2020083765A1
WO2020083765A1 PCT/EP2019/078339 EP2019078339W WO2020083765A1 WO 2020083765 A1 WO2020083765 A1 WO 2020083765A1 EP 2019078339 W EP2019078339 W EP 2019078339W WO 2020083765 A1 WO2020083765 A1 WO 2020083765A1
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WO
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cartridge
chip laboratory
hollow body
shielding device
opening
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/078339
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French (fr)
Inventor
Karsten Seidl
Tino Frank
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L9/00—Supporting devices; Holding devices
    • B01L9/52—Supports specially adapted for flat sample carriers, e.g. for plates, slides, chips
    • B01L9/527—Supports specially adapted for flat sample carriers, e.g. for plates, slides, chips for microfluidic devices, e.g. used for lab-on-a-chip
    • 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
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/168—Specific optical properties, e.g. reflective coatings
    • 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
    • B01L3/502715—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 interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces

Definitions

  • the invention is based on a device or a method according to the type of the independent claims.
  • IVD In-vitro diagnostics
  • the sample or the sample can be entered into a disposable cartridge. After entering the cartridge into the analyzer, the diagnostic test can be carried out fully automatically.
  • Shielding device for shielding a light path between one
  • connection component for connecting and electrically contacting an optical unit of a chip laboratory analysis device with an exchangeable chip laboratory cartridge.
  • the connecting component is shaped to guide light between the optical unit and the chip laboratory cartridge, and for this purpose optically seals an area between the optical unit and the chip laboratory cartridge against other light influences such as ambient or scattered light.
  • the light path formed in this way is also protected from interfering particles such as dust particles whirling around, which reduces interference in optical measurements, which advantageously increases the measurement accuracy.
  • the implementation of an electrical interface on the connecting component advantageously enables a compact design.
  • a shielding device for shielding a light path between an optical unit of a chip laboratory analysis device and a chip laboratory cartridge for a chip laboratory analysis device comprises a hollow body and a contact element arranged on the hollow body.
  • the hollow body has an optical opening for connecting the hollow body to the optical unit.
  • the hollow body has a cartridge opening for connecting the hollow body to the chip laboratory cartridge.
  • the hollow body is shaped to block the light path between the optics opening and the
  • the chip laboratory analysis device can be a device for recording or evaluating a diagnostic method, which by means of a
  • Chip laboratories a microfluidic system, is carried out.
  • the chip laboratory cartridge can be designed as a disposable cartridge and one
  • the optical unit can be a light source, for example a light-emitting diode, or an opto-mechanical assembly which, in addition to the light source, for example a lens, a lens and one Detector can include.
  • the optical unit can also be used for optical diagnostics, for example to observe the amplification of DNA by means of a fluorescence measurement after each polymerase chain reaction cycle.
  • the hollow body can be a cylindrical rigid base body, for example made of a dark plastic or a coated metal.
  • the contact element can be designed as a spring contact pin or as a zero force base.
  • the optics opening can be shaped, for example, for positive, non-positive or material connection with an element of the optics unit.
  • the cartridge opening can be configured opposite the optics opening and have an inner diameter that can correspond to a diameter of a total field of view of the optics unit.
  • the light path formed by means of the hollow body between the optical unit and the chip laboratory cartridge can be used, for example, to guide light emitted by a light source of the optical unit in the direction of the chip laboratory cartridge, or light reflected or emitted by the chip laboratory cartridge in the direction of the optical unit to lead. Shielding the light path from
  • Ambient light is advantageous for a measuring accuracy of an optical measurement carried out by means of the optical unit.
  • the hollow body can optically separate the light path, for example, from components of the chip laboratory cartridge or the chip laboratory analyzer with high autofluorescence.
  • the hollow body can be shaped as a hollow truncated cone.
  • the cartridge opening can have a larger diameter than the optics opening.
  • the cartridge opening can be realized, for example, on a base area and the optics opening on a top surface of the hollow truncated cone.
  • the hollow body can also be designed as a hollow cylinder, as a hollow truncated pyramid or as a hollow cuboid. The shaping of the hollow body as a hollow truncated cone is advantageous in order to visually shield a large area of the chip laboratory cartridge with a compact design.
  • the shielding device can comprise a further contact element.
  • the further contact element can be used for further electrical contacting of the chip laboratory cartridge on the hollow body be arranged.
  • the contact element can be shaped as a plug unit with a plurality of pins and adjacent to it
  • Cartridge opening can be arranged.
  • the shielding device according to one embodiment
  • the connecting element can be arranged on a side wall of the hollow body.
  • the contact line can be shaped to connect the contact element to the connecting element.
  • Connecting element can thus be designed as a counterpart of the contact element.
  • the connecting element can, for example, be arranged completely or partially on an outer side of the side wall of the hollow body.
  • the shielding device can also have a plurality of contact elements and connecting elements.
  • the hollow body can thus be used for arranging or fastening components for electrical signal processing, which is advantageous in terms of a compact design.
  • the hollow body may have a through opening for passing the contact line.
  • Through opening can be formed, for example, as a recess or as a bore in the hollow body.
  • the through opening can be shaped to at least partially enclose the contact element and the connecting element. The through opening advantageously enables mechanical protection of the contact line.
  • the shielding device can comprise a circuit carrier.
  • the circuit carrier can be arranged on a side wall of the hollow body and can be electrically conductive with the contact element be connected. This is advantageous in terms of a compact design.
  • the circuit carrier can be a circuit board, for example.
  • the shielding device can also have a plurality of circuit carriers, which can be arranged, for example, around the hollow body on an outside of the side wall.
  • the circuit carrier can be designed, for example, to process signals of the contact element.
  • the chip laboratory analysis device comprises an optical unit with a light source, a receiving area for receiving a chip laboratory cartridge and one
  • Embodiment of the above-mentioned shielding device In the assembled state of the shielding device, the optics opening of the optics unit and the cartridge opening face the receiving area.
  • the shielding device can be used as a mechanical and electrical interface between the optical unit and a chip laboratory cartridge accommodated in the receiving area.
  • the chip laboratory analysis device can also have a pressing unit.
  • the pressing unit can be designed to press the chip laboratory cartridge onto the shielding device in order to
  • the pressing unit can be designed as a mechanically or electrically movable unit.
  • the pressing unit advantageously enables precise pressing and thereby optical sealing and connecting the shielding device to the chip laboratory cartridge.
  • a method for operating an embodiment of the chip laboratory analysis device mentioned above has a step of receiving and a step of pressing.
  • the chip laboratory cartridge is recorded in the recording area.
  • the pressing step the chip laboratory cartridge is pressed onto the shielding device, around the cartridge opening and the like
  • Fig. 1 is a schematic representation of a chip laboratory analyzer with a shielding device for shielding a light path between a
  • FIGS. 2 to 4 show a schematic illustration of a shielding device for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of part of a shielding device for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a shielding device for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 7 to 9 show a schematic illustration of a chip laboratory analysis device with a shielding device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a chip laboratory cartridge for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 11 shows a flowchart of a method for operating a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a chip laboratory analysis device 100 with a shielding device 105 for shielding a light path 107 between an optical unit 110 of the chip laboratory analysis device 100 and a chip laboratory cartridge 115 according to an exemplary embodiment.
  • the chip laboratory analysis device 100 comprises the optical unit 110 with a light source 120.
  • the chip laboratory cartridge 115 is received in a receiving area 125.
  • the shielding device 105 comprises a hollow body 130 and a contact element 135.
  • the hollow body 130 has an optics opening 140 for connecting the hollow body 130 to the optics unit 110. In the assembled state shown here, the optics opening 140 faces the shielding device 105 of the optics unit 110 and is connected to the optics unit 110.
  • the hollow body 130 has a cartridge opening 145 for connecting the hollow body 130 to the chip laboratory cartridge 115.
  • the chip laboratory analysis device 100 comprises the optical unit 110 with a light source 120.
  • the chip laboratory cartridge 115 is received in a receiving area 125.
  • the shielding device 105 comprises
  • Cartridge opening 145 facing the chip laboratory cartridge 115 and connected to the chip laboratory cartridge 115.
  • the hollow body 130 is shaped to shape the light path 107 between the optics opening 140 and the cartridge opening 145 and to shield it from ambient light.
  • the light path 107 can use the entire space enclosed by the hollow body 130 between the optics opening 140 and the cartridge opening 145.
  • the contact element 135 for making electrical contact with the chip laboratory cartridge 115 is arranged on the hollow body 130.
  • the hollow body 130 is designed here as an example as a hollow truncated pyramid.
  • the shielding device 105 comprises according to that shown here
  • an optional further contact element 150 in addition to the contact element 135, an optional further contact element 150.
  • the further contact element 150 is arranged on the hollow body 130 for further electrical contacting of the chip laboratory cartridge 115.
  • the contact element 135 and the further contact element 150 are arranged adjacent to the cartridge opening 145 for the electrical contacting of the chip laboratory cartridge 115.
  • the chip laboratory cartridge 115 has, for example, two microfluidic chambers.
  • an area 155 of the chip laboratory cartridge 115 is shown by way of example, also called “area of interest” or “region of interest (ROI)”, which can be detected by means of the optical unit 110 with an image sensor. This area 155 is shielded by means of the shielding device 105.
  • An inner diameter of the hollow body 130 corresponds to a diameter of the area 155, which corresponds to a total field of view of the optical unit 110.
  • the optics unit 110 optionally includes one or more lenses and objectives and a detector.
  • the chip laboratory cartridge 115 is designed here, for example, as a single-use microfluidic chip.
  • the shielding device 105 can also be referred to as a light guide cylinder, which optically separates the light path 107 between a fixed optical unit, the optical unit 110 and a one-way lab-on-chip unit, the chip laboratory cartridge 115 and at the same time an interface for the electrical connection of the chip laboratory Cartridge 115 to chip laboratory analyzer 100 enables.
  • the shielding device 105 can also be described as an “integral light guide cone for shielding optical paths and electrical contacting of electro-optofluidic lab-on-chip units”.
  • Components of the chip laboratory cartridge 115 or of the chip laboratory analyzer 100 are formed from materials with a high level of autofluorescence. An optical separation is possible here through the shielding device 105. Dust, which can accumulate in the chip laboratory analysis device 100 due to the period of use and can be whirled around by the cooling in the chip laboratory analysis device 100, is also shielded by the shielding device 105. These dust particles, which are used in optical measurements, especially in local
  • the optics opening 140 has a diameter of less than 10 mm and the cartridge opening 145 has a diameter of less than 30 mm.
  • a height of the hollow body 130 is, for example, less than 50 mm.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a shielding device 105 for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment.
  • the one shown here Shielding device 105 is similar to or corresponds to the shielding device described with reference to FIG. 1 and accordingly comprises the hollow body 130 with the optics opening 140, the cartridge opening 145 and the contact element 135 arranged on the hollow body and optional further ones
  • the hollow body 130 is shaped as a hollow truncated cone.
  • the cartridge opening 145 has a larger diameter than the optics opening 140.
  • the hollow body 130 is formed, for example, from a dark plastic or metal, for example from aluminum, with a black anodized layer.
  • the anodized layer has the additional effect that the conductivity of the aluminum is reduced.
  • the hollow body 130 can be produced by injection molding or milling.
  • a side wall inner surface of the hollow body 130 is optionally provided with a black color.
  • the hollow body 130 can also be shaped as a hollow truncated pyramid, as a hollow cuboid or as a hollow cylinder, with a correspondingly shaped optical aperture 140 and cartridge opening 145.
  • the contact element 135 and the two further contact elements 150 shown here by way of example are arranged adjacent to the cartridge opening 145 and, in accordance with the exemplary embodiment shown here, are each formed as an electrical plug unit with a plurality of pins.
  • Connector units here include three pins as an example.
  • a free end of the pin protrudes above the hollow body 130.
  • a longitudinal axis of the pins runs parallel to a longitudinal axis of the hollow body 130, which corresponds here to an axis of rotation of the hollow body 130 as a truncated cone.
  • the contact element 135 and the further contact elements 150 and thus the pins of the plug units are arranged on an annular base surface of the hollow body 130 which surrounds the cartridge opening 145.
  • the pins can, for example, be inserted into corresponding contact openings in the chip laboratory cartridge when they are connected to the chip laboratory cartridge.
  • the pins are, for example, as spring contact pins or executable as a zero force base.
  • a thickness of the hollow body corresponds, for example, to a plug size of the pin of the plug unit.
  • the shielding device 105 comprises according to that shown here
  • Embodiment also a plurality of connecting elements 205 for electrically contacting the optical unit.
  • a connecting element 205 is assigned to each contact element 135, 150.
  • the connecting elements 205 are arranged on a side wall of the hollow body 130, in this case an outer lateral surface of the hollow body 130 as a truncated cone. Three connecting elements 205 are shown here by way of example, each one
  • the shielding device 105 comprises a plurality of contact lines for providing electrically conductive connections between the
  • the connecting elements 205 can be implemented, for example, as a spring contact pin, as a plug unit with a plurality of pins or as a zero force base.
  • Connecting elements 205 are provided.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a shielding device 105 for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment.
  • the shielding device 105 shown here is similar or corresponds to that shown in FIG. 2
  • Shielding device A view of an end of the shielding device 105 is shown, which corresponds in the assembled state to the end facing the optical unit.
  • the optics opening 140 of the hollow body 130 is shown, an annular base surface 360 of the hollow body 130 surrounding the optics opening 140, and the connecting elements 205 arranged on the side wall of the hollow body.
  • the shielding device 105 here has, for example, four connecting elements 205 that are evenly spaced from one another.
  • the arrangement of the shown here Connecting elements 205 illustrates the possibility of being rigid
  • the hollow body 130 on the hollow body 130 further electrical connection units, for example also in order to electrically contact further units of the chip laboratory analysis device, such as a thermal unit, with the chip laboratory cartridge.
  • the hollow body 130 can be used with correspondingly implemented electrical interfaces as a universal connection unit. No change in the shape of the hollow body 130 is required, which is advantageous in terms of a compact design and an arrangement in existing chip laboratory analysis devices.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a shielding device 105 for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment.
  • the shielding device 105 shown here is similar or corresponds to the shielding device shown in FIGS. 2 and 3.
  • a view of an end of the shielding device 105 is shown, which corresponds in the assembled state to the end facing the chip laboratory cartridge.
  • the cartridge opening 145 and additionally the optics opening 140 can be seen.
  • an inside of the outer surface of the hollow body 130 is shown as a hollow body stump.
  • An annular base surface 460 of the hollow body 130 enclosing the cartridge opening 145 is shown, on which four equally spaced contact elements 135 are arranged here by way of example.
  • the contact elements 135 are designed, for example, as plug units, each with three pins leading to the chip laboratory cartridge, the contact elements 135 each being one of four
  • Connection elements 205 is assigned.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of part of a shielding device for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment.
  • a section through a section of a side wall of the hollow body 130 with the cartridge opening 145 is shown.
  • the shielding device 105 which is similar or corresponds to the shielding devices described with reference to the previous figures, comprises the contact element 135 and the connecting element 205.
  • the hollow body has a through opening 505 for the passage of a contact line 510.
  • the contact line 510 connects the contact element 135 to the Connecting element 205.
  • the through opening 505 is shaped to partially enclose the contact element 135 and the connecting element 205.
  • the connecting element 205 can be used as a counterpart of the contact element 135.
  • the contact element 135 can also be used as a plug for the chip laboratory cartridge and the connecting element 205 as a plug
  • Through opening 505 is designed here as a meeting vertical bore and horizontal bore through the shell of the hollow body 130, through the intersection of the straight line creates a connection that
  • Connecting elements 205 can be inserted into the through opening 505 in order to be partially enclosed by them.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a shielding device 105 for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment.
  • a top view of the shielding device 105 is shown, which is similar or corresponds to the shielding device described with reference to the previous figures.
  • Hollow body 130 is also shaped as a hollow truncated cone.
  • the shielding device 105 also has a plurality of circuit carriers 605, three of which are shown in FIG. 6
  • Circuit carrier 605 can be seen.
  • the total of four circuit carriers 605, for example, are designed here as circuit boards.
  • Circuit carriers 605 are each on the side wall of the hollow body 130
  • each circuit carrier 605 is electrically connected to one of the connecting elements 205, which are each connected to one of the contact elements 135.
  • a further plug unit or cabling can also be arranged directly on the side wall.
  • each connector i.e. each contact element 135, has its own circuit board. It is also possible to use a single circuit carrier 605 for several contact elements 135.
  • the hollow body 130 is therefore not only used here as optical protection and electrical connection interface, but also as a fastening for components of the electrical signal processing. Further electrical components such as transistors or resistors can also be attached to the outer jacket of the truncated cone, that is to say to the side wall of the hollow body 130. This enables a dense construction and universal processing of the signals.
  • FIGS. 7 to 9 each show a schematic illustration of a chip laboratory analysis device 100 with a shielding device 105 according to one
  • the chip laboratory analysis device 100 shown here is similar to the chip laboratory analysis device shown in FIG. 1, with the shielding device 105, the optical unit 110, and the chip laboratory cartridge 115 accommodated in the receiving area. According to the exemplary embodiment shown here, the chip laboratory analysis device 100 also has a pressing unit 705. The
  • the pressing unit 705 is designed to press the chip laboratory cartridge 115 onto the shielding device 105 in order to connect the cartridge opening and the contact elements 135 to the chip laboratory cartridge 115.
  • FIGS. 7 to 9 show an example of an automatic connection of the chip laboratory cartridge 115 to the shielding device 105 and thus to the chip laboratory analysis device 100.
  • the pressing unit 705 is movable and designed to move the chip laboratory cartridge 115 in the direction of the
  • the optical unit 110 and the shielding device 105 are formed here as rigid elements.
  • FIG. 7 shows a first sub-step of the pressing process of the chip laboratory cartridge 115 on the shielding device 105.
  • the chip laboratory cartridge 115 is initially received in the receiving area.
  • the chip laboratory cartridge 115 is pushed onto the pressing unit 705, which is shown here by the arrow 710.
  • the pressing unit 705 is aligned in such a way that a detection area or “region of interest ”(ROI) on a camera of the optical unit 110 is congruent with the chip laboratory cartridge 115.
  • the chip laboratory cartridge 115 is moved in the direction of the shielding device 105 by means of the pressing unit 705.
  • the pressing unit 705 By changing the z direction of the pressing unit 705, it is possible to bring the chip laboratory cartridge 115 into the focus plane. This is done by lifting the pressing unit 705 in the direction of the shielding device 105 and the optics unit 110, here shown by the arrow 805 pointing in the direction of the shielding device 105.
  • FIG. 9 shows a third sub-step of the pressing process of the chip laboratory cartridge 115 onto the shielding device 105.
  • Reaching the focal plane by lifting the chip laboratory cartridge 115 by means of the pressing unit 705 and the optical sealing and complete electronic connection of the chip laboratory cartridge 115 by means of the Shielding device 105 is a simultaneous event at the end of the pressing process.
  • the pressing and connecting of the chip laboratory cartridge 115 with the shielding device 105 is shown. If the chip laboratory analysis device 100 additionally has heaters, pneumatics or sonotrodes, then their ideal pressings with the
  • the focus level is harmonized, so that a connection is also made here by the pressing process using the pressing unit 705. Because the shown
  • Interface design is universal, such an interaction can be made possible.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a chip laboratory cartridge 115 for a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment.
  • the chip laboratory cartridge 115 shown here is similar or corresponds to the chip laboratory cartridge 115 described with reference to previous figures. In the one shown here
  • the exemplary embodiment is the area 155 which marks the area of the cartridge which can be detected by means of an image sensor of the optical unit, as well as a fluidic network 1005 of the chip laboratory cartridge 115 and electrical connections in the form of an electrical network 1010 of the chip laboratory cartridge 115. It is thus shown how the universal interface of the shielding device on the Chip laboratory cartridge 115 is transferable, with design freedom for
  • the chip laboratory cartridge 115 has a defined total geometry, its structure and its fluidic
  • the area 155 also shows where optical evaluations are possible, and the electrical network 1010 shows where electrical interfaces are implemented. If no electronics are required, recesses for plug pins must be provided at the corresponding points in the electrical network 1010, so that the pressing process has no interfering effects.
  • the chip laboratory cartridge 115 shown here can thus be used for optical applications such as absorption, fluorescence and chemiluminescence measurements and electrical applications such as electrophoresis, redox processes or pH measurements and for their combinations.
  • FIG. 11 shows a flowchart of a method 1100 for operating a chip laboratory analysis device according to an exemplary embodiment.
  • the method 1100 can be used, for example, to operate an exemplary embodiment of the chip laboratory analysis device described with reference to the previous figures.
  • the method 1100 comprises a step 1105 of picking up and a step 1110 of pressing on.
  • the pressing step 1110 is described by way of example in three sub-steps with reference to the preceding FIGS. 7 to 9.
  • step 1105 of the recording the chip laboratory cartridge is recorded in the recording area.
  • step 1110 of pressing the chip laboratory cartridge is pressed onto the shielding device, around the cartridge opening and the like
  • an exemplary embodiment comprises an “and / or” link between a first feature and a second feature, this is to be read in such a way that the exemplary embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to a further embodiment either only that has the first feature or only the second feature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung (105) zum Abschirmen eines Lichtwegs (107) zwischen einer Optikeinheit (110) eines Chiplabor-Analysegeräts (100) und einer Chiplabor-Kartusche (115) für ein Chiplabor-Analysegerät (100). Die Abschirmvorrichtung (105) umfasst einen Hohlkörper (130) und ein Kontaktelement (135). Der Hohlkörper (130) weist eine Optiköffnung (140) zum Verbinden des Hohlkörpers (130) mit der Optikeinheit (110) und eine Kartuschenöffnung (145) zum Verbinden des Hohlkörpers (130) mit der Chiplabor-Kartusche (115) auf. Zudem ist der Hohlkörper (130) dazu ausgeformt, den Lichtweg (107)zwischen der Optiköffnung (140) und der Kartuschenöffnung (145) auszuformen und gegen Umgebungslicht abzuschirmen. Das Kontaktelement (135) ist zum elektrischen Kontaktieren der Chiplabor-Kartusche (115) an dem Hohlkörper (130) angeordnet.

Description

Beschreibung
Titel
Abschirmvorrichtung für ein Chiplabor-Analysegerät, Chiplabor-Analysegerät und Verfahren zum Betreiben eines Chiplabor-Analysegeräts
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
In-vitro Diagnostik (IVD) ist ein Feld von Medizinprodukten, die aus humanen Proben spezifische Größen wie eine Konzentration eines Moleküls, ein
Vorhandensein einer bestimmten DNA Sequenz oder eine Zusammensetzung von Blut messen, um eine Diagnose und Behandlungsentscheidung zuzulassen. Dies kann in einer Verkettung von mehreren Laborschritten erfolgen, wobei die Probe so aufbereitet werden kann, dass die Zielgröße störungsfrei messbar ist. Dabei können verschiedene Labormethoden mit einem jeweils für die Methode geeigneten Gerät angewandt werden. In Analysegeräten zur patientennahen Labordiagnostik, sogenannten point-of-care Geräten, können solche in-vitro Diagnostik Tests in einem Gerät abgebildet werden, um die Anzahl manueller Schritte vom Benutzer zu reduzieren. Dabei kann die Probe bzw. das Sample in eine Einwegkartusche eingegeben werden. Nach einer Eingabe der Kartusche in das Analysegerät kann der Diagnosetest vollautomatisch abgearbeitet werden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz
Abschirmvorrichtung zum Abschirmen eines Lichtwegs zwischen einer
Optikeinheit eines Chiplabor- Analysegeräts und einer Chiplabor- Kartusche für ein Chiplabor-Analysegerät, Chiplabor-Analysegerät und Verfahren zum Betreiben eines Chiplabor-Analysegeräts gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Mit diesem Ansatz wird ein Verbindungsbauteil zum Verbinden und elektrischen Kontaktieren einer Optikeinheit eines Chiplabor-Analysegeräts mit einer auswechselbaren Chiplabor- Kartusche vorgestellt. Das Verbindungsbauteil ist ausgeformt um Licht zwischen der Optikeinheit und der Chiplabor- Kartusche zu leiten, und dichtet dazu einen Bereich zwischen der Optikeinheit und der Chiplabor- Kartusche gegenüber von anderen Lichteinflüssen wie Umgebungs oder Streulicht optisch ab. Der auf diese Weise ausgeformte Lichtweg wird zudem vor Störpartikeln wie beispielsweise herumwirbelnden Staubkörnchen geschützt, was bei optischen Messungen eine Interferenz verringert, wodurch vorteilhafterweise die Messgenauigkeit zunimmt. Durch die Realisierung einer elektrischen Schnittstelle auf dem Verbindungsbauteil wird vorteilhafterweise eine kompakte Bauweise ermöglicht.
Es wird eine Abschirmvorrichtung zum Abschirmen eines Lichtwegs zwischen einer Optikeinheit eines Chiplabor- Analysegeräts und einer Chiplabor- Kartusche für ein Chiplabor-Analysegerät vorgestellt. Die Abschirmvorrichtung umfasst einen Hohlkörper und ein an dem Hohlkörper angeordnetes Kontaktelement. Der Hohlkörper weist eine Optiköffnung zum Verbinden des Hohlkörpers mit der Optikeinheit auf. Zudem weist der Hohlkörper eine Kartuschenöffnung zum Verbinden des Hohlkörpers mit der Chiplabor- Kartusche auf. Der Hohlkörper ist dazu ausgeformt, um den Lichtweg zwischen der Optiköffnung und der
Kartuschenöffnung auszuformen und gegen Umgebungslicht abzuschirmen.
Bei dem Chiplabor-Analysegerät kann es sich um ein Gerät zum Erfassen oder Auswerten eines diagnostischen Verfahrens handeln, dass mittels eines
Chiplabors, eines mikrofluidischen Systems, durchgeführt wird. Die Chiplabor- Kartusche kann als Einweg- Kartusche ausgeführt sein und einen
mikrofluidischen Chip umfassen. Die Optikeinheit kann eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode sein, oder eine opto-mechanische Baugruppe, die neben der Lichtquelle beispielsweise eine Linse, ein Objektiv und einen Detektor umfassen kann. Die Optikeinheit kann auch zur optischen Diagnostik verwendet werden, beispielsweise um eine Vervielfältigung von DNA mittels einer Fluoreszenzmessung nach jedem Polymerase-Kettenreaktions-Zyklus zu beobachten. Bei dem Hohlkörper kann es sich um einen beispielsweise aus einem dunklen Kunststoff oder einem beschichteten Metall hergestellten zylindrischen starren Grundkörper handeln. Das Kontaktelement kann als Federkontaktstift oder als Nullkraftsockel ausgeführt sein. Die Optiköffnung kann beispielsweise zum form-, kraft- oder stoffschlüssigen Verbinden mit einem Element der Optikeinheit ausgeformt sein. Die Kartuschenöffnung kann beispielsweise der Optiköffnung gegenüberliegend ausgeführt sein und einen inneren Durchmesser aufweisen, der einem Durchmesser eines Totalsichtfelds der Optikeinheit entsprechen kann. Der mittels des Hohlkörpers ausgeformte Lichtweg zwischen der Optikeinheit und der Chiplabor- Kartusche kann beispielsweise verwendet werden, um von einer Lichtquelle der Optikeinheit ausgestrahltes Licht in Richtung der Chiplabor- Kartusche zu leiten, oder von der Chiplabor- Kartusche reflektiertes oder ausgestrahltes Licht in Richtung der Optikeinheit zu leiten. Das Abschirmen des Lichtwegs gegenüber
Umgebungslicht ist vorteilhaft für eine Messgenauigkeit einer mittels der Optikeinheit durchgeführten optischen Messung. Zudem kann der Hohlkörper den Lichtweg beispielsweise von Komponenten der Chiplabor- Kartusche oder des Chiplabor-Analysegeräts mit hoher Autofluoreszenz optisch separieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Hohlkörper als Hohlkegelstumpf ausgeformt sein. Die Kartuschenöffnung kann in diesem Fall einen größeren Durchmesser aufweisen als die Optiköffnung, dazu kann die Kartuschenöffnung beispielsweise an einer Grundfläche und die Optiköffnung an einer Deckfläche des Hohlkegelstumpfs realisiert sein. Alternativ kann der Hohlkörper auch als Hohlzylinder, als hohler Pyramidenstumpf oder als Hohlquader ausgeformt sein. Die Ausformung des Hohlkörpers als Hohlkegelstumpf ist vorteilhaft, um bei kompakter Bauweise einen großen Bereich der Chiplabor- Kartusche optisch abzuschirmen.
Die Abschirmvorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform ein weiteres Kontaktelement umfassen. Das weitere Kontaktelement kann zum weiteren elektrischen Kontaktieren der Chiplabor- Kartusche an dem Hohlkörper angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann somit eine weitere elektrische
Schnittstelle realisiert werden.
Das Kontaktelement kann gemäß einer Ausführungsform als eine Steckereinheit mit einer Mehrzahl von Stiften ausgeformt und benachbart zu der
Kartuschenöffnung angeordnet sein. Vorteilhafterweise erfolgt bei dem
Verbinden der Abschirmvorrichtung mit der Chiplabor- Kartusche dadurch neben dem elektrischen auch ein mechanisches Kontaktieren, was zu einem Fixieren der Abschirmvorrichtung an der Chiplabor- Kartusche beiträgt.
Zudem kann die Abschirmvorrichtung gemäß einer Ausführungsform ein
Verbindungselement zum elektrischen Kontaktieren der Optikeinheit und eine Kontaktleitung aufweisen. Das Verbindungselement kann an einer Seitenwand des Hohlkörpers angeordnet sein. Die Kontaktleitung kann zum Verbinden des Kontaktelements mit dem Verbindungselement ausgeformt sein. Das
Verbindungselement kann somit als Gegenstück des Kontaktelements ausgeführt sein. Das Verbindungselement kann beispielsweise vollständig oder teilweise an einer Außenseite der Seitenwand des Hohlkörpers angeordnet sein. Die Abschirmeinrichtung kann auch eine Mehrzahl an Kontaktelementen und Verbindungselementen aufweisen. Der Hohlkörper kann somit zum Anordnen oder Befestigen von Bauteilen für die elektrische Signalverarbeitung verwendet werden, was vorteilhaft in Bezug auf eine kompakte Bauweise ist.
Wenn die Abschirmvorrichtung gemäß einer Ausführungsform das
Verbindungselement und die Kontaktleitung umfasst, kann der Hohlkörper eine Durchgangsöffnung zum Durchführen der Kontaktleitung aufweisen. Die
Durchgangsöffnung kann beispielsweise als Aussparung oder als Bohrung in dem Hohlkörper ausgeformt sein. Zudem kann die Durchgangsöffnung ausgeformt sein, das Kontaktelement und das Verbindungselement zumindest teilweise zu umschließen. Die Durchgangsöffnung ermöglicht vorteilhafterweise einen mechanischen Schutz der Kontaktleitung.
Ferner kann die Abschirmvorrichtung gemäß einer Ausführungsform einen Schaltungsträger umfassen. Der Schaltungsträger kann an einer Seitenwand des Hohlkörpers angeordnet und elektrisch leitfähig mit dem Kontaktelement verbunden sein. Dies ist vorteilhaft in Bezug auf eine kompakte Bauweise. Bei dem Schaltungsträger kann es sich beispielsweise um eine Platine handeln. Die Abschirmvorrichtung kann auch eine Mehrzahl an Schaltungsträgern aufweisen, die beispielsweise um den Hohlkörper umlaufend an einer Außenseite der Seitenwand angeordnet sein können. Der Schaltungsträger kann beispielsweise zum Verarbeiten von Signalen des Kontaktelements ausgebildet sein.
Mit diesem Ansatz wird zudem ein Chiplabor-Analysegerät vorgestellt. Das Chiplabor-Analysegerät umfasst eine Optikeinheit mit einer Lichtquelle, einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen einer Chiplabor- Kartusche und eine
Ausführungsform der vorstehend genannten Abschirmvorrichtung. Im montierten Zustand der Abschirmvorrichtung ist Optiköffnung der Optikeinheit und die Kartuschenöffnung dem Aufnahmebereich zugewandt. Die Abschirmvorrichtung kann als mechanische und elektrische Schnittstelle zwischen der Optikeinheit und einer in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chiplabor- Kartusche verwendet werden.
Das Chiplabor-Analysegerät kann gemäß einer Ausführungsform zudem eine Anpresseinheit aufweisen. Die Anpresseinheit kann ausgebildet sein, die Chiplabor- Kartusche an die Abschirmvorrichtung anzupressen, um die
Kartuschenöffnung und das Kontaktelement mit der Chiplabor- Kartusche zu verbinden. Die Anpresseinheit kann als mechanisch oder elektrisch bewegbare Einheit ausgeführt sein. Die Anpresseinheit ermöglicht vorteilhafterweise ein exaktes Anpressen und dadurch optisches Abdichten und Verbinden der Abschirmvorrichtung mit der Chiplabor- Kartusche.
Es wird zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform des vorstehend genannten Chiplabor-Analysegeräts vorgestellt. Das Verfahren weist einen Schritt des Aufnehmens und einen Schritt des Anpressens auf. Im Schritt des Aufnehmens wird die Chiplabor- Kartusche in den Aufnahmebereich aufgenommen. Im Schritt des Anpressens wird die Chiplabor- Kartusche an die Abschirmvorrichtung angepresst, um die Kartuschenöffnung und das
Kontaktelement mit der Chiplabor- Kartusche zu verbinden. Vorteilhafterweise kann ein elektrisches Kontaktieren und ein optisches Abdichten der
Abschirmvorrichtung mit der Chiplabor- Kartusche dadurch simultan erfolgen. Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Chiplabor-Analysegeräts mit einer Abschirmvorrichtung zum Abschirmen eines Lichtwegs zwischen einer
Optikeinheit des Chiplabor- Analysegeräts und einer Chiplabor- Kartusche gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 bis 4 eine schematische Darstellung einer Abschirmvorrichtung für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Teils einer Abschirmvorrichtung für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Abschirmvorrichtung für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 bis 9 eine schematische Darstellung eines Chiplabor-Analysegeräts mit einer Abschirmvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Chiplabor- Kartusche für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Chiplabor- Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Chiplabor-Analysegeräts 100 mit einer Abschirmvorrichtung 105 zum Abschirmen eines Lichtwegs 107 zwischen einer Optikeinheit 110 des Chiplabor-Analysegeräts 100 und einer Chiplabor- Kartusche 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Chiplabor- Analysegerät 100 umfasst die Optikeinheit 110 mit einer Lichtquelle 120. In einem Aufnahmebereich 125 ist die Chiplabor- Kartusche 115 aufgenommen. Die Abschirmvorrichtung 105 umfasst einen Hohlkörper 130 und ein Kontaktelement 135. Der Hohlkörper 130 weist eine Optiköffnung 140 zum Verbinden des Hohlkörpers 130 mit der Optikeinheit 110 auf. Die Optiköffnung 140 ist im hier gezeigten montierten Zustand der Abschirmvorrichtung 105 der Optikeinheit 110 zugewandt und mit der Optikeinheit 110 verbunden. Der Hohlkörper 130 weist neben der Optiköffnung 140 eine Kartuschenöffnung 145 zum Verbinden des Hohlkörpers 130 mit der Chiplabor- Kartusche 115 auf. Hier ist die
Kartuschenöffnung 145 der Chiplabor- Kartusche 115 zugewandt und mit der Chiplabor- Kartusche 115 verbunden. Der Hohlkörper 130 ist dazu ausgeformt, den Lichtweg 107 zwischen der Optiköffnung 140 und der Kartuschenöffnung 145 auszuformen und gegen Umgebungslicht abzuschirmen. Der Lichtweg 107 kann dabei den gesamten von dem Hohlkörper 130 umschlossenen Raum zwischen der Optiköffnung 140 und der Kartuschenöffnung 145 nutzen. Das Kontaktelement 135 zum elektrischen Kontaktieren der Chiplabor- Kartusche 115 ist an dem Hohlkörper 130 angeordnet.
Der Hohlkörper 130 ist hier beispielhaft als hohler Pyramidenstumpf ausgeführt. Die Abschirmvorrichtung 105 umfasst gemäß dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel neben dem Kontaktelement 135 ein optionales weiteres Kontaktelement 150. Das weitere Kontaktelement 150 ist zum weiteren elektrischen Kontaktieren der Chiplabor- Kartusche 115 an dem Hohlkörper 130 angeordnet. Das Kontaktelement 135 und das weitere Kontaktelement 150 sind zum elektrischen Kontaktieren der Chiplabor- Kartusche 115 benachbart zu der Kartuschenöffnung 145 angeordnet. Die Chiplabor- Kartusche 115 weist hier beispielhaft zwei mikrofluidische Kammern auf. Zudem ist beispielhaft ein Bereich 155 der Chiplabor- Kartusche 115 gezeigt, auch„Bereich von Interesse“ oder„region of interest (ROI)“ genannt, der mittels der Optikeinheit 110 mit einem Bildsensor erfassbar ist. Dieser Bereich 155 wird mittels der Abschirmeinrichtung 105 abgeschirmt. Ein Innendurchmesser des Hohlkörpers 130 entspricht dabei einem Durchmesser des Bereichs 155, das einem Totalsichtfeld der Optikeinheit 110 entspricht. Die Optikeinheit 110 umfasst neben der Lichtquelle 120 optional eine oder mehrere Linsen und Objektive sowie einen Detektor. Die Chiplabor- Kartusche 115 ist hier beispielshaft als mikrofluidischer Einweg-Chip ausgeführt. Die Abschirmvorrichtung 105 kann auch als Lichtleitungszylinder bezeichnet werden, der den Lichtweg 107 zwischen einer festen optischen Einheit, der Optikeinheit 110 und einer Einweg-Lab-on-Chip Einheit, der Chiplabor- Kartusche 115 optisch separiert und gleichzeitig eine Schnittstelle zur elektrischen Konnektierung der Chiplabor- Kartusche 115 zum Chiplabor- Analysegerät 100 ermöglicht.
Entsprechend kann die Abschirmvorrichtung 105 auch als„Integraler Lightguide- Kegel zur Abschirmung optischer Wege und elektrischen Kontaktierung von elektro-optofluidischen Lab-on-Chip Einheiten“ beschrieben werden.
Mittels der Abschirmvorrichtung 105 ist es vorteilhafterweise möglich,
beispielsweise bei optischen Messungen den durch den Hohlkörper 130 ausgeformten Lichtweg 107 und den Bereich 155 vollständig vom Rest des Systems abzuschirmen, wodurch Streulicht und Umgebungslicht für die
Auswertung nicht mitgemessen werden. Dies ist auch vorteilhaft, wenn
Komponenten der Chiplabor- Kartusche 115 oder des Chiplabor- Analysegeräts 100 aus Materialien mit einer hohen Autofluoreszenz ausgeformt sind. Durch die Abschirmvorrichtung 105 ist hier eine optische Separation möglich. Auch Staub, der sich durch den Nutzzeitraum in dem Chiplabor-Analysegerät 100 ansammeln kann und durch die Kühlung im Chiplabor-Analysegerät 100 herumgewirbelt werden kann, wird durch die Abschirmvorrichtung 105 abgeschirmt. Diese Staubteilchen, die bei optischen Messungen, insbesondere bei örtlich
aufgelösten Messungen, eine Interferenz darstellen, werden dadurch auf ein Minimum reduziert.
Lediglich beispielhaft weist die Optiköffnung 140 einen Durchmesser von weniger als 10 mm und die Kartuschenöffnung 145 einen Durchmesser von weniger als 30 mm auf. Eine Höhe des Hohlkörpers 130 beträgt beispielsweise weniger als 50 mm.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmvorrichtung 105 für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Abschirmvorrichtung 105 ähnelt oder entspricht der anhand von Fig. 1 beschriebenen Abschirmvorrichtung und umfasst entsprechend den Hohlkörper 130 mit der Optiköffnung 140, der Kartuschenöffnung 145 und dem an dem Hohlkörper angeordneten Kontaktelement 135 und optionalen weiteren
Kontaktelementen 150.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hohlkörper 130 als Hohlkegelstumpf ausgeformt. Entsprechend weist die Kartuschenöffnung 145 einen größeren Durchmesser auf als die Optiköffnung 140.
Der Hohlkörper 130 ist beispielsweise aus einem dunklen Kunststoff oder Metall, beispielsweise aus Aluminium mit einer schwarzen Eloxatschicht ausgeformt. Die Eloxatschicht hat den zusätzlichen Effekt, dass die Leitfähigkeit des Aluminiums vermindert wird. Eine Herstellung des Hohlkörpers 130 kann durch Spritzguss oder Fräsen erfolgen. Eine Seitenwand-Innenfläche des Hohlkörpers 130, ist optional mit einer schwarzen Farbe versehen. Alternativ zur Ausformung als Hohlkegelstumpf kann der Hohlkörper 130 auch als hohler Pyramidenstumpf, als Hohlquader oder als Hohlzylinder ausgeformt sein, mit einer entsprechend ausgeformten Optiköffnung 140 und Kartuschenöffnung 145.
Das Kontaktelement 135 und die hier beispielhaft gezeigten zwei weiteren Kontaktelemente 150 sind benachbart zu der Kartuschenöffnung 145 angeordnet und gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel je als eine elektrische Steckereinheit mit einer Mehrzahl von Stiften ausgeformt. Jede der
Steckereinheiten umfasst hier beispielhaft drei Stifte. Dabei steht je ein freies Ende des Stifts über dem Hohlkörper 130 hervor. Eine Längsachse der Stifte verläuft dabei parallel zu einer Längsachse des Hohlkörpers 130, die hier einer Rotationsachse des Hohlkörpers 130 als Hohlkegelstumpf entspricht. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Kontaktelement 135 und die weiteren Kontaktelemente 150 und damit die Stifte der Steckereinheiten an einer die Kartuschenöffnung 145 umschließenden ringförmigen Grundfläche des Hohlkörpers 130 angeordnet. Die Stifte können beispielsweise beim Verbinden mit der Chiplabor- Kartusche in entsprechende Kontaktöffnungen der Chiplabor- Kartusche eingeführt werden. Die Stifte sind beispielsweise als Federkontaktstifte oder als Nullkraftsockel ausführbar. Eine Dicke des Hohlkörpers entspricht beispielsweise einer Steckergröße der Stift der Steckereinheit.
Die Abschirmvorrichtung 105 umfasst gemäß dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel zudem eine Mehrzahl von Verbindungselementen 205 zum elektrischen Kontaktieren der Optikeinheit. Dabei ist jedem Kontaktelement 135, 150 ein Verbindungselement 205 zugeordnet. Die Verbindungselemente 205 sind an einer Seitenwand des Hohlkörpers 130 angeordnet, hier also ein einer äußeren Mantelfläche des Hohlkörpers 130 als Hohlkegelstumpf. Hier sind beispielhaft drei Verbindungselemente 205 gezeigt, die jeweils einem
Kontaktelement 135 oder einem weiteren Kontaktelement 150 zugeordnet sind. Ferner umfasst die Abschirmvorrichtung 105 eine Mehrzahl von Kontaktleitungen zum Bereitstellen elektrisch leitfähiger Verbindungen zwischen den
Kontaktelementen 135, 150 und den entsprechenden Verbindungselementen 205. Eine entsprechende Kontaktleitung ist nachfolgend anhand von Fig. 5 detaillierter beschrieben und beispielsweise auf der Seitenwand entlang oder durch den Hohlkörper 130 hindurchgeführt. Die Verbindungselemente 205 sind wie die Kontaktelemente 135, 150 beispielsweise als Federkontaktstift, als Steckereinheit mit mehreren Stiften oder als Nullkraftsockel realisierbar.
Lediglich beispielhaft sind vier Kontaktelemente 135, 150 und vier
Verbindungselemente 205 vorgesehen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmvorrichtung 105 für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Abschirmvorrichtung 105 ähnelt oder entspricht der in Fig. 2 gezeigten
Abschirmvorrichtung. Es ist eine Sicht auf ein Ende der Abschirmvorrichtung 105 gezeigt, das im montierten Zustand dem der Optikeinheit zugewandten Ende entspricht. Entsprechend ist die Optiköffnung 140 des Hohlkörpers 130 gezeigt, eine die Optiköffnung 140 umschließende ringförmigen Grundfläche 360 des Hohlkörpers 130 sowie die an der Seitenwand des Hohlkörpers angeordneten Verbindungselemente 205.
Die Abschirmeinrichtung 105 weist hier beispielhaft vier gleichmäßig zueinander beabstandete Verbindungselemente 205 auf. Die hier gezeigte Anordnung der Verbindungselemente 205 verdeutlicht die Möglichkeit, durch die starre
Geometrie des Hohlkörpers 130 an dem Hohlkörper 130 weitere elektrische Konnektierungseinheiten zu realisieren, beispielsweise auch, um weitere Einheiten des Chiplabor-Analysegeräts wie beispielsweise eine thermische Einheit elektrisch mit der Chiplabor- Kartusche zu kontaktieren. Der Hohlkörper 130 ist mit entsprechend realisierten elektrischen Schnittstellen entsprechend als universelle Konntektierungseinheit verwendbar. Dabei ist keine Änderung der Form des Hohlkörpers 130 erforderlich, was vorteilhaft in Bezug auf eine kompakte Bauweise und eine Anordnung in bestehenden Chiplabor- Analysegeräten ist.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmvorrichtung 105 für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Abschirmvorrichtung 105 ähnelt oder entspricht der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Abschirmvorrichtung. Es ist eine Sicht auf ein Ende der Abschirmvorrichtung 105 gezeigt, das im montierten Zustand dem der Chiplabor- Kartusche zugewandten Ende entspricht. Entsprechend ist die Kartuschenöffnung 145 und zusätzlich die Optiköffnung 140 zu erkennen. Ferner ist eine Innenseite der Mantelfläche des Hohlkörpers 130 als Hohlkörperstumpf gezeigt. Zudem ist eine die
Kartuschenöffnung 145 umschließende ringförmige Grundfläche 460 des Hohlkörpers 130 gezeigt, an der hier beispielhaft vier gleichmäßig beabstandete Kontaktelemente 135 angeordnet sind. Die Kontaktelemente 135 sind beispielhaft als Steckereinheiten mit je drei zur Chiplabor- Kartusche führenden Stiften ausgeführt, wobei den Kontaktelementen 135 je eines von vier
Verbindungselementen 205 zugeordnet ist.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Abschirmvorrichtung für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist ein Schnitt durch einen Abschnitt einer Seitenwand des Hohlkörpers 130 mit der Kartuschenöffnung 145 gezeigt. Zudem umfasst die Abschirmvorrichtung 105, die der anhand vorhergehender Figuren beschriebenen Abschirmvorrichtungen ähnelt oder entspricht, das Kontaktelement 135 und das Verbindungselement 205. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Hohlkörper eine Durchgangsöffnung 505 zum Durchführen einer Kontaktleitung 510 auf. Die Kontaktleitung 510 verbindet das Kontaktelement 135 mit dem Verbindungselement 205. Die Durchgangsöffnung 505 ist ausgeformt, das Kontaktelement 135 und das Verbindungselement 205 teilweise zu umschließen.
Das Verbindungselement 205 ist als Gegenstück des Kontaktelements 135 verwendbar. Entsprechend kann das Kontaktelement 135 auch als Stecker zur Chiplabor- Kartusche und das Verbindungselement 205 als Stecker zur
Optikeinheit oder zum Chiplabor-Analysegerät bezeichnet werden. Die
Durchgangsöffnung 505 ist hier als aufeinandertreffende vertikale Bohrung und horizontale Bohrung durch die Mantelschale des Hohlkörpers 130 ausgeführt, durch die Schnittpunkte der Bohrgerade entsteht eine Verbindung, die
Durchgangsöffnung 505. Das Kontaktelement 135 sowie das
Verbindungselement 205 sind in die Durchgangsöffnung 505 einsetzbar, um teilweise von ihr umschlossen zu werden.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmvorrichtung 105 für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist eine Aufsicht auf die Abschirmvorrichtung 105 gezeigt, die der anhand vorhergehender Figuren beschriebenen Abschirmvorrichtung ähnelt oder entspricht. Der
Hohlkörper 130 ist auch hier als Hohlkegelstumpf ausgeformt. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Abschirmvorrichtung 105 zudem eine Mehrzahl von Schaltungsträgern 605 auf, von denen in Fig. 6 drei
Schaltungsträger 605 zu erkennen sind. Die beispielsweise insgesamt vier Schaltungsträger 605 sind hier beispielhaft als Platinen ausgeführt. Die
Schaltungsträger 605 sind je an der Seitenwand des Hohlkörpers 130
angeordnet und elektrisch leitfähig mit dem Kontaktelement 135 verbunden. Hier ist jeder Schaltungsträger 605 elektrisch mit je einem der Verbindungselemente 205 verbunden, die je mit einem der Kontaktelemente 135 verbunden sind.
Alternativ zu dem Anordnen des Schaltungsträgers 605 kann auch eine weitere Steckereinheit oder Verkabelung direkt an der Seitenwand angeordnet werden.
Somit ist es vorteilhafterweise möglich, die Seitenwand des Hohlkörpers 130 zum Anordnen und Befestigen von Schaltungsträgern 605 wie elektrischen Platinen für die Verarbeitung der Steckersignale zu verwenden. Hier hat jeder Stecker, also jedes Kontaktelement 135, seine eigene Platine. Möglich ist auch eine Nutzung eines einzigen Schaltungsträgers 605 für mehrere Kontaktelemente 135. Der Hohlkörper 130 wird hier also nicht nur als optischer Schutz und elektrische Konnektionsschnittstelle, sondern zusätzlich als Befestigung für Bauteile der elektrischen Signalverarbeitung verwendet. Auch weitere elektrische Komponenten wie Transistoren oder Widerstände können am äußeren Mantel des Hohlkegelstumpfs, also an der Seitenwand des Hohlkörpers 130 angebracht werden. Dies erlaubt eine dichte Bauweise und eine universelle Verarbeitung der Signale.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen je eine schematische Darstellung eines Chiplabor- Analysegeräts 100 mit einer Abschirmvorrichtung 105 gemäß einem
Ausführungsbeispiel. Das hier gezeigte Chiplabor-Analysegerät 100 ähnelt dem in Fig. 1 gezeigten Chiplabor-Analysegerät, mit der Abschirmvorrichtung 105, der Optikeinheit 110, und der in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chiplabor- Kartusche 115. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Chiplabor-Analysegerät 100 zudem eine Anpresseinheit 705 auf. Die
Anpresseinheit 705 ist dazu ausgebildet, die Chiplabor- Kartusche 115 an die Abschirmvorrichtung 105 anzupressen, um die Kartuschenöffnung und die Kontaktelemente 135 mit der Chiplabor- Kartusche 115 zu verbinden.
In den Figuren 7 bis 9 ist beispielhaft eine automatische Konnektierung der Chiplabor- Kartusche 115 mit der Abschirmvorrichtung 105 und damit mit dem Chiplabor-Analysegerät 100 gezeigt. Die Anpresseinheit 705 ist beweglich und dazu ausgeformt, die Chiplabor- Kartusche 115 in Richtung der
Abschirmvorrichtung 105 und damit in Richtung der Schnittstellen von Optik und Elektrik des Chiplabor-Analysegeräts zu bewegen. Die Optikeinheit 110 und die Abschirmvorrichtung 105 sind hier als starre Elemente ausgeformt.
Fig. 7 zeigt einen ersten Teilschritt des Anpressvorgangs der Chiplabor- Kartusche 115 an die Abschirmvorrichtung 105. Zum mechanischen Verbinden und elektrischen Konnektieren der Chiplabor- Kartusche 115 mit der
Abschirmvorrichtung 105 wird die Chiplabor- Kartusche 115 zunächst in den Aufnahmebereich aufgenommen. Dazu wird die Chiplabor- Kartusche 115 auf die Anpresseinheit 705 geschoben, was hier durch den Pfeil 710 gezeigt ist. Die Anpresseinheit 705 ist so ausgerichtet, dass ein Erfassungsbereich oder„region of interest“ (ROI) auf einer Kamera der Optikeinheit 110 mit der Chiplabor- Kartusche 115 kongruent ist.
Fig. 8 zeigt einen zweiten Teilschritt des Anpressvorgangs der Chiplabor- Kartusche 115 an die Abschirmvorrichtung 105. Im zweiten Teilschritt wird die Chiplabor- Kartusche 115 mittels der Anpresseinheit 705 in Richtung der Abschirmvorrichtung 105 bewegt. Durch eine Änderung der z- Richtung der Anpresseinheit 705 ist es möglich, die Chiplabor- Kartusche 115 in die Fokus Ebene zu bringen. Dies erfolgt durch ein Anheben der Anpresseinheit 705 in Richtung der Abschirmvorrichtung 105 und der Optikeinheit 110, hier durch den in Richtung der Abschirmvorrichtung 105 zeigenden Pfeil 805 gezeigt.
Fig. 9 zeigt einen dritten Teilschritt des Anpressvorgangs der Chiplabor- Kartusche 115 an die Abschirmvorrichtung 105. Ein Erreichen der Fokusebene durch das Anheben der Chiplabor- Kartusche 115 mittels der Anpresseinheit 705 sowie das optische Abdichten und vollständige elektronische Konnektieren der Chiplabor- Kartusche 115 mittels der Abschirmvorrichtung 105 ist ein simultanes Ereignis am Ende des Anpressvorgangs. Hier ist das erfolgte Anpressen und damit Verbinden der Chiplabor- Kartusche 115 mit der Abschirmvorrichtung 105 gezeigt. Wenn das Chiplabor-Analysegerät 100 zusätzlich Heizer, Pneumatik oder Sonotroden aufweist, so sind deren ideale Anpressungen mit der
Fokusebene harmonisiert, sodass ein Konnektieren auch hier durch den Anpressvorgang mittels der Anpresseinheit 705 erfolgt. Da das gezeigte
Schnittstellendesign universell ist, kann ein solches Zusammenspiel ermöglicht werden.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Chiplabor- Kartusche 115 für ein Chiplabor-Analysegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Chiplabor- Kartusche 115 ähnelt oder entspricht der anhand vorhergehender Figuren beschriebenen Chiplabor- Kartusche 115. In dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel ist der Bereich 155, der mittels eines Bildsensors der Optikeinheit erfassbare Bereich der Kartusche markiert, sowie ein fluidisches Netzwerk 1005 der Chiplabor- Kartusche 115 und elektrische Verbindungen in Form eines elektrischen Netzwerks 1010 der Chiplabor- Kartusche 115. Es ist somit gezeigt, wie die universelle Schnittstelle der Abschirmvorrichtung auf die Chiplabor- Kartusche 115 übertragbar ist, wobei Designfreiheiten für
verschiedene Anwendungen ermöglicht werden. Die Chiplabor- Kartusche 115 hat dabei eine definierte Totalgeometrie, ihr Aufbau und ihre fluidischen
Möglichkeiten sind durch Designvereinbarungen, sogenannte Designrules, vorgegeben. Der Bereich 155 zeigt zudem, wo optische Auswertungen möglich sind, und das elektrische Netzwerk 1010 zeigt an, wo elektrische Schnittstellen realisiert sind. Wird keine Elektronik benötigt, so sind an den entsprechenden Stellen des elektrischen Netzwerks 1010 Vertiefungen für Steckerstifte vorzusehen, damit der Anpressvorgang keine interferierenden Wirkungen hat.
Die hier gezeigte Chiplabor- Kartusche 115 ist somit für optische Anwendungen wie Absorption, Fluoreszenz und Chemolumineszenz Messungen und elektrische Anwendung wie Elektrophorese, Redoxprozesse oder pH-Messungen sowie für deren Kombinationen nutzbar.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Betreiben eines Chiplabor-Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1100 ist beispielsweise zum Betreiben eines Ausführungsbeispiels des anhand vorhergehender Figuren beschriebenen Chiplabor-Analysegeräts einsetzbar. Das Verfahren 1100 umfasst einen Schritt 1105 des Aufnehmens und einen Schritt 1110 des Anpressens. Der Schritt 1110 des Anpressens ist beispielhaft in drei Teilschritten anhand der vorhergehenden Fig. 7 bis 9 beschrieben. Im Schritt 1105 des Aufnehmens wird die Chiplabor- Kartusche in den Aufnahmebereich aufgenommen. Im Schritt 1110 des Anpressens wird die Chiplabor- Kartusche an die Abschirmvorrichtung angepresst, um die Kartuschenöffnung und das
Kontaktelement mit der Chiplabor- Kartusche zu verbinden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Ansprüche
1. Abschirmvorrichtung (105) zum Abschirmen eines Lichtwegs (107)
zwischen einer Optikeinheit (110) eines Chiplabor-Analysegeräts (100) und einer Chiplabor- Kartusche (115) für ein Chiplabor- Analysegerät (100), wobei die Abschirmvorrichtung (105) folgendes Merkmal aufweist: einen Hohlkörper (130) mit einer Optiköffnung (140) zum Verbinden des Hohlkörpers (130) mit der Optikeinheit (110) und mit einer
Kartuschenöffnung (145) zum Verbinden des Hohlkörpers (130) mit der Chiplabor- Kartusche (115), wobei der Hohlkörper (130) ausgeformt ist, um den Lichtweg (107) zwischen der Optiköffnung (140) und der Kartuschenöffnung (145) auszuformen und gegen Umgebungslicht abzuschirmen; und ein Kontaktelement (135), das zum elektrischen Kontaktieren der Chiplabor- Kartusche (115) an dem Hohlkörper (130) angeordnet ist.
2. Abschirmvorrichtung (105) gemäß Anspruch 1, wobei der Hohlkörper (130) als Hohlkegelstumpf ausgeformt ist, wobei die Kartuschenöffnung (145) einen größeren Durchmesser aufweist als die Optiköffnung (140).
3. Abschirmvorrichtung (105) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche, mit einem weiteren Kontaktelement (150), das zum weiteren elektrischen Kontaktieren der Chiplabor- Kartusche (115) an dem
Hohlkörper (130) angeordnet ist.
4. Abschirmvorrichtung (105) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche, wobei das Kontaktelement (135) als eine Steckereinheit mit einer Mehrzahl von Stiften ausgeformt und benachbart zu der
Kartuschenöffnung (145) angeordnet ist.
5. Abschirmvorrichtung (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Verbindungselement (205) zum elektrischen Kontaktieren der Optikeinheit (110), wobei das Verbindungselement (205) an einer Seitenwand des Hohlkörpers (130) angeordnet ist, und mit einer das Kontaktelement (135) und das Verbindungselement (205) verbindenden Kontaktleitung (510).
6. Abschirmvorrichtung (105) gemäß Anspruch 5, wobei der Hohlkörper (130) eine Durchgangsöffnung (505) zum Durchführen der
Kontaktleitung (510) aufweist.
7. Abschirmvorrichtung (105) gemäß einem der vorangegangenen
Ansprüche, mit einem Schaltungsträger (605), der an einer Seitenwand des Hohlkörpers (130) angeordnet und elektrisch leitfähig mit dem Kontaktelement (135) verbunden ist.
8. Chiplabor-Analysegerät (100), wobei das Chiplabor-Analysegerät (100) folgende Merkmale aufweist: eine Optikeinheit (110) mit einer Lichtquelle (120); einen Aufnahmebereich (125) zum Aufnehmen einer Chiplabor- Kartusche (115); und eine Abschirmvorrichtung (105) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Optiköffnung (140) der Optikeinheit (110) und die Kartuschenöffnung (145) dem Aufnahmebereich zugewandt ist.
9. Chiplabor-Analysegerät (100) gemäß Anspruch 8, mit einer
Anpresseinheit (705), die ausgebildet ist, die Chiplabor- Kartusche (115) an die Abschirmvorrichtung (105) anzupressen, um die
Kartuschenöffnung (145) und das Kontaktelement (135) mit der Chiplabor- Kartusche (115) zu verbinden.
10. Verfahren (1100) zum Betreiben des Chiplabor-Analysegeräts (100) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei das Verfahren (1100) folgende Schritte aufweist: Aufnehmen (1105) der Chiplabor- Kartusche (115) in den
Aufnahmebereich (125); und
Anpressen (1110) der Chiplabor- Kartusche (115) an die
Abschirmvorrichtung (105), um die Kartuschenöffnung (145) und das Kontaktelement (135) mit der Chiplabor- Kartusche (115) zu verbinden.
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