WO2020144104A1 - Analysis device for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge and a method for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for an analysis of the fluid - Google Patents

Analysis device for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge and a method for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for an analysis of the fluid Download PDF

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WO2020144104A1
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excitation
cavity
fluid
excitation element
fluidic
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PCT/EP2020/050057
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Daniel Czurratis
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Analyzer for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge and method for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for an analysis of the fluid
  • the invention is based on a device or a method according to the type of the independent claims.
  • a fluid for example a liquid patient sample such as blood
  • the fluid can be provided or transported on a chip.
  • An analysis device can be used to analyze the fluid, for example a chip laboratory, a so-called lab-on-a-chip system.
  • Analyzer for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge and a method for preparing a fluid in a microfluidic
  • the invention is based on the knowledge that it is possible to remove certain particles such as blood cells or so-called circulating tumor cells (CTCs) in a fluid by adding magnetic beads to enrich the particles and applying a magnetic field to separate the particles.
  • CTCs circulating tumor cells
  • the separation of certain particles can be carried out by applying an inhomogeneous electric field by sorting or separating particles, for example cells, viruses or bacteria, in a liquid stream using a dielectrophoresis.
  • the fluid can be introduced into a chip laboratory cartridge.
  • the application of the magnetic field and the electric field can be done using a
  • Excitation element for example a permanent magnet, an electrical coil or a capacitor plate.
  • the excitation element can be at least partially inserted into the cartridge.
  • the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field in the cartridge can thus be generated inexpensively with the fluid.
  • Enrichment, separation, sorting and counting of certain cells or CTCs can provide more precise information about, for example, cancer diagnosis or prognosis and treatment options.
  • particles can be concentrated or isolated locally in order to run a more efficient purification, amplification or detection process on the respective lab-on-chip system.
  • the analysis device comprises a receiving area for receiving the cartridge and an excitation unit.
  • the excitation unit has a movably arranged excitation element.
  • the excitation unit is designed to use the excitation element to generate a magnetic field acting on the recording area and additionally or alternatively an electric field.
  • the excitation unit is designed to move the excitation element in the direction of the recording area and / or to introduce it into the recording area in response to a movement signal.
  • the analysis device can be, for example, a chip laboratory, also called a lab-on-a-chip system.
  • a chip laboratory can be understood as a microfluidic system in which the entire functionality of a macroscopic Laboratories on a credit card-sized plastic substrate, the cartridge, can be accommodated and in which complex biological, diagnostic, chemical or physical processes can run miniaturized.
  • the receiving area for receiving the cartridge of the analysis device can comprise, for example, a receiving platform on which the cartridge can be arranged.
  • the movably arranged excitation element can be mechanically or electrically movable, for example.
  • the excitation element can be formed from a ferromagnetic metal, such as iron, nickel or cobalt, or can have a ferromagnetic alloy.
  • the excitation element can be a magnet and can have diamagnetic metals such as copper, silver and paramagnetic materials such as aluminum.
  • the excitation element can be a permanent magnet or an electromagnet. If the excitation element is, for example, an electromagnet or an electrical coil, the excitation unit can also be designed to generate the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field in response to an excitation signal.
  • the excitation signal can be designed to activate the excitation element.
  • the excitation unit can be a
  • the motion signal can be an electrical signal, for example using a
  • Moving the excitation element can allow magnetic particles to accumulate on the side opposite the inserted excitation element in the fluidic cavity. This is advantageous in order to collect the magnetic particles, for example CTCs labeled by magnetic beads, to concentrate them locally and thereby to separate them fluidically.
  • the cartridge can have at least one fluidic cavity for receiving a fluid.
  • the excitation element can be approximated to the fluidic cavity if the excitation element is moved in the direction of the cartridge.
  • the analysis device can comprise the cartridge, which can be received by the receiving area. Due to the proximity of the excitation element to the cartridge, the magnetic and / or electrical field generated can act on the cartridge, for example on a fluidic cavity of the cartridge.
  • the cartridge can have a polymeric multilayer structure.
  • the individual layers can, for example, by means of thermal bonding,
  • the pneumatic substrate and the fluidic substrate can each be a polymer substrate and made of a thermoplastic, such as. B. from PC, PA, PS, PP, PE, PMMA, COP or COC.
  • the flexible membrane allows the two substrates to be separated into a pneumatic and a fluidic level, the pneumatic substrate and the fluidic substrate.
  • the fluidic cavity can be designed to receive the fluid and to allow the fluid to flow through the fluidic cavity.
  • the fluid may be a liquid, such as a liquid patient sample, and may have particles, such as blood cells or CTCs.
  • the flexible membrane can be a polymer membrane, for example a thermoplastic elastomer or a hot-melt adhesive film. The membrane can be designed to displace a fluid or to open or close a valve by means of a deflection.
  • the cartridge can have a layer structure made from a pneumatic substrate with at least one pneumatic cavity, from a fluidic substrate with at least one fluidic cavity for receiving a fluid and from a flexible membrane.
  • the membrane can be arranged between the pneumatic substrate and the fluidic substrate.
  • the at least one fluidic cavity can be arranged at least in sections opposite the at least one pneumatic cavity.
  • the membrane can be designed to fluidly separate the at least one fluidic cavity and the at least one pneumatic cavity.
  • the excitation unit can be designed to introduce the excitation element in the direction of the membrane into the pneumatic cavity in response to the movement signal. According to one embodiment, the excitation unit can also do this
  • Excitation element is advantageous in order to support the accumulation of magnetic particles in the fluidic cavity below the deflected membrane and thereby to separate the magnetic particles in a targeted manner, for example also when the fluid flows through the fluidic cavity.
  • the cartridge can also have at least one further pneumatic cavity formed in the pneumatic substrate.
  • the at least one fluidic cavity can be arranged at least in sections opposite the at least one further pneumatic cavity.
  • the membrane can be designed to fluidly separate the at least one fluidic cavity and the at least one further pneumatic cavity.
  • the excitation unit can have at least one further excitation element arranged movably.
  • the excitation unit can be designed to generate a further magnetic field and additionally or alternatively a further electrical field using the further excitation element.
  • the excitation unit can also be designed to introduce the further excitation element in the direction of the membrane into the further pneumatic cavity in response to a further movement signal.
  • the further movement signal can correspond to the movement signal.
  • the further movement signal can be designed, for example, to introduce the further excitation element further into the further pneumatic cavity than the excitation element is being introduced into the pneumatic cavity.
  • a flow velocity of the fluid can advantageously be locally reduced in this way in order to adjust the separation of the particles in a location-specific manner.
  • the cartridge can have an inlet channel formed in the fluidic substrate for introducing the fluid into the fluidic cavity and a first outlet channel for discharging the fluid from the fluidic cavity and a second outlet channel for removing the fluid from the fluidic cavity exhibit.
  • the second diversion channel can be arranged offset to the first diversion channel along an axis of movement of the excitation element.
  • the excitation unit can then be designed in response to the
  • the inlet channel and the outlet channels can be formed as through openings.
  • the axis of movement of the inlet channel and the outlet channels can be formed as through openings.
  • Excitation element can, for example, be orthogonal or normal with respect to axes of extension of the inlet channel and the outlet channels.
  • the second diversion channel can run parallel to the first diversion channel.
  • Closing the at least first discharge channel is advantageous in order to separate magnetized particles in a targeted manner once or sequentially from other particles. This is advantageous in order to count the magnetized particles or one
  • the excitation unit can have a permanent magnet as the excitation element.
  • the permanent magnet provides
  • the permanent magnet By inserting the permanent magnet into the pneumatic cavity, the magnetic field can be adjusted locally and in time.
  • the permanent magnet is also advantageously easy to replace.
  • the excitation unit can be according to one
  • Embodiment have an electrical coil as an excitation element.
  • the excitation unit can be a
  • the excitation unit is then designed to respond to an excitation signal using the
  • Excitation element to generate the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field.
  • the excitation signal can be designed to activate the excitation element.
  • the evaluation unit can be designed to set the electrical field and additionally or alternatively the magnetic field by a lateral method and by different application of direct and alternating current.
  • the excitation element is the capacitor plate, a separation by means of dielectrophoresis can be carried out by applying the electric field.
  • the excitation element is an electrical coil or a capacitor plate
  • the excitation unit can be designed to respond in response to a deactivation signal
  • the deactivation signal can also represent a value of the excitation signal that causes the excitation element to be deactivated. It is advantageously possible to switch the magnetic field and the electrical field on and off as required.
  • the excitation unit can be designed in accordance with one embodiment to set a field strength of the magnetic field and additionally or alternatively of the electrical field depending on the excitation signal.
  • a value of the excitation signal can represent the field strength.
  • the excitation unit comprises the optional further excitation element, the magnetic field and the further magnetic field can have a different field strength. This advantageously makes it possible to use particles of different sizes or different masses as a function of one
  • the analysis device can also comprise a control unit.
  • the control unit can be designed to provide the movement signal and additionally or alternatively the excitation signal.
  • the control unit can, for example, have an interface to a control element of the analysis device for manual control input or to a sensor unit of the analysis device in order to respond to the control input or a sensor signal and additionally or alternatively the movement signal
  • This approach also introduces a method for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for analysis of the fluid.
  • an excitation element can be moved toward the cartridge.
  • a magnetic field and / or a electric field can be provided using the excitation element.
  • the cartridge has a pneumatic cavity, a fluidic cavity for
  • the excitation element can be introduced into the pneumatic cavity in the step of moving in the direction of the membrane.
  • the method can be executable in connection with and / or using an embodiment of the above-mentioned analysis device.
  • the magnetic field and, in addition or alternatively, an electrical field can thus be applied within the cartridge in order to separate magnetized particles of the fluid.
  • the method can also be used to insert a further excitation element into a further pneumatic cavity.
  • a movement path of the excitation element can differ in length from a movement path of the further excitation element, for example, in order to introduce the further excitation element further into the direction of the membrane into the pneumatic cavity, for example in order to deflect the membrane by mechanical contact.
  • the step of providing can also take place using an excitation signal.
  • the excitation element is, for example, an electrical coil or a capacitor plate
  • the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field can be generated using the excitation signal, wherein the excitation signal can be formed
  • FIG. 1 is a schematic representation of an analysis device for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge according to a
  • FIGS. 2a and 2b show a schematic representation of a cartridge and an excitation element of an analysis device according to an embodiment
  • 3a and 3b show a schematic representation of a cartridge and an excitation element of an analysis device according to an embodiment
  • 4a to 4c show a schematic representation of a cartridge and an excitation element of an analysis device according to an embodiment
  • Fig. 5 is a schematic representation of a cartridge and several
  • FIG. 6 shows a flowchart of a method for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for an analysis of the fluid according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an analysis device 100 for
  • the analysis device 100 comprises a receiving area 110 for receiving the cartridge 105 and an excitation unit 115.
  • the cartridge 105 is arranged here as an example in the receiving area 110. A possible embodiment of the cartridge 105 is shown in more detail with reference to the following figures.
  • the cartridge optionally has one
  • the excitation unit 115 comprises a movably arranged excitation element 120
  • Excitation unit 115 is designed to use the
  • Excitation element 120 to generate a magnetic field and additionally or alternatively an electric field.
  • the excitation unit 115 is designed to move the excitation element 120 into the receiving area 110 in response to a movement signal 125. If the cartridge 105 is received by the receiving area 110, the excitation element 120 can thereby be moved in the direction of the cartridge 105. If the cartridge 105 has a pneumatic cavity, the excitation element 120 can thereby be introduced into the pneumatic cavity of the cartridge 105 in the direction of the membrane.
  • the excitation unit 115 is designed to read in the movement signal 125.
  • the movement signal 125 is suitable for a movement path of the
  • Set excitation element 120 also called travel, for example a length of insertion of excitation element 120 into the pneumatic cavity.
  • the analysis device 100 also includes a control unit 135.
  • the control unit 135 is connected to the excitation unit 115 so that it can transmit signals.
  • the control unit 135 is designed to provide the movement signal 125.
  • the excitation unit 115 is designed to insert the excitation element 120 into the pneumatic cavity in the direction of the membrane.
  • the excitation unit 115 is designed to use the excitation element 120 to provide a magnetic field and, additionally or alternatively, an electrical field in order to apply the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field within the cartridge 105.
  • the excitation element 120 is according to a Embodiment can be implemented as a permanent magnet, as an electrical coil or as a capacitor plate.
  • Excitation element 120 has an electrical coil and additionally or alternatively a capacitor plate, the excitation unit 115 is designed to generate the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field in response to an excitation signal 140.
  • the excitation signal 140 is provided here by the control unit 135 as an example.
  • the excitation signal 140 is designed to activate the excitation element 120.
  • the excitation unit 115 is also designed to use the excitation element 120 to respond to the magnetic field and, additionally or alternatively, the electric field
  • Deactivate deactivation signal 145 Deactivate deactivation signal 145.
  • the deactivation signal 145 is provided here by the control unit 135 as an example. This is optional
  • Deactivation signal 145 is a value of the excitation signal 140 which is a
  • Deactivating the excitation element 120 causes.
  • the excitation unit 115 is designed to use the excitation element 120 to set a field strength of the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field as a function of the excitation signal 140.
  • the field strength can be set, for example, using a value of the excitation signal 140.
  • the excitation unit 115 comprises a further excitation element or a plurality of excitation elements.
  • the excitation unit 115 is designed to insert the further excitation element into a further pneumatic cavity of the cartridge 105 using a further movement signal 150 in the direction of the receiving area 110, that is to say for example in the direction of the membrane.
  • the control unit 135 is configured here, for example, to provide the further movement signal 150.
  • the further movement signal 150 can correspond to the movement signal 125 or, for example, another value with respect to a length of one Include movement paths of the further excitation element, for example in order to further introduce the further excitation element into the further pneumatic cavity. This is shown below by way of example with reference to FIG. 5.
  • the analysis device 100 shown here can be used to use a
  • Excitation element 120 certain particles, for example with a
  • magnetic bead-labeled particles to be enriched, sorted or separated from one another within a fluid located in a fluidic cavity of the cartridge 105.
  • Excitation element 120 is advantageously possible, for example
  • CTCs Circulating Tumor Cells
  • FIGS. 2a and 2b each show a schematic illustration of a cartridge 105 and an excitation element of an analysis device according to one
  • the excitation element is designed as a permanent magnet 220.
  • Permanent magnet 220 is made of a ferromagnetic metal, for example iron, nickel, or cobalt, a ferromagnetic alloy, a diamagnetic metal such as copper or silver, or one
  • Paramagnetic material shaped like aluminum.
  • a section of the cartridge 105 is shown by way of example in cross section.
  • the cartridge 105 shown here is similar or corresponds to the cartridge shown in FIG. 1.
  • the cartridge 105 has a layer structure composed of a pneumatic substrate 225, a fluidic substrate 230 and a flexible one
  • Pneumatic substrate 225 includes at least one Pneumatic cavity 240, and the fluidic substrate 230 comprises at least one fluidic cavity 245 for receiving a fluid 250.
  • the at least one fluidic cavity 245 is arranged at least in sections opposite the at least one pneumatic cavity 240.
  • the membrane 235 is arranged between the pneumatic substrate 225 and the fluidic substrate 230.
  • the membrane 235 is designed to fluidly separate the at least one fluidic cavity 245 and the at least one pneumatic cavity 240.
  • the pneumatic substrate 225 and the fluidic substrate 230 can be formed from a polymer such as a thermoplastic (e.g. PC, PA, PS, PP, PE, PMMA, COP, COC).
  • the membrane 135 can also be formed from a polymer, for example from an elastomer, a thermoplastic elastomer (TPU, TPS), from thermoplastic or a hot-melt film.
  • the layer structure comprising the pneumatic substrate 225, the membrane 235 and the fluidic substrate 230 has a thickness of, for example, half a to five millimeters, and the membrane 235 has a thickness of, for example, five to three hundred
  • the pneumatic substrate 225, the membrane 235 and the fluidic substrate 230 are joined to the multilayer structure, for example by means of laser transmission welding, ultrasound welding, thermal bonding,
  • the membrane 235 is flexible and can be deflected in the direction of the pneumatic cavity 240 and the fluidic cavity 245.
  • a pneumatic pressure can be applied to the pneumatic substrate 225, in particular to the pneumatic cavity 240, with a pressure difference of 0.1 to five bar.
  • the flexible membrane 235 can be deflected, for example in order to draw the fluid 250 into the fluidic cavity 245.
  • the diaphragm 235 is shaped to displace the fluid 250 or to open or close a valve by deflecting it.
  • the fluid 250 is accommodated here as an example in the fluidic cavity 245.
  • the fluid 250 is movable in the fluidic cavity 245, for example it flows through the fluidic cavity 245.
  • the fluid 250 has different particles 255, for example blood cells or CTCs, which can also be labeled with a magnetic bead.
  • the permanent magnet 220 as the excitation element is movable and can be introduced into the pneumatic cavity 240 in the direction of the membrane 235
  • the permanent magnet is up to one, for example
  • Membrane surface of the membrane 235 can be inserted, or further into the fluidic cavity 245 opposite the pneumatic cavity 240, at least in sections. In this case, membrane 235 is deflected by mechanical contact with permanent magnet 220.
  • an effect of the magnetic field can advantageously be set locally and in time. This advantageously offers flexibility in separating particles 255 in the fluid 250.
  • FIG. 2b shows the permanent magnet 220 in a state inserted into the pneumatic cavity 240.
  • the fluid 250 in the fluidic cavity 245 flows past an area opposite the inserted permanent magnet 220.
  • Magnetic particles 255 collect, for example
  • Magnetic beads labeled CTCs in the area of the permanent magnet 220 on a side of the flexible membrane 235 facing the fluidic cavity 245. It is thus possible to collect the magnetic particles 255, to concentrate them locally or to enrich them and thus to separate them fluidically.
  • the flexible membrane 235 provides a completely fluidic separation of the fluid 235 to be analyzed from the environment. An analysis of the fluid 250 is then possible using the analysis device.
  • 3a and 3b each show a schematic illustration of a cartridge 105 and an excitation element of an analysis device according to one
  • the cartridge 105 shown here is similar or corresponds to the cartridge described with reference to the previous figures.
  • Excitation element is designed here as an electrical coil 320.
  • the electrical coil 320 makes it possible to determine the electrical field or the magnetic field by a lateral procedure or by applying equal or
  • a capacitor plate can also be arranged over the flexible membrane 235 and can be moved in the direction of the membrane 235 in order to enable a separation process via dielectric electrophoresis by means of an electric field.
  • FIG. 3a shows the electrical coil 320 in a state inserted into the pneumatic cavity 240.
  • the electrical coil 320 is not activated in this case, and accordingly no electrical field or magnetic field is generated in the exemplary embodiment shown here, as a result of which the particles 255 are not separated.
  • the electrical coil 320 is therefore deactivated or not activated according to the exemplary embodiment shown here.
  • the possibility of activating and deactivating the electrical coil 320 as required offers the advantage that it is not necessary to switch the excitation element in or out by applying and switching off an electrical current.
  • 3b shows the electrical coil 320 in an inserted and activated state in the pneumatic cavity 240, the electrical field and / or the
  • Magnetic field is or are generated here using the electrical coil 320.
  • the particles 255 collect in the fluid 250 in the fluidic cavity 245 in a region, which is arranged below the membrane 235 with respect to the illustration in FIG. 3b and which is opposite the activated electrical coil 320.
  • 4a to 4e each show a schematic illustration of a cartridge 105 and an excitation element of an analysis device according to one
  • the excitation element here is, for example
  • the cartridge 105 has, in addition to the pneumatic substrate 225, an inlet channel 405 formed in the fluidic substrate 230 Introducing the fluid 250 into the fluidic cavity 245.
  • the cartridge 105 has a first discharge channel 410 for discharging the fluid 250 from the fluidic cavity 245 and a second discharge channel 415 for discharging the fluid 250 from the fluidic cavity 245.
  • the second diversion channel 415 is arranged offset to the first diversion channel 410 along an axis of movement of the permanent magnet 220.
  • the axis of movement of the permanent magnet 220 extends here, for example, orthogonally or normally with respect to the axes of extension of the inlet channel 405 and the outlet channels 410 and 415. Accordingly, the first outlet channel 410 and the second outlet channel 415 run parallel to one another and parallel to the membrane 235 in the relaxed state.
  • the fluid 250 flows here through the inlet channel 405, the fluidic cavity 245, the first outlet channel 410 and the second outlet channel 415 with a flow direction marked by the arrow 425.
  • FIG. 4a shows the permanent magnet 220 in a not inserted into the pneumatic cavity 240 or outside of the pneumatic cavity 240
  • the particles 255 are distributed into the first diversion channel 410 and the second diversion channel 415 without being influenced by the magnetic field.
  • FIG. 4b shows the permanent magnet 220 in a state inserted into the pneumatic cavity 240.
  • the permanent magnet 220 is inserted in the direction of the membrane 235 through the pneumatic cavity 240 into the fluidic cavity 245.
  • the membrane 235 is deflected in the direction of the fluidic cavity by the mechanical contact with the permanent magnet 220.
  • the non-magnetizable particles 255 are deflected into the second diversion channel 415 due to the flow and the Magnetizable particles 255 are guided into the first diversion channel 410, which is closer to the permanent magnet 220 and thus closer to the magnetic field.
  • a targeted separation of magnetized and non-magnetized particles 255 can be achieved. This is advantageous in order to subsequently count individual particles 255, for example CTCs.
  • FIG. 4c shows the permanent magnet 220 in a state that is introduced into the pneumatic cavity 240 even further than in FIG. 4b.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a cartridge 105 and a plurality of excitation elements 120, 520, 521 of an analysis device according to one
  • the excitation elements 120, 520, 521 are designed here as permanent magnets by way of example.
  • the analysis device described above comprises in addition to the
  • Excitation element 120 at least one further excitation element 520 and / or 521.
  • Two further excitation elements 520, 521 are shown here by way of example. Additional magnetic fields and / or further electrical fields can be provided using the further excitation elements 520, 521.
  • the cartridge 105 has, in addition to the pneumatic cavity 240, at least one further pneumatic cavity 540 formed in the pneumatic substrate 225.
  • the cartridge 105 has, for example, two further pneumatic cavities 540, 541.
  • the at least one fluidic cavity 245 is arranged at least in sections opposite the other pneumatic cavities 540, 541.
  • the membrane 235 is designed to fluidly separate the at least one fluidic cavity 245 and the further pneumatic cavities 540, 541 from one another.
  • the excitation element 120 and the two further excitation elements 520, 521 are inserted to different degrees into the pneumatic cavity 240 and the two further pneumatic cavities 540, 541.
  • Each of the excitation elements 120, 520, 521 is inserted into the fluidic cavity 245, the membrane 235 being deflected. If the excitation elements 120, 520, 521 as in that shown here
  • Embodiment are designed as permanent magnets, it is possible, with the same field strength of the magnetic fields by different travel paths of the excitation elements 120, 520, 521, that is, by inserting the excitation elements 120, 520, 521 to a different extent
  • the excitation elements 120, 520, 521 are designed as electrical coils, it is also possible to use a
  • Particles 255 can be created by applying magnetic fields with different field strengths
  • FIG. 6 shows a flowchart of a method 600 for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for an analysis of the fluid according to an exemplary embodiment.
  • an embodiment of the analysis device described above can be used.
  • the cartridge has one
  • the membrane is arranged between the pneumatic substrate and the fluidic substrate.
  • the at least one fluidic cavity is arranged at least in sections opposite the at least one pneumatic cavity.
  • the membrane is shaped, the at least one fluidic cavity and the at least one
  • the method 600 has a step 605 of introducing and a step 610 of providing.
  • the Step 605 of insertion introduces an excitation element in the direction of the membrane into the pneumatic cavity.
  • a magnetic field and / or an electric field is provided using the excitation element.
  • step 605 of introducing and the step 610 of providing are executable in the order shown here or in a reverse order.
  • step 605 of insertion and / or step 610 of provision can also be carried out several times in succession.
  • step 605 can only represent a movement of the excitation element towards the cartridge.
  • the excitation element can be moved so that it approaches a fluidic cavity of the cartridge.
  • 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 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

The invention relates to an analysis device (100) for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge (105). The analysis device (100) comprises a receiving region (110) for receiving the cartridge (105) and an excitation unit (115) having a movably arranged excitation element (120). The excitation unit (115) is designed to generate a magnetic field acting on the receiving region (110) and/or an electrical field, using the excitation element (120).

Description

Beschreibung description
Titel title
Analysegerät zum Analysieren eines Fluids in einer mikrofluidischen Kartusche und Verfahren zum Vorbereiten eines Fluids in einer mikrofluidischen Kartusche für eine Analyse des Fluids Analyzer for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge and method for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for an analysis of the fluid
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. The invention is based on a device or a method according to the type of the independent claims.
Um ein Fluid, beispielsweise eine flüssige Patientenprobe wie Blut, zu To a fluid, for example a liquid patient sample such as blood
analysieren, ist es möglich, das Fluid unter Verwendung einer mikrofluidischen Vorrichtung wie einer mikrofluidischen Kartusche, zu prozessieren. Dazu kann das Fluid auf einem Chip bereitgestellt oder transportiert werden. Zum analyze, it is possible to process the fluid using a microfluidic device such as a microfluidic cartridge. For this purpose, the fluid can be provided or transported on a chip. To the
Analysieren des Fluids kann ein Analysegerät verwendet werden, beispielsweise ein Chiplabor, ein sogenanntes Lab-on-a-Chip-System. An analysis device can be used to analyze the fluid, for example a chip laboratory, a so-called lab-on-a-chip system.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Against this background, using the approach presented here
Analysegerät zum Analysieren eines Fluids in einer mikrofluidischen Kartusche und ein Verfahren zum Vorbereiten eines Fluids in einer mikrofluidischen Analyzer for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge and a method for preparing a fluid in a microfluidic
Kartusche für eine Analyse des Fluids gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Cartridge presented for an analysis of the fluid according to the main claims. The measures listed in the dependent claims are advantageous developments and improvements in the independent
Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Claim specified device possible.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, bestimmte Partikel wie beispielsweise Blutkörperchen oder sogenannte Circulating Tumor Cells (CTCs) in einem Fluid nachzuweisen durch eine Zugabe von magnetischen Beads zum Anreichern der Partikel und ein Anlegen eines magnetischen Feldes zum Separieren der Partikel. Darüber hinaus kann die Separation bestimmter Partikel durch ein Anlegen eines inhomogenen elektrischen Feldes erfolgen, indem über eine Dielektrophorese Partikel, beispielsweise Zellen, Viren oder Bakterien, in einem Flüssigkeitsstrom sortiert oder separiert werden. Dazu kann das Fluid in eine Chiplabor- Kartusche eingeleitet werden. Das Anlegen des Magnetfelds und des elektrischen Feldes kann unter Verwendung eines The invention is based on the knowledge that it is possible to remove certain particles such as blood cells or so-called circulating tumor cells (CTCs) in a fluid by adding magnetic beads to enrich the particles and applying a magnetic field to separate the particles. In addition, the separation of certain particles can be carried out by applying an inhomogeneous electric field by sorting or separating particles, for example cells, viruses or bacteria, in a liquid stream using a dielectrophoresis. For this purpose, the fluid can be introduced into a chip laboratory cartridge. The application of the magnetic field and the electric field can be done using a
Anregungselements, beispielsweise eines Permanentmagneten, einer elektrischen Spule oder einer Kondensatorplatte, erfolgen. Dazu kann das Anregungselement zumindest teilweise in die Kartusche eingeführt werden. Vorteilhafterweise können das Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ das elektrische Feld in der Kartusche mit dem Fluid somit kostengünstig erzeugt werden. Das Anreichern, Separieren, Sortieren und Zählen bestimmter Zellen oder CTCs kann genauere Aussagen über beispielsweise eine Krebsdiagnose, oder -prognose sowie Therapiemöglichkeiten liefern. Zudem können Partikel lokal konzentriert bzw. isoliert werden, um ein effizienteres Aufreinigungs-, Amplifikations- oder Detektionsverfahren auf dem jeweiligen Lab-on-Chip System ablaufen zu lassen. Darüber hinaus ist es möglich, Partikel oder Zellen je nach Ihrer Größe über magnetische Felder zu sortieren. Excitation element, for example a permanent magnet, an electrical coil or a capacitor plate. For this purpose, the excitation element can be at least partially inserted into the cartridge. Advantageously, the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field in the cartridge can thus be generated inexpensively with the fluid. Enrichment, separation, sorting and counting of certain cells or CTCs can provide more precise information about, for example, cancer diagnosis or prognosis and treatment options. In addition, particles can be concentrated or isolated locally in order to run a more efficient purification, amplification or detection process on the respective lab-on-chip system. In addition, it is possible to sort particles or cells according to their size using magnetic fields.
Es wird ein Analysegerät zum Analysieren eines Fluids in einer mikrofluidischen Kartusche vorgestellt. Das Analysegerät umfasst einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen der Kartusche und eine Anregungseinheit. Die Anregungseinheit weist ein beweglich angeordnetes Anregungselement auf. Die Anregungseinheit ist dazu ausgebildet, um unter Verwendung des Anregungselements ein auf den Aufnahmebereich wirkendes Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ ein elektrisches Feld zu erzeugen. Optional ist die Anregungseinheit dazu ausgebildet, ansprechend auf ein Bewegungssignal das Anregungselement in Richtung des Aufnahmebereichs zu bewegen und/oder in den Aufnahmebereich einzuführen. An analysis device for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge is presented. The analysis device comprises a receiving area for receiving the cartridge and an excitation unit. The excitation unit has a movably arranged excitation element. The excitation unit is designed to use the excitation element to generate a magnetic field acting on the recording area and additionally or alternatively an electric field. Optionally, the excitation unit is designed to move the excitation element in the direction of the recording area and / or to introduce it into the recording area in response to a movement signal.
Das Analysegerät kann beispielsweise ein Chiplabor, auch Lab-on-a-Chip- System genannt, sein. Unter einem Chiplabor kann ein mikrofluidisches System verstanden werden, in dem die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem beispielsweise kreditkartengroßen Kunststoffsubstrat, der Kartusche, untergebracht werden kann und in dem komplexe biologische, diagnostische, chemische oder physikalische Prozesse miniaturisiert ablaufen können. The analysis device can be, for example, a chip laboratory, also called a lab-on-a-chip system. A chip laboratory can be understood as a microfluidic system in which the entire functionality of a macroscopic Laboratories on a credit card-sized plastic substrate, the cartridge, can be accommodated and in which complex biological, diagnostic, chemical or physical processes can run miniaturized.
Der Aufnahmebereich zum Aufnehmen der Kartusche des Analysegeräts kann beispielsweise eine Aufnahmeplattform umfassen, auf der die Kartusche angeordnet werden kann. Das beweglich angeordnete Anregungselement kann beispielsweise mechanisch oder elektrisch bewegbar sein. Zudem kann das Anregungselement aus einem ferromagnetischen Metall, wie Eisen, Nickel oder Cobalt, ausgeformt sein oder eine ferromagnetische Legierung aufweisen. Das Anregungselement kann ein Magnet sein und diamagnetische Metalle wie Kupfer, Silber und paramagnetische Materialien wie Aluminium aufweisen. Das Anregungselement kann ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet sein. Wenn das Anregungselement beispielsweise ein Elektromagnet oder eine elektrische Spule ist, kann die Anregungseinheit auch ausgebildet sein, das Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ das elektrische Feld ansprechend auf ein Anregungssignal zu erzeugen. Das Anregungssignal kann ausgebildet sein, das Anregungselement zu aktivieren. Die Anregungseinheit kann eine The receiving area for receiving the cartridge of the analysis device can comprise, for example, a receiving platform on which the cartridge can be arranged. The movably arranged excitation element can be mechanically or electrically movable, for example. In addition, the excitation element can be formed from a ferromagnetic metal, such as iron, nickel or cobalt, or can have a ferromagnetic alloy. The excitation element can be a magnet and can have diamagnetic metals such as copper, silver and paramagnetic materials such as aluminum. The excitation element can be a permanent magnet or an electromagnet. If the excitation element is, for example, an electromagnet or an electrical coil, the excitation unit can also be designed to generate the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field in response to an excitation signal. The excitation signal can be designed to activate the excitation element. The excitation unit can be a
Bewegungseinheit aufweisen, die ausgebildet ist, ansprechend auf das Have movement unit, which is designed in response to the
Bewegungssignal das Anregungselement zu bewegen, um das Motion signal to move the excitation element to the
Anregungselement zu der Kartusche hinzubewegen, wenn die Kartusche von dem Aufnahmebereich aufgenommen ist. Das Bewegungssignal kann ein elektrisches Signal sein, das beispielsweise unter Verwendung einer To move the excitation element to the cartridge when the cartridge is received by the receiving area. The motion signal can be an electrical signal, for example using a
Bedieneingabe oder eines Sensorsignals beispielsweise beim Erkennen eines Aufnehmens der Kartusche in dem Analysegerät, bereitgestellt werden kann. Das Bewegen des Anregungselements kann ein Ansammeln magnetischer Partikel auf der dem eingeführten Anregungselement gegenüberliegenden Seite in der Fluidik- Kavität ermöglichen. Dies ist vorteilhaft, um die magnetischen Partikel, beispielsweise durch magnetische Beads gelabelte CTCs, zu sammeln, lokal zu konzentrieren und dadurch fluidisch zu separieren. Operator input or a sensor signal, for example when recognizing a recording of the cartridge in the analyzer can be provided. Moving the excitation element can allow magnetic particles to accumulate on the side opposite the inserted excitation element in the fluidic cavity. This is advantageous in order to collect the magnetic particles, for example CTCs labeled by magnetic beads, to concentrate them locally and thereby to separate them fluidically.
Die Kartusche kann zumindest eine Fluidik- Kavität zum Aufnehmen eines Fluids aufweisen. Das Anregungselement kann der Fluidik- Kavität angenähert werden, wenn das Anregungselement in Richtung der Kartusche bewegt wird. Gemäß einer Ausführungsform kann das Analysegerät die Kartusche umfassen, die von dem Aufnahmebereich aufgenommen sein kann. Durch die Annäherung des Anregungselements an die Kartusche kann das erzeugte magnetische und/oder elektrische Feld auf die Kartusche, beispielsweise auf eine Fluidik- Kavität der Kartusche, einwirken. The cartridge can have at least one fluidic cavity for receiving a fluid. The excitation element can be approximated to the fluidic cavity if the excitation element is moved in the direction of the cartridge. According to In one embodiment, the analysis device can comprise the cartridge, which can be received by the receiving area. Due to the proximity of the excitation element to the cartridge, the magnetic and / or electrical field generated can act on the cartridge, for example on a fluidic cavity of the cartridge.
Die Kartusche kann einen polymeren Mehrschichtaufbau aufweisen. Die einzelnen Schichten können beispielsweise mittels Thermobonden, The cartridge can have a polymeric multilayer structure. The individual layers can, for example, by means of thermal bonding,
Ultraschallschweißen oder Kleben miteinander verbunden sein. Das Pneumatik- Substrat und das Fluidik-Substrat können jeweils ein Polymersubstrat sein und aus einem Thermoplast, wie z. B. aus PC, PA, PS, PP, PE, PMMA, COP oder COC, ausgeformt sein. Durch die flexible Membran können die beiden Substrate in eine pneumatische und eine fluidische Ebene, das Pneumatik-Substrat und das Fluidik-Substrat, getrennt werden. Die Fluidik- Kavität kann ausgeformt sein, das Fluid aufzunehmen und ein Strömen des Fluids durch die Fluidik- Kavität zu ermöglichen. Das Fluid kann eine Flüssigkeit, wie eine flüssige Patientenprobe, sein und Partikel, wie beispielsweise Blutkörperchen oder CTCs, aufweisen. Die flexible Membran kann eine Polymermembran sein, beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer oder eine Heißklebefolie. Die Membran kann ausgebildet sein, durch eine Auslenkung ein Fluid zu verdrängen oder ein Ventil zu öffnen oder zu verschließen. Ultrasound welding or adhesive bonding. The pneumatic substrate and the fluidic substrate can each be a polymer substrate and made of a thermoplastic, such as. B. from PC, PA, PS, PP, PE, PMMA, COP or COC. The flexible membrane allows the two substrates to be separated into a pneumatic and a fluidic level, the pneumatic substrate and the fluidic substrate. The fluidic cavity can be designed to receive the fluid and to allow the fluid to flow through the fluidic cavity. The fluid may be a liquid, such as a liquid patient sample, and may have particles, such as blood cells or CTCs. The flexible membrane can be a polymer membrane, for example a thermoplastic elastomer or a hot-melt adhesive film. The membrane can be designed to displace a fluid or to open or close a valve by means of a deflection.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Kartusche einen Schichtaufbau aus einem Pneumatik-Substrat mit zumindest einer Pneumatik- Kavität, aus einem Fluidik-Substrat mit zumindest einer Fluidik- Kavität zum Aufnehmen eines Fluids und aus einer flexiblen Membran aufweisen. Die Membran kann zwischen dem Pneumatik-Substrat und dem Fluidik-Substrat angeordnet sein. Die zumindest eine Fluidik- Kavität kann der zumindest einen Pneumatik- Kavität zumindest abschnittsweise gegenüberliegend angeordnet sein. Die Membran kann dazu ausgeformt sein, die zumindest eine Fluidik- Kavität und die zumindest eine Pneumatik- Kavität fluidisch voneinander zu trennen. In diesem Fall kann die Anregungseinheit dazu ausgebildet sein, ansprechend auf das Bewegungssignal das Anregungselement in Richtung der Membran in die Pneumatik- Kavität einzuführen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Anregungseinheit auch dazu According to one embodiment, the cartridge can have a layer structure made from a pneumatic substrate with at least one pneumatic cavity, from a fluidic substrate with at least one fluidic cavity for receiving a fluid and from a flexible membrane. The membrane can be arranged between the pneumatic substrate and the fluidic substrate. The at least one fluidic cavity can be arranged at least in sections opposite the at least one pneumatic cavity. The membrane can be designed to fluidly separate the at least one fluidic cavity and the at least one pneumatic cavity. In this case, the excitation unit can be designed to introduce the excitation element in the direction of the membrane into the pneumatic cavity in response to the movement signal. According to one embodiment, the excitation unit can also do this
ausgebildet sein, ansprechend auf das Bewegungssignal das Anregungselement weiter in die Pneumatik- Kavität einzuführen, um durch einen mechanischen Kontakt des Anregungselements mit der Membran ein Auslenken der Membran in die Fluidik- Kavität hinein zu bewirken. Das weitere Einführen des be designed, in response to the movement signal, to further introduce the excitation element into the pneumatic cavity in order to bring about a deflection of the membrane into the fluidic cavity by mechanical contact of the excitation element with the membrane. The further introduction of the
Anregungselements ist vorteilhaft, um ein Ansammeln magnetischer Partikel in der Fluidik- Kavität unterhalb der ausgelenkten Membran zu unterstützen und die magnetischen Partikel dadurch gezielt zu separieren, beispielsweise auch bei einem Strömen des Fluids durch die Fluidik- Kavität. Excitation element is advantageous in order to support the accumulation of magnetic particles in the fluidic cavity below the deflected membrane and thereby to separate the magnetic particles in a targeted manner, for example also when the fluid flows through the fluidic cavity.
Die Kartusche kann gemäß einer Ausführungsform auch zumindest eine weitere in dem Pneumatik-Substrat ausgeformte Pneumatik- Kavität aufweisen. Die zumindest eine Fluidik- Kavität kann der zumindest einen weiteren Pneumatik- Kavität zumindest abschnittsweise gegenüberliegend angeordnet sein. Die Membran kann dazu ausgeformt sein, die zumindest eine Fluidik- Kavität und die zumindest eine weitere Pneumatik- Kavität fluidisch voneinander zu trennen. Die Anregungseinheit kann in diesem Fall zumindest ein weiteres beweglich angeordnetes Anregungselement aufweisen. Zudem kann die Anregungseinheit dazu ausgebildet sein, um unter Verwendung des weiteren Anregungselements ein weiteres Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ ein weiteres elektrisches Feld zu erzeugen. Auch kann die Anregungseinheit dazu ausgebildet sein, ansprechend auf ein weiteres Bewegungssignal das weitere Anregungselement in Richtung der Membran in die weitere Pneumatik- Kavität einzuführen. Das weitere Bewegungssignal kann dem Bewegungssignal entsprechen. Alternativ dazu kann das weitere Bewegungssignal beispielsweise dazu ausgebildet sein, das weitere Anregungselement weiter in die weitere Pneumatik- Kavität einzuführen als das Anregungselement in die Pneumatik- Kavität eingeführt wird. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids gezielt lokal reduziert werden, um die Separation der Partikel ortsgebunden einzustellen. According to one embodiment, the cartridge can also have at least one further pneumatic cavity formed in the pneumatic substrate. The at least one fluidic cavity can be arranged at least in sections opposite the at least one further pneumatic cavity. The membrane can be designed to fluidly separate the at least one fluidic cavity and the at least one further pneumatic cavity. In this case, the excitation unit can have at least one further excitation element arranged movably. In addition, the excitation unit can be designed to generate a further magnetic field and additionally or alternatively a further electrical field using the further excitation element. The excitation unit can also be designed to introduce the further excitation element in the direction of the membrane into the further pneumatic cavity in response to a further movement signal. The further movement signal can correspond to the movement signal. As an alternative to this, the further movement signal can be designed, for example, to introduce the further excitation element further into the further pneumatic cavity than the excitation element is being introduced into the pneumatic cavity. A flow velocity of the fluid can advantageously be locally reduced in this way in order to adjust the separation of the particles in a location-specific manner.
Zudem kann die Kartusche gemäß einer Ausführungsform einen in dem Fluidik- Substrat ausgeformten Einleitkanal zum Einleiten des Fluids in die Fluidik- Kavität und einen ersten Ausleitkanal zum Ausleiten des Fluids aus der Fluidik- Kavität und einen zweiten Ausleitkanal zum Ausleiten des Fluids aus der Fluidik- Kavität aufweisen. Der zweite Ausleitkanal kann entlang einer Bewegungsachse des Anregungselements versetzt zu dem ersten Ausleitkanal angeordnet sein. Die Anregungseinheit kann dann ausgebildet sein, ansprechend auf das In addition, according to one embodiment, the cartridge can have an inlet channel formed in the fluidic substrate for introducing the fluid into the fluidic cavity and a first outlet channel for discharging the fluid from the fluidic cavity and a second outlet channel for removing the fluid from the fluidic cavity exhibit. The second diversion channel can be arranged offset to the first diversion channel along an axis of movement of the excitation element. The excitation unit can then be designed in response to the
Bewegungssignal die Membran auszulenken, um zumindest den ersten Motion signal to deflect the membrane to at least the first
Ausleitkanal zu verschließen. Der Einleitkanal und die Ausleitkanäle können als Durchgangsöffnungen ausgeformt sein. Die Bewegungsachse des To close the discharge channel. The inlet channel and the outlet channels can be formed as through openings. The axis of movement of the
Anregungselements kann beispielsweise orthogonal oder normal bezüglich Erstreckungsachsen des Einleitkanals und der Ausleitkanäle sein. Dabei kann der zweite Ausleitkanal parallel zum ersten Ausleitkanal verlaufen. Das Excitation element can, for example, be orthogonal or normal with respect to axes of extension of the inlet channel and the outlet channels. The second diversion channel can run parallel to the first diversion channel. The
Verschließen des zumindest ersten Ausleitkanals ist vorteilhaft, um magnetisierte Partikel gezielt einmalig oder sequentiell von anderen Partikeln zu separieren. Dies ist vorteilhaft, um die magnetisierten Partikel zu zählen oder eine Closing the at least first discharge channel is advantageous in order to separate magnetized particles in a targeted manner once or sequentially from other particles. This is advantageous in order to count the magnetized particles or one
Anreicherung der Partikel zu realisieren. Realize enrichment of the particles.
Die Anregungseinheit kann gemäß einer Ausführungsform als Anregungselement einen Permanentmagneten aufweisen. Der Permanentmagnet stellt According to one embodiment, the excitation unit can have a permanent magnet as the excitation element. The permanent magnet provides
vorteilhafterweise eine kostengünstige und zuverlässige Realisierung des Anregungselements dar. Mittels des Einführens des Permanentmagneten in die Pneumatik- Kavität kann das Magnetfeld örtlich und zeitlich eingestellt werden. Vorteilhafterweise ist der Permanentmagnet zudem leicht austauschbar. advantageously represents a cost-effective and reliable implementation of the excitation element. By inserting the permanent magnet into the pneumatic cavity, the magnetic field can be adjusted locally and in time. The permanent magnet is also advantageously easy to replace.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Anregungseinheit gemäß einer Additionally or alternatively, the excitation unit can be according to one
Ausführungsform als Anregungselement eine elektrische Spule aufweisen. Embodiment have an electrical coil as an excitation element.
Zudem kann die Anregungseinheit zusätzlich oder alternativ dazu eine In addition, or alternatively, the excitation unit can be a
Kondensatorplatte aufweisen. Die Anregungseinheit ist dann dazu ausgebildet, um ansprechend auf ein Anregungssignal unter Verwendung des Have capacitor plate. The excitation unit is then designed to respond to an excitation signal using the
Anregungselements das Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ das elektrische Feld zu erzeugen. Das Anregungssignal kann dazu ausgebildet sein, das Anregungselement zu aktivieren. Wenn das Anregungselement die elektrische Spule ist, kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, das elektrische Feld und zusätzlich oder alternativ das Magnetfeld durch ein laterales Verfahren und durch ein unterschiedliches Anlegen von Gleich- und Wechselstrom einzustellen. Wenn das Anregungselement die Kondensatorplatte ist, kann durch das Anlegen des elektrischen Feldes eine Separation mittels Dielektrophorese erfolgen. Wenn das Anregungselement eine elektrische Spule oder eine Kondensatorplatte ist, kann die Anregungseinheit gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet sein, ansprechend auf ein Deaktivierungssignal unter Excitation element to generate the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field. The excitation signal can be designed to activate the excitation element. If the excitation element is the electrical coil, the evaluation unit can be designed to set the electrical field and additionally or alternatively the magnetic field by a lateral method and by different application of direct and alternating current. If the excitation element is the capacitor plate, a separation by means of dielectrophoresis can be carried out by applying the electric field. According to one embodiment, if the excitation element is an electrical coil or a capacitor plate, the excitation unit can be designed to respond in response to a deactivation signal
Verwendung des Anregungselements das Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ das elektrische Feld zu deaktivieren. Das Deaktivierungssignal kann auch einen Wert des Anregungssignals repräsentieren, der ein Deaktivieren des Anregungselements bewirkt. Vorteilhafterweise ist es damit möglich, das Magnetfeld und das elektrische Feld bei Bedarf an und auszuschalten. Use of the excitation element to deactivate the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field. The deactivation signal can also represent a value of the excitation signal that causes the excitation element to be deactivated. It is advantageously possible to switch the magnetic field and the electrical field on and off as required.
Ferner kann die Anregungseinheit unter Verwendung des Anregungselements als elektrische Spule oder als Kondensatorplatte gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet sein, abhängig von dem Anregungssignal eine Feldstärke des Magnetfelds und zusätzlich oder alternativ des elektrischen Felds einzustellen. Dazu kann ein Wert des Anregungssignals die Feldstärke repräsentieren. Wenn die Anregungseinheit das optionale weitere Anregungselement umfasst, können das Magnetfeld und das weitere Magnetfeld eine unterschiedliche Feldstärke aufweisen. Vorteilhafterweise ist es dadurch möglich, Partikel unterschiedlicher Größe oder unterschiedlicher Masse in Abhängigkeit einer Furthermore, using the excitation element as an electrical coil or as a capacitor plate, the excitation unit can be designed in accordance with one embodiment to set a field strength of the magnetic field and additionally or alternatively of the electrical field depending on the excitation signal. For this purpose, a value of the excitation signal can represent the field strength. If the excitation unit comprises the optional further excitation element, the magnetic field and the further magnetic field can have a different field strength. This advantageously makes it possible to use particles of different sizes or different masses as a function of one
Strömungsgeschwindigkeit zu konzentrieren und anzureichern. Concentrate and enrich flow velocity.
Das Analysegerät kann gemäß einer Ausführungsform zudem eine Steuereinheit umfassen. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, das Bewegungssignal und zusätzlich oder alternativ das Anregungssignal bereitzustellen. Dazu kann die Steuereinheit beispielsweise eine Schnittstelle zu einem Bedienelement des Analysegeräts zur manuellen Bedieneingabe oder zu einer Sensoreinheit des Analysegeräts aufweisen, um ansprechend auf die Bedieneingabe oder ein Sensorsignal das Bewegungssignal und zusätzlich oder alternativ das According to one embodiment, the analysis device can also comprise a control unit. The control unit can be designed to provide the movement signal and additionally or alternatively the excitation signal. For this purpose, the control unit can, for example, have an interface to a control element of the analysis device for manual control input or to a sensor unit of the analysis device in order to respond to the control input or a sensor signal and additionally or alternatively the movement signal
Anregungssignal bereitzustellen. Provide excitation signal.
Mit diesem Ansatz wird zudem ein Verfahren zum Vorbereiten eines Fluids in einer mikrofluidischen Kartusche für eine Analyse des Fluids vorgestellt. In einem Schritt des Bewegens kann ein Anregungselement zu der Kartusche hin bewegt werden, In einem Schritt des Bereitstellens kann ein Magnetfeld und/oder ein elektrisches Feld unter Verwendung des Anregungselements bereitgestellt werden. This approach also introduces a method for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for analysis of the fluid. In a step of moving, an excitation element can be moved toward the cartridge. In a step of providing, a magnetic field and / or a electric field can be provided using the excitation element.
Wenn die Kartusche eine Pneumatik- Kavität, eine Fluidik- Kavität zum If the cartridge has a pneumatic cavity, a fluidic cavity for
Aufnehmen eines Fluids und eine die beiden Kavitäten trennende flexible Membran aufweist, kann das Anregungselement im Schritt des Bewegens in Richtung der Membran in die Pneumatik- Kavität eingeführt werden. Receiving a fluid and having a flexible membrane separating the two cavities, the excitation element can be introduced into the pneumatic cavity in the step of moving in the direction of the membrane.
Das Verfahren kann in Verbindung mit und/oder unter Verwendung einer Ausführungsform des vorstehend genannten Analysegerätes ausführbar sein. Vorteilhafterweise kann bzw. können das Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ ein elektrisches Feld somit innerhalb der Kartusche angelegt werden, um magnetisierte Partikel des Fluids zu separieren. The method can be executable in connection with and / or using an embodiment of the above-mentioned analysis device. Advantageously, the magnetic field and, in addition or alternatively, an electrical field can thus be applied within the cartridge in order to separate magnetized particles of the fluid.
Das Verfahren kann gemäß einer Ausführungsform auch verwendet werden, ein weiteres Anregungselement in eine weitere Pneumatik- Kavität einzuführen. Dabei kann sich ein Bewegungspfad des Anregungselements von einem Bewegungspfad des weiteren Anregungselements beispielsweise in einer Länge unterscheiden, um das weitere Anregungselement weiter in Richtung der Membran in die Pneumatik- Kavität einzuführen, beispielsweise um die Membran durch einen mechanischen Kontakt auszulenken. According to one embodiment, the method can also be used to insert a further excitation element into a further pneumatic cavity. A movement path of the excitation element can differ in length from a movement path of the further excitation element, for example, in order to introduce the further excitation element further into the direction of the membrane into the pneumatic cavity, for example in order to deflect the membrane by mechanical contact.
Je nach Ausführung des Anregungselements kann der Schritt des Bereitstellens gemäß einer Ausführungsform auch unter Verwendung eines Anregungssignals erfolgen. Wenn das Anregungselement beispielsweise eine elektrische Spule oder eine Kondensatorplatte ist, kann das Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ das elektrische Feld unter Verwendung des Anregungssignals erzeugt werden, wobei das Anregungssignal ausgebildet sein kann, das Depending on the design of the excitation element, the step of providing, according to one embodiment, can also take place using an excitation signal. If the excitation element is, for example, an electrical coil or a capacitor plate, the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field can be generated using the excitation signal, wherein the excitation signal can be formed
Anregungselement zu aktivieren, zu deaktivieren, oder eine Feldstärke des Magnetfeldes und zusätzlich oder alternativ das elektrische Feldes einzustellen. To activate or deactivate the excitation element, or to set a field strength of the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field.
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 Analysegeräts zum Analysieren eines Fluids in einer mikrofluidischen Kartusche gemäß einem Embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows: Fig. 1 is a schematic representation of an analysis device for analyzing a fluid in a microfluidic cartridge according to a
Ausführungsbeispiel; Embodiment;
Fig. 2a und 2b eine schematische Darstellung einer Kartusche und eines Anregungselements eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2a and 2b show a schematic representation of a cartridge and an excitation element of an analysis device according to an embodiment;
Fig. 3a und 3b eine schematische Darstellung einer Kartusche und eines Anregungselements eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3a and 3b show a schematic representation of a cartridge and an excitation element of an analysis device according to an embodiment;
Fig. 4a bis 4c eine schematische Darstellung einer Kartusche und eines Anregungselements eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; 4a to 4c show a schematic representation of a cartridge and an excitation element of an analysis device according to an embodiment;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Kartusche und mehrerer Fig. 5 is a schematic representation of a cartridge and several
Anregungselemente eines Analysegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel; und Excitation elements of an analysis device according to an embodiment; and
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vorbereiten eines Fluids in einer mikrofluidischen Kartusche für eine Analyse des Fluids gemäß einem Ausführungsbeispiel. 6 shows a flowchart of a method for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for an analysis of the fluid according to an exemplary embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren In the following description of advantageous exemplary embodiments of the present invention are shown in the various figures
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche illustrated and similarly acting elements same or similar
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Reference numerals are used, a repeated description of these elements being omitted.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Analysegeräts 100 zum 1 shows a schematic illustration of an analysis device 100 for
Analysieren eines Fluids in einer mikrofluidischen Kartusche 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Analysegerät 100 umfasst einen Aufnahmebereich 110 zum Aufnehmen der Kartusche 105 und eine Anregungseinheit 115. In dem Aufnahmebereich 110 ist hier beispielhaft die Kartusche 105 angeordnet. Eine mögliche Ausführungsform der Kartusche 105 ist detaillierter anhand der nachfolgenden Figuren gezeigt. Optional weist die Kartusche einen Analyzing a fluid in a microfluidic cartridge 105 according to an embodiment. The analysis device 100 comprises a receiving area 110 for receiving the cartridge 105 and an excitation unit 115. The cartridge 105 is arranged here as an example in the receiving area 110. A possible embodiment of the cartridge 105 is shown in more detail with reference to the following figures. The cartridge optionally has one
Mehrschichtaufbau aus einem Pneumatik- Substrat mit zumindest einer Pneumatik- Kavität, einem Fluidik-Substrat und einer zwischen den Substraten angeordneten flexiblen Membran auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Kartusche keine Pneumatik- Kavität sondern lediglich eine Fluidik- Kavität auf, die optional durch eine Membran verschlossen sein kann. Die Anregungseinheit 115 umfasst ein beweglich angeordnetes Anregungselement 120. Die Multi-layer construction from a pneumatic substrate with at least one Pneumatic cavity, a fluidic substrate and a flexible membrane arranged between the substrates. According to one embodiment, the cartridge does not have a pneumatic cavity but only a fluidic cavity, which can optionally be closed by a membrane. The excitation unit 115 comprises a movably arranged excitation element 120
Anregungseinheit 115 ist dazu ausgebildet, unter Verwendung des Excitation unit 115 is designed to use the
Anregungselements 120 ein Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ ein elektrisches Feld zu erzeugen. Optional ist die Anregungseinheit 115 dazu ausgebildet, ansprechend auf ein Bewegungssignal 125 das Anregungselement 120 in den Aufnahmebereich 110 zu bewegen. Wenn die Kartusche 105 von dem Aufnahmebereich 110 aufgenommen ist, kann das Anregungselement 120 dadurch in Richtung der Kartusche 105 bewegt werden. Wenn die Kartusche 105 eine Pneumatik- Kavität aufweist, kann das Anregungselement 120 dadurch in Richtung der Membran in die Pneumatik- Kavität der Kartusche 105 eingeführt werden. Excitation element 120 to generate a magnetic field and additionally or alternatively an electric field. Optionally, the excitation unit 115 is designed to move the excitation element 120 into the receiving area 110 in response to a movement signal 125. If the cartridge 105 is received by the receiving area 110, the excitation element 120 can thereby be moved in the direction of the cartridge 105. If the cartridge 105 has a pneumatic cavity, the excitation element 120 can thereby be introduced into the pneumatic cavity of the cartridge 105 in the direction of the membrane.
Die Anregungseinheit 115 ist ausgebildet, das Bewegungssignal 125 einzulesen. Das Bewegungssignal 125 ist geeignet, einen Bewegungspfad des The excitation unit 115 is designed to read in the movement signal 125. The movement signal 125 is suitable for a movement path of the
Anregungselements 120, auch Verfahrweg genannt, einzustellen, beispielsweise eine Länge des Einführens des Anregungselements 120 in die Pneumatik- Kavität. Beispielhaft ist hier zudem eine Bewegungsachse 130 des Set excitation element 120, also called travel, for example a length of insertion of excitation element 120 into the pneumatic cavity. A movement axis 130 of the
Anregungselements 120 gezeigt. Excitation element 120 shown.
Das Analysegerät 100 umfasst gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zudem eine Steuereinheit 135. Die Steuereinheit 135 ist signalübertragungsfähig mit der Anregungseinheit 115 verbunden. Zudem ist die Steuereinheit 135 dazu ausgebildet, das Bewegungssignal 125 bereitzustellen. According to the exemplary embodiment shown here, the analysis device 100 also includes a control unit 135. The control unit 135 is connected to the excitation unit 115 so that it can transmit signals. In addition, the control unit 135 is designed to provide the movement signal 125.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anregungseinheit 115 dazu ausgebildet, das Anregungselement 120 in Richtung der Membran in die Pneumatik- Kavität einzuführen. Zudem ist die Anregungseinheit 115 dazu ausgebildet, unter Verwendung des Anregungselements 120 ein Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ ein elektrisches Feld bereitzustellen, um innerhalb der Kartusche 105 das Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ das elektrische Feld anzulegen. Das Anregungselement 120 ist dazu gemäß einem Ausführungsbeispiel als Permanentmagnet, als elektrische Spule oder als Kondensatorplatte ausführbar. According to the exemplary embodiment shown here, the excitation unit 115 is designed to insert the excitation element 120 into the pneumatic cavity in the direction of the membrane. In addition, the excitation unit 115 is designed to use the excitation element 120 to provide a magnetic field and, additionally or alternatively, an electrical field in order to apply the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field within the cartridge 105. For this purpose, the excitation element 120 is according to a Embodiment can be implemented as a permanent magnet, as an electrical coil or as a capacitor plate.
Wenn die Anregungseinheit 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel als If the excitation unit 115 as
Anregungselement 120 eine elektrische Spule und zusätzlich oder alternativ eine Kondensatorplatte aufweist, ist die Anregungseinheit 115 dazu ausgebildet, ansprechend auf ein Anregungssignal 140 das Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ das elektrische Feld zu erzeugen. Das Anregungssignal 140 wird hier beispielhaft von der Steuereinheit 135 bereitgestellt. Zum Erzeugen des Excitation element 120 has an electrical coil and additionally or alternatively a capacitor plate, the excitation unit 115 is designed to generate the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field in response to an excitation signal 140. The excitation signal 140 is provided here by the control unit 135 as an example. To generate the
Magnetfeldes und zusätzlich oder alternativ des elektrischen Feldes ist das Anregungssignal 140 ausgebildet, das Anregungselement 120 zu aktivieren. Magnetic field and additionally or alternatively the electrical field, the excitation signal 140 is designed to activate the excitation element 120.
Die Anregungseinheit 115 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel zudem dazu ausgebildet, unter Verwendung des Anregungselements 120 das Magnetfeld und zusätzlich oder alternativ das elektrische Feld ansprechend auf ein According to one exemplary embodiment, the excitation unit 115 is also designed to use the excitation element 120 to respond to the magnetic field and, additionally or alternatively, the electric field
Deaktivierungssignal 145 zu deaktivieren. Das Deaktivierungssignal 145 wird hier beispielhaft von der Steuereinheit 135 bereitgestellt. Optional ist das Deactivate deactivation signal 145. The deactivation signal 145 is provided here by the control unit 135 as an example. This is optional
Deaktivierungssignal 145 ein Wert des Anregungssignals 140, der ein Deactivation signal 145 is a value of the excitation signal 140 which is a
Deaktivieren des Anregungselements 120 bewirkt. Deactivating the excitation element 120 causes.
Zudem ist die Anregungseinheit 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, unter Verwendung des Anregungselements 120 abhängig von dem Anregungssignal 140 eine Feldstärke des Magnetfelds und zusätzlich oder alternativ des elektrischen Felds einzustellen. Die Feldstärke ist beispielsweise unter Verwendung eines Werts des Anregungssignals 140 einstellbar. In addition, according to one exemplary embodiment, the excitation unit 115 is designed to use the excitation element 120 to set a field strength of the magnetic field and additionally or alternatively the electrical field as a function of the excitation signal 140. The field strength can be set, for example, using a value of the excitation signal 140.
Optional umfasst die Anregungseinheit 115 ein weiteres Anregungselement oder eine Mehrzahl an Anregungselementen. In diesem Fall ist die Anregungseinheit 115 ausgebildet, das weitere Anregungselement unter Verwendung eines weiteren Bewegungssignals 150 in Richtung des Aufnahmebereichs 110, also beispielsweise in Richtung der Membran in eine weitere Pneumatik- Kavität der Kartusche 105 einzuführen. Die Steuereinheit 135 ist hier beispielhaft dazu ausgebildet, das weitere Bewegungssignal 150 bereitzustellen. Das weitere Bewegungssignal 150 kann dem Bewegungssignal 125 entsprechen oder beispielsweise einen anderen Wert in Bezug auf eine Länge eines Bewegungspfads des weiteren Anregungselements umfassen, beispielsweise um das weitere Anregungselement weiter in die weitere Pneumatik- Kavität einzuführen. Dies ist nachfolgend beispielhaft anhand von Fig. 5 gezeigt. Optionally, the excitation unit 115 comprises a further excitation element or a plurality of excitation elements. In this case, the excitation unit 115 is designed to insert the further excitation element into a further pneumatic cavity of the cartridge 105 using a further movement signal 150 in the direction of the receiving area 110, that is to say for example in the direction of the membrane. The control unit 135 is configured here, for example, to provide the further movement signal 150. The further movement signal 150 can correspond to the movement signal 125 or, for example, another value with respect to a length of one Include movement paths of the further excitation element, for example in order to further introduce the further excitation element into the further pneumatic cavity. This is shown below by way of example with reference to FIG. 5.
Das hier gezeigte Analysegerät 100 ist verwendbar, um mithilfe eines The analysis device 100 shown here can be used to use a
verfahrbaren magnetischen oder magnetisierbaren Elements, dem movable magnetic or magnetizable element, the
Anregungselement 120, bestimmte Partikel, beispielsweise mit einem Excitation element 120, certain particles, for example with a
magnetischen Bead gelabelte Partikel, innerhalb eines in einer Fluidik- Kavität der Kartusche 105 befindlichen Fluids anzureichern, zu sortieren oder voneinander zu trennen. Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes mittels des magnetic bead-labeled particles to be enriched, sorted or separated from one another within a fluid located in a fluidic cavity of the cartridge 105. By applying an electrical field using the
Anregungselements 120 ist es vorteilhafterweise möglich, beispielsweise Excitation element 120 is advantageously possible, for example
Circulating Tumor Cells (CTCs) über ihre physikalischen Eigenschaften wie Größe, Dichte, elektrische Ladung oder Deformierbarkeit der blutbildenden Zellen zu separieren, indem die Zellen polarisiert werden und dementsprechend Kräfte durch Dielektrophorese erfahren. Darüber hinaus ist es möglich, CTCs durch Labeling mit magnetischen Beads zu versehen und anschließend durch das mittels des Anregungselements 120 erzeugten Magnetfelds anzureichern oder zu separieren. Vorteilhafterweise ist für ein solches elektrisch oder magnetisch getriebenes Separationsverfahren keine Elektrifizierung der Separate Circulating Tumor Cells (CTCs) via their physical properties such as size, density, electrical charge or deformability of the hematopoietic cells by polarizing the cells and accordingly experiencing forces through dielectrophoresis. In addition, it is possible to label CTCs with magnetic beads and then to enrich or separate them using the magnetic field generated by the excitation element 120. For such an electrically or magnetically driven separation process, there is advantageously no electrification of the
Kartusche 105 erforderlich. Dies ist kostensparend. Cartridge 105 required. This is economical.
Fig. 2a und 2b zeigen je eine schematische Darstellung einer Kartusche 105 und eines Anregungselements eines Analysegeräts gemäß einem 2a and 2b each show a schematic illustration of a cartridge 105 and an excitation element of an analysis device according to one
Ausführungsbeispiel. Das Anregungselement ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Permanentmagnet 220 ausgeführt. Der Embodiment. According to the exemplary embodiment shown here, the excitation element is designed as a permanent magnet 220. Of the
Permanentmagnet 220 ist aus einem ferromagnetischen Metall, beispielsweise Eisen, Nickel, oder Cobalt, einer ferromagnetischen Legierungen, einem diamagnetischen Metall wie Kupfer oder Silber oder aus einem Permanent magnet 220 is made of a ferromagnetic metal, for example iron, nickel, or cobalt, a ferromagnetic alloy, a diamagnetic metal such as copper or silver, or one
paramagnetischen Material wie Aluminium ausgeformt. Paramagnetic material shaped like aluminum.
Von der Kartusche 105 ist beispielhaft ein Ausschnitt im Querschnitt gezeigt. Die hier gezeigte Kartusche 105 ähnelt oder entspricht der anhand von Fig. 1 gezeigten Kartusche. Die Kartusche 105 weist einen Schichtaufbau aus einem Pneumatik-Substrat 225, einem Fluidik-Substrat 230 und einer flexiblen A section of the cartridge 105 is shown by way of example in cross section. The cartridge 105 shown here is similar or corresponds to the cartridge shown in FIG. 1. The cartridge 105 has a layer structure composed of a pneumatic substrate 225, a fluidic substrate 230 and a flexible one
Membran 235 auf. Das Pneumatik-Substrat 225 umfasst zumindest eine Pneumatik- Kavität 240, und das Fluidik-Substrat 230 umfasst zumindest eine Fluidik- Kavität 245 zum Aufnehmen eines Fluids 250. Die zumindest eine Fluidik- Kavität 245 ist der zumindest einen Pneumatik- Kavität 240 zumindest abschnittsweise gegenüberliegend angeordnet. Die Membran 235 ist zwischen dem Pneumatik-Substrat 225 und dem Fluidik-Substrat 230 angeordnet. Zudem ist die Membran 235 dazu ausgeformt, die zumindest eine Fluidik- Kavität 245 und die zumindest eine Pneumatik- Kavität 240 fluidisch voneinander zu trennen. Membrane 235 on. Pneumatic substrate 225 includes at least one Pneumatic cavity 240, and the fluidic substrate 230 comprises at least one fluidic cavity 245 for receiving a fluid 250. The at least one fluidic cavity 245 is arranged at least in sections opposite the at least one pneumatic cavity 240. The membrane 235 is arranged between the pneumatic substrate 225 and the fluidic substrate 230. In addition, the membrane 235 is designed to fluidly separate the at least one fluidic cavity 245 and the at least one pneumatic cavity 240.
Das Pneumatik-Substrat 225 und das Fluidik-Substrat 230 sind aus einem Polymer wie einem Thermoplast (z.B. PC, PA, PS, PP, PE, PMMA, COP, COC) ausformbar. Auch die Membran 135 ist aus einem Polymer ausformbar, beispielsweise aus einem Elastomer, einem thermoplastischen Elastomer (TPU, TPS), aus Thermoplast oder einer Heißklebefolie. Der Schichtaufbau aus dem Pneumatik-Substrat 225, der Membran 235 und dem Fluidik-Substrat 230 weist beispielsweise eine Dicke von einem halben bis fünf Millimeter auf, und die Membran 235 weist beispielsweise eine Dicke von fünf bis dreihundert The pneumatic substrate 225 and the fluidic substrate 230 can be formed from a polymer such as a thermoplastic (e.g. PC, PA, PS, PP, PE, PMMA, COP, COC). The membrane 135 can also be formed from a polymer, for example from an elastomer, a thermoplastic elastomer (TPU, TPS), from thermoplastic or a hot-melt film. The layer structure comprising the pneumatic substrate 225, the membrane 235 and the fluidic substrate 230 has a thickness of, for example, half a to five millimeters, and the membrane 235 has a thickness of, for example, five to three hundred
Mikrometern auf. Ein Fügen des Pneumatik-Substrats 225, der Membran 235 und des Fluidik-Substrats 230 zu dem Mehrschichtaufbau erfolgt beispielsweise mittels Laserdurchstrahlschweißen, Ultraschallschweißen, Thermobonden,Micrometers on. The pneumatic substrate 225, the membrane 235 and the fluidic substrate 230 are joined to the multilayer structure, for example by means of laser transmission welding, ultrasound welding, thermal bonding,
Kleben oder Klemmen. Die Membran 235 ist flexibel und in Richtung der Pneumatik- Kavität 240 und der Fluidik- Kavität 245 auslenkbar. Zum Glue or clamp. The membrane 235 is flexible and can be deflected in the direction of the pneumatic cavity 240 and the fluidic cavity 245. To the
Prozessieren des Fluids 250 in der Fluidik- Kavität ist ein pneumatischer Druck an das Pneumatik-Substrat 225, insbesondere an die Pneumatik- Kavität 240 anlegbar, mit einer Druckdifferenz von 0,1 bis fünf bar. Durch das Anlegen eines Unterdrucks ist die flexible Membran 235 auslenkbar, beispielsweise um das Fluid 250 in die Fluidik- Kavität 245 einzuziehen. Zudem ist die Membran 235 ausgeformt, durch ein Auslenken das Fluid 250 zu verdrängen oder ein Ventil zu öffnen oder zu schließen. When the fluid 250 is processed in the fluidic cavity, a pneumatic pressure can be applied to the pneumatic substrate 225, in particular to the pneumatic cavity 240, with a pressure difference of 0.1 to five bar. By applying a negative pressure, the flexible membrane 235 can be deflected, for example in order to draw the fluid 250 into the fluidic cavity 245. In addition, the diaphragm 235 is shaped to displace the fluid 250 or to open or close a valve by deflecting it.
In der Fluidik- Kavität 245 ist hier beispielhaft das Fluid 250 aufgenommen. Das Fluid 250 ist in der Fluidik- Kavität 245 beweglich, es strömt beispielsweise durch die Fluidik- Kavität 245 hindurch. Zudem weist das Fluid 250 unterschiedliche Partikel 255 auf, beispielsweise Blutkörperchen oder CTCs, die auch mit einem magnetischen Bead gelabelt sein können. Der Permanentmagnet 220 als Anregungselement ist beweglich und zum Einführen in die Pneumatik- Kavität 240 in Richtung der Membran 235 The fluid 250 is accommodated here as an example in the fluidic cavity 245. The fluid 250 is movable in the fluidic cavity 245, for example it flows through the fluidic cavity 245. In addition, the fluid 250 has different particles 255, for example blood cells or CTCs, which can also be labeled with a magnetic bead. The permanent magnet 220 as the excitation element is movable and can be introduced into the pneumatic cavity 240 in the direction of the membrane 235
ausgeformt. Der Permanentmagnet ist beispielsweise bis zu einer molded. The permanent magnet is up to one, for example
Membranoberfläche der Membran 235 einführbar, oder darüber hinaus weiter in die der Pneumatik- Kavität 240 zumindest abschnittsweise gegenüberliegende Fluidik- Kavität 245 hinein. In diesem Fall wird die Membran 235 durch einen mechanischen Kontakt mit dem Permanentmagneten 220 ausgelenkt. Membrane surface of the membrane 235 can be inserted, or further into the fluidic cavity 245 opposite the pneumatic cavity 240, at least in sections. In this case, membrane 235 is deflected by mechanical contact with permanent magnet 220.
Vorteilhafterweise ist durch ein Bewegen des Permanentmagneten 220 eine Wirkung des magnetischen Feldes örtlich und zeitlich einstellbar. Dies bietet vorteilhafterweise eine Flexibilität beim Separieren von Partikeln 255 in dem Fluid 250. By moving the permanent magnet 220, an effect of the magnetic field can advantageously be set locally and in time. This advantageously offers flexibility in separating particles 255 in the fluid 250.
Fig. 2a zeigt den Permanentmagneten 220, der hier nicht in die Pneumatik- Kavität 240 eingeführt ist. Entsprechend werden hier keine Partikel 255 in dem Fluid 250 von dem Permanentmagneten 220 angezogen, es findet keine 2a shows the permanent magnet 220, which is not inserted into the pneumatic cavity 240 here. Accordingly, no particles 255 in the fluid 250 are attracted by the permanent magnet 220, and none are found
Separation statt. Separation instead.
Fig. 2b zeigt den Permanentmagneten 220 in einem in die Pneumatik- Kavität 240 eingeführten Zustand. Das Fluid 250 in der Fluidik- Kavität 245 strömt an einem dem eingeführten Permanentmagneten 220 gegenüberliegenden Bereich vorbei. Dabei sammeln sich magnetische Partikel 255, beispielsweise durch 2b shows the permanent magnet 220 in a state inserted into the pneumatic cavity 240. The fluid 250 in the fluidic cavity 245 flows past an area opposite the inserted permanent magnet 220. Magnetic particles 255 collect, for example
magnetische Beads gelabelte CTCs, in dem Bereich am Permanentmagneten 220 auf einer der Fluidik- Kavität 245 zugewandten Seite der flexiblen Membran 235. Somit ist es möglich, die magnetischen Partikel 255 zu sammeln, örtlich zu konzentrieren bzw. anzureichern und sie somit fluidisch zu separieren. Durch die flexible Membran 235 ist dabei eine vollständig fluidische Trennung des zu analysierenden Fluides 235 zur Umgebung gegeben. Unter Verwendung des Analysegeräts ist dann eine Analyse des Fluides 250 möglich. Magnetic beads labeled CTCs, in the area of the permanent magnet 220 on a side of the flexible membrane 235 facing the fluidic cavity 245. It is thus possible to collect the magnetic particles 255, to concentrate them locally or to enrich them and thus to separate them fluidically. The flexible membrane 235 provides a completely fluidic separation of the fluid 235 to be analyzed from the environment. An analysis of the fluid 250 is then possible using the analysis device.
Fig. 3a und 3b zeigen je eine schematische Darstellung einer Kartusche 105 und eines Anregungselements eines Analysegeräts gemäß einem 3a and 3b each show a schematic illustration of a cartridge 105 and an excitation element of an analysis device according to one
Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Kartusche 105 ähnelt oder entspricht der anhand der vorhergehenden Figuren beschriebenen Kartusche. Das Embodiment. The cartridge 105 shown here is similar or corresponds to the cartridge described with reference to the previous figures. The
Anregungselement ist hier als elektrische Spule 320 ausgeführt. Mittels der elektrischen Spule 320 ist es möglich, das elektrische Feld oder das Magnetfeld durch ein laterales Verfahren oder durch ein Anlegen von Gleich- oder Excitation element is designed here as an electrical coil 320. The electrical coil 320 makes it possible to determine the electrical field or the magnetic field by a lateral procedure or by applying equal or
Wechselstrom zu verändern oder gezielt einzustellen. Dies ermöglicht eine Flexibilität bei der Separation der Partikel 255 in dem Fluid 250. Zudem ist es möglich, durch die elektrische Stromstärke der elektrischen Spule 320 eine Intensität des Magnetfeldes gezielt zu steuern. Damit kann die fluidische Separation von Partikeln 255 hinsichtlich ihres Gewichts oder Größe oder auch hinsichtlich einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 250 gezielt eingestellt werden. To change alternating current or to set it specifically. This enables flexibility in the separation of the particles 255 in the fluid 250. In addition, it is possible to control an intensity of the magnetic field in a targeted manner by means of the electrical current strength of the electrical coil 320. The fluidic separation of particles 255 can thus be set in a targeted manner with regard to their weight or size or also with regard to a flow velocity of the fluid 250.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Permanentmagneten oder der elektrischen Spule 320 als Anregungselement ist auch eine Kondensatorplatte über die flexible Membran 235 anordenbar und in Richtung der Membran 235 bewegbar, um durch ein elektrisches Feld ein Separationsverfahren über Dielektrophorese zu ermöglichen. Die Membran 235 zwischen dem Anregungselement und den Partikeln 255, beispielsweise zu separierende Zellen, verhindert dabei eine mögliche Elektrolyse der Zellen. In addition or as an alternative to the permanent magnet or the electrical coil 320 as an excitation element, a capacitor plate can also be arranged over the flexible membrane 235 and can be moved in the direction of the membrane 235 in order to enable a separation process via dielectric electrophoresis by means of an electric field. The membrane 235 between the excitation element and the particles 255, for example cells to be separated, prevents possible electrolysis of the cells.
Fig. 3a zeigt die elektrische Spule 320 in einem in die Pneumatik- Kavität 240 eingeführten Zustand. Die elektrische Spule 320 ist dabei nicht aktiviert, es wird entsprechend in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel kein elektrisches Feld oder Magnetfeld erzeugt, wodurch keine Separation der Partikel 255 erfolgt. Die elektrische Spule 320 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel also deaktiviert oder nicht aktiviert. Die Möglichkeit des Aktivierens und Deaktivierens der elektrischen Spule 320 je nach Bedarf bietet den Vorteil, dass durch ein Anlegen und Abstellen eines elektrischen Stromes ein erneutes Hinein- oder Herausfahren des Anregungselements verzichtbar ist. 3a shows the electrical coil 320 in a state inserted into the pneumatic cavity 240. The electrical coil 320 is not activated in this case, and accordingly no electrical field or magnetic field is generated in the exemplary embodiment shown here, as a result of which the particles 255 are not separated. The electrical coil 320 is therefore deactivated or not activated according to the exemplary embodiment shown here. The possibility of activating and deactivating the electrical coil 320 as required offers the advantage that it is not necessary to switch the excitation element in or out by applying and switching off an electrical current.
Fig. 3b zeigt die elektrische Spule 320 in einem in die Pneumatik- Kavität 240 eingeführten und aktivierten Zustand, das elektrische Feld und/oder das 3b shows the electrical coil 320 in an inserted and activated state in the pneumatic cavity 240, the electrical field and / or the
Magnetfeld wird bzw. werden hier also unter Verwendung der elektrischen Spule 320 erzeugt. Dadurch sammeln sich die Partikel 255 in dem Fluid 250 in der Fluidik- Kavität 245 in einem bezogen auf die Darstellung in Fig. 3b unterhalb der Membran 235 angeordneten Bereich, welcher der aktivierten elektrischen Spule 320 gegenüberliegt. Fig. 4a bis 4e zeigen je eine schematische Darstellung einer Kartusche 105 und eines Anregungselements eines Analysegeräts gemäß einem Magnetic field is or are generated here using the electrical coil 320. As a result, the particles 255 collect in the fluid 250 in the fluidic cavity 245 in a region, which is arranged below the membrane 235 with respect to the illustration in FIG. 3b and which is opposite the activated electrical coil 320. 4a to 4e each show a schematic illustration of a cartridge 105 and an excitation element of an analysis device according to one
Ausführungsbeispiel. Als Anregungselement ist hier beispielhaft der Embodiment. The excitation element here is, for example
Permanentmagnet 220 gezeigt. Die Kartusche 105 weist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu dem Pneumatik-Substrat 225 mit der Pneumatik- Kavität 240, der flexiblen Membran 235 und dem Fluidik-Substrat 230 mit der Fluidik- Kavität 245 einen in dem Fluidik-Substrat 230 ausgeformten Einleitkanal 405 zum Einleiten des Fluids 250 in die Fluidik- Kavität 245 auf. Zudem weist die Kartusche 105 einen ersten Ausleitkanal 410 zum Ausleiten des Fluids 250 aus der Fluidik- Kavität 245 und einen zweiten Ausleitkanal 415 zum Ausleiten des Fluids 250 aus der Fluidik- Kavität 245 auf. Der zweite Ausleitkanal 415 ist dabei entlang einer Bewegungsachse des Permanentmagneten 220 versetzt zu dem ersten Ausleitkanal 410 angeordnet. Die Bewegungsachse des Permanentmagneten 220 verläuft hier beispielhaft orthogonal oder normal bezüglich Erstreckungsachsen des Einleitkanals 405 und der Ausleitkanäle 410 und 415. Entsprechend verlaufen der erste Ausleitkanal 410 und der zweite Ausleitkanal 415 parallel zueinander und parallel zu der Membran 235 im entspannten Zustand. Durch den Einleitkanal 405, die Fluidik- Kavität 245, den ersten Ausleitkanal 410 und den zweiten Ausleitkanal 415 strömt hier das Fluid 250 mit einer durch den Pfeil 425 markierten Strömungsrichtung. Permanent magnet 220 shown. In addition to the pneumatic substrate 225 with the pneumatic cavity 240, the flexible membrane 235 and the fluidic substrate 230 with the fluidic cavity 245, the cartridge 105 has, in addition to the pneumatic substrate 225, an inlet channel 405 formed in the fluidic substrate 230 Introducing the fluid 250 into the fluidic cavity 245. In addition, the cartridge 105 has a first discharge channel 410 for discharging the fluid 250 from the fluidic cavity 245 and a second discharge channel 415 for discharging the fluid 250 from the fluidic cavity 245. The second diversion channel 415 is arranged offset to the first diversion channel 410 along an axis of movement of the permanent magnet 220. The axis of movement of the permanent magnet 220 extends here, for example, orthogonally or normally with respect to the axes of extension of the inlet channel 405 and the outlet channels 410 and 415. Accordingly, the first outlet channel 410 and the second outlet channel 415 run parallel to one another and parallel to the membrane 235 in the relaxed state. The fluid 250 flows here through the inlet channel 405, the fluidic cavity 245, the first outlet channel 410 and the second outlet channel 415 with a flow direction marked by the arrow 425.
Fig. 4a zeigt den Permanentmagneten 220 in einem nicht in die Pneumatik- Kavität 240 eingeführten bzw. außerhalb der Pneumatik- Kavität 240 FIG. 4a shows the permanent magnet 220 in a not inserted into the pneumatic cavity 240 or outside of the pneumatic cavity 240
angeordneten Zustand. Entsprechend ist kein Magnetfeld angelegt. Ohne Wirkung eines magnetischen Elements wie dem Permanentmagneten 220 verteilen sich die Partikeln 255 ohne Beeinflussung durch das Magnetfeld in den ersten Ausleitkanal 410 und den zweiten Ausleitkanal 415. arranged state. Accordingly, no magnetic field is created. Without the action of a magnetic element such as the permanent magnet 220, the particles 255 are distributed into the first diversion channel 410 and the second diversion channel 415 without being influenced by the magnetic field.
Fig. 4b zeigt den Permanentmagneten 220 in einem in die Pneumatik- Kavität 240 eingeführten Zustand. Der Permanentmagnet 220 ist dabei in Richtung der Membran 235 durch die Pneumatik- Kavität 240 in die Fluidik- Kavität 245 eingeführt. Dabei ist die Membran 235 durch den mechanischen Kontakt mit dem Permanentmagneten 220 in Richtung der Fluidik- Kavität ausgelenkt. Durch das Einführen des Permanentmagneten 220 werden die nicht-magnetisierbaren Partikel 255 strömungsbedingt in den zweiten Ausleitkanal 415 abgelenkt und die magnetisierbaren Partikel 255 werden in den ersten Ausleitkanal 410 geführt, der näher an dem Permanentmagneten 220 und damit näher an dem Magnetfeld liegt. Damit kann eine gezielte Separation von magnetisierten und nicht magnetisierten Partikeln 255 erreicht werden. Dies ist vorteilhaft, um einzelne Partikel 255, beispielsweise CTCs, anschließend zu zählen. 4b shows the permanent magnet 220 in a state inserted into the pneumatic cavity 240. The permanent magnet 220 is inserted in the direction of the membrane 235 through the pneumatic cavity 240 into the fluidic cavity 245. The membrane 235 is deflected in the direction of the fluidic cavity by the mechanical contact with the permanent magnet 220. By inserting the permanent magnet 220, the non-magnetizable particles 255 are deflected into the second diversion channel 415 due to the flow and the Magnetizable particles 255 are guided into the first diversion channel 410, which is closer to the permanent magnet 220 and thus closer to the magnetic field. In this way, a targeted separation of magnetized and non-magnetized particles 255 can be achieved. This is advantageous in order to subsequently count individual particles 255, for example CTCs.
Fig. 4c zeigt den Permanentmagneten 220 in einem in die Pneumatik- Kavität 240 noch weiter eingeführten Zustand als in Fig. 4b. Durch das Einführen des Permanentmagneten 220 und die durch den mechanischen Kontakt mit dem Permanentmagneten 220 herbeigeführte Auslenkung der Membran 235 in Richtung der Fluidik- Kavität 245 wird hier der erste Ausleitkanal 410 FIG. 4c shows the permanent magnet 220 in a state that is introduced into the pneumatic cavity 240 even further than in FIG. 4b. By inserting the permanent magnet 220 and the deflection of the membrane 235 in the direction of the fluidic cavity 245 caused by the mechanical contact with the permanent magnet 220, the first diversion channel 410 becomes here
verschlossen oder nahezu verschlossen. Somit ist es möglich, den ersten Ausleitkanal von der Fluidik- Kavität zu trennen, beispielsweise um eine closed or almost closed. It is thus possible to separate the first discharge channel from the fluidic cavity, for example by one
Separation zu unterbrechen oder eine sequentielle Separation beziehungsweise Anreicherung zu ermöglichen. Interrupt separation or enable sequential separation or enrichment.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Kartusche 105 und mehrerer Anregungselemente 120, 520, 521 eines Analysegeräts gemäß einem FIG. 5 shows a schematic representation of a cartridge 105 and a plurality of excitation elements 120, 520, 521 of an analysis device according to one
Ausführungsbeispiel. Die Anregungselemente 120, 520, 521 sind hier beispielhaft als Permanentmagnete ausgeführt. Das obenstehend beschriebene Analysegerät umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel neben dem Embodiment. The excitation elements 120, 520, 521 are designed here as permanent magnets by way of example. According to one embodiment, the analysis device described above comprises in addition to the
Anregungselement 120 zumindest ein weiteres Anregungselement 520 und/oder 521. Hier sind beispielhaft zwei weitere Anregungselemente 520, 521 gezeigt. Unter Verwendung der weiteren Anregungselemente 520, 521 sind weitere Magnetfelder und/oder weitere elektrische Felder bereitstellbar. Excitation element 120 at least one further excitation element 520 and / or 521. Two further excitation elements 520, 521 are shown here by way of example. Additional magnetic fields and / or further electrical fields can be provided using the further excitation elements 520, 521.
Die Kartusche 105 weist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel neben der Pneumatik- Kavität 240 zumindest eine weitere in dem Pneumatik-Substrat 225 ausgeformte Pneumatik- Kavität 540 auf. Hier weist die Kartusche 105 beispielhaft zwei weitere Pneumatik- Kavitäten 540, 541 auf. Die zumindest eine Fluidik- Kavität 245 ist den weiteren Pneumatik- Kavitäten 540, 541 zumindest abschnittsweise gegenüberliegend angeordnet. Die Membran 235 ist dazu ausgeformt, die zumindest eine Fluidik- Kavität 245 und die weiteren Pneumatik- Kavitäten 540, 541 fluidisch voneinander zu trennen. Das Anregungselement 120 und die beiden weiteren Anregungselemente 520, 521 sind gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel unterschiedlich weit in die Pneumatik- Kavität 240 und die beiden weiteren Pneumatik- Kavitäten 540, 541 eingeführt. Jedes der Anregungselemente 120, 520, 521 ist dabei bis in die Fluidik- Kavität 245 hinein eingeführt, wobei die Membran 235 ausgelenkt wird. Wenn die Anregungselemente 120, 520, 521 wie in dem hier gezeigten In the exemplary embodiment shown here, the cartridge 105 has, in addition to the pneumatic cavity 240, at least one further pneumatic cavity 540 formed in the pneumatic substrate 225. Here the cartridge 105 has, for example, two further pneumatic cavities 540, 541. The at least one fluidic cavity 245 is arranged at least in sections opposite the other pneumatic cavities 540, 541. The membrane 235 is designed to fluidly separate the at least one fluidic cavity 245 and the further pneumatic cavities 540, 541 from one another. According to the exemplary embodiment shown here, the excitation element 120 and the two further excitation elements 520, 521 are inserted to different degrees into the pneumatic cavity 240 and the two further pneumatic cavities 540, 541. Each of the excitation elements 120, 520, 521 is inserted into the fluidic cavity 245, the membrane 235 being deflected. If the excitation elements 120, 520, 521 as in that shown here
Ausführungsbeispiel als Permanentmagnete ausgeführt sind, ist es möglich, bei einer gleichen Feldstärke der Magnetfelder durch unterschiedliche Verfahrwege der Anregungselemente 120, 520, 521, also durch ein unterschiedlich weites Einführen der Anregungselemente 120, 520, 521, eine Embodiment are designed as permanent magnets, it is possible, with the same field strength of the magnetic fields by different travel paths of the excitation elements 120, 520, 521, that is, by inserting the excitation elements 120, 520, 521 to a different extent
Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 250 und damit der Partikel 255 gezielt lokal zu reduzieren und damit eine Anreicherung und Separation der Partikel 255 ortsgebunden einstellen. To reduce the flow velocity of the fluid 250 and thus the particle 255 locally and thus to adjust the concentration and separation of the particles 255 locally.
Wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel die Anregungselemente 120, 520, 521 als elektrische Spulen ausgeführt sind, ist es zudem möglich, durch ein If, according to one exemplary embodiment, the excitation elements 120, 520, 521 are designed as electrical coils, it is also possible to use a
Deaktivieren eines der Magnetfelder bestimmte Partikel 255 einzeln abzuführen und beispielsweise in einem weiteren Schritt zu zählen. Durch ein Anlegen von Magnetfeldern mit unterschiedlicher Feldstärke können Partikel 255 Deactivate one of the magnetic fields to remove certain particles 255 individually and count them in a further step, for example. Particles 255 can be created by applying magnetic fields with different field strengths
unterschiedlicher Größe oder unterschiedlicher Masse in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit angereichert und konzentriert werden. different sizes or different masses depending on the flow velocity can be enriched and concentrated.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Vorbereiten eines Fluids in einer mikrofluidischen Kartusche für eine Analyse des Fluids gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist ein Ausführungsbeispiel des obenstehend beschriebenen Analysegeräts verwendbar. Die Kartusche weist einen 6 shows a flowchart of a method 600 for preparing a fluid in a microfluidic cartridge for an analysis of the fluid according to an exemplary embodiment. Here, an embodiment of the analysis device described above can be used. The cartridge has one
Schichtaufbau aus einem Pneumatik-Substrat mit zumindest einer Pneumatik- Kavität, aus einem Fluidik-Substrat mit zumindest einer Fluidik- Kavität zum Aufnehmen eines Fluids und aus einer flexiblen Membran auf. Die Membran ist zwischen dem Pneumatik-Substrat und dem Fluidik-Substrat angeordnet. Die zumindest eine Fluidik- Kavität ist der zumindest einen Pneumatik- Kavität zumindest abschnittsweise gegenüberliegend angeordnet. Die Membran ist dazu ausgeformt, die zumindest eine Fluidik- Kavität und die zumindest eine Layer structure from a pneumatic substrate with at least one pneumatic cavity, from a fluidic substrate with at least one fluidic cavity for receiving a fluid, and from a flexible membrane. The membrane is arranged between the pneumatic substrate and the fluidic substrate. The at least one fluidic cavity is arranged at least in sections opposite the at least one pneumatic cavity. For this purpose, the membrane is shaped, the at least one fluidic cavity and the at least one
Pneumatik- Kavität fluidisch voneinander zu trennen. Das Verfahren 600 weist einen Schritt 605 des Einführens und einen Schritt 610 des Bereitstellens auf. Im Schritt 605 des Einführens wird ein Anregungselement in Richtung der Membran in die Pneumatik- Kavität eingeführt. Im Schritt 610 des Bereitstellens wird unter Verwendung des Anregungselements ein Magnetfeld und/oder ein elektrisches Feld bereitgestellt. Fluidically separate the pneumatic cavity. The method 600 has a step 605 of introducing and a step 610 of providing. in the Step 605 of insertion introduces an excitation element in the direction of the membrane into the pneumatic cavity. In step 610 of the provision, a magnetic field and / or an electric field is provided using the excitation element.
Der Schritt 605 des Einführens und der Schritt 610 des Bereitstellens sind in der hier gezeigten Reihenfolge oder in einer umgekehrten Reihenfolge ausführbar. Zudem ist oder sind der Schritt 605 des Einführens und/oder der Schritt 610 des Bereitstellens auch mehrfach hintereinander ausführbar. The step 605 of introducing and the step 610 of providing are executable in the order shown here or in a reverse order. In addition, step 605 of insertion and / or step 610 of provision can also be carried out several times in succession.
Wenn die Kartusche einen einfacheren Aufbau, beispielsweise keinen If the cartridge has a simpler construction, for example none
Mehrschichtaufbau aufweist, kann der Schritt 605 lediglich ein Bewegen des Anregungselements zu der Kartusche hin darstellen. Beispielsweise kann das Anregungselement dabei so bewegt werden, dass es sich einer Fluidik- Kavität der Kartusche annähert. Having a multilayer structure, step 605 can only represent a movement of the excitation element towards the cartridge. For example, the excitation element can be moved so that it approaches a fluidic cavity of the cartridge.
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. If 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 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.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Analysegerät (100) zum Analysieren eines Fluids (250) in einer 1. Analyzer (100) for analyzing a fluid (250) in one
mikrofluidischen Kartusche (105), wobei das Analysegerät (100) folgende Merkmale aufweist: einen Aufnahmebereich (110) zum Aufnehmen der Kartusche (105); und eine Anregungseinheit (115) mit einem beweglich angeordneten Microfluidic cartridge (105), the analysis device (100) having the following features: a receiving area (110) for receiving the cartridge (105); and an excitation unit (115) with a movably arranged one
Anregungselement (120; 220; 320), wobei die Anregungseinheit (115) dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des Anregungselements (120; 220; 320) ein auf den Aufnahmebereich (110) wirkendes Excitation element (120; 220; 320), wherein the excitation unit (115) is designed to use the excitation element (120; 220; 320) to act on the receiving area (110)
Magnetfeld und/oder ein elektrisches Feld zu erzeugen. To generate a magnetic field and / or an electrical field.
2. Analysegerät (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Anregungseinheit (115) dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Bewegungssignal (125) das Anregungselement (120; 220; 320) in Richtung des 2. Analysis device (100) according to claim 1, wherein the excitation unit (115) is designed to respond to a motion signal (125), the excitation element (120; 220; 320) in the direction of
Aufnahmebereichs (110) zu bewegen und/oder in den Aufnahmebereich (110) einzuführen. To move recording area (110) and / or to introduce into the recording area (110).
3. Analysegerät (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Anregungseinheit (115) als Anregungselement (120) einen Permanentmagneten (220) aufweist. 3. Analysis device (100) according to one of the preceding claims, wherein the excitation unit (115) as the excitation element (120) has a permanent magnet (220).
4. Analysegerät (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Anregungseinheit (115) als Anregungselement (120) eine elektrische Spule (320) und/oder eine Kondensatorplatte aufweist, wobei die Anregungseinheit (115) ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Anregungssignal (140) unter Verwendung des Anregungselements (120) das Magnetfeld und/oder das elektrisches Feld zu erzeugen. 4. Analysis device (100) according to one of the preceding claims, wherein the excitation unit (115) as the excitation element (120) has an electrical coil (320) and / or a capacitor plate, wherein the excitation unit (115) is designed to respond to an excitation signal (140) using the excitation element (120) to generate the magnetic field and / or the electric field.
5. Analysegerät (100) gemäß Anspruch 4, wobei die Anregungseinheit (115) ausgebildet ist, ansprechend auf ein Deaktivierungssignal (145) unter Verwendung des Anregungselements (120) das Magnetfeld und/oder das elektrische Feld zu deaktivieren. 5. Analysis device (100) according to claim 4, wherein the excitation unit (115) is designed to deactivate the magnetic field and / or the electric field in response to a deactivation signal (145) using the excitation element (120).
6. Analysegerät (100) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die 6. Analysis device (100) according to claim 4 or 5, wherein the
Anregungseinheit (115) ausgebildet ist, abhängig von dem Excitation unit (115) is formed depending on the
Anregungssignal (140) unter Verwendung des Anregungselements (120) eine Feldstärke des Magnetfelds und/oder des elektrischen Felds einzustellen. Excitation signal (140) using the excitation element (120) to set a field strength of the magnetic field and / or the electric field.
7. Analysegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, mit einer 7. Analysis device (100) according to one of claims 4 to 6, with a
Steuereinheit (135), die ausgebildet ist, das Anregungssignal (140) bereitzustellen. Control unit (135) which is designed to provide the excitation signal (140).
8. Analysegerät (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit der Kartusche (105), die von dem Aufnahmebereich (110) aufgenommen ist. 8. Analysis device (100) according to one of the preceding claims, with the cartridge (105) which is received by the receiving area (110).
9. Analysegerät (100) gemäß Anspruch 8, wobei die Kartusche (105) einen Schichtaufbau aus einem Pneumatik-Substrat (225) mit zumindest einer Pneumatik- Kavität (240), aus einem Fluidik-Substrat (230) mit zumindest einer Fluidik- Kavität (245) zum Aufnehmen eines Fluids (250) und aus einer flexiblen Membran (235) aufweist, wobei die Membran (235) zwischen dem Pneumatik-Substrat (225) und dem Fluidik-Substrat (230) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Fluidik- Kavität (245) der zumindest einen Pneumatik- Kavität (240) zumindest abschnittsweise gegenüberliegend angeordnet ist und wobei die Membran (235) dazu ausgeformt ist, die zumindest eine Fluidik- Kavität (245) und die zumindest eine Pneumatik- Kavität (240) fluidisch voneinander zu trennen, und wobei die Anregungseinheit (115) dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Bewegungssignal (125) das Anregungselement (120; 220; 320) in Richtung der Membran (235) in die Pneumatik- Kavität (240) einzuführen. 9. Analysis device (100) according to claim 8, wherein the cartridge (105) has a layer structure of a pneumatic substrate (225) with at least one pneumatic cavity (240), from a fluidic substrate (230) with at least one fluidic cavity (245) for receiving a fluid (250) and from a flexible membrane (235), the membrane (235) being arranged between the pneumatic substrate (225) and the fluidic substrate (230), the at least one fluidic - Cavity (245) of the at least one pneumatic cavity (240) is arranged at least in sections opposite one another, and the membrane (235) is designed to fluidically form the at least one fluidic cavity (245) and the at least one pneumatic cavity (240) separate from one another, and the excitation unit (115) is designed to introduce the excitation element (120; 220; 320) in the direction of the membrane (235) into the pneumatic cavity (240) in response to a movement signal (125).
10. Analysegerät (100) gemäß Anspruch 9, wobei die Anregungseinheit (115) dazu ausgebildet ist, ansprechend auf das Bewegungssignal (125) das Anregungselement (120; 220; 320) weiter in die Pneumatik- Kavität (240) einzuführen, um durch einen mechanischen Kontakt des 10. The analysis device (100) according to claim 9, wherein the excitation unit (115) is designed to further introduce the excitation element (120; 220; 320) into the pneumatic cavity (240) in response to the movement signal (125) in order to be guided by a mechanical contact of the
Anregungselements (120; 220; 320) mit der Membran (235) ein Excitation element (120; 220; 320) with the membrane (235)
Auslenken der Membran (235) in die Fluidik- Kavität (245) hinein zu bewirken. Deflect the membrane (235) into the fluidic cavity (245).
11. Analysegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die Kartusche (105) zumindest eine weitere in dem Pneumatik-Substrat (225) ausgeformte Pneumatik- Kavität (540, 541) aufweist, wobei die zumindest eine Fluidik- Kavität (245) der zumindest einen weiteren Pneumatik- Kavität (540, 541) zumindest abschnittsweise 11. The analysis device (100) according to one of claims 9 to 10, wherein the cartridge (105) has at least one further pneumatic cavity (540, 541) formed in the pneumatic substrate (225), the at least one fluidic cavity ( 245) of the at least one further pneumatic cavity (540, 541) at least in sections
gegenüberliegend angeordnet ist und wobei die Membran (235) dazu ausgeformt ist, die zumindest eine Fluidik- Kavität (245) und die zumindest eine weitere Pneumatik- Kavität (540, 541) fluidisch voneinander zu trennen, wobei die Anregungseinheit (115) zumindest ein weiteres beweglich angeordnetes Anregungselement (520, 521) aufweist, wobei die Anregungseinheit (115) dazu ausgebildet ist, um unter Verwendung des weiteren Anregungselements (520, 521) ein weiteres Magnetfeld und/oder ein weiteres elektrisches Feld zu erzeugen, und wobei die Anregungseinheit (115) dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein weiteres Bewegungssignal (150) das weitere Anregungselement (520, 521) in Richtung der Membran (235) in die weitere Pneumatik- Kavität (540, 541) einzuführen. is arranged opposite one another and wherein the membrane (235) is designed to fluidly separate the at least one fluidic cavity (245) and the at least one further pneumatic cavity (540, 541), the excitation unit (115) at least one further has a movably arranged excitation element (520, 521), the excitation unit (115) being designed to generate a further magnetic field and / or a further electric field using the further excitation element (520, 521), and wherein the excitation unit (115 ) is designed to introduce the further excitation element (520, 521) in the direction of the membrane (235) into the further pneumatic cavity (540, 541) in response to a further movement signal (150).
12. Analysegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Kartusche (105) einen in dem Fluidik-Substrat (230) ausgeformten Einleitkanal (405) zum Einleiten des Fluids (250) in die Fluidik- Kavität (245) und einen ersten Ausleitkanal (410) zum Ausleiten des Fluids (250) aus der Fluidik- Kavität (245) und einen zweiten Ausleitkanal (415) zum Ausleiten des Fluids (250) aus der Fluidik- Kavität (245) aufweist, wobei der zweite Ausleitkanal (415) entlang einer Bewegungsachse (130) des Anregungselements (120; 220; 320) versetzt zu dem ersten Ausleitkanal (410) angeordnet ist, wobei die Anregungseinheit (115) ausgebildet ist, ansprechend auf das Bewegungssignal (125) die Membran (235) auszulenken, um zumindest den ersten Ausleitkanal (410) zu verschließen. 12. Analysis device (100) according to one of claims 9 to 11, wherein the cartridge (105) has an inlet channel (405) formed in the fluidic substrate (230) for introducing the fluid (250) into the fluidic cavity (245) and has a first discharge channel (410) for discharging the fluid (250) from the fluidic cavity (245) and a second discharge channel (415) for discharging the fluid (250) from the fluidic cavity (245), the second discharge channel ( 415) along a movement axis (130) of the excitation element (120; 220; 320) is arranged offset to the first diversion channel (410), the excitation unit (115) is designed to deflect the membrane (235) in response to the movement signal (125) in order to close at least the first diversion channel (410).
13. Verfahren (600) zum Vorbereiten eines Fluids (250) in einer 13. Method (600) for preparing a fluid (250) in one
mikrofluidischen Kartusche (105) für eine Analyse des Fluids (250), wobei das Verfahren (600) folgende Schritte aufweist: Microfluidic cartridge (105) for an analysis of the fluid (250), the method (600) comprising the following steps:
Bewegen (605) eines Anregungselements (120; 220; 320) zu der Kartusche (105) hin; und Moving (605) an excitation element (120; 220; 320) towards the cartridge (105); and
Bereitstellen (610) eines Magnetfeldes und/oder eines elektrischen Feldes unter Verwendung des Anregungselements (120; 220; 320). Providing (610) a magnetic field and / or an electric field using the excitation element (120; 220; 320).
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