WO2021013595A1 - Lab-on-a-chip system comprising at least one functionalized section - Google Patents

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WO2021013595A1
WO2021013595A1 PCT/EP2020/069692 EP2020069692W WO2021013595A1 WO 2021013595 A1 WO2021013595 A1 WO 2021013595A1 EP 2020069692 W EP2020069692 W EP 2020069692W WO 2021013595 A1 WO2021013595 A1 WO 2021013595A1
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sample
section
functionalized
lab
chip system
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PCT/EP2020/069692
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Hannah Bott
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing

Definitions

  • the invention relates to a lab-on-chip system with at least one
  • Microfluidic systems allow the analysis of small amounts of samples with a high level of sensitivity.
  • LoC lab-on-chip
  • Multicomponent fluids such as blood, urine, breath condensate or liquor.
  • blood is the carrier material of the sample to be analyzed in many in-vitro diagnostic tests.
  • several manual purification steps are usually carried out in conventional laboratory operations. This includes the lysis of cells in the starting material, the connection of the sample material, such as DNA, to a filter, as well as the washing and elution of the isolated sample material.
  • the amount of sample present is usually also determined during the purification by measuring the number of cells. This must be carried out in particular if a defined amount of sample is required for the subsequent detection reaction in order to be able to make a quantitative statement.
  • Sample material can be integrated on a LoC system.
  • a LoC system is proposed here with at least one functionalized section that is used for the adhesion of sample components (in particular
  • Sample molecules wherein the functionalized section has a defined length and / or a defined area to a
  • the LoC system is usually a microfluidic system, in particular for receiving and / or processing a (patient) sample.
  • Corresponding microfluidic systems are used especially for handling and / or processing a sample (directly) at the so-called “point-of-care”.
  • the at least one functionalized section has a (pre-) defined length and a (pre-) defined area.
  • the functionalized section can preferably be covered with a layer of surface molecules or
  • Adhesion molecules be provided.
  • Adhesion molecules are usually provided and set up (specifically) to hold the sample molecules to be isolated in the section.
  • sample components are in particular
  • sample components of a certain type or variety that are to be specifically isolated from the sample.
  • the sample components can be sample molecules (of a certain type or variety), for example.
  • the sample components are sample molecules that are to be specifically isolated from the sample.
  • the sample components are sample molecules that are to be specifically isolated from the sample.
  • the sample components are sample molecules that are to be specifically isolated from the sample.
  • Sample components are cells.
  • a defined or known density of surface molecules or adhesion molecules is contained in the layer, in the case of a usually also defined or known layer thickness (and / or defined or known layer volume) from the defined length or area of the functionalized section (directly) on the (largely exact) number of surface molecules or adhesion molecules in the section
  • the functionalized section with its defined length / area is used in particular to determine the number of cells (in particular the maximum number of cells that can be isolated and / or to be isolated).
  • the sample can also be transferred to another medium of known volume.
  • the steps mentioned can either already be implemented in the world-to-chip interface, i.e. in the sample input chamber, or in the adjoining part of the microfluidic system.
  • a particularly advantageous aspect of the LoC system specified here is the defined surface coating of a specified area of the LoC system.
  • System and / or the use of different fluid phases and a suitable fluid flow of these phases.
  • the surface coating can be formed with adhesion molecules that can specifically bind the sample molecules to be separated.
  • inert fluids can be used as the fluid phases as washing buffers and / or carrier reagents which detach the attached sample molecules or, in the case of cells, can lyse them.
  • a suitable fluid flow is generally dependent on the diffusion coefficient of the to be separated
  • Sample molecules and can therefore be adjusted in such a way that enough particles can diffuse to the functionalized surface and be bound there so that it can be saturated with sample molecules.
  • One advantage of the approach described here of a functionalized section of defined length and / or area (to determine the number of cells) is that it can be used universally in many microfluidic systems.
  • One or more (different from one another) surface coatings can be provided in the at least one functionalized section.
  • One or more (different from one another) surface coatings can be provided in the at least one functionalized section.
  • the channel surfaces of the entire fluidic system can be functionalized at certain points and / or used for processing the fluids. Areas that should remain untouched for later analysis can be left out.
  • a sequential processing of the upstream reagents, fluids and the lyophilizate can advantageously be implemented on the LoC. This can enable the required components to be added at the appropriate time.
  • the risk of the disintegration of fragile sample material can furthermore advantageously be reduced. This is in particular because steps for sample preparation can be integrated on the LoC and thus the time-consuming, manual off-chip steps can be omitted.
  • the isolation of the sample material can advantageously be standardized for many samples. Different steps can be on-chip or in the
  • Sample entry chamber can be performed. This can do for many
  • the carrier reagent with which the analytes are released from the functionalized channel section and transported to the reaction chamber has a significantly smaller volume than the original volume of the sample to be analyzed.
  • the analytes be isolated, but also advantageously a volume reduction, which can be advantageous for many microfluidic analyzes.
  • a dilution of the sample material is also possible, in particular if a larger volume of carrier reagent is used.
  • no filter is advantageously required on the chip for the approach presented, its installation in terms of production technology and its
  • Controlling fluidically can be a challenge.
  • the functionalized section is arranged in a flow channel.
  • the flow channel generally describes a (microfluidic) channel through which the sample can flow.
  • Flow channel forms a fluidic connection between at least one input reservoir and at least one output reservoir of the LoC system.
  • the input reservoir can be, for example, an input chamber through which the sample can be introduced or input into the (microfluidic) LoC system.
  • the output reservoir can be an outlet or a
  • Flow channel be at least a factor of ten (10) smaller than a cross section of the at least one input reservoir and / or the at least one output reservoir.
  • the LoC system can have at least one first input reservoir and one second input reservoir and at least one first output reservoir and at least one second output reservoir.
  • the LoC system can also have at least one valve arrangement with which the input reservoirs and / or the output reservoirs can each be specifically connected to the flow channel.
  • the functionalized section is a functionalized one
  • the functionalized surface can be coated with adhesion molecules, for example, so that analytes can adhere there.
  • adhesion molecules for example, so that analytes can adhere there.
  • Fibronectin or poly-D-lysine can be used.
  • At least one first section with a first functionalized surface with a first function and at least one second section with a second functionalized surface with a second function are arranged along the flow channel in a flow direction, the first function and the second Differentiate between functions.
  • the first function and the second Differentiate between functions can also be provided that the
  • Flow channel is connected to an intermediate reservoir between the first section and the second section.
  • the intermediate reservoir can (optionally) be an input reservoir and / or a
  • the functionalized section be formed in an input chamber of the LoC system. If several functionalized sections are provided, it can be provided in this context that at least one of these sections is formed in the input chamber.
  • a method for the quantifiable isolation of sample constituents with a LoC system described here is also proposed, a flow rate of a sample being selected in such a way that adherence of sample constituents in the functionalized section is promoted.
  • the flow rate can be adjusted, for example, so that a minimum number of sample components can adhere.
  • the flow rate is chosen such that the functionalized section is saturated with sample constituents. Furthermore, it can be provided that a diffusion coefficient of sample components in the sample is used when determining the
  • Flow velocity is taken into account.
  • At least one of the following parameters can be taken into account when determining the flow rate or set specifically for the adherence of sample components in the functionalized section:
  • FIG. 2 a possible microfluidic sequence of a sample purification with the system from FIG. 1,
  • Fig. 3 a detailed view of a flow channel for one here
  • FIG. 5 a third example of a lab-on-chip system described here with an associated, exemplary microfluidic process.
  • the lab-on-chip system 1 schematically shows a first example of a lab-on-chip system 1 described here.
  • the lab-on-chip system 1 has a functionalized section 14, which is set up for the adhesion of sample constituents 32, the functionalized section 14 has a defined length and / or a defined area in order to achieve a quantifiable isolation of
  • the functionalized section 14 is exemplary in one
  • Flow channel 2 arranged.
  • the throughflow channel 2 forms, for example, a fluidic connection between two
  • Flow channel 2 is at least a factor of 10 smaller than a cross section of the at least one input reservoir 10, 17 and / or the at least one output reservoir 15, 16.
  • the lab-on-chip system 1 according to FIG. 1 has, for example, a first
  • the lab-on-chip system 1 has a valve arrangement 11 with which the
  • the input reservoirs 10, 17 and / or the output reservoirs 15, 16 can each be specifically connected to the throughflow channel 2.
  • FIG. 1 shows, in particular, a basic example of the presented lab-on-chip system 1.
  • the system 1 has a reservoir for sample input 10, a pump unit 11 and at least one
  • the inlet to the chambers can be closed by a valve 12, 13.
  • a defined part 14 of the microfluidic channel system is functionalized, that is, the channel surface has been coated with adhesion molecules so that analytes can adhere there.
  • adhesion molecules For example, fibronectin or poly-D-lysine can be used for this purpose.
  • the functionalization of the channel section is carried out, for example, in such a way that the area and the concentration of the adhesion molecules on the surface are matched to the requirements of the application and are known.
  • FIG. 2 is subdivided into FIGS. 2A to 2E, which describe an exemplary sequence.
  • FIG. 2A a sample 20 is placed in the input reservoir 10.
  • Pre-storage chamber 17 is given a carrier medium.
  • the sample 20 is pumped through the functionalized channel region 14 into the waste chamber 16.
  • the flow rate is set, for example, so that the functionalized surface is completely saturated with sample molecules.
  • the determining factor for the maximum flow velocity is in particular the diffusion coefficient of the sample to be separated, which in addition to the hydrodynamic radius of the sample molecules is also dependent on the temperature and the dynamic viscosity of the sample liquid. If these parameters are known, the maximum
  • Flow rate can be determined (e.g. modeled), otherwise it can be determined experimentally by determining the purification efficiencies at different flow rates.
  • FIG. 2 also illustrates a method for the quantifiable isolation of sample components 32 with the lab-on-chip system, in which a
  • the flow rate of a sample 20 is selected in such a way that adhesion of sample constituents 32 in the functionalized section is promoted. As described, the flow rate for this can be selected in such a way that the functionalized section 14 is saturated with sample constituents 32.
  • a diffusion coefficient of sample components 32 in sample 20 can be taken into account when determining the flow rate.
  • a radius of the sample components 32 can be used when determining the
  • Flow velocity is taken into account. Furthermore, at least one of the following parameters can also be taken into account when determining the flow rate or can be set specifically for the adherence of sample constituents 32 in the functionalized section 14, 41, 51:
  • the input reservoir 10 is emptied. Some of the analytes from the sample material are bound to the specifically adhesive surface of the functionalized channel region 14, this being saturated, that is to say all adhesive binding sites are occupied with sample molecules. The remaining sample material is located in the waste chamber 16. If necessary, the channel can also be rinsed at this point with a washing buffer, which removes unattached sample molecules and transports them into the waste chamber.
  • the carrier reagent 21 is transferred from the storage chamber 17 via the functionalized channel region 14 into the reaction chamber for the
  • Detection reaction 15 is pumped. Depending on the target and the principle of adhesion, this can be a lysis buffer or a solvent that detaches the analytes again and transports them into the reaction chamber.
  • the carrier reagent 21 is completely pumped out of the storage chamber through the functionalized channel region 14 into the reaction chamber 15. This sets a defined sample volume. Due to the previously ensured saturation of the binding of analytes to the surface of the functionalized channel area, the concentration of sample material in the carrier reagent is now known and a quantifiable one can be used
  • Detection reaction can be carried out.
  • FIG. 3 schematically shows a detailed view of a flow channel 2 for a system described here. It is exemplified in FIG. 3 that the functionalized section 14, 41 can have a functionalized surface with adhesive surface molecules 31, 51. An exemplary sequence is also shown in FIGS. 3A to 3E in FIG.
  • FIG. 3 shows the corresponding detailed views of the functionalized channel region 14 from FIGS. 2A to 2E.
  • cells are isolated from the starting material and lysed in order to carry out a genetic analysis of the DNA.
  • 3A shows a detailed view 14 of the functionalized channel section 30.
  • the inner surface of the channel is functionalized with adhesive surface molecules 31.
  • the sample 20 is pumped from the input chamber through the microfluidic channel with the functionalized section 14 into the waste chamber.
  • the cells 32 contained in the sample are to be isolated for genetic analysis and are attached to the surface by the adhesive molecules
  • Fig. 3C it is shown that with a sufficient concentration of analytes in the sample, the surface of the functionalized channel section after the
  • the carrier reagent 21 for the target connected in the functionalized channel section 14 is then pumped from the pre-storage chamber into the reaction chamber.
  • the carrier reagent contains a lysis medium, so that the bound cells 33 are lysed when rinsing through and the DNA strands 34 get into the carrier medium.
  • the amount of DNA and thus also the concentration in the carrier reagent is known. Will have a significantly lower volume in relation to the original sample material
  • Carrier reagent with DNA is located in the reaction chamber and can be analyzed.
  • FIG. 4 schematically shows a second example of a lab-on-chip system 1 described here.
  • at least one first section 14 with a first functionalized surface with a first function and at least one second section are exemplarily along the flow channel 2 in a flow direction 41 with a second functionalized surface with a second function, wherein the first function and the second function differ from one another.
  • Flow channel 2 can be connected to an intermediate reservoir 15 between the first section 14 and the second section 41.
  • FIG. 4 particularly illustrates the scalability of the concept for samples which contain several targets to be analyzed. There are several
  • the reaction chambers for the detection reaction of the respective target are located in channel sections.
  • An exemplary fluidic sequence for the parallel processing and analysis of several targets from a sample can be broken down as follows: (A) The sample from the input chamber 10 is pumped through the microfluidic channel with the functionalized sections 14, 41,... Into the waste chamber 16. The valves to the reaction chambers 12 are closed, the valves along the channel to the waste chamber 13 are open.
  • the carrier reagent for the target connected in the first channel section 14 is pumped from the first pre-storage chamber 17 into the first reaction chamber 15.
  • This step can be repeated x times for further targets, a storage chamber, a functionalized channel section and a reaction chamber are added.
  • FIG. 5 schematically shows a third example of a lab-on-chip system described here with an associated, exemplary microfluidic process.
  • the functionalized section 51 is formed, for example, in an input chamber 10 of the lab-on-chip system 1.
  • FIG. 5 shows, in particular, how the described microfluidic system and method also directly in one
  • Sample input chamber (a lab-on-chip system) can be implemented.
  • a microfluidic polychamber for example, can be used as a world-to-chip or sample input chamber.
  • FIGS. 5A to 5G for isolating the sample material can be made possible:
  • a sample entry adapter 50 having two chambers is employed.
  • a carrier medium 21 is pre-stored in the pre-storage chamber 17, and in the input chamber 10 there is an area 51 which is filled with adhesives
  • the sample 20 is placed in the input reservoir 10.
  • the sample 20 is drawn into the downstream part of the microfluidic system, e.g. B. via a peristaltic pumping mechanism. A portion 33 of the analytes from the sample is used by the adhesive
  • FIG. 5D the input chamber 10 is emptied, a part 33 of the analytes from the sample material is bound to the specifically adhesive surface of the functionalized area 51.
  • the remaining sample material is located in a waste chamber of the microfluidic system 1.
  • the carrier reagent 21 is now removed from the preliminary storage chamber 17 by an underlayer principle with a non-miscible phase 52, e.g. B. silicone oil, transferred into the input chamber 10.
  • a non-miscible phase 52 e.g. B. silicone oil
  • this allows the amount and concentration of analytes to be set exactly if the amount of analytes is known when the binding of analytes to the surface of the functionalized area is saturated.
  • the carrier reagent 21 for the target connected in the functionalized area 51 is in the input chamber.
  • the carrier reagent contains a lysis medium, so that the bound cells 33 are lysed and the DNA strands 34 get into the carrier medium.
  • the functionalized surface is saturated with cells, the amount of DNA and thus also the concentration in the carrier reagent is known. Will have a significantly lower volume in relation to the original sample material
  • microfluidic system examples include polymers such as polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polymethyl methacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS) or
  • thermoplastic elastomers such as polyurethane (TPU) or styrene block copolymer (TPS), in particular manufactured using high-throughput processes such as injection molding, thermoforming, stamping, laser transmission welding.
  • microfluidic pump device and valves can be implemented, for example, by the pneumatically actuated deflection of a polymer membrane in recesses in a polymer substrate in which the
  • microfluidic channels and reaction chambers can be located.
  • microfluidic system An exemplary dimensioning of the microfluidic system can be given as follows:
  • Possible sample liquids are in particular aqueous solutions
  • Preferred targets are, in particular, sample material contained in the sample liquids, in particular of human origin, e.g. B. bacteria, viruses, certain cells, such as. B. circulating tumor cells, cell-free DNA, proteins or other biomarkers.
  • sample material contained in the sample liquids in particular of human origin, e.g. B. bacteria, viruses, certain cells, such as. B. circulating tumor cells, cell-free DNA, proteins or other biomarkers.

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Abstract

The invention relates to a lab-on-a-chip system (1) comprising at least one functionalized section (14, 41, 51) which is designed for the adhesion of sample components (32), wherein the functionalized section (14, 41, 51) has a defined length and/or a defined surface area in order to facilitate a quantifiable isolation of sample components (32).

Description

Beschreibung description
Titel title
Lab-on-Chip-System mit mindestens einem funktionalisierten Abschnitt Lab-on-chip system with at least one functionalized section
Die Erfindung betrifft ein Lab-on-Chip-System mit mindestens einem The invention relates to a lab-on-chip system with at least one
funktionalisierten Abschnitt sowie ein Verfahren zur Verwendung des Lab-on- Chip-Systems. Insbesondere werden dabei ein mikrofluidisches System und ein mikrofluidischer Prozess zur quantitativen on-Chip Isolation von Probenmaterial angegeben. functionalized section and a method for using the lab-on-chip system. In particular, a microfluidic system and a microfluidic process for the quantitative on-chip isolation of sample material are specified.
Stand der Technik State of the art
Mikrofluidische Systeme erlauben das Analysieren von kleinen Probenmengen mit einer hohen Sensitivität. Die Automatisierung, Miniaturisierung und Microfluidic systems allow the analysis of small amounts of samples with a high level of sensitivity. The automation, miniaturization and
Parallelisierung der Prozesse erlaubt zudem eine Reduktion von händischen Schritten, sowie eine Verminderung von dadurch verursachten Fehlern. Parallelization of the processes also allows a reduction in manual steps and a reduction in errors caused by them.
Daraus ergibt sich die Möglichkeit, eine Patienten-Probe, wie zum Beispiel Blut, direkt am Point-of-care zu untersuchen und auszuwerten. Dabei sollte eine schnelle Probenanalyse angestrebt werden, ohne komplizierte und zeitintensive Arbeitsschritte, die von geschultem Personal in Zentrallaboren ausgeführt werden müssten. Dies kann durch ein Lab-on-Chip-(LoC-)System realisiert werden. LoC-Systeme werden für verschiedene Anwendungen eingesetzt. In einem Netzwerksystem von Kanälen und Kammern auf mikrofluidischer Basis können die verschiedenen Problemstellungen bearbeitet und unterschiedliche Abläufe programmiert werden. Bei der Konzipierung eines LoC-Systems ist es unter anderem gewünscht, die Isolation der Analyten aus der Probe zu ermöglichen, die in die Eingabekammer des Chips, dem sogenannten World-to- chip Interface, gegeben wird. Die Proben können hierbei komplexe This makes it possible to examine and evaluate a patient sample, such as blood, directly at the point of care. A fast sample analysis should be aimed for, without complicated and time-consuming work steps that would have to be carried out by trained personnel in central laboratories. This can be implemented using a lab-on-chip (LoC) system. LoC systems are used for various applications. In a network system of channels and chambers on a microfluidic basis, the various problems can be processed and different processes can be programmed. When designing a LoC system, it is desirable, among other things, to enable the analytes to be isolated from the sample that is placed in the input chamber of the chip, the so-called world-to-chip interface. The samples can be complex
Multikomponentenfluide, wie zum Beispiel Blut, Urin, Atemkondensat oder Liquor sein. Blut ist beispielsweise in vielen in-vitro Diagnostiktest das Trägermaterial der zu analysierenden Probe. Um das entsprechenden Probenmaterial für die Analyse aus dem Blut zu isolieren, werden im herkömmlichen Laborbetrieb gewöhnlich mehrere, manuelle Aufreinigungsschritte durchgeführt. Dazu gehört die Lyse von Zellen im Ausgangsmaterial, die Anbindung des Probenmaterials, wie z.B. DNA, an einen Filter, sowie das Waschen und Eluieren des isolierten Probenmaterials. Insbesondere wird bei der Aufreinigung in der Regel auch die vorhandene Probemenge bestimmt, indem die Anzahl an Zellen gemessen wird. Dies ist insbesondere durchzuführen, wenn für die anschließende Nachweisreaktion eine definierte Probenmenge benötigt wird, um eine quantitative Aussage treffen zu können. Außerdem ist es so auch möglich die Konzentration an Probe durch Verdünnung in den Bereich einer vorgegebenen Ausgangskonzentration zu bringen. Multicomponent fluids such as blood, urine, breath condensate or liquor. For example, blood is the carrier material of the sample to be analyzed in many in-vitro diagnostic tests. In order to isolate the appropriate sample material from the blood for analysis, several manual purification steps are usually carried out in conventional laboratory operations. This includes the lysis of cells in the starting material, the connection of the sample material, such as DNA, to a filter, as well as the washing and elution of the isolated sample material. In particular, the amount of sample present is usually also determined during the purification by measuring the number of cells. This must be carried out in particular if a defined amount of sample is required for the subsequent detection reaction in order to be able to make a quantitative statement. In addition, it is also possible to bring the concentration of the sample into the range of a predetermined starting concentration by dilution.
Eine Anforderung an ein LoC-System ist es daher, die Schritte zur Aufreinigung einer Probe in das mikrofluidische Netzwerk zu integrieren. Oft ist dazu jedoch ein Re-Design der mikrofluidischen Komponenten notwendig. Eine universelle Plattform für verschiedene Anwendungen ist somit mit hohen Entwicklungskosten verbunden. Mögliche Lösungen, um dieses Problem zu umgehen, sind eine teilweise Oberflächenfunktionalisierung des Systems, eine angepasste It is therefore a requirement of a LoC system to integrate the steps for purifying a sample into the microfluidic network. However, this often requires a redesign of the microfluidic components. A universal platform for various applications is therefore associated with high development costs. Possible solutions to circumvent this problem are a partial surface functionalization of the system, an adapted one
Fluidführung und der Einsatz unterschiedlicher Fluidphasen. Hierdurch können mehrstufige, dynamische Verfahren, zum Beispiel zur Isolation von Fluid guidance and the use of different fluid phases. This enables multi-stage, dynamic processes, for example for the isolation of
Probenmaterial, auf einem LoC-System integriert werden. Sample material, can be integrated on a LoC system.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Hier vorgeschlagen wird ein LoC-System mit mindestens einem funktionalisierten Abschnitt, der zur Anhaftung von Probenbestandteilen (insbesondere A LoC system is proposed here with at least one functionalized section that is used for the adhesion of sample components (in particular
Probenmolekülen) eingerichtet ist, wobei der funktionalisierte Abschnitt eine definierte Länge und/oder eine definierte Fläche aufweist, um eine Sample molecules), wherein the functionalized section has a defined length and / or a defined area to a
quantifizierbare Isolation von Probenbestandteilen (insbesondere quantifiable isolation of sample components (in particular
Probenmolekülen) zu ermöglichen. Sample molecules).
Bei dem LoC-System handelt es sich in der Regel um ein mikrofluidisches System, insbesondere zur Aufnahme und/oder Aufbereitung einer (Patienten- )Probe. Anwendung finden entsprechende mikrofluidische Systeme insbesondere zur Handhabung und/oder Verarbeitung einer Probe (unmittelbar) am sogenannten„Point-of-Care“. The LoC system is usually a microfluidic system, in particular for receiving and / or processing a (patient) sample. Corresponding microfluidic systems are used especially for handling and / or processing a sample (directly) at the so-called “point-of-care”.
Der mindestens eine funktionalisierte Abschnitt weist eine (vor-)definierte Länge und eine (vor-)definierte Fläche auf. Der funktionalisierte Abschnitt kann vorzugsweise mit einer Schicht von Oberflächenmolekülen bzw. The at least one functionalized section has a (pre-) defined length and a (pre-) defined area. The functionalized section can preferably be covered with a layer of surface molecules or
Adhäsionsmolekülen versehen sein. Die Oberflächenmoleküle bzw. Adhesion molecules be provided. The surface molecules or
Adhäsionsmoleküle sind in der Regel dazu vorgesehen und eingerichtet (gezielt) die zu isolierenden Probenmoleküle in dem Abschnitt festzuhalten. Adhesion molecules are usually provided and set up (specifically) to hold the sample molecules to be isolated in the section.
Bei den Probenbestandteilen handelt es sich insbesondere um The sample components are in particular
Probenbestandteile bestimmter Art bzw. Sorte, die gezielt aus der Probe isoliert werden sollen. Bei den Probenbestandteilen kann es sich beispielsweise um Probenmoleküle (bestimmter Art bzw. Sorte) handeln. In der Regel handelt es sich bei den Probenbestandteilen um Probenmoleküle, die gezielt aus der Probe isoliert werden sollen. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei den Sample components of a certain type or variety that are to be specifically isolated from the sample. The sample components can be sample molecules (of a certain type or variety), for example. As a rule, the sample components are sample molecules that are to be specifically isolated from the sample. Alternatively or additionally, the
Probenbestandteilen um Zellen handeln. Sample components are cells.
Insbesondere wenn in der Schicht eine definierte bzw. bekannte Dichte von Oberflächenmolekülen bzw. Adhäsionsmolekülen enthalten ist, kann bei in der Regel ebenfalls definierter bzw. bekannter Schichtdicke (und/oder definiertem bzw. bekanntem Schichtvolumen) aus der definierten Länge bzw. Fläche des funktionalisierten Abschnitts (direkt) auf die (weitestgehend exakte) Anzahl an Oberflächenmolekülen bzw. Adhäsionsmolekülen in dem Abschnitt In particular if a defined or known density of surface molecules or adhesion molecules is contained in the layer, in the case of a usually also defined or known layer thickness (and / or defined or known layer volume) from the defined length or area of the functionalized section (directly) on the (largely exact) number of surface molecules or adhesion molecules in the section
rückgeschlossen werden. Damit dient der funktionalisierte Abschnitt mit seiner definierten Länge/Fläche mit anderen Worten insbesondere zur Bestimmung der (insbesondere maximal isolierbaren und/oder zu isolierenden) Zellanzahl. be inferred. In other words, the functionalized section with its defined length / area is used in particular to determine the number of cells (in particular the maximum number of cells that can be isolated and / or to be isolated).
Hiermit wird in vorteilhafter Weise eine automatisierte und gleichzeitig This is automated and simultaneously in an advantageous manner
quantifizierbare Aufreinigung einer Probe in einem LoC-System ermöglicht. Die Probe kann zudem in ein anderes Medium mit bekanntem Volumen überführt werden. Die genannten Schritte können dabei entweder bereits im World-to-chip Interface, i.e. in der Probeneingabekammer, erfolgen oder im sich daran anschließenden Teil des mikrofluidischen Systems stattfinden. enables quantifiable purification of a sample in a LoC system. The sample can also be transferred to another medium of known volume. The steps mentioned can either already be implemented in the world-to-chip interface, i.e. in the sample input chamber, or in the adjoining part of the microfluidic system.
Ein besonders vorteilhafter Aspekt des hier angegebenen LoC-Systems liegt in der definierten Oberflächenbeschichtung eines vorgegebenen Bereichs des LoC- Systems, und/oder dem Einsatz unterschiedlicher Fluidphasen und einer geeigneten Fluidführung dieser Phasen. Die Oberflächenbeschichtung kann dabei mit Adhäsionsmolekülen, die die zu separierenden Probenmoleküle spezifisch anbinden können, gebildet sein. Als Fluidphasen können neben der Probenflüssigkeit inerte Fluide als Waschpuffer eingesetzt werden und/oder Trägerreagenzien, die die angebundenen Probenmoleküle ablösen oder im Falle von Zellen diese lysieren können. Eine geeignete Fluidführung ist dabei in der Regle abhängig vom Diffusionskoeffizienten der zu separierenden A particularly advantageous aspect of the LoC system specified here is the defined surface coating of a specified area of the LoC system. System, and / or the use of different fluid phases and a suitable fluid flow of these phases. The surface coating can be formed with adhesion molecules that can specifically bind the sample molecules to be separated. In addition to the sample liquid, inert fluids can be used as the fluid phases as washing buffers and / or carrier reagents which detach the attached sample molecules or, in the case of cells, can lyse them. A suitable fluid flow is generally dependent on the diffusion coefficient of the to be separated
Probenmoleküle und kann demnach so eingestellt werden, dass genug Partikel zur funktionalisierten Oberfläche diffundieren und dort angebunden werden können, sodass diese mit Probenmolekülen gesättigt werden kann. Sample molecules and can therefore be adjusted in such a way that enough particles can diffuse to the functionalized surface and be bound there so that it can be saturated with sample molecules.
Ein Vorteil des hier beschriebenen Ansatzes eines funktionalisierten Abschnitts definierter Länge und/oder Fläche (zur Bestimmung der Zellanzahl) ist, dass dieser universell in vielen mikrofluidischen Systemen anwendbar ist. One advantage of the approach described here of a functionalized section of defined length and / or area (to determine the number of cells) is that it can be used universally in many microfluidic systems.
Insbesondere wenn ein funktionalisierbarer Kanalabschnitt vorhanden ist, durch den die Probe und verschiedene Reagenzien gepumpt werden können. In particular if there is a functionalizable channel section through which the sample and various reagents can be pumped.
Der beschriebene Ansatz eines funktionalisierten Abschnitts definierter Länge und/oder Fläche kann auf einer bereits bestehenden LoC-Plattform angewendet werden. Somit kann das Funktionsspektrum erweitert werden, ohne dass der Kern der Fluidik oder der Herstellungsprozess des Chips angepasst werden müssen. The described approach of a functionalized section of defined length and / or area can be used on an already existing LoC platform. The range of functions can thus be expanded without having to adapt the core of the fluidics or the manufacturing process of the chip.
In dem mindestens einen funktionalisierten Abschnitt können eine oder mehrere (voneinander verschiedene) Oberflächenbeschichtungen vorgesehen sein. Insbesondere durch einen Einsatz von unterschiedlichen One or more (different from one another) surface coatings can be provided in the at least one functionalized section. In particular through the use of different
Oberflächenbeschichtungen, die unterschiedliche Analyten spezifisch binden, können mehrere Proben auf demselben Chip simultan isoliert und prozessiert werden. Surface coatings that specifically bind different analytes, several samples can be isolated and processed simultaneously on the same chip.
Weiterhin ist denkbar, dass die Kanaloberflächen des gesamten fluidischen Systems punktuell funktionalisiert und/oder zur Prozessierung der Fluide genutzt werden können. Bereiche, die zur späteren Analyse unberührt bleiben sollten, können dabei ausgespart werden. Darüber hinaus kann auch eine sequentielle Prozessierung der vorgelagerten Reagenzien, Fluide und des Lyophilisats auf dem LoC vorteilhaft realisiert werden. Dies kann die Zugabe der benötigten Komponenten zum passenden Zeitpunkt ermöglichen. Furthermore, it is conceivable that the channel surfaces of the entire fluidic system can be functionalized at certain points and / or used for processing the fluids. Areas that should remain untouched for later analysis can be left out. In addition, a sequential processing of the upstream reagents, fluids and the lyophilizate can advantageously be implemented on the LoC. This can enable the required components to be added at the appropriate time.
Mit dem hier vorgeschlagenen Ansatz kann weiterhin die Gefahr des Zerfalls von fragilem Probenmaterial vorteilhaft verringert werden. Dies insbesondere, da Schritte zur Probenaufbereitung auf dem LoC integriert werden können und somit die zeitintensiven, händischen off-Chip-Schritte entfallen können. With the approach proposed here, the risk of the disintegration of fragile sample material can furthermore advantageously be reduced. This is in particular because steps for sample preparation can be integrated on the LoC and thus the time-consuming, manual off-chip steps can be omitted.
Weiterhin kann die Isolation des Probenmaterials für viele Proben vorteilhaft standardisiert werten. Differierende Schritte können on-Chip, bzw. in der Furthermore, the isolation of the sample material can advantageously be standardized for many samples. Different steps can be on-chip or in the
Probeneingabekammer durchgeführt werden. Dadurch kann für viele Sample entry chamber can be performed. This can do for many
verschiedene LoC-Anwendungen vorteilhaft erreicht werden, dass keine zusätzliche Schulung des Personals notwendig ist. various LoC applications can be advantageously achieved that no additional training of the staff is necessary.
Insbesondere ermöglichst die Funktionalisierung eines definierten Kanalbereichs bei einer saturierten Anbindung von Probenmaterial die Quantifizierung der isolierten Probe. Insbesondere für quantitative Analysen ist dies ein erheblicher Vorteil, da on Chip keine aufwändigen Zählschritte implementiert werden müssen. In particular, the functionalization of a defined channel area in the case of a saturated connection of sample material enables the isolated sample to be quantified. This is a considerable advantage, especially for quantitative analyzes, since no complex counting steps have to be implemented on the chip.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Trägerreagenz, mit dem die Analyten von dem funktionalisierten Kanalabschnitt gelöst und zur Reaktionskammer transportiert werden, ein deutlich geringeres Volumen aufweist, als das ursprüngliche Volumen der zu analysierenden Probe. Somit kann nicht nur eine Isolierung der Analyten, sondern vorteilhaft auch eine Volumenreduktion stattfinden, was für viele mikrofluidische Analysen von Vorteil sein kann. It can also be provided that the carrier reagent with which the analytes are released from the functionalized channel section and transported to the reaction chamber has a significantly smaller volume than the original volume of the sample to be analyzed. Thus, not only can the analytes be isolated, but also advantageously a volume reduction, which can be advantageous for many microfluidic analyzes.
Weiterhin ist insbesondere auch eine Verdünnung des Probenmaterials möglich, insbesondere wenn ein größeres Volumen an Trägerreagenz verwendet wird. Darüber hinaus wird in vorteilhafter Weise für den vorgestellten Ansatz kein Filter auf dem Chip benötigt, dessen Einbau fertigungstechnisch und dessen Furthermore, in particular, a dilution of the sample material is also possible, in particular if a larger volume of carrier reagent is used. In addition, no filter is advantageously required on the chip for the approach presented, its installation in terms of production technology and its
Ansteuerung fluidisch eine Herausforderung bedeuten kann. Controlling fluidically can be a challenge.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der According to an advantageous embodiment, it is proposed that the
funktionalisierte Abschnitt in einem Durchströmungskanal angeordnet ist. Der Durchströmungskanal beschreibt dabei in der Regel einen (mikrofluidischen) Kanal, der von der Probe durchströmbar ist. functionalized section is arranged in a flow channel. The The flow channel generally describes a (microfluidic) channel through which the sample can flow.
In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, dass der In this context, it is provided in particular that the
Durchströmungskanal eine strömungstechnische Verbindung zwischen mindestens einem Eingabereservoir und mindestens einem Ausgabereservoir des LoC-Systems bildet. Bei dem Eingabereservoir kann es sich beispielsweise um eine Eingabekammer handeln, über welche die Probe in das (mikrofluidische) LoC-System eingebracht bzw. eingegeben werden kann. Bei dem Flow channel forms a fluidic connection between at least one input reservoir and at least one output reservoir of the LoC system. The input reservoir can be, for example, an input chamber through which the sample can be introduced or input into the (microfluidic) LoC system. In which
Ausgabereservoir kann es sich um einen Auslass oder eine The output reservoir can be an outlet or a
Prozessierungskammer des LoC-Systems handeln. Act processing chamber of the LoC system.
In diesem Zusammenhang kann weiterhin ein Querschnitt des In this context, a cross section of the
Durchströmungskanals mindestens um den Faktor zehn (10) kleiner sein als ein Querschnitt des mindestens einen Eingabereservoirs und/oder des mindestens einen Ausgabereservoirs. Flow channel be at least a factor of ten (10) smaller than a cross section of the at least one input reservoir and / or the at least one output reservoir.
Insbesondere kann das LoC-System mindestens ein erstes Eingabereservoir und ein zweites Eingabereservoir sowie mindestens ein erstes Ausgabereservoir und mindestens ein zweites Ausgabereservoir aufweisen. Darüber hinaus kann das LoC-System weiter mindestens eine Ventilanordnung aufweisen, mit welcher die Eingabereservoire und/oder die Ausgabereservoire jeweils gezielt an den Durchströmungskanal angeschlossen werden können. In particular, the LoC system can have at least one first input reservoir and one second input reservoir and at least one first output reservoir and at least one second output reservoir. In addition, the LoC system can also have at least one valve arrangement with which the input reservoirs and / or the output reservoirs can each be specifically connected to the flow channel.
Bevorzugt ist, dass der funktionalisierte Abschnitt eine funktionalisierte It is preferred that the functionalized section is a functionalized one
Oberfläche mit adhäsiven Oberflächenmolekülen aufweist. Hierzu kann die funktionalisierte Oberfläche beispielsweise mit Adhäsionsmolekülen beschichtet sein, sodass dort Analyten anhaften können. Hierzu kann beispielsweise Has surface with adhesive surface molecules. For this purpose, the functionalized surface can be coated with adhesion molecules, for example, so that analytes can adhere there. For this purpose, for example
Fibronektin oder Poly-D-Lysin verwendet werden. Fibronectin or poly-D-lysine can be used.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass entlang des Durchströmungskanals in einer Durchströmungsrichtung mindestens ein erster Abschnitt mit einer ersten funktionalisierten Oberfläche mit einer ersten Funktion und mindestens ein zweiter Abschnitt mit einer zweiten funktionalisierten Oberfläche mit einer zweiten Funktion angeordnet sind, wobei sich die erste Funktion und die zweite Funktion voneinander unterscheiden. In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass der Furthermore, it can be provided that at least one first section with a first functionalized surface with a first function and at least one second section with a second functionalized surface with a second function are arranged along the flow channel in a flow direction, the first function and the second Differentiate between functions. In this context, it can also be provided that the
Durchströmungskanal zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt mit einem Zwischenreservoir verbunden ist. Bei dem Zwischenreservoir kann es sich beispielsweise (wahlweise) um ein Eingabereservoir und/oder ein Flow channel is connected to an intermediate reservoir between the first section and the second section. The intermediate reservoir can (optionally) be an input reservoir and / or a
Ausgabereservoir handeln. Trade output reservoir.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der funktionalisierte Abschnitt in einer Eingabekammer des LoC-System gebildet ist. Wenn mehrere funktionalisierte Abschnitte vorgesehen sind, kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass zumindest einer der dieser Abschnitte in der Eingabekammer gebildet ist. According to a further advantageous embodiment, it is proposed that the functionalized section be formed in an input chamber of the LoC system. If several functionalized sections are provided, it can be provided in this context that at least one of these sections is formed in the input chamber.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Verfahren zur quantifizierbaren Isolation von Probenbestandteilen mit einem hier beschriebenen LoC-System vorgeschlagen, wobei eine Flussgeschwindigkeit einer Probe derart gewählt wird, dass ein anhaften von Probenbestandteilen in dem funktionalisierten Abschnitt begünstigt wird. Zur Begünstigung kann die Flussgeschwindigkeit beispielsweise so eingestellt werden, dass eine Mindestanzahl an Probenbestandteilen anhaften kann. According to a further aspect, a method for the quantifiable isolation of sample constituents with a LoC system described here is also proposed, a flow rate of a sample being selected in such a way that adherence of sample constituents in the functionalized section is promoted. To facilitate this, the flow rate can be adjusted, for example, so that a minimum number of sample components can adhere.
In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn die Flussgeschwindigkeit derart gewählt wird, dass der funktionalisierte Abschnitt mit Probenbestandteilen gesättigt wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Diffusionskoeffizient von Probenbestandteilen in der Probe bei der Bestimmung der In this context, it is also advantageous if the flow rate is chosen such that the functionalized section is saturated with sample constituents. Furthermore, it can be provided that a diffusion coefficient of sample components in the sample is used when determining the
Flussgeschwindigkeit berücksichtigt wird. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass ein Radius der Probenbestandteilen bei der Bestimmung der Flow velocity is taken into account. In addition, it can also be provided that a radius of the sample components when determining the
Flussgeschwindigkeit berücksichtigt wird. Flow velocity is taken into account.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest einer der folgenden Parameter bei der Bestimmung der Flussgeschwindigkeit berücksichtigt oder für das Anhaften von Probenbestandteilen in dem funktionalisierten Abschnitt gezielt eingestellt werden: As an alternative or in addition, at least one of the following parameters can be taken into account when determining the flow rate or set specifically for the adherence of sample components in the functionalized section:
Visikosität der Probe, Viscosity of the sample,
Temperatur der Probe. Temperature of the sample.
Die im Zusammenhang mit dem LoC-System erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen. The details, features and advantageous configurations discussed in connection with the LoC system can also be used here presented procedures occur and vice versa. In this respect, reference is made in full to the statements made there for a more detailed characterization of the features.
Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden The solution presented here and its technical environment will be
nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigt schematisch: explained in more detail below with reference to the figures. It should be pointed out that the invention is not intended to be restricted by the exemplary embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and / or findings from other figures and / or the present description. It shows schematically:
Fig. 1: ein erstes Beispiel für ein hier beschriebenes Lab-on-Chip-System, 1: a first example of a lab-on-chip system described here,
Fig. 2: einen möglichen mikrofluidischen Ablauf einer Probenaufreinigung mit dem System aus Fig. 1, FIG. 2: a possible microfluidic sequence of a sample purification with the system from FIG. 1,
Fig. 3: eine Detailansicht eines Durchströmungskanals für ein hier Fig. 3: a detailed view of a flow channel for one here
beschriebenes System, described system,
Fig. 4: ein zweites Beispiel für ein hier beschriebenes Lab-on-Chip-System, und 4: a second example of a lab-on-chip system described here, and
Fig. 5: ein drittes Beispiel für ein hier beschriebenes Lab-on-Chip-System mit zugehörigem, beispielhaftem mikrofluidischem Ablauf. FIG. 5: a third example of a lab-on-chip system described here with an associated, exemplary microfluidic process.
Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Beispiel für ein hier beschriebenes Lab-on- Chip-System 1. Das Lab-on-Chip-System 1 weist einen funktionalisierten Abschnitt 14 auf, der zur Anhaftung von Probenbestandteilen 32 eingerichtet ist, wobei der funktionalisierte Abschnitt 14 eine definierte Länge und/oder eine definierte Fläche aufweist, um eine quantifizierbare Isolation von 1 schematically shows a first example of a lab-on-chip system 1 described here. The lab-on-chip system 1 has a functionalized section 14, which is set up for the adhesion of sample constituents 32, the functionalized section 14 has a defined length and / or a defined area in order to achieve a quantifiable isolation of
Probenbestandteilen 32 zu ermöglichen. To enable sample components 32.
Beispielhaft ist der funktionalisierte Abschnitt 14 in einem The functionalized section 14 is exemplary in one
Durchströmungskanal 2 angeordnet. Zudem bildet der Durchströmungskanal 2 beispielsweise eine strömungstechnische Verbindung zwischen zwei Flow channel 2 arranged. In addition, the throughflow channel 2 forms, for example, a fluidic connection between two
Eingabereservoiren 10, 17 und zwei Ausgabereservoiren 15, 16 des Lab-on- Chip-Systems 1. Es ist in Fig. 1 auch angedeutet, dass ein Querschnitt des Input reservoirs 10, 17 and two output reservoirs 15, 16 of the lab-on-chip system 1. It is also indicated in Fig. 1 that a cross section of the
Durchströmungskanals 2 mindestens um den Faktor 10 kleiner ist als ein Querschnitt des mindestens einen Eingabereservoirs 10, 17 und/oder des mindestens einen Ausgabereservoirs 15, 16. Flow channel 2 is at least a factor of 10 smaller than a cross section of the at least one input reservoir 10, 17 and / or the at least one output reservoir 15, 16.
Das Lab-on-Chip-System 1 gemäß Fig. 1 weist beispielhaft ein erstes The lab-on-chip system 1 according to FIG. 1 has, for example, a first
Eingabereservoir 10 und ein zweites Eingabereservoir 17 sowie ein erstes Ausgabereservoir 15 und ein zweites Ausgabereservoir 16 auf. Zudem weist das Lab-on-Chip-System 1 eine Ventilanordnung 11 auf, mit welcher die Input reservoir 10 and a second input reservoir 17 and a first output reservoir 15 and a second output reservoir 16. In addition, the lab-on-chip system 1 has a valve arrangement 11 with which the
Eingabereservoire 10, 17 und/oder die Ausgabereservoire 15, 16 jeweils gezielt an den Durchströmungskanal 2 angeschlossen werden können. The input reservoirs 10, 17 and / or the output reservoirs 15, 16 can each be specifically connected to the throughflow channel 2.
Fig. 1 zeigt insbesondere mit anderen Worten insbesondere ein Grundbeispiel des vorgestellten Lab-on-Chip-Systems 1. Das System 1 hat ein Reservoir zur Probeneingabe 10, eine Pumpeinheit 11 sowie mindestens eine In other words, FIG. 1 shows, in particular, a basic example of the presented lab-on-chip system 1. The system 1 has a reservoir for sample input 10, a pump unit 11 and at least one
Reaktionskammer 15, eine Wastekammer 16 und eine Vorlagerungskammer 17. Der Zulauf zu den Kammern kann jeweils durch ein Ventil 12, 13 verschlossen werden. Zudem ist ein definierter Teil 14 des mikrofluidischen Kanalsystems funktionalisiert, das heißt die Kanaloberfläche wurde mit Adhäsionsmolekülen beschichtet, sodass dort Analyten anhaften können. Hierzu kann beispielsweise Fibronektin oder Poly-D-Lysin verwendet werden. Die Funktionalisierung des Kanalabschnitts wird hierbei beispielsweise so durchgeführt, dass die Fläche sowie die Konzentration der Adhäsionsmoleküle auf der Oberfläche auf die Anforderungen der Anwendung abgestimmt werden und bekannt sind. Reaction chamber 15, a waste chamber 16 and a pre-storage chamber 17. The inlet to the chambers can be closed by a valve 12, 13. In addition, a defined part 14 of the microfluidic channel system is functionalized, that is, the channel surface has been coated with adhesion molecules so that analytes can adhere there. For example, fibronectin or poly-D-lysine can be used for this purpose. The functionalization of the channel section is carried out, for example, in such a way that the area and the concentration of the adhesion molecules on the surface are matched to the requirements of the application and are known.
Fig. 2 zeigt schematisch einen möglichen mikrofluidischen Ablauf einer 2 shows schematically a possible microfluidic sequence of a
Probenaufreinigung mit dem System aus Fig. 1. Hierzu ist die Fig. 2 in die Figuren 2A bis 2E unterteilt, die einen beispielhaften Ablauf beschreiben. Sample purification with the system from FIG. 1. For this purpose, FIG. 2 is subdivided into FIGS. 2A to 2E, which describe an exemplary sequence.
In Fig. 2A wird eine Probe 20 ins Eingabereservoir 10 gegeben. In die In FIG. 2A, a sample 20 is placed in the input reservoir 10. In the
Vorlagerungskammer 17 wird ein Trägermedium gegeben. Pre-storage chamber 17 is given a carrier medium.
In Fig. 2B wird die Probe 20 durch den funktionalisierten Kanalbereich 14 in die Wastekammer 16 gepumpt. Hierbei wird die Flussgeschwindigkeit beispielhaft so eingestellt, dass die funktionalisierte Oberfläche vollständig mit Probenmolekülen gesättigt wird. Bestimmender Faktor für die maximale Flussgeschwindigkeit ist dabei insbesondere der Diffusionskoeffizient der zu separierenden Probe, der insbesondere neben dem hydrodynamischen Radius der Probenmoleküle auch von der Temperatur und der dynamischen Viskosität der Probenflüssigkeit abhängig ist. Wenn diese Parameter bekannt sind, kann die maximale In FIG. 2B, the sample 20 is pumped through the functionalized channel region 14 into the waste chamber 16. Here, the flow rate is set, for example, so that the functionalized surface is completely saturated with sample molecules. The determining factor for the maximum flow velocity is in particular the diffusion coefficient of the sample to be separated, which in addition to the hydrodynamic radius of the sample molecules is also dependent on the temperature and the dynamic viscosity of the sample liquid. If these parameters are known, the maximum
Flussgeschwindigkeit bestimmt (z.B. modelliert) werden, ansonsten kann sie experimentell ermittelt werden, indem man die Aufreinigungseffizienzen bei verschiedenen Flussgeschwindigkeiten bestimmt. Flow rate can be determined (e.g. modeled), otherwise it can be determined experimentally by determining the purification efficiencies at different flow rates.
Somit veranschaulicht Fig. 2 auch ein Verfahren zur quantifizierbaren Isolation von Probenbestandteilen 32 mit dem Lab-on-Chip-System, bei dem eine Thus, FIG. 2 also illustrates a method for the quantifiable isolation of sample components 32 with the lab-on-chip system, in which a
Flussgeschwindigkeit einer Probe 20 derart gewählt wird, dass ein Anhaften von Probenbestandteilen 32 in dem funktionalisierten Abschnitt begünstigt wird. Wie beschrieben kann die Flussgeschwindigkeit hierzu derart gewählt werden, dass der funktionalisierte Abschnitt 14 mit Probenbestandteilen 32 gesättigt wird. Dabei kann ein Diffusionskoeffizient von Probenbestandteilen 32 in der Probe 20 bei der Bestimmung der Flussgeschwindigkeit berücksichtigt wird. Zudem kann ein Radius der Probenbestandteilen 32 bei der Bestimmung der The flow rate of a sample 20 is selected in such a way that adhesion of sample constituents 32 in the functionalized section is promoted. As described, the flow rate for this can be selected in such a way that the functionalized section 14 is saturated with sample constituents 32. A diffusion coefficient of sample components 32 in sample 20 can be taken into account when determining the flow rate. In addition, a radius of the sample components 32 can be used when determining the
Flussgeschwindigkeit berücksichtigt wird. Weiterhin kann auch zumindest einer der folgenden Parameter bei der Bestimmung der Flussgeschwindigkeit berücksichtigt oder für das Anhaften von Probenbestandteilen 32 in dem funktionalisierten Abschnitt 14, 41, 51 gezielt eingestellt werden: Flow velocity is taken into account. Furthermore, at least one of the following parameters can also be taken into account when determining the flow rate or can be set specifically for the adherence of sample constituents 32 in the functionalized section 14, 41, 51:
Visikosität der Probe, Viscosity of the sample,
Temperatur der Probe. Temperature of the sample.
In Fig. 2C ist das Eingabereservoir 10 geleert. Ein Teil der Analyten aus dem Probenmaterial ist an der spezifisch adhäsiven Oberfläche des funktionalisierten Kanalbereichs 14 gebunden, wobei diese gesättigt ist, also alle adhäsiven Bindungsstellen mit Probenmolekülen besetzt sind. Das restliche Probenmaterial befindet sich in der Wastekammer 16. Gegebenenfalls kann der Kanal an dieser Stelle noch mit einem Waschpuffer gespült werden, der nicht angebundene Probenmoleküle entfernt und in die Wastekammer transportiert. In Fig. 2C, the input reservoir 10 is emptied. Some of the analytes from the sample material are bound to the specifically adhesive surface of the functionalized channel region 14, this being saturated, that is to say all adhesive binding sites are occupied with sample molecules. The remaining sample material is located in the waste chamber 16. If necessary, the channel can also be rinsed at this point with a washing buffer, which removes unattached sample molecules and transports them into the waste chamber.
In Fig. 2D wird das Trägerreagenz 21 aus der Vorlagerungskammer 17 über den funktionalisierten Kanalbereich 14 in die Reaktionskammer für die In FIG. 2D, the carrier reagent 21 is transferred from the storage chamber 17 via the functionalized channel region 14 into the reaction chamber for the
Nachweisreaktion 15 gepumpt. Je nach Target und Adhäsionsprinzip kann dies ein Lysepuffer oder ein Lösemittel sein, der die Analyten wieder ablöst und in die Reaktionskammer transportiert. In Fig. 2E wird das Trägerreagenz 21 vollständig aus der Vorlagerungskammer durch den funktionalisierten Kanalbereich 14 in die Reaktionskammer 15 gepumpt. Hierdurch wird ein definiertes Probenvolumen eingestellt. Durch die zuvor sichergestellte Sättigung der Anbindung von Analyten an die Oberfläche des funktionalisierten Kanalbereichs, ist nun die Konzentration an Probenmaterial in dem Trägerreagenz bekannt und es kann eine quantifizierbare Detection reaction 15 is pumped. Depending on the target and the principle of adhesion, this can be a lysis buffer or a solvent that detaches the analytes again and transports them into the reaction chamber. In FIG. 2E, the carrier reagent 21 is completely pumped out of the storage chamber through the functionalized channel region 14 into the reaction chamber 15. This sets a defined sample volume. Due to the previously ensured saturation of the binding of analytes to the surface of the functionalized channel area, the concentration of sample material in the carrier reagent is now known and a quantifiable one can be used
Nachweisreaktion durchgeführt werden. Detection reaction can be carried out.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Detailansicht eines Durchströmungskanals 2 für ein hier beschriebenes System. Beispielhaft ist in Fig. 3 veranschaulicht, dass der funktionalisierte Abschnitt 14, 41 eine funktionalisierte Oberfläche mit adhäsiven Oberflächenmolekülen 31, 51 aufweisen kann. Auch in Fig. 3 sind mit den Figuren 3A bis 3E ein beispielhafter Ablauf gezeigt. 3 schematically shows a detailed view of a flow channel 2 for a system described here. It is exemplified in FIG. 3 that the functionalized section 14, 41 can have a functionalized surface with adhesive surface molecules 31, 51. An exemplary sequence is also shown in FIGS. 3A to 3E in FIG.
Fig. 3 zeigt in diesem Zusammenhang die entsprechenden Detailansichten des funktionalisierten Kanalbereichs 14 aus den Figuren 2A bis 2E. In diesem In this context, FIG. 3 shows the corresponding detailed views of the functionalized channel region 14 from FIGS. 2A to 2E. In this
Beispiel werden aus dem Ausgangsmaterial Zellen isoliert und lysiert, um eine genetische Analyse der DNA durchzuführen. For example, cells are isolated from the starting material and lysed in order to carry out a genetic analysis of the DNA.
Fig. 3A zeigt in Detailansicht 14 den funktionalisierten Kanalabschnitt 30. In diesem Bereich des mikrofluidischen Kanals ist die Kanalinnenfläche mit adhäsiven Oberflächenmolekülen 31 funktionalisiert. 3A shows a detailed view 14 of the functionalized channel section 30. In this region of the microfluidic channel, the inner surface of the channel is functionalized with adhesive surface molecules 31.
In Fig. 3B wird die Probe 20 aus der Eingabekammer durch den mikrofluidischen Kanal mit dem funktionalisierten Abschnitt 14 in die Wastekammer gepumpt. Die in der Probe enthaltenen Zellen 32 sollen zur genetischen Analyse isoliert werden und werden von den adhäsiven Oberflächenmolekülen an der In FIG. 3B, the sample 20 is pumped from the input chamber through the microfluidic channel with the functionalized section 14 into the waste chamber. The cells 32 contained in the sample are to be isolated for genetic analysis and are attached to the surface by the adhesive molecules
Kanaloberfläche gebunden. Channel surface bound.
In Fig. 3C ist gezeigt, dass bei ausreichender Konzentration an Analyten in der Probe die Oberfläche des funktionalisierten Kanalabschnitts nach dem In Fig. 3C it is shown that with a sufficient concentration of analytes in the sample, the surface of the functionalized channel section after the
Durchpumpen der Probenflüssigkeit mit Analyten gesättigt ist. In diesem Fall ist beispielsweise eine quantifizierbare Analyse möglich, da die Zellanzahl bekannt ist. In Fig. 3D wird im Folgenden das Trägerreagenz 21 für das im funktionalisierten Kanalabschnitt 14 angebundene Target aus der Vorlagerungskammer in die Reaktionskammer gepumpt. Im diesem Fall beinhaltet die Trägerreagenz ein Lysemedium, sodass die angebundenen Zellen 33 beim Durchspülen lysiert werden und die DNA-Stränge 34 ins Trägermedium gelangen. Bei einer Pumping through the sample liquid is saturated with analytes. In this case, for example, a quantifiable analysis is possible because the number of cells is known. In FIG. 3D, the carrier reagent 21 for the target connected in the functionalized channel section 14 is then pumped from the pre-storage chamber into the reaction chamber. In this case, the carrier reagent contains a lysis medium, so that the bound cells 33 are lysed when rinsing through and the DNA strands 34 get into the carrier medium. At a
Sättigung der funktionalisierten Oberfläche mit Zellen ist nun die DNA-Menge und somit auch die Konzentration im Trägerreagenz bekannt. Wird im Verhältnis zum Ausgangsprobenmaterial ein deutlich geringeres Volumen an When the functionalized surface is saturated with cells, the amount of DNA and thus also the concentration in the carrier reagent is known. Will have a significantly lower volume in relation to the original sample material
Trägerreagenz verwendet, findet neben der Isolation und Quantifizierung des Analyten auch eine Volumenreduktion statt, was für viele mikrofluidische When the carrier reagent is used, in addition to the isolation and quantification of the analyte, there is also a volume reduction, which for many microfluidic
Analysen von Vorteil sein kann. Analysis can be beneficial.
In Fig. 3E bleiben die lysierten Zellen 35 an der Kanalwand zurück. Das In Fig. 3E, the lysed cells 35 remain on the channel wall. The
Trägerreagenz mit DNA befindet sich in der Reaktionskammer und kann analysiert werden. Carrier reagent with DNA is located in the reaction chamber and can be analyzed.
Fig. 4 zeigt schematisch ein zweites Beispiel für ein hier beschriebenes Lab-on- Chip-System 1. Dabei sind beispielhaft entlang des Durchströmungskanals 2 in einer Durchströmungsrichtung mindestens ein erster Abschnitt 14 mit einer ersten funktionalisierten Oberfläche mit einer ersten Funktion und mindestens ein zweiter Abschnitt 41 mit einer zweiten funktionalisierten Oberfläche mit einer zweiten Funktion angeordnet, wobei sich die erste Funktion und die zweite Funktion voneinander unterscheiden. 4 schematically shows a second example of a lab-on-chip system 1 described here. In this case, at least one first section 14 with a first functionalized surface with a first function and at least one second section are exemplarily along the flow channel 2 in a flow direction 41 with a second functionalized surface with a second function, wherein the first function and the second function differ from one another.
Weiterhin ist in Fig. 4 beispielhaft veranschaulicht, dass der Furthermore, it is exemplified in FIG. 4 that the
Durchströmungskanal 2 zwischen dem ersten Abschnitt 14 und dem zweiten Abschnitt 41 mit einem Zwischenreservoir 15 verbunden sein kann. Flow channel 2 can be connected to an intermediate reservoir 15 between the first section 14 and the second section 41.
Fig. 4 veranschaulicht insbesondere die Skalierbarkeit des Konzeptes für Proben die mehrere zu analysierende Targets enthalten. Dabei werden mehrere FIG. 4 particularly illustrates the scalability of the concept for samples which contain several targets to be analyzed. There are several
Kanalabschnitte nacheinander mit, für das Target selektiven, adhäsiven Channel sections one after the other with adhesive that is selective for the target
Oberflächenmolekülen funktionalisiert. Zwischen den funktionalisierten Functionalized surface molecules. Between the functionalized
Kanalabschnitten befinden sich die Reaktionskammern für die Nachweisreaktion des jeweiligen Targets. The reaction chambers for the detection reaction of the respective target are located in channel sections.
Ein beispielhafter fluidische Ablauf zur parallelen Prozessierung und Analyse mehrerer Targets aus einer Probe gliedert kann sich wie folgt gliedern: (A) Die Probe aus der Eingabekammer 10 wird durch den mikrofluidischen Kanal mit den funktionalisierten Abschnitten 14, 41, ... in die Wastekammer 16 gepumpt. Dabei sind die Ventile zu den Reaktionskammern 12 geschlossen, die Ventile entlang des Kanals zur Wastekammer 13 geöffnet. An exemplary fluidic sequence for the parallel processing and analysis of several targets from a sample can be broken down as follows: (A) The sample from the input chamber 10 is pumped through the microfluidic channel with the functionalized sections 14, 41,... Into the waste chamber 16. The valves to the reaction chambers 12 are closed, the valves along the channel to the waste chamber 13 are open.
(B) Im Folgenden wird die Trägerreagenz für das im ersten Kanalabschnitt 14 angebundene Target aus der ersten Vorlagerungskammer 17 in die erste Reaktionskammer 15 gepumpt. (B) In the following, the carrier reagent for the target connected in the first channel section 14 is pumped from the first pre-storage chamber 17 into the first reaction chamber 15.
(C) Im nächsten Schritt wird die Trägerreagenz für das im zweiten Kanalabschnitt 41 angebundene Target aus der zweiten Vorlagerungskammer 40 in die zweite Reaktionskammer 42 gepumpt. (C) In the next step, the carrier reagent for the target connected in the second channel section 41 is pumped from the second pre-storage chamber 40 into the second reaction chamber 42.
(D) Dieser Schritt kann x-mal wiederholt werden für weitere Targets werden jeweils eine Vorlagerungskammer, ein funktionalisierter Kanalabschnitt und eine Reaktionskammer hinzugefügt. (D) This step can be repeated x times for further targets, a storage chamber, a functionalized channel section and a reaction chamber are added.
(E) Nun können die Proben analysiert werden und die Nachweisreaktionen in den jeweiligen Reaktionskammern stattfinden. (E) The samples can now be analyzed and the detection reactions can take place in the respective reaction chambers.
Fig. 5 zeigt schematisch ein drittes Beispiel für ein hier beschriebenes Lab-on- Chip-System mit zugehörigem, beispielhaftem mikrofluidischem Ablauf. Dabei ist der funktionalisierte Abschnitt 51 beispielhaft in einer Eingabekammer 10 des Lab-on-Chip-Systems 1 gebildet. 5 schematically shows a third example of a lab-on-chip system described here with an associated, exemplary microfluidic process. The functionalized section 51 is formed, for example, in an input chamber 10 of the lab-on-chip system 1.
Fig. 5 zeigt in diesem Zusammenhang insbesondere, wie das beschriebene mikrofluidische System und Verfahren auch direkt in einer In this context, FIG. 5 shows, in particular, how the described microfluidic system and method also directly in one
Probeneingabekammer (eines Lab-on-Chip-Systems) implementiert werden kann. Hierzu kann als World-to-Chip bzw. Probeneingabekammer beispielsweise eine mikrofluidische Polykammer eingesetzt werden. Sample input chamber (a lab-on-chip system) can be implemented. For this purpose, a microfluidic polychamber, for example, can be used as a world-to-chip or sample input chamber.
Durch die mikrofluidische Ansteuerung der Polykammer und das Thanks to the microfluidic control of the polychamber and the
Unterschichtungsprinzip kann folgender, beispielhafter Ablauf gemäß den Figuren 5A bis 5G zur Isolation des Probenmaterials ermöglicht werden: In Fig. 5A wird ein Probeneingabeadapter 50 mit zwei Kammern eingesetzt. In der Vorlagerungskammer 17 wird ein Trägermedium 21 vorgelagert, in der Eingabekammer 10 befindet sich ein Bereich 51, der mit adhäsiven The following, exemplary sequence according to FIGS. 5A to 5G for isolating the sample material can be made possible: In Fig. 5A, a sample entry adapter 50 having two chambers is employed. A carrier medium 21 is pre-stored in the pre-storage chamber 17, and in the input chamber 10 there is an area 51 which is filled with adhesives
Oberflächenmolekülen funktionalisiert ist. Surface molecules is functionalized.
In Fig. 5B wird die Probe 20 in das Eingabereservoir 10 gegeben. In FIG. 5B, the sample 20 is placed in the input reservoir 10.
In Fig. 5C wird die Probe 20 in den nachgelagerten Teil des mikrofluidischen Systems eingezogen, z. B. über einen peristaltischen Pumpmechanismus. Ein Teil 33 der Analyten aus der Probe wird von den adhäsiven In FIG. 5C, the sample 20 is drawn into the downstream part of the microfluidic system, e.g. B. via a peristaltic pumping mechanism. A portion 33 of the analytes from the sample is used by the adhesive
Oberflächenmolekülen spezifisch gebunden. Surface molecules specifically bound.
In Fig. 5D ist die Eingabekammer 10 geleert, ein Teil 33 der Analyten aus dem Probenmaterial ist an der spezifisch adhäsiven Oberfläche des funktionalisierten Bereichs 51 gebunden. Das restliche Probenmaterial befindet sich in einer Wastekammer des mikrofluidischen Systems 1. In FIG. 5D the input chamber 10 is emptied, a part 33 of the analytes from the sample material is bound to the specifically adhesive surface of the functionalized area 51. The remaining sample material is located in a waste chamber of the microfluidic system 1.
In Fig. 5E wird nun das Trägerreagenz 21 aus der Vorlagerungskammer 17 durch ein Unterschichtungsprinzip mit einer nicht-mischbaren Phase 52, z. B. Silikonöl, in die Eingabekammer 10 transferiert. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein exaktes Volumen an Trägerreagenz in die Eingabekammer transferiert wird. Insbesondere kann hierdurch die Menge und Konzentration an Analyten exakt eingestellt werden, wenn die Menge an Analyten bei einer Sättigung der Anbindung von Analyten an die Oberfläche des funktionalisierten Bereichs bekannt ist. In FIG. 5E, the carrier reagent 21 is now removed from the preliminary storage chamber 17 by an underlayer principle with a non-miscible phase 52, e.g. B. silicone oil, transferred into the input chamber 10. In this way it can be achieved that an exact volume of carrier reagent is transferred into the input chamber. In particular, this allows the amount and concentration of analytes to be set exactly if the amount of analytes is known when the binding of analytes to the surface of the functionalized area is saturated.
In Fig. 5F befindet sich das Trägerreagenz 21 für das im funktionalisierten Bereich 51 angebundene Target in der Eingabekammer. Im diesem Fall beinhaltet die Trägerreagenz ein Lysemedium, sodass die angebundenen Zellen 33 lysiert werden und die DNA- Stränge 34 ins Trägermedium gelangen. Bei einer Sättigung der funktionalisierten Oberfläche mit Zellen ist nun die DNA-Menge und somit auch die Konzentration im Trägerreagenz bekannt. Wird im Verhältnis zum Ausgangsprobenmaterial ein deutlich geringeres Volumen an In FIG. 5F, the carrier reagent 21 for the target connected in the functionalized area 51 is in the input chamber. In this case, the carrier reagent contains a lysis medium, so that the bound cells 33 are lysed and the DNA strands 34 get into the carrier medium. When the functionalized surface is saturated with cells, the amount of DNA and thus also the concentration in the carrier reagent is known. Will have a significantly lower volume in relation to the original sample material
Trägerreagenz verwendet, findet neben der Isolation und Quantifizierung des Analyten auch eine Volumenreduktion statt, was für viele mikrofluidische When the carrier reagent is used, in addition to the isolation and quantification of the analyte, there is also a volume reduction, which for many microfluidic
Analysen von Vorteil sein kann. In Fig. 5G bleiben die lysierten Zellen 35 auf dem funktionalisierten Bereich in der Eingabekammer zurück. Das Trägerreagenz mit DNA wird in das fluidische System eingezogen und kann analysiert werden. Analysis can be beneficial. In Figure 5G, the lysed cells 35 remain on the functionalized area in the input chamber. The carrier reagent with DNA is drawn into the fluidic system and can be analyzed.
Materialbeispiele für das mikrofluidische System sind insbesondere Polymere, wie beispielsweise Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polydimethylsiloxan (PDMS) oder Material examples for the microfluidic system are, in particular, polymers such as polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polymethyl methacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS) or
thermoplastischen Elastomeren (TPE) wie Polyurethan (TPU) oder Styrol-Block- copolymer (TPS), insbesondere gefertigt durch Hochdurchsatzverfahren wie Spritzgießen, Thermoformen, Stanzen, Laserdurchstrahlschweißen. thermoplastic elastomers (TPE) such as polyurethane (TPU) or styrene block copolymer (TPS), in particular manufactured using high-throughput processes such as injection molding, thermoforming, stamping, laser transmission welding.
Die mikrofluidische Pumpvorrichtung und Ventile können beispielsweise durch die pneumatisch aktuierte Auslenkung einer Polymer-Membran in Aussparungen in einem Polymersubstrat realisiert werden, in dem sich weiterhin die The microfluidic pump device and valves can be implemented, for example, by the pneumatically actuated deflection of a polymer membrane in recesses in a polymer substrate in which the
mikrofluidischen Kanäle und Reaktionskammern befinden können. microfluidic channels and reaction chambers can be located.
Eine beispielhafte Dimensionierung des mikrofluidischen Systems kann wie folgt angegeben werden: An exemplary dimensioning of the microfluidic system can be given as follows:
- Dicke der Polymersubstrate: 1 mm - 10 mm - Thickness of the polymer substrates: 1 mm - 10 mm
- Dicke der Polymermembran: 100 pm - 300 pm - Thickness of the polymer membrane: 100 pm - 300 pm
- Kanalquerschnitte: 100 x 100 pm2 - l x l mm2 - Duct cross-sections: 100 x 100 pm 2 - lxl mm 2
- Kammervolumina: 1 pl - 100 pl - Chamber volumes: 1 pl - 100 pl
Mögliche Probenflüssigkeiten sind insbesondere wässrige Lösungen, Possible sample liquids are in particular aqueous solutions,
insbesondere für die Durchführung chemischer, biochemischer, medizinischer oder molekulardiagnostischer Analysen, z. B. Körperflüssigkeiten, Abstriche, Sekrete, Sputum oder Gewebeproben. especially for carrying out chemical, biochemical, medical or molecular diagnostic analyzes, e.g. B. body fluids, smears, secretions, sputum or tissue samples.
Bevorzugte Targets sind insbesondere in den Probenflüssigkeiten enthaltenes Probenmaterial, insbesondere humanen Ursprungs, z. B. Bakterien, Viren, bestimmte Zellen, wie z. B. zirkulierende Tumorzellen, zellfreie DNA, Proteine oder andere Biomarker. Preferred targets are, in particular, sample material contained in the sample liquids, in particular of human origin, e.g. B. bacteria, viruses, certain cells, such as. B. circulating tumor cells, cell-free DNA, proteins or other biomarkers.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Lab-on-Chip-System (1) mit mindestens einem funktionalisierten 1. Lab-on-chip system (1) with at least one functionalized
Abschnitt (14, 41, 51), der zur Anhaftung von Probenbestandteilen (32, 33) eingerichtet ist, wobei der funktionalisierte Abschnitt (14, 41, 51) eine definierte Länge und/oder eine definierte Fläche aufweist, um eine quantifizierbare Isolation von Probenbestandteilen (32, 33) zu ermöglichen. Section (14, 41, 51) which is set up for adhesion of sample components (32, 33), the functionalized section (14, 41, 51) having a defined length and / or a defined area in order to achieve quantifiable isolation of sample components (32, 33) to enable.
2. Lab-on-Chip-System (1) nach Anspruch 1, der funktionalisierte 2. lab-on-chip system (1) according to claim 1, the functionalized
Abschnitt (14, 41) in einem Durchströmungskanal (2) angeordnet ist. Section (14, 41) is arranged in a flow channel (2).
3. Lab-on-Chip-System (1) nach Anspruch 2, wobei der 3. lab-on-chip system (1) according to claim 2, wherein the
Durchströmungskanal (2) eine strömungstechnische Verbindung zwischen mindestens einem Eingabereservoir (10, 17) und mindestens einem Through-flow channel (2) a fluidic connection between at least one input reservoir (10, 17) and at least one
Ausgabereservoir (15, 16) des Lab-on-Chip-Systems (1) bildet. Forms output reservoir (15, 16) of the lab-on-chip system (1).
4. Lab-on-Chip-System (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Querschnitt des Durchströmungskanals (2) mindestens um den Faktor 10 kleiner ist als ein Querschnitt des mindestens einen Eingabereservoirs (10, 17) und/oder des mindestens einen Ausgabereservoirs (15, 16). 4. lab-on-chip system (1) according to claim 2 or 3, wherein a cross section of the flow channel (2) is at least a factor of 10 smaller than a cross section of the at least one input reservoir (10, 17) and / or the at least a dispensing reservoir (15, 16).
5. Lab-on-Chip-System (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Lab- on-Chip-System (1) mindestens ein erstes Eingabereservoir (10) und ein zweites Eingabereservoir (17) sowie mindestens ein erstes 5. lab-on-chip system (1) according to one of claims 2 to 4, wherein the lab-on-chip system (1) has at least a first input reservoir (10) and a second input reservoir (17) and at least a first one
Ausgabereservoir (15) und mindestens ein zweites Ausgabereservoir (16) aufweist, sowie weiter mindestens eine Ventilanordnung (11), mit welcher die Eingabereservoire (10, 17) und/oder die Ausgabereservoire (15, 16) jeweils gezielt an den Durchströmungskanal (2) angeschlossen werden können. Dispensing reservoir (15) and at least one second dispensing reservoir (16), as well as at least one valve arrangement (11), with which the input reservoirs (10, 17) and / or the output reservoirs (15, 16) are each targeted to the flow channel (2) can be connected.
6. Lab-on-Chip-System (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der funktionalisierte Abschnitt (14, 41) eine funktionalisierte Oberfläche mit adhäsiven Oberflächenmolekülen (31, 51) aufweist. 6. lab-on-chip system (1) according to one of claims 2 to 5, wherein the functionalized section (14, 41) has a functionalized surface with adhesive surface molecules (31, 51).
7. Lab-on-Chip-System (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei entlang des Durchströmungskanals (2) in einer Durchströmungsrichtung 7. lab-on-chip system (1) according to any one of claims 2 to 6, wherein along the flow channel (2) in a flow direction
mindestens ein erster Abschnitt (14) mit einer ersten funktionalisierten Oberfläche mit einer ersten Funktion und mindestens ein zweiter at least a first section (14) with a first functionalized Surface with a first function and at least one second
Abschnitt (41) mit einer zweiten funktionalisierten Oberfläche mit einer zweiten Funktion angeordnet sind, wobei sich die erste Funktion und die zweite Funktion voneinander unterscheiden. Section (41) with a second functionalized surface with a second function are arranged, wherein the first function and the second function differ from one another.
8. Lab-on-Chip-System (1) nach Anspruch 7, wobei der 8. lab-on-chip system (1) according to claim 7, wherein the
Durchströmungskanal (2) zwischen dem ersten Abschnitt (14) und dem zweiten Abschnitt (41) mit einem Zwischenreservoir (15) verbunden ist. Flow channel (2) between the first section (14) and the second section (41) is connected to an intermediate reservoir (15).
9. Lab-on-Chip-System (1) nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei der funktionalisierte Abschnitt (51) in einer Eingabekammer (10) des Lab-on-Chip-Systems (1) gebildet ist. 9. lab-on-chip system (1) according to one of the preceding sections, wherein the functionalized section (51) is formed in an input chamber (10) of the lab-on-chip system (1).
10. Verfahren zur quantifizierbaren Isolation von Probenbestandteilen (32) mit einem Lab-on-Chip-Systems (1) nach einem der vorhergehenden 10. A method for the quantifiable isolation of sample components (32) with a lab-on-chip system (1) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei eine Flussgeschwindigkeit einer Probe (20) derart gewählt wird, dass ein anhaften von Probenbestandteilen (32) in dem funktionalisierten Abschnitt (14, 41, 51) begünstigt wird. Claims, wherein a flow rate of a sample (20) is selected in such a way that adherence of sample components (32) in the functionalized section (14, 41, 51) is promoted.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Flussgeschwindigkeit derart 11. The method of claim 10, wherein the flow rate is such
gewählt wird, dass der funktionalisierte Abschnitt (14, 41, 51) mit it is chosen that the functionalized section (14, 41, 51) with
Probenbestandteilen (32) gesättigt wird. Sample components (32) is saturated.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei ein Diffusionskoeffizient von Probenbestandteilen (32) in der Probe (20) bei der Bestimmung der Flussgeschwindigkeit berücksichtigt wird. 12. The method according to claim 10 or 11, wherein a diffusion coefficient of sample components (32) in the sample (20) is taken into account when determining the flow rate.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein Radius der Probenbestandteilen (32) bei der Bestimmung der Flussgeschwindigkeit berücksichtigt wird. 13. The method according to any one of claims 10 to 12, wherein a radius of the sample components (32) is taken into account when determining the flow rate.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei zumindest einer der folgenden Parameter bei der Bestimmung der Flussgeschwindigkeit berücksichtigt oder für das Anhaften von Probenbestandteilen (32) in dem funktionalisierten Abschnitt (14, 41, 51) gezielt eingestellt wird: 14. The method according to any one of claims 10 to 13, wherein at least one of the following parameters is taken into account when determining the flow rate or is specifically set for the adhesion of sample components (32) in the functionalized section (14, 41, 51):
Visikosität der Probe, Viscosity of the sample,
Temperatur der Probe. Temperature of the sample.
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