WO2024052362A1 - Array für eine mikrofluidische vorrichtung, mikrofluidische vorrichtung und verfahren zu ihrem betrieb. - Google Patents

Array für eine mikrofluidische vorrichtung, mikrofluidische vorrichtung und verfahren zu ihrem betrieb. Download PDF

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array
rows
microfluidic device
chamber
group
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Anja Lippert
Aaron Doerr
Julian Kassel
Ronny Leonhardt
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Robert Bosch Gmbh
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    • B01L2400/088—Passive control of flow resistance by specific surface properties

Definitions

  • the present invention relates to an array for a microfluidic device. Furthermore, the present invention relates to a microfluidic device which has the array. The present invention also relates to a method for operating the microfluidic device.
  • Microfluidic analysis systems also known as lab-on-chip systems, allow automated processing of chemical or biological samples for medical diagnostics.
  • they In order to be able to carry out multiple analyzes with a single sample, they often have an array that has several blind hole-shaped wells with dried reagents in front of them.
  • the array is flushed with a reaction liquid and the depressions, also known as wells, are filled in this way.
  • the depressions can then be insulated from each other using a sealing liquid. This is described, for example, in DE 10 2018 204 624 A1.
  • the array for a microfluidic device consists in particular of silicon, which forms its base body. It has a side with several depressions which extend into the base body of the array and in which reagents in particular are arranged. The depressions are arranged in parallel rows. The side with the depressions is intended to be washed over by a reaction liquid in the microfluidic device. It is therefore arranged as the top side in the microfluidic device.
  • Cross-talk refers to the phenomenon in which wells that have already been filled are flushed out again by cross-currents and the reagents stored in them are thereby distributed over the entire array. Flushing out and distributing the reagents can lead to undesired chemical reactions that distort the optical measurements or make them unusable.
  • the decisive factor for filling the wells is the defined progression of the interface between air and a reaction mixture on the array or two different fluids flowing in one after the other. This progression is significantly influenced by geometric dimensional deviations and local surface properties of the array, by the contours of the depressions, and by properties of the flow to the array. These can lead to unforeseen fluctuations in the movement of the interface and thus trigger transverse movements. In addition, for example, there may be increased wetting along the central axis of the array and/or increased lateral wetting, which creates the risk of air inclusions in adjacent corners of an array chamber in which the array is arranged, as well as incomplete wetting of the array.
  • the side of the array which has the depressions has at least one different surface property in adjacent rows.
  • This achieves a uniformity of fluid flow across the array and promotes the formation of a planar contact line by breaking and directing the contact line in a locally defined manner.
  • the cross-talk between individual depressions can be minimized during overflow, which improves the quality of the optical analysis or even makes it possible if the cross-talk means that measurements cannot be carried out.
  • all adjacent rows can have different surface properties.
  • the rows with different surface properties also continue in areas of the side of the array in which the depressions are formed, in which there are no depressions. This reduces the influence of adjacent walls of an array chamber on an analysis area of the array.
  • the rows preferably alternately belong to a first group and a second group.
  • the side of the array in which the depressions are formed has at least one first surface property.
  • this side has at least one second surface characteristic that is different from the first surface characteristic.
  • a surface property is preferably a surface roughness.
  • the surface roughness which is also referred to as surface roughness, can be determined using different test methods, such as the confocal technique, conoscopic holography, white light interferometry or focus variation.
  • the method for determining the surface roughness can be freely chosen, regardless of the The selected method should result in different surface roughness in adjacent rows. Changing the surface roughness is possible, for example, by etching the side of the array.
  • the surface roughness influences the hydrophilicity or hydrophobicity of the array and thus the flow behavior of a fluid on its surface. This effect is particularly pronounced when the fluid is an aqueous solution, as is generally used as a reaction liquid in microfluidic devices.
  • the surface roughness between two adjacent rows differs by a factor that is in the range from 5 to 50.
  • a lower factor results in only a slight uniformity of the flow.
  • a higher factor can trigger tunnel effects.
  • a surface property is a surface profiling.
  • a surface profiling which can also be understood as microstructuring of the surface roughness or directed roughness, can also be used for homogenizing a fluid interface or an inflow profile.
  • the surface profiling is particularly preferably carried out in the form of grooves. Adjacent rows can differ in the depth and/or the distance and/or the orientation of the grooves.
  • the surface profiling has grooves in one row that run orthogonal to the row and other grooves in a row adjacent to that row that run along that row.
  • the transverse grooves increase pinning effects within their row, while the longitudinal grooves mitigate pinning effects.
  • the grooves can in particular have a rectangular, triangular or semicircular cross section. Their depth is in particular in the range from 10 pm to 30 pm. A distance between two adjacent grooves within a row is preferably in the range from 20 pm to 100 pm.
  • the determination of the surface profiling should be carried out in particular Taking into account the operating points (flow profile) and the fluid properties (contact angle).
  • a surface property is a surface height. This forms channels in the array, which give a preferred direction to a fluid flowing over the array and in this way reduce crosstalk.
  • the surface height differs between two adjacent rows, particularly preferably by a value that is in the range from 50 pm to 100 pm. On the one hand, this difference in height is sufficient to bring about a significant reduction in crosstalk and, on the other hand, not so large that tunneling and advance of fluid could occur.
  • the width of the rows is determined by the diameter of the depressions, which is in particular in the range from 250 pm to 350 pm.
  • the width is therefore in particular in the range from 400 pm to 500 pm.
  • the different surface properties in particular different surface heights, different surface profiling and/or different surface roughness, can advantageously also be combined for several or more rows. According to particular embodiments, some rows may have one or more of these different surface properties.
  • the microfluidic device has at least one array chamber in which the array described above is arranged.
  • the rows run parallel to a flow direction of a fluid.
  • a surface characteristic of the array is a surface height
  • the surface height between two adjacent rows differs by a value that is in the range of 10% to 20% of a channel height of the array chamber.
  • the channel height is a distance from a highest point of the array to the top of the array chamber understood. This height difference is advantageous for significantly reducing crosstalk without triggering tunneling effects.
  • the array chamber can in particular be an analysis chamber which has a transparent window above the side of the array through which the contents of the wells can be analyzed using optical methods.
  • the microfluidic device can be a cartridge that is intended to be inserted into a microfluidic analysis system. Reagents are stored in such a cartridge and a sample liquid is introduced into the cartridge. After performing chemical reactions and analyzing the reaction result, the cartridge can be disposed of as a disposable item, while other components of the analysis system, such as an optical sensor that is not part of the cartridge, can be reused.
  • the microfluidic device is set up to carry out an amplification reaction, such as a PCR reaction or an rlTA reaction.
  • the setup is carried out by pre-storing the reagents required for the amplification reaction.
  • a fluid is passed through the array chamber such that it flows along the rows over the side of the array.
  • Fig. 1 a shows a sectioned side view of an array chamber of a microfluidic device according to the prior art.
  • FIG. 1 b shows a top view of the array chamber according to FIG. 1 a.
  • 2 shows a top view of an array chamber of a microfluidic device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG 3 shows a cross-sectional view of an array chamber of a microfluidic device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a top view of an array chamber of a microfluidic device according to another exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of an array chamber of a microfluidic device according to yet another embodiment of the invention.
  • FIGS 1 a and 1 b show a section of a microfluidic device 10 according to the prior art, which is designed, for example, as a disposable cartridge for an analysis system.
  • An inlet channel 11 runs in a fluidic layer of the microfluidic device 10. It is diverted in steps into an array chamber 12 located higher up. This opens into an outlet channel 13 opposite the mouth of the inlet channel 11.
  • An array 20 is arranged in the array chamber 12, which consists, for example, of silicon. It has forty-four depressions 21 on its top.
  • FIG. 2 shows an array chamber 12 of a microfluidic device 10 according to several exemplary embodiments of the invention.
  • an array 20 is arranged in this array chamber 12, which has alternating rows 22, 23 with different surface properties.
  • the rows 22, 23 run parallel to the flow direction 31.
  • One The width of the rows 22, 23 is chosen so that a row of depressions 21 is arranged in one of these rows 22, 23. For example, the width is 450 pm.
  • the alternating rows 22, 23 continue even in areas of the surface of the array 20 in which there are no depressions 21.
  • Figure 3 shows how the surface properties of the rows 22, 23 differ from one another in a first exemplary embodiment of the invention.
  • the surface of the array 20 is unmodified and has a surface roughness of 1 pm.
  • the surface of the array 20 was roughened.
  • the roughened areas 24 each have a surface roughness of 20 pm.
  • the rows 22 of the first group each have grooves 25 which run orthogonally to the flow direction 31.
  • the rows 23 of the second group each have grooves 26 which run parallel to the flow direction 31.
  • all grooves 25, 26 have a semicircular cross section and a depth of 15 ⁇ m.
  • Two grooves 25, 26 adjacent within a row 22, 23 are each separated by 50 pm.
  • Figure 5 shows an array chamber 12 of a microfluidic device 10 according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • a channel height H of 500 pm is free between the highest point of the top of the array 20 and the top of the array chamber 12.
  • the surfaces of the rows 22 of the first group are each lowered by a value h of 75 pm compared to the rows 23 of the second group.
  • the rows 22 of the first group are designed as channels which run along the flow direction 31 over the entire length of the array 20.
  • the width b of the rows 22, 23 is, for example, 450 pm in all exemplary embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Array (20) für eine mikrofluidische Vorrichtung (10), aufweisend Vertiefungen (21), die in parallelen Reihen (22, 23) in einer Seite des Arrays (20) gebildet sind. Die Seite weist in benachbarten Reihen (22, 23) jeweils mindestens eine unterschiedliche Oberflächeneigenschaft auf. Die mikrofluidische Vorrichtung (10) weist mindestens eine Arraykammer (12) auf, in der das Array (20) so angeordnet ist, dass die Reihen (22, 23) parallel zu einer Strömungsrichtung (31) eines Fluids (30) verlaufen. Beim Betreiben der mikrofluidischen Vorrichtung (10) wird ein Fluid (30) so durch die Arraykammer (12) geführt, dass es entlang der Reihen (22, 23) über die Seite des Arrays (20) strömt.

Description

Beschreibung
Titel
Array für eine mikrofluidische Vorrichtung, mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zu ihrem Betrieb.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Array für eine mikrofluidische Vorrichtung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine mikrofluidische Vorrichtung, welche das Array aufweist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der mikrofluidischen Vorrichtung.
Stand der Technik
Mikrofluidische Analysesysteme, die auch als Lab-on-Chip-Systeme bezeichnet werden, erlauben ein automatisiertes Prozessieren chemischer oder biologischer Proben für die medizinische Diagnostik. Um mehrere Analysen mit einer einzigen Probe durchführen zu können, weisen sie hierzu häufig ein Array auf, das mehrere sacklochförmige Vertiefungen mit vorgelagerten eingetrockneten Reagenzien aufweist. Das Array wird mit einer Reaktionsflüssigkeit überspült und die Vertiefungen, die auch als Wells bezeichnet werden, auf diese Weise befüllt. Anschließend können die Vertiefungen mittels einer Versiegelungsflüssigkeit gegeneinander isoliert werden. Dies wird beispielsweise in der DE 10 2018 204 624 A1 beschrieben.
Nach dem Einbringen der Versiegelungsflüssigkeit laufen in den Vertiefungen chemische Reaktionen zwischen der Reaktionsflüssigkeit und den dort vorgelagerten Reagenzien ab. Die Kammer, in der das Array angeordnet ist, ist optisch zugänglich. Die Ergebnisse der Reaktionen können somit mittels eines optischen Sensors ausgewertet werden.
Offenbarung der Erfindung Das Array für eine mikrofluidische Vorrichtung besteht insbesondere aus Silizium, welches seinen Grundkörper bildet. Es weist eine Seite mit mehreren Vertiefungen auf, die sich in den Grundkörper des Arrays hinein erstrecken und in welchen insbesondere Reagenzien angeordnet sind. Die Vertiefungen sind in parallelen Reihen angeordnet. Die Seite mit den Vertiefungen ist dazu vorgesehen, in der mikrofluidischen Vorrichtung von einer Reaktionsflüssigkeit überspült zu werden. Sie wird deshalb in der mikrofluidischen Vorrichtung als Oberseite angeordnet.
Die Befüllung der Vertiefungen muss auf reproduzierbare und kontrollierte Weise erfolgen. Besonders wichtig ist es, dass es zwischen den einzelnen Vertiefungen zu keinem sogenannten Quersprechen kommt. Als Quersprechen wird das Phänomen bezeichnet, bei dem durch Querströmungen bereits befüllte Vertiefungen wieder ausgespült werden und sich die darin vorgelagerten Reagenzien dadurch auf dem gesamten Array verteilen. Das Herausspülen und Verteilen der Reagenzien kann zu ungewünschten chemischen Reaktionen führen, welche die optischen Messungen verfälschen oder unbrauchbar machen.
Nur durch das Verhindern des Quersprechens kann sichergestellt werden, dass chemische Reaktionen in den Vertiefungen reproduzierbar und mit hinreichender Ausbeute ablaufen. Entscheidend für die Befüllung der Vertiefungen ist das definierte Fortschreiten der Grenzfläche zwischen Luft und einem Reaktionsgemisch auf dem Array oder zweier sich unterscheidender und nacheinander einströmender Fluide. Dieses Fortschreiten wird maßgeblich von geometrischen Maßabweichungen und lokalen Oberflächeneigenschaften des Arrays, von den Konturen der Vertiefungen, sowie von Eigenschaften der Anströmung des Arrays beeinflusst. Diese können zu unvorhergesehen Schwankungen in der Bewegung der Grenzfläche führen und damit Querbewegungen auslösen. Zusätzlich kann es beispielsweise zu einer verstärkten Benetzung entlang der Mittelachse des Arrays und/oder zu einer verstärkten seitlichen Benetzung kommen, wodurch die Gefahr von Lufteinschlüssen in angrenzenden Ecken einer Arraykammer, in der das Array angeordnet ist, sowie einer unvollständigen Benetzung des Arrays besteht. Es ist vorgesehen, dass die Seite des Arrays, welche die Vertiefungen aufweist, in benachbarten Reihen jeweils mindestens eine unterschiedliche Oberflächeneigenschaft aufweist. Dadurch wird eine Vergleichmäßigung einer Fluidströmung über das Array erreicht und das Ausformen einer planaren Kontaktlinie begünstigt, indem die Kontaktlinie lokal definiert gebrochen und gelenkt wird. Hierdurch kann das Quersprechen zwischen einzelnen Vertiefungen während des Überströmens minimiert werden, wodurch die Ausbringungsgüte der optischen Analyse verbessert wird oder gar erst ermöglicht wird, wenn das Quersprechen dazu führt, dass Messungen nicht durchführbar sind. Vorzugsweise, aber nicht zwingend können alle benachbarten Reihen unterschiedliche Oberflächeneigenschaften aufweisen.
Vorzugsweise setzen sich auch in Bereichen der Seite des Arrays, in der die Vertiefungen ausgeformt sind, in denen sich keine Vertiefungen befinden, die Reihen mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften fort. Dies verringert den Einfluss benachbarter Wände einer Arraykammer auf einen Analysenbereich des Arrays.
Bevorzugt gehören die Reihen abwechselnd einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe an. In den Reihen der ersten Gruppe weist die Seite des Arrays, in der die Vertiefungen ausgeformt sind, mindestens eine erste Oberflächeneigenschaft auf. In den Reihen der zweiten Gruppe weist diese Seite mindestens eine zweite Oberflächeneigenschaft auf, die sich von der ersten Oberflächeneigenschaft unterscheidet. Ein solches gleichmäßiges Muster von sich abwechselnden Reihen mit zwei unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften oder zwei unterschiedlichen Gruppen von Oberflächeneigenschaften bewirkt eine besonders ausgeprägte Vergleichmäßigung der Strömung.
Eine Oberflächeneigenschaft ist vorzugsweise einer Oberflächenrauigkeit. Die Oberflächenrauigkeit, die auch als Oberflächenrauheit bezeichnet wird, kann mittels unterschiedlicher Prüfverfahren, wie beispielsweise der Konfokaltechnik der konoskopischen Holografie der Weißlichtinterferometrie oder der Fokusvariation ermittelt werden. Die Methode zur Ermittlung der Oberflächenrauigkeit kann frei gewählt werden, wobei sich unabhängig von der gewählten Methode eine unterschiedliche Oberflächenrauigkeit in benachbarten Reihen ergeben sollte. Eine Veränderung der Oberflächenrauigkeit ist beispielsweise mittels Ätzen der Seite des Arrays möglich. Die Oberflächenrauigkeit beeinflusst die Hydrophilie beziehungsweise Hydrophobie des Arrays und damit das Strömungsverhalten eines Fluids auf seiner Oberfläche. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn es sich bei dem Fluid um eine wässrige Lösung handelt, wie sie in der Regel in mikrofluidischen Vorrichtungen als Reaktionsflüssigkeit verwendet wird.
Besonders bevorzugt unterscheidet sich die Oberflächenrauigkeit zwischen zwei benachbarten Reihen, um einen Faktor, der im Bereich von 5 bis 50 liegt. Ein geringerer Faktor bewirkt nur eine geringe Vergleichmäßigung der Strömung. Ein höherer Faktor kann Tunneleffekte auslösen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Oberflächeneigenschaft eine Oberflächenprofilierung ist. Eine solche Oberflächenprofilierung, die auch als Mikrostrukturierung der Oberflächenrauigkeit oder gerichtete Rauigkeit verstanden werden kann, kann ebenfalls für eine Homogenisierung einer Fluidgrenzfläche beziehungsweise eines Einströmprofils verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist die Oberflächenprofilierung in Form von Rillen ausgeführt. Dabei können sich benachbarte Reihen durch die Tiefe und/oder den Abstand und/oder die Ausrichtung der Rillen unterscheiden.
In einer Ausführungsform weist die Oberflächenprofilierung in einer Reihe Rillen auf, die orthogonal zu der Reihe verlaufen und in einer zu dieser Reihe benachbarten Reihe andere Rillen auf, die entlang jener Reihe verlaufen. Die Querrillen verstärken Pinning-Effekte innerhalb ihrer Reihe, während die Längsrillen Pinning-Effekte abmildern.
Die Rillen können insbesondere einen rechteckigen, einen dreieckigen oder einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ihre Tiefe liegt insbesondere im Bereich von 10 pm bis 30 pm. Ein Abstand zweier innerhalb einer Reihe benachbarter Rillen liegt jeweils vorzugsweise im Bereich von 20 pm bis 100 pm. Die Festlegung der Oberflächenprofilierung sollte insbesondere unter Berücksichtigung der Betriebspunkte (Strömungsprofil) und der Fluideigenschaften (Kontaktwinkel) definiert werden.
Außerdem ist es bevorzugt, dass eine Oberflächeneigenschaft eine Oberflächenhöhe ist Dadurch werden Kanäle im Array gebildet, welche einem über das Array strömenden Fluid eine Vorzugsrichtung geben und auf diese Weise das Quersprechen reduzieren.
Die Oberflächenhöhe unterscheidet sich zwischen zwei benachbarten Reihen besonders bevorzugt um einen Wert, der im Bereich von 50 pm bis 100 pm liegt. Dieser Höhenunterscheid ist einerseits ausreichend, um eine signifikante Verringerung des Quersprechens zu bewirken und andererseits nicht so groß, dass es zu einem Tunneln und Vorschießen von Fluid kommen könnte.
Die Breite der Reihen wird durch den Durchmesser der Vertiefungen vorgegeben, der insbesondere im Bereich von 250 pm bis 350 pm liegt. Die Breite liegt daher insbesondere im Bereich von 400 pm bis 500 pm.
Die unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften, insbesondere unterschiedliche Oberflächenhöhen, unterschiedliche Oberflächenprofilierungen und/oder unterschiedliche Oberflächenrauigkeiten können vorteilhafterweise auch für einige oder mehrere Reihen kombiniert werden. Gemäß besonderen Ausgestaltungen können manche Reihen ein oder mehrere dieser unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften aufweisen.
Die mikrofluidische Vorrichtung weist mindestens eine Arraykammer auf, in der das voranstehend beschriebene Array angeordnet ist. Dabei verlaufen die Reihen parallel zu einer Strömungsrichtung eines Fluids.
Wenn eine Oberflächeneigenschaft des Arrays eine Oberflächenhöhe ist, dann ist es bevorzugt, dass sich die Oberflächenhöhe zwischen zwei benachbarten Reihen um einen Wert unterscheidet, der im Bereich von 10 % bis 20 % einer Kanalhöhe der Arraykammer liegt. Unter der Kanalhöhe wird dabei ein Abstand von einem höchsten Punkt des Arrays zu einer Oberseite der Arraykammer verstanden. Dieser Höhenunterschied ist vorteilhaft, um das Quersprechen signifikant zu reduzieren, ohne dabei Tunneleffekte auszulösen.
Bei der Arraykammer kann es sich insbesondere um eine Analysenkammer handeln, die oberhalb der Seite des Arrays ein transparentes Fenster aufweist, durch welches die Inhalte der Vertiefungen mittels optischer Methoden analysiert werden können.
Insbesondere kann die mikrofluidische Vorrichtung eine Kartusche sein, die dazu vorgesehen ist, um in ein mikrofluidisches Analysesystem eingesetzt zu werden. In einer solchen Kartusche sind Reagenzien vorgelagert und eine Probenflüssigkeit wird in die Kartusche eingeführt. Nach Durchführung chemischer Reaktionen und einer Analyse des Reaktionsergebnisses kann die Kartusche als Einwegartikel entsorgt werden, während andere Komponenten des Analysesystems, wie beispielsweise ein optischer Sensor, der nicht Bestandteil der Kartusche ist, wiederverwendet werden.
Insbesondere ist die mikrofluidische Vorrichtung zur Durchführung einer Amplifikationsreaktion, wie beispielsweise einer PCR-Reaktion oder einer rlTA- Reaktion eingerichtet. Die Einrichtung erfolgt durch das Vorlagern von für die Amplifikationsreaktion benötigten Reagenzien.
In dem Verfahren zum Betreiben der mikrofluidischen Vorrichtung wird ein Fluid so durch die Arraykammer geführt, dass es entlang der Reihen über die Seite des Arrays strömt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 a zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer Arraykammer einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 1 b zeigt eine Aufsicht auf die Arraykammer gemäß Figur 1 a. Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine Arraykammer einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Arraykammer einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf eine Arraykammer einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Arraykammer einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Figuren 1 a und 1 b zeigen einen Ausschnitt einer mikrofluidischen Vorrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik, die beispielsweise als Einwegkartusche für ein Analysesystem ausgeführt ist. Ein Zulaufkanal 11 verläuft in einer Fluidikschicht der mikrofluidischen Vorrichtung 10. Er wird stufenförmig in eine höher gelegene Arraykammer 12 umgeleitet. Diese mündet gegenüber der Einmündung des Zulaufkanals 11 in einen Ablaufkanal 13. In der Arraykammer 12 ist ein Array 20 angeordnet, welches beispielsweise aus Silizium besteht. Es weist an seine Oberseite vierundvierzig Vertiefungen 21 auf. Ein Fluid 30, bei dem es sich um eine wässrige Reaktionsflüssigkeit handelt, die eine biologische Probe enthält, strömt entlang einer Strömungsrichtung 31 durch den Zulaufkanal 11 in die Arraykammer 12 ein und überspült dabei das Array 20. Ein Teil des Fluids 30 befüllt dabei die Vertiefungen 21 . Das restliche Fluid 30 wird durch den Ablaufkanal 13 aus der Arraykammer 12 abgeleitet.
In Figur 2 ist eine Arraykammer 12 einer mikrofluidischen Vorrichtung 10 gemäß mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Im Unterschied zu der Arraykammer 12 der mikrofluidischen Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist in dieser Arraykammer 12 ein Array 20 angeordnet, welches abwechselnd Reihen 22, 23 mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften aufweist. Die Reihen 22, 23 verlaufen parallel zur Strömungsrichtung 31. Eine Breite der Reihen 22, 23 ist dabei so gewählt, dass jeweils eine Reihe von Vertiefungen 21 in einer dieser Reihen 22, 23 angeordnet ist. Die Breite beträgt beispielsweise 450 pm. Auch in Bereichen der Oberfläche des Arrays 20 in denen sich keine Vertiefungen 21 befinden, setzen sich die einander abwechselnden Reihen 22, 23 fort.
Figur 3 zeigt wie sich die Oberflächeneigenschaften der Reihen 22, 23 in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung voneinander unterscheiden. In einer ersten Gruppe von Reihen 22 ist die Oberfläche des Arrays 20 unmodifiziert und weist eine Oberflächenrauigkeit von 1 pm auf. In einer zweiten Gruppe von Reihen 23 wurde die Oberfläche des Arrays 20 aufgeraut. Die aufgerauten Bereiche 24 weisen eine Oberflächenrauigkeit von jeweils 20 pm auf.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Figur 4 dargestellt ist, weisen die Reihen 22 der ersten Gruppe jeweils Rillen 25 auf, die orthogonal zur Strömungsrichtung 31 verlaufen. Die Reihen 23 der zweiten Gruppe weisen jeweils Rillen 26 auf, die parallel zur Strömungsrichtung 31 verlaufen. Alle Rillen 25, 26 haben im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen halbkreisförmigen Querschnitt und weisen eine Tiefe von 15 pm auf. Zwei innerhalb einer Reihe 22, 23 benachbarte Rillen 25, 26 sind jeweils um 50 pm voneinander beanstandet.
Figur 5 zeigt eine Arraykammer 12 einer mikrofluidischen Vorrichtung 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zwischen dem höchsten Punkt der Oberseite des Arrays 20 und der Oberseite der Arraykammer 12 ist eine Kanalhöhe H von 500 pm frei. Die Oberflächen der Reihen 22 der ersten Gruppe ist jeweils um einen Wert h von 75 pm gegenüber den Reihen 23 der zweiten Gruppe abgesenkt. Hierdurch sind die Reihen 22 der ersten Gruppe als Kanäle ausgeführt, die entlang der Strömungsrichtung 31 über die gesamte Länge des Arrays 20 verlaufen.
Die Breite b der Reihen 22, 23 beträgt in allen Ausführungsbeispielen beispielsweise 450 pm. Mehrere der Oberflächenmodifikationen gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung können in einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung 10 miteinander kombiniert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Array (20) für eine mikrofluidische Vorrichtung (10), aufweisend Vertiefungen (21), die in parallelen Reihen (22, 23) in einer Seite des Arrays (20) gebildet sind und sich in einen Grundkörper des Arrays hinein erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite in benachbarten Reihen (22, 23) jeweils mindestens eine unterschiedliche Oberflächeneigenschaft aufweist.
2. Array (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen (22, 23) abwechselnd einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe angehöhren, wobei die Seite in den Reihen (22) der ersten Gruppe mindestens eine erste Oberflächeneigenschaft aufweist und in den Reihen (23) der zweiten Gruppe mindestens eine zweite Oberflächeneigenschaft aufweist.
3. Array (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächeneigenschaft eine Oberflächenprofilierung umfasst.
4. Array (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenprofilierung Rillen (25, 26) aufweist, die sich in benachbarten Reihen durch ihre Tiefe und/oder ihren Abstand und/oder ihre Ausrichtung unterscheiden.
5. Array (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächeneigenschaft eine Oberflächenhöhe umfasst.
6. Array (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhöhe sich zwischen zwei benachbarten Reihen um einen Wert (h) unterscheidet, der im Bereich von 50 pm bis 100 pm liegt.
7. Array (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächeneigenschaft eine Oberflächenrauigkeit umfasst. Array (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauigkeit sich zwischen benachbarten Reihen (22, 23) um einen Faktor unterscheidet, der im Bereich von 5 bis 50 liegt. Mikrofluidische Vorrichtung (10), aufweisend mindestens eine Arraykammer (12), in der ein Array (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 so angeordnet ist, dass die Reihen (22, 23) parallel zu einer Strömungsrichtung (31) eines Fluids (30) verlaufen. Mikrofluidische Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Array (20) nach Anspruch 5 oder 6 aufweist, wobei sich die Oberflächenhöhe zwischen zwei benachbarten Reihen (22, 23) um einen Wert (h) unterscheidet, der im Bereich von 10 % bis 20 % einer Kanalhöhe (H) der Arraykammer (12) liegt. Verfahren zum Betreiben einer mikrofluidischen Vorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10 worin ein Fluid (30) so durch die Arraykammer (12) geführt wird, dass es entlang der Reihen (22, 23) über die Seite des Arrays (20) strömt.
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