DE60007285T2 - Gerät zum kapillaren flüssigkeitstransfer in seinem inneren - Google Patents

Gerät zum kapillaren flüssigkeitstransfer in seinem inneren Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die in ihrem Innern durch eine Zwischenwand begrenzte Kammern beinhaltet, die zum gerichteten und unabhängigen Verdrängen mindestens einer flüssigen Probe einen Zwischenraum schaffen. Sind mindestens zwei unterschiedliche flüssige Proben vorhanden, ist es möglich, diese zu verdrängen, zusammenzuführen und miteinander reagieren zu lassen.
  • Zahlreiche Dokumente des Stands der Technik setzen bei Mirkrofluidtechniken die Kapillarität ein. Das Dokument GB-4-2.261.284 schlägt somit eine Vorrichtung zum Weiterleiten von Flüssigkeiten zum Durchführen von Diagnosefests vor. Diese Vorrichtung verwendet Kanäle, die aus einem porösen Material zusammengesetzt sind.
  • In dieser Ausführungsform wird die Kapillaritätsfunktion aufgrund des Gebrauchs eines porösen Materials verwendet. Dies erfordert das Einführen des porösen Materials sowie das Bereitstellen eines undurchlässigen Materials zwischen zwei Kanälen aus einem porösen Stoff, die die unterschiedlichen Flüssigkeiten enthalten. Deshalb ist diese Technik recht kostspielig in der Umsetzung.
  • Gegenstand des Pafents US-A-5,842,787 sind mikrofluide Systeme, die Kanäle mit variablen Maßen inkorporieren. Die Kanäle weisen im Wesentlichen Tiefen auf, die variieren können. Dennoch sind diese Variationen auch mit der Breite der Kanäle verbunden. Je wichtiger somit die Tiefe eines Kanals ist, desto unbedeutender ist seine Breite und umgekehrt.
  • Die Kanäle sind leider nicht offen; anders ausgedrückt, füllen die Flüssigkeiten, die in das Kanalinnere weitergeleitet werden sollen, normalerweise den ganzen Abschnitt der Kanäle. Deshalb bestehen zahlreiche Haltekräfte, die den Verdrängungen dieser Flüssgikeiten abträglich sind, wodurch ausgereiftere Weiterleitungsmittel (stärkere Pumpen, Schaffen von mehr Leerraum etc.) erforderlich sind.
  • Im Patent US-A-5,660,993 wird die Kapillarität verwendet, um durch das Kreuzen zweier kapillärer Kanäle ein Ventil zu bilden.
  • Neben dieser neuartigen Funktion des Schließens und Öffnens eines Flüssigkeitsstroms entsprechen die Probleme, denen dabei begegnet wurde, jenen die durch das vorherige Dokument angesprochen wurden, da die Kanäle geschossen sind und deshalb Haltekräfte vorliegen.
  • Gemäß den Dokumenten EP-A-0.075.605 und WO-A-99/55852 sind zum Führen von Flüssigkeiten oberflächliche und tiefe Rillen miteinander verbunden.
  • Dennoch ist die Verwendung von physikalischen Charakteristika (Kapillarität oder keine Kapillarität), die mit den tiefen und oberflächlichen Rillen verbunden sind, ganz und gar nicht beschrieben und auch für den Fachmann nicht offensichtlich.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung löst die vorgeschlagene Vorrichtung die Gesamtheit an angesprochenen Problemen, indem eine Struktur vorgeschlagen wird, die die Kapillarität verwendet, um das Verdrängen von Flüssigkeiten zu ermöglichen, während die Haltekraft minimiert werden. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Führung, sogar in Anwesenheit eines freien Zwischenraums, der die Begrenzung der weitergeleiteten Flüssigkeit nicht gewährleistet.
  • Zu diesem Zweck bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung, die mindestens eine ebene Fläche, auf der sich Kammern befinden und durch eine Zwischenwand begrenzt sind, beinhaltet, wobei die Kammern einen Zwischenraum schaffen, der das unabhängige Verdrängen mindestens einer flüssigen Probe und, wenn es mindestens zwei flüssige Proben gibt, ihr unabhängiges Verdrängen und ihr Zusammenbringen, damit sie miteinander reagieren, ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern aus mindestens zwei unterschiedlichen Rillenarten bestehen:
    • – eine erste Art von Rille(n), die tief ist/sind und als ein Aufteilungsmittel der Probe(n) dient/dienen, wobei sich die tiefe(n) Rille(n) in einer Entfernung von der Zwischenwand befindet/befinden, die die Kapillarität nicht hervorruft, und
    • – eine zweite Art von Rillen, die oberflächlich ist/sind und als ein Empfangsmittel der Probe(n) dient/dienen, wobei sich die oberflächliche(n) Rille(n) in einer Entfernung von der Zwischenwand befindet/befinden, die die Kapillarität hervorruft,
    wobei die zwei Rillenarten das Führen der Verdrängungen der Probe(n) je nach Ausrichtung der Vorrichtung ermöglichen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die tiefe Rille so bemessen, dass sie die Kapillarität nicht hervorruft.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform, die die vorherige ergänzen kann, ist mindestens eine tiefe Rille angrenzend an eine oberflächliche Rille angeordnet.
  • Vorzugsweise, und unabhängig von der Ausführungsform, ist eine tiefe Rille zwischen zwei oberflächlichen Rillen positioniert.
  • In diesem Fall beinhaltet die tiefe Rille einen Endpunkt und die zwei oberflächlichen Rillen treffen sich auf diesem Endpunkt, um einen Reaktionsbereich zu schaffen.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform befindet sich der Reaktionsbereich in einer Entfernung von der Zwischenwand oder dem Aufteilungsfilm, die die Kapillarität hervorruft.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform befindet sich der Reaktionsbereich in einer Entfernung von der Zwischenwand oder dem Aufteilungsfilm, die die Kapillarität nicht hervorruft.
  • Die beigefügten Figuren sind nur als erläuterndes Beispiel und nicht als Einschränkung gegeben. Sie tragen zum besseren Verständnis der Erfindung bei.
  • 1 stellt einen Aufriss der Vorderseite der Vorrichtung dar, der die Kammer gemäß der Erfindung zeigt.
  • 2 stellt eine schräge Teilquerschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 1 dar.
  • 3 stellt eine der 2 gleichende Ansicht dar, in der eine flüssige Probe vorliegt.
  • 4 stellt eine den 2 und 3 gleichende Ansicht dar, in der zwei unterschiedliche flüssige Proben vorliegen.
  • 5 stellt eine der 2 gleichende Querschnittsansicht, aber von einer eine flüssige Probe enthaltenden zweiten Ausführungsform dar.
  • Schließlich stellt 6 eine der 2 gleichende Querschnittsansicht, aber einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, in der eine flüssige Probe vorliegt.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung 1, die in den 2 bis 6 in einer Teilschnittsansicht gemäß drei unterschiedlichen Ausführungsformen dargestellt ist.
  • Eine derartige Vorrichtung 1 kann zur Analyse einer flüssigen Probe oder mehrerer unterschiedlicher flüssiger Proben verwendet werden, bei der man versucht, einen oder mehrere Analyt(e) nachzuweisen, gemäß allen einfachen oder komplexen Analyseverfahren, die ein Reagens oder mehrere unterschiedliche Reagenzien gemäß der chemischen, physikalischen oder biologischen Beschaffenheit des gesuchten Analyten oder der gesuchten Analyte einsetzen. Die nachfolgend definierten Hauptverfahren sind nicht auf einen bestimmten Analyten beschränkt; die einzige Bedingung ist, dass der Analyt als Suspension oder Lösung in der zu analysierenden Probe verteilt ist. Insbesondere kann der umgesetzte Analyseprozess in homogener oder heterogener oder gemischter Form durchgeführt werden.
  • Eine besondere Ausführungsform, die nicht auf eine derartige Vorrichtung beschränkt ist, bezieht sich auf die biologische Analyse eines oder mehrerer Liganden, die für ihr Ermittlung und/oder ihre Quantisierung die Verwendung eines oder mehrerer Gegenliganden erfordern. Unter Ligand versteht man jede biologische Spezies wie beispielsweise ein Antigen, ein Antigenfragment, ein Peptid, einen Antikörper, ein Antikörperfragment, ein Hapten, eine Nukleinsäure, ein Nukleinsäurefragment, ein Hormon, ein Vitamin. Ein Anwendungsbeispiel der Analyseverfahren bezieht sich auf Immunoassays jedes Formats durch direkte Analyse oder konkurrierend. Ein anderes Anwendungsbeispiel bezieht sich auf das Ermitteln und/oder Quantisieren von Nukleinsäuren, das die Gesamtheit der notwendigen Vorgänge für dieses Ermitteln und/oder diese Quantisierung nach einer beliebigen Probenahme, die die Zielnukleinsäuren enthält, beinhaltet. Unter diesen unterschiedlichen Vorgängen können die Lyse, die Verflüssigung, die Anreicherung, die Stufen der enzymatischen Amplifikation von Nukleinsäuren, die Ermittlungsstufen, die eine Hybridisierungsstufe inkorporieren, die beispielsweise einen DNA-Chip oder eine markierte Sonde verwendet, angeführt werden. Die Patentanmeldung WO-A-97/02357 verdeutlicht unterschiedliche Stufen, die im Fall der Analyse von Nukleinsäuren notwendig sind.
  • Bei einer besonders interessanten Ausführungsform, die in 1 bis 4 dargestellt ist, ist ersichtlich, dass die Vorrichtung 1 tatsächlich aus einer Karte besteht, deren Oberseite und Unterseite parallel zueinander liegen.
  • In den Figuren sind die zwei Seiten eben, aber die Oberseite ist für die vorliegende Erfindung von größtem Interesse. Somit beinhaltet die obere ebene Fläche 2 der Vorrichtung 1 Hohlräume, die Kammern 3 bilden. Die Kammern sind bezüglich der Flächen, die sich mit der Fläche 2 auf gleicher Höhe befinden, mittels einer Zwischenwand oder eines Aufteilungsfilms 4 aufgeteilt. Die Kammer 3, die somit isoliert ist, ist tatsächlich aus unterschiedlichen Formen zusammengesetzt. Zuerst gibt es zwei oberflächliche Seitenrillen 16 und dann eine tiefe Mittelrille 6. 2 entspricht der Teilschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 1. Aus 1 ist ersichtlich, dass die zwei oberflächlichen Rillen 16 ganz entlang der tiefen Rille 6 parallel zueinander liegen. Dennoch beinhaltet die tiefe Rille 6 einen Endpunkt 7, an dem sich die zwei oberflächlichen Rillen 16 treffen, um einen Reaktionsbereich 8 zu erzeugen.
  • Es ist möglich, eine erste flüssige Probe 5 an einer der oberflächlichen Rillen 16 zu isolieren. Dies trifft in 3 zu. Es ist ebenfalls möglich, ferner eine zweite flüssige Probe 15 an der anderen oberflächlichen Rille 16 zu isolieren. Dies trifft in 4 zu. Damit die Flüssigkeiten 5 und 15 an den oberflächlichen Rillen 16 in Position bleiben und sich nicht vermischen, ist es tatsächlich notwendig, dass die Entfernung zwischen dem Boden und der oberflächlichen Rille 16 bezüglich des Aufteilungsfilms 4 ausreichend gering ist, um die Kapillaritätskraft hervorzurufen. Die angemessene Entfernung zwischen dem Film 4 und der Rille 16, um eine optimale Kapillaritätskraft zu erhalten, liegt zwischen 50 und 800 Mikrometern (μm) und vorzugsweise zwischen 300 und 500 μm. Im Falle einer Vorrichtung, die aus einer aus schlagzähem Polystyrol gefertigten Karte, und einer BOPP-Folie und dem Weiterleiten einer wässrigen Lösung, die beispielsweise 9 g/l NaCl, 1 g/l NaN3, 1 ml/l Tween 20 (eingetragenes Warenzeichen) oder Triton X100 (eingetragenes Warenzeichen) enthält, besteht, beträgt die ausgewählte Entfernung zwischen dem Film 4 und der Rille 16 400 μm. Dieses Maß ist für die Flüssigkeiten 5 und/oder 15, die in der Vorrichtung 1 in Verbindung mit der Beschaffenheit der in der Vorrichtung verwendeten Materalien verwendet werden, tatsächlich charakteristisch. Je nach Viskosität, Dichte, Benetzbarkeit oder Oberflächenspannung der Flüssigkeiten und je nach hydrophiler oder hydrophober Beschaffenheit der verwendeten Materialien, wie beispielsweise der Aufteilungsfilm oder die Karte, wird es notwendig sein, diese Entfernung möglicherweise zu variieren.
  • Die Entfernung zwischen dem Film 4 und dem Boden der tiefen Rille 6 ist im Gegensatz dazu daher sehr wichtig, weil keine Kapillaritätskraft die Haltekraft der Flüssigkeit 5 oder 15 auf diesem Niveau ermöglicht. Es versteht sich natürlich, dass es hinsichtlich der Breite der tiefen Rille notwendig ist, dass keine Möglichkeit besteht, die Kapillarität hervorzurufen.
  • Die Beschaffenheit des flexiblen Films kann je nach Beschaffenheit der Analysekarte und der getesteten Fluide variieren, insbesondere aus Gründen der Kompatibilität. Beispielsweise ermöglicht ein Polymer-TPX-Film (Polymethylpenten) oder BOPP-Film (bi-orientiertes Polypropylen), biologische Tests auszuführen. Das Fixieren dieser Filme kann durch Verleimen (Streichen des Klebers, wie beispielsweise Silikonkleber, auf den Film) oder durch Schweißen ausgeführt werden. Ein Beispiel von BOPP-Kleber wird vom Unternehmen BioMérieux Inc (St. Louis, MO, USA) unter der Referenznummer 022004-2184 vertrieben.
  • Was die Ausführung anbelangt, so wird die Analysekarte durch Fertigung eines technischen Kunststoffs, wie beispielsweise schlagfähiges Polysterol mit der Referenznummer R540E der Gesellschaft GOODFELLOW, das mit den behandelten Flüssigkeiten kompatibel ist, erhalten. In einer industriellen Ausführungsform könnte die Karte durch Feinguss erhalten werden, jedoch sind alle anderen Herstellungsmethoden und insbesondere jene, die in den Halbleiterverfahren, wie etwa die in der Patentanmeldung WO-A-97/02357 beschriebenen, verwendet werden, zur Herstellung der Analysekarte verwendbar.
  • Selbstverständlich ist auch eine bestimmte Anzahl anderer Ausführungsformen, die in 5 und 6 dargestellt sind, denkbar.
  • In 5 handelt es sich etwa um eine zur ersten Ausführungsform aus 1 bis 4 umgekehrte Konstruktion. So befindet sich die oberflächliche Rille 16 in 5 in der Mitte und ist von zwei tiefen Rillen 6 umgeben. Die flüssige Probe 5 ist somit lediglich mit dem Boden der oberflächlichen Rille 16 in Kontakt.
  • In einer anderen Ausführungsform ist es gemäß 6 möglich, dass nur eine oberflächliche Rille 16 und eine einzige tiefe Rille 6 vorhanden sind.
  • Selbstverständlich sind alle Fälle von Figuren möglich und denkbar. Somit kann es eine Vielzahl von Folgen tiefer Rillen 6 oder oberflächlicher Rillen 16 geben. Die einzige Notwendigkeit besteht darin, dass die tiefen Rillen 6 zwischen die oberflächlichen Rillen 16 geschoben sind und umgekehrt. Die Einführung der Flüssigkeiten 5 und/oder 15 kann mittels Systemen aus Ventilen, Pumpen und/oder Kanälen, wie in den an diesem Tag von der Anmelderin unter folgenden Titeln eingereichten Patentanmeldungen beschriebenen, erfolgen:
    • – "Dispositif et procédé de positionnement d'un liquide" für das erste Dokument,
    • – "Dispositif de pompage permettant de transférer au moins un fluide dans un consommable" für das zweite Dokument, und
    • - "Carte d'analyse à remplissage amélioré" für das dritte Dokument.
  • Die Bewegung der Flüssigkeiten 5 und 15 wird auf unterschiedliche Weisen erreicht. Beispielsweise können Schwingungen erzeugt werden; kann die Karte 1 in einer etwa senkrechten Position, in der die Bewegung der Flüssigkeiten durch die Gravität erleichtert wird, positioniert werden und es kann Zentrifugalkraft verwendet werden. Innerhalb oder außerhalb der Vorrichtung können Pumpensysteme, wie beispielsweise Membranpumpen ( US-A-5,277,556 ), piezo-elektrische Quetschschlauchpumpen ( US-A-5,126,022 ), ferrofluide Transportsysteme, elektrische oder hydrodynamische Pumpen (Richter et al., Sensors and Actuators, 29, S. 159–165, 1991), inkorporiert werden. Es ist ebenfalls möglich, die Kombination aus mindestens zwei dieser Verfahren zu verwenden.
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Ebene Fläche der Vorrichtung 1
    3
    Kammern
    4
    Zwischenwand oder Aufteilungsfilm
    5
    Erste flüssige Probe
    6
    Erste Rillenart – tief
    7
    Endpunkt der Rille 6
    8
    Reaktionsbereich
    15
    Zweite flüssige Probe
    16
    Zweite Rillenart – oberflächlich

Claims (8)

  1. Eine Vorrichtung (1), die mindestens eine ebene Fläche (2), auf der sich Kammern (3) befinden und durch eine Zwischenwand (4) begrenzt sind, beinhaltet, wobei die Kammern einen Zwischenraum schaffen, der das Verdrängen einer flüssigen Probe (5 oder 15) oder das unabhängige Verdrängen von mindestens zwei flüssigen Proben (5 und 15) ermöglicht, wobei die Kammern (3) aus mindestens zwei unterschiedlichen Rillenarten bestehen: – eine erste Art von Rille(n), die tief (6) ist/sind und als ein Aufteilungsmittel der Probe(n) (5 und/oder 15) dient/dienen, wobei sich die tiefe(n) Rille(n) (6) in einer Entfernung von der Zwischenwand (4) befindet/befinden, die die Kapillarität nicht hervorruft, und – eine zweite Art von Rille(n), die oberflächlich (16) ist/sind und als ein Empfangsmittel der Probe(n) (5 und/oder 15) dient7dienen, wobei sich die oberflächliche(n) Rille(n) (16) in einer Entfernung von der Zwischenwand (4) befindet/befinden, die die Kapillarität hervorruft, wobei die zwei Rillenarten (6 und 16) das Führen der Verdrängungen der Probe(n) (5 und/oder 15) je nach Ausrichtung der Vorrichtung (1) ermöglichen.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite jeder tiefen Rille (6) so bemessen ist, dass sie die Kapillarität nicht hervorruft.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine oberflächliche Rille (16) angrenzend an eine tiefe Rille (6) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine tiefe Rille (6) angrenzend an eine oberflächliche Rille (16) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine tiefe Rille (6) zwischen zwei oberflächlichen Rillen (16) positioniert ist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefe Rille (6) einen freien Endpunkt (7) beinhaltet und dass sich die zwei oberflächlichen Rillen (16) an diesem freien Endpunkt treffen, um einen Reaktionsbereich (8) zu schaffen, wo mindestens zwei flüssige Proben (5 und 15), die eine (5) und die andere (15), zusammengeführt werden, und diese möglicherweise miteinander reagieren.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Reaktionsbereich (8) in einer Entfernung von der Zwischenwand (4) befindet, die die Kapillarität hervorruft.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Reaktionsbereich in einer Entfernung von der Zwischenwand (4) befindet, die die Kapillarität nicht hervorruft.
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