WO2008068181A1 - Anordnung zur aufbereitung einer mehrzahl von proben für eine analyse - Google Patents

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WO2008068181A1
WO2008068181A1 PCT/EP2007/062977 EP2007062977W WO2008068181A1 WO 2008068181 A1 WO2008068181 A1 WO 2008068181A1 EP 2007062977 W EP2007062977 W EP 2007062977W WO 2008068181 A1 WO2008068181 A1 WO 2008068181A1
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WO
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microfluidic device
binding
molecule
biological molecule
microfluidic
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PCT/EP2007/062977
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English (en)
French (fr)
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Christian Zilch
Thomas Ehben
Mitja Schonecke
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L9/00—Supporting devices; Holding devices
    • B01L9/52—Supports specially adapted for flat sample carriers, e.g. for plates, slides, chips
    • B01L9/527—Supports specially adapted for flat sample carriers, e.g. for plates, slides, chips for microfluidic devices, e.g. used for lab-on-a-chip
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/04—Details of the conveyor system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/02—Identification, exchange or storage of information
    • B01L2300/021—Identification, e.g. bar codes

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for preparing a plurality of samples for analysis, comprising an array, microfluidic devices for receiving samples, and means for moving the microfluidic devices in the array.
  • the invention further relates to a method for processing a plurality of samples for analysis.
  • HTS high throughput scrutiny
  • mainly perforated plate formats e.g. 96-well plates or 384-well plates, each hole or depression in a plate representing a reaction vessel.
  • the disadvantage of such methods is that liquids must be pipetted from storage vessels to the plate or from plate to plate, which is mechanically complex and carries the risk of contamination.
  • microfluidic analysis devices have also been developed, wherein instead of reaction vessels, process chambers are used which are connected via lines or channels, as described, for example, in DE 101 11 457 A1.
  • process chambers are used which are connected via lines or channels, as described, for example, in DE 101 11 457 A1.
  • These devices can be contained completely enclosed in a cartridge, a card-type flat structure, wherein process chambers for sample preparation, amplification of analytes, eg nucleic acids, and for the detection of analytes, eg in the form of biochips with nucleic acid microarrays, are provided in the device are.
  • Analysis devices of this type have the advantage that the analysis can proceed completely in the encapsulated analysis device, so that contamination risks or operating errors are largely ruled out.
  • Such devices can be used for the analysis of nucleic acids, eg DNA sequences or RNA sequences, proteins and other biomolecules. Even complex assay procedures can be carried out without contamination and error in such an analysis device in microfluidic arrangements of process chambers and connection channels.
  • a disadvantage of these systems is the low sample throughput, ie the low number of feasible assays per time.
  • nucleic acid-based systems which have a
  • Amplification of the DNA or RNA a total duration of the assay of one hour and more is no exception.
  • the sample is first manually introduced into the analysis device, and then inserted into a control or read-out device, in which the process steps are executed automatically.
  • the analyzer is manually removed from the controller. This process requires regular manual intervention by operators and significantly limits throughput.
  • the object of the present invention to provide an arrangement and a method for preparing a plurality of samples for analysis, which can be carried out in a fully integrated analysis device and at the same time for the Processing high numbers of samples is suitable.
  • the object is achieved by an arrangement for processing a plurality of samples for an analysis according to claim 1 and by a method according to claim 11.
  • the arrangement according to the invention for processing a plurality of samples for an analysis has the following features:
  • the assembly having at least one magazine for Bevorra ⁇ processing a plurality of microfluidic devices.
  • the arrangement comprises means for moving means provided in the microfluidic device for binding at least one biological molecule relative to the microfluidic device.
  • This device preferably comprises a magnetic field generator.
  • microfluidic device refers to a device in which fluid volumes in the microliter range can be manipulated, eg microfluidic cartogrids, as are well known in the art.
  • the arrangement according to the invention preferably also has means for amplifying the biological molecule in the microfluidic device.
  • the arrangement according to the invention comprises means for detecting the biological molecule.
  • the arrangement according to the invention preferably further comprises a device for introducing a sample into a microfluidic device.
  • the arrangement comprises a container for collecting spent microfluidic devices.
  • the arrangement comprises a stack-like magazine in which the microfluidic devices are stackable.
  • the arrangement comprises a drum-like magazine in which the microfluidic devices can be rolled up on a roll.
  • the arrangement comprises means for detecting a coding of a microfluidic device.
  • a sample which presumably contains biological molecules to be examined is introduced into the microfluidic device, wherein in the microfluidic device the biological molecule to be investigated is bound by the binding agent and thus a preparation the sample is allowed. From the magazine another microfluidic device can be tracked and filled with the next sample. Alternatively, multiple microfluidic devices may be filled with the samples prior to introduction into the assembly. The microfluidic devices are transported along the at least one predetermined direction of movement through the assembly and the samples can be processed in this way automatically in succession.
  • the means for binding the at least one biological molecule are carried out as a substrate, which is connectable to the biological molecule to be examined to form a substrate-molecule complex.
  • the substrate has a protein binding property, which may be preferably carried out as an antibody directed to the biological molecule.
  • the substrate has a nucleic acid binding property, wherein the nucleic acid binding property is preferably not sequence specific, e.g. is designed as a silane or as a probe oligonucleotide (sequence-specific).
  • the substrate has both at least one protein-binding property and at least one nucleic acid-binding property.
  • the means for binding at least one biological molecule comprise at least one magnetic element, e.g. Magnetbead, which can be moved and / or fixed by a magnetic field.
  • a magnetic element e.g. Magnetbead
  • the arrangement comprises means for amplifying the molecule.
  • the molecule has a nucleic acid acid
  • an amplification reaction eg the polymerase chain reaction (PCR) or a comparable amplification process can take place.
  • heating and / or cooling elements eg Peltier elements, can be provided for carrying out such a reaction.
  • the arrangement according to the invention preferably comprises means for detecting the molecule.
  • the detection may e.g. by magnetic, optical, fluorescence-optical, electrochemical, gravimetric and other suitable methods.
  • a detection chamber is provided for this purpose, which, e.g. a nucleic acid microarray may have, on which probe oligonucleotides are provided for the detection of nucleic acid molecules.
  • an electrochemical detection is particularly preferred.
  • an electrochemical sensor e.g. provided in the form of electrodes.
  • means for measuring currents and / or voltages are provided.
  • a corresponding measuring method which can be used here is e.g. in DE 101 26 341 Al.
  • magnetic detection is preferred.
  • a magnetoresistive sensor can be provided in the arrangement.
  • the microfluidic device comprises at least one process chamber in which, at least temporarily, the means for binding at least one biological molecule are contained.
  • the at least one process chamber may be formed as a processing chamber for using the means for binding the at least one biological molecule, as an amplification chamber for using the means for amplifying the at least one biological molecule and / or as a detection chamber for detecting the at least one biological molecule.
  • a plurality of process chambers may be provided, which are arranged along a reaction path and at least temporarily replaced by lines. are bindable.
  • the lines may be designed as microfluidic channels with valves attached thereto.
  • the valves can be designed as simple elastic pinch valves or solenoid-controlled valves in order to fluidically separate the different process chambers from one another.
  • the valves may also be designed in other ways known to the person skilled in the art.
  • a plurality of groups of process chambers may be provided in a microfluidic device, wherein the process chambers in a group are preferably arranged along a reaction path and the process chambers of a group along the respective reaction path at least temporarily fluid through lines are connectable.
  • a plurality of sample sections for example, can be realized in parallel on the microfluidic device.
  • sample ports At one end of the respective reaction sections there may be parallel arranged sample ports, which may be sealed by septa.
  • a plurality of microarrays arranged in parallel or, alternatively, a microarray common to the individual reaction sections for detecting the target molecules in all applied biological samples may be provided as detection means.
  • the sample ports can be connected to the microarrays along the reaction path via various process chambers (eg, processing, washing and amplification chambers) and lines.
  • a microfluidic device can be used as a single-use element in the arrangement according to the invention.
  • the single-use element may be formed as an elongated device, for example in the form of a cartridge, ie a card-like flat structure.
  • the chambers and lines are aligned along the reaction path in the elongated device along the at least one direction of movement, with which the elongate device is transported by the control unit. It is noted that in the microfluidic device described in this paragraph with a plurality of parallel len reaction paths an independent of the rest of the arrangement independent invention is seen, which also solves the problem posed initially.
  • a container is preferably provided in the arrangement for collecting the used microfluidic devices.
  • microfluidic devices can be discarded and discarded after a single use. However, it is also conceivable that they, e.g. can be reused after cleaning or regeneration.
  • the assembly may comprise a stacked magazine in which the microfluidic devices are stacked.
  • a drum-like magazine may be provided, in which the microfluidic devices are rolled up on a roll.
  • the arrangement preferably has a device for introducing a sample into a microfluidic device.
  • This can be designed, for example, as an automated pipetting device, which can pipette a sample into the microfluidic device.
  • the device for introducing a sample into the microfluidic device preferably has a corresponding number of channels in order to introduce the corresponding number of samples in one working step.
  • Means for moving or transporting the microfluidic device along at least one predetermined direction of movement are provided in the control unit, and these transport means may be in the form of a conveyor belt, for example.
  • means are further provided for moving the substrate molecule complex relative to the microfluidic device, which preferably comprises a magnetic field generator.
  • the substrate-molecule complex having magnetic beads can move relative to the microfluidic device, eg along the reaction path through the process chambers to be moved.
  • the magnetic beads are held in the magnetic field of the magnetic field generator, while the microfluidic device is moved relative to the magnetic field generator (or vice versa).
  • the microfluidic device has a label by which it can be coded.
  • a label by which it can be coded.
  • means are preferably provided for detecting the marking in the arrangement.
  • the label may comprise a conventional type of label known to those skilled in the art, e.g. a barcode, an RFID, or similar.
  • the arrangement can be connected via interfaces to a data processing system, via which the microfluidic devices are registered on the basis of the marking and read-out data are stored.
  • a data processing system via which the microfluidic devices are registered on the basis of the marking and read-out data are stored.
  • microfluidic devices can be invalidated via the data processing system to preclude multiple reads.
  • An arrangement which comprises a magazine for storing a plurality of microfluidic devices.
  • the microfluidic devices contain each means for binding at least one biological molecule, wherein the means for binding the at least one biological molecule are movable relative to the microfluidic device.
  • a sample containing suspected biological molecules to be assayed is introduced into the microfluidic device.
  • the sample may first be disrupted in the microfluidic device, e.g. by using a lysis buffer.
  • the biological molecule to be assayed is bound by the means for binding the biological molecule.
  • the means for binding the at least one biological molecule are carried out as a substrate, which is connectable to the molecule to form a substrate-molecule complex.
  • the means for binding the at least one biological molecule, or the substrate-molecule complex can now in the microfluidic device, e.g. according to a predetermined reaction sequence, to be moved.
  • the substrate-molecule complex may be separated from the remainder of the sample after binding of the molecule. This can be done by moving the substrate-molecule complex relative to the residual sample volume, e.g. by magnetically fixing the substrate-molecule complex and rinsing away the sample.
  • means may be provided for pumping the fluid into the microfluidic device and / or out of the microfluidic device.
  • These may e.g. as conduits, channels, with corresponding filling or removal devices, using appropriate fluid transport systems, e.g. Be performed piston pumps, peristaltic pumps and other known to those skilled pumps.
  • the molecule can also be separated again from the substrate in the course of the method, for example by separating the substrate Molecule complex binding, eg by heating, changing the salt concentration or similar.
  • the method comprises an additional step of amplifying the molecule with an amplification reaction. Furthermore, the method preferably comprises the additional step of detecting the molecule.
  • the means for binding the at least one molecule is preferably moved along a reaction path in the microfluidic device, which leads into at least one process chamber.
  • a plurality of process chambers are arranged along the reaction path.
  • a plurality of samples are simultaneously processed in a corresponding number of reaction sections, which are arranged substantially parallel in the microfluidic device.
  • the microfluidic devices are tracked from the magazine, pass through the assembly along the at least one predetermined direction of travel, and are then ejected from the assembly or transported into a container for collecting spent microfluidic devices.
  • the invention further relates to a method for preparing a plurality of samples for an analysis, comprising the following steps: a) storing an assembly with a plurality of microfluidic devices, the assembly having at least one magazine for storage with microfluidic devices and wherein the microfluidic Devices each means for binding at least one biological molecule; b) introducing a first sample containing at least one biological molecule to be examined into one of the microfluidic devices; c) binding of the biological molecule to be examined by the means for binding at least one biological molecule; and d) repeating steps b) - c) with the further samples until all samples to be reprocessed have been prepared;
  • microfluidic device is moved with the introduced sample in the array along at least one predetermined direction of movement.
  • the means for binding the at least one biological molecule are preferably movable relative to the microfluidic device.
  • the introduction of the samples, containing biological molecules to be examined, preferably takes place into the respective microfluidic devices before storage of the arrangement with microfluidic devices.
  • the means for binding the at least one biological molecule are designed as a substrate which is connectable to the molecule to form a substrate-molecule complex.
  • the substrate-molecule complex is separated from the remainder of the sample.
  • the separation of the substrate-molecule complex from the residual sample by moving the substrate-molecule complex relative to the remainder of the sample.
  • the means for binding the at least one biological molecule comprise at least one magnetic element.
  • a magnetic field is used to move the means for binding the at least one biological molecule relative to the microfluidic device.
  • the method according to the invention comprises the additional step of amplifying the biological molecule with an amplification reaction.
  • the method according to the invention has the additional step of detecting the biological molecule.
  • the biological molecule is detected magnetically, electrochemically or optically.
  • the means for binding the at least one molecule is moved along a reaction path in the microfluidic device, which leads into at least one process chamber.
  • the means for binding the at least one molecule along a reaction path in the microfluidic device is moved through a plurality of process chambers.
  • the reaction path is substantially along the aligned at least one predetermined direction of movement in the arrangement.
  • a plurality of samples are simultaneously processed in a corresponding number of reaction sections, which are arranged substantially in parallel in the microfluidic device.
  • microfluidic devices are preferably tracked from the magazine, pass through the arrangement along the at least one predetermined direction of movement and are then ejected from the arrangement or transported into a container for collecting spent microfluidic devices.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a microfluidic device for receiving a sample of the arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a microfluidic device of the arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the microfluidic device of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 4 shows a first embodiment of the arrangement according to the invention in a first operating state
  • FIG. 5 shows a first embodiment of the arrangement according to the invention in a second operating state
  • FIG. 6 shows a first embodiment of the arrangement according to the invention in a third operating state
  • Figure 7 shows a second embodiment of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a microfluidic device which is used in the arrangement according to the invention in the form of a cartridge 1.
  • a cartridge 1 This is designed as a card-like flat structure and can be produced, for example, as a plastic injection-molded part, wherein existing recesses therein in the form of chambers and channels are configured.
  • Reagents necessary for the later processes and reactions eg in the form of dry reagents, can be introduced into the cartridge, for example by spotting in the appropriate chambers.
  • a closed microfluidic device with process chambers and lines is provided.
  • the cartridge 1 comprises a treatment chamber 3, a digestion chamber 5, a washing chamber 7, an amplification chamber 9 and a detection chamber 11.
  • the treatment chamber 3 comprises a filling opening 13, via which, for example by means of a syringe or pipette, the sample to be examined is introduced into the preparation chamber 3 can be introduced.
  • the process chambers 5, 7, 9, 11 are connected via a microchannel 15 to an opening 17, via which water or buffer can be introduced into the process chambers in a manner known per se.
  • the filling opening 13 and / or opening 17 may be closed with a septum to ensure sterility and / or to prevent contamination and carryover.
  • each process chamber 5, 7, 9, 11 has a vent opening 19, which is closed by a gas-permeable membrane, for example. This ensures that gas can leave the process chambers, but not liquid.
  • a lysis reagent 31, eg in dry form, is present in the treatment chamber. outsourced.
  • the (liquid) sample eg blood or another sample liquid
  • the lysis reagent is released.
  • Biological structures, eg cells, bacteria, viruses, are lysed by the dissolved lysis reagent and release biological molecules contained therein.
  • the sample is now, for example by rinsing with buffer, displaced from the chamber 3 via the line 23 into the chamber 5.
  • Magnetbeads 21 are stored in a dry state, by transferring the sample into the chamber 5, the Magnetbeads 21 are suspended and distributed in the sample.
  • probe oligonucleotides which sought target molecules, for example, to the probe oligonucleotides complementary nucleic acids bind, so that a substrate-molecule complex is formed, wherein the magnetic beads constitute the substrate.
  • antibodies may also be provided on the magnetic beads which bind specific target proteins or nucleic acids.
  • the antibodies may be polyclonal or monoclonal antibodies.
  • agents may also be provided on the magnetic beads which bind nucleic acids non-specifically, for example silanes, randomized oligonucleotides or the like.
  • other substances are applied to the beads, which bind certain biological molecules or structures, such as carbohydrates, lipopolysaccharides and the like.
  • the magnetic beads may also be provided in the chamber 3 and have binding properties (e.g., antibodies, polysaccharides, and the like) which may cause certain biological structures in the sample, e.g. specific cells, bacteria or viruses.
  • binding properties e.g., antibodies, polysaccharides, and the like
  • the process chambers are connected to each other according to the sequence of the process steps running through micro channels 23, 25, 27 and 29, which are dimensioned such that a disturbing liquid exchange between the process chambers during processing and analysis is largely prevented and has no disturbing influence.
  • the microchannels 23, On the other hand, 25, 27 and 29 are sufficiently large to allow magnetic beads 21 with attached structures or molecules to pass through.
  • the diameter of the microchannels 23, 25, 27 and 29 is typically of the order of several ⁇ m.
  • the digestion of the biological structures can be completed and by rinsing with washing solution or buffer, unbound sample components can be separated from the molecules bound to the substrate (ie the magnetic beads).
  • a further washing chamber 7 is provided.
  • the complexes of magnetic beads 21 and nucleic acids (or in the case of a protein-binding property of the magnetic beads of magnetic beads and proteins) are moved through the microchannel 25 into the washing chamber 7.
  • e.g. chaotropic salts 35 may be stored, which are initially in dry form and go through the filling of the washing chamber 7 in solution.
  • the DNA molecules bound to the magnetic beads 21 are usually present in the sample in a very low starting concentration, so that amplification of the nucleic acids must take place for detection.
  • the magnetic beads 21 are moved into an amplification chamber 9, which is connected via the microchannel 27 to the wash chamber 7.
  • Amplification can take place in the amplification chamber 9, for example by polymerase chain reaction (PCR) or another suitable amplification method.
  • the necessary for the amplification reaction reagents 37 may be in the chamber 9, z. B. be preceded in dry form.
  • the arrangement contains a Peltier element, through which temperature cycles for the PCR reaction in the amplification chamber 9 can be carried out.
  • heating and / or cooling elements may be present, for example, a resistance heating or water cooling.
  • the structure of the arrangement is shown schematically in Figures 4 to 7, which will be discussed in more detail below.
  • the nucleic acids are then released for an amplification reaction and a subsequent detection reaction.
  • a corresponding primer for the complementary strand in the amplification chamber can be provided so that the amplified nucleic acids are then bound via the probe oligonucleotides at one end to the magnetic beads.
  • the nucleic acids bound to the magnetic beads 21 can be moved through a microchannel 29 into a detection chamber 11.
  • specific oligonucleotides of a detection device are immobilized.
  • the detection of the desired nucleic acid molecules is effected by the detection of the immobilized magnetic beads at that point of the detection device 39 on which the complementary oligonucleotides are arranged.
  • the detection device 39 comprises a sensor which can detect the presence of the magnetic beads 21 on the basis of their magnetic properties, for example a magnetoresistive sensor.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a microfluidic device of the arrangement according to the invention in the form of a cartridge 1 '.
  • the cartridge 1 ' has four groups of process chambers 2, 4, 6, 8, each arranged along 4 reaction paths 10, 12, 14, 16. Samples are introduced into the cartridge via corresponding filling openings 13 and pass along the reaction paths 10, 12, 14, 16, the respective process chambers 2, 4, 6, 8. It should be noted that in FIGS. 2 and 3
  • a detection device 39 of the type described above is provided in the detection chamber 8. In this way, four samples can be prepared and analyzed in parallel in the cartridge 1 '. It is also conceivable that on a cartridge two, three, or 5 and more, e.g. 10 or 20 sample sections or reaction paths are arranged.
  • reaction path denotes the path which the sample or the biological molecules to be examined take through the device in the course of the process.
  • FIG. 3 shows a further alternative embodiment of a microfluidic device in the form of a cartridge 1 ''.
  • a microfluidic device in the form of a cartridge 1 ''.
  • four groups of reaction chambers 2, 4, 6 are arranged along four reaction paths 10, 12, 14, 16, so that four samples can be processed in parallel.
  • the samples are passed along the reaction paths 10, 12, 14, 16 through the respective process chambers 2, 4, 6 and then into a common detection chamber 18, in which a common detection device 39 'is provided.
  • FIGS. 4 to 6 show an arrangement 100 according to the invention in various operating states, which contains microfluidic devices 101, 101 ', 101 ", 101a, 101b, 101c, 101d.
  • a magazine 103 which is stacked, a plurality of microfluidic devices 101 are stacked. These can already be filled with samples before they are introduced into the magazine 103.
  • the microfluidic device 101 ' is conveyed out of the magazine 103.
  • a central transport path for the microfluidic devices 101, 101 ' which forms a receptacle of the arrangement 100 for the microfluidic devices 101, 101', is defined in the arrangement 100 by the transport device designed as conveyor belts 107, 109.
  • the transport device designed as conveyor belts 107, 109.
  • means for fixing the magnetic beads 121 e.g., in the form of an electromagnet
  • detection means 123 are provided. This process is coordinated by the controller 111, 117, 119.
  • a microfluidic device 101 " which has been previously processed, was transported into the sump 131.
  • FIG. 5 shows the arrangement according to the invention in a further operating state, which follows the operating state according to FIG. 4 in terms of time.
  • the microfluidic device 101 ' is moved by the transport devices 107, 109 under a magnetic field generator 121.
  • the magnetic field generator 121 may be formed as a permanent magnet or as an electromagnet.
  • the process chambers 102, 104, 106, 108 provided in the device 101 'embodied as a cartridge can be moved under the magnetic field generator 121 by the transport device 107, 109.
  • the substrate molecule complex is fixed under the magnetic field generator, while the microfluidic device 101 'moves on. This will strat bound molecules successively through the process chamber 102, 104, 106, 108 moves therethrough.
  • a movable magnetic field generator which, in the case of a stationary cartridge, moves the sample bound to magnetic beads relative to the cartridge. If an electromagnet is used, the control of the magnetic field (eg on / off) can be done by the controller 111.
  • the microfluidic device 101 ' is moved further to the right by the transport device 109.
  • the opening element 105 is now closed again.
  • the detection chamber 108 is now under a sensor 123 (FIG. 6) which can read the signals from the detection device in the detection device 108 in order to detect the presence or concentration of to be examined biological molecules, such as nucleic acids to capture.
  • the detected signals can be routed to the controller 111 and fed there to data processing.
  • the entire number of samples can be processed without any further intervention on the part of the operating personnel.
  • the entire analysis of the samples can be automated.
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment of the arrangement according to the invention.
  • the magazine 103 ' are unfilled once usable, configured as a cartridge microfluidic devices 101 in rolled form vorratatet.
  • the microfluidic devices may, for example, be rolled up on a flexible carrier tape.
  • a microfluidic device 101 a is first unrolled from the drum 104 and transported by the transport device 107 transported to a device for introducing the samples 113.
  • This device can be configured, for example, in the form of a movable pipetting arm.
  • the samples are introduced into the microfluidic device 101 a.
  • the entire process proceeds in a flow belt-like manner while the samples are introduced into the microfluidic device 101 a, the microfluidic device 101 b is moved under the magnets 121, so that the lysis and washing steps are carried out in the corresponding process chambers.
  • the microfluidic device 101 c is already located below the sensor 123, where the reading of the signals of the detection device into the microfluidic device 101 c follows.
  • the microfluidic device 101 d is transported into the collecting container 131, in which a spent microfluidic device 101 e is already present.
  • a high number of samples can be processed automatically, minimizing the risk of contamination or operator error.
  • a high sample throughput can be achieved in this way.

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Abstract

Es wird eine Anordnung (100) bereitgestellt, welche ein Magazin (103) zur Bevorratung einer Mehrzahl von mikrofluidischen Vorrichtungen (101) aufweist. Die mikrofluidischen Vorrichtungen (101) enthalten jeweils Mittel zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül, wobei die Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung (101) bewegbar sind. Eine Probe, welche vermutlich zu untersuchende biologische Moleküle enthält, wird in die mikrofluidische Vorrichtung (101) eingebracht. Das zu untersuchende biologische Molekül wird durch die Mittel zum Binden des biologischen Moleküls gebunden. Das Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls, bzw. der Substrat-Molekül-Komplex kann nun in der mikrofluidischen Vorrichtung(101), z.B. einem vorgegebenem Reaktions- 20 ablauf entsprechend, bewegt werden, beispielsweise durch ein Magnetfeld (121). Die mikrofluidische Vorrichtung (101) wird durch die Anordnung (100) transportiert (107, 109).

Description

Beschreibung
Anordnung zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse, welche eine Anordnung, mikrofluidische Vorrichtungen zur Aufnahme von Proben und Mittel zum Bewegen der mikrofluidischen Vorrichtungen in der Anordnung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse .
In der biotechnologischen Analytik wurden in den letzten Jah- ren Hochdurchsatzverfahren (high throughput screnning, HTS) entwickelt, um in kurzer Zeit eine große Menge von Proben aufarbeiten zu können. Dabei kamen vorwiegend Lochplattenformate zum Einsatz, z.B. 96-Lochplatten oder 384-Lochplatten, wobei jedes Loch bzw. jede Vertiefung in einer Platte ein Re- aktionsgefäß darstellt. Der Nachteil solcher Verfahren liegt darin, dass Flüssigkeiten von Vorratsgefäßen zur Platte oder von Platte zu Platte überpipettiert werden müssen, was mechanisch aufwendig ist und Kontaminationsrisiken birgt.
Es wurden daneben auch vollintegrierte mikrofluidische Analysevorrichtungen entwickelt, wobei anstatt von Reaktionsgefäßen Prozesskammern verwendet werden, welche über Leitungen bzw. Kanäle verbunden sind, wie z.B. in DE 101 11 457 Al beschrieben. Diese Vorrichtungen können vollständig eingekap- seit in einer Cartridge, einem kartenartigen Flachgebilde, enthalten sein, wobei in der Vorrichtung Prozesskammern zur Probenaufbereitung, Amplifikation von Analyten, z.B. Nukleinsäuren, und zur Detektion von Analyten, z.B. in Form von Biochips mit Nukleinsäure-Mikroarrays, vorgesehen sind. Analyse- Vorrichtungen dieser Art haben den Vorteil, dass die Analyse vollständig in der gekapselten Analysevorrichtung ablaufen kann, so dass Kontaminationsrisiken oder Bedienungsfehler weitgehend ausgeschlossen sind. Derartige Vorrichtungen können zur Analyse von Nukleinsäuren, z.B. DNA-Sequenzen oder RNA-Sequenzen, Proteinen und anderen Biomolekülen verwendet werden. Selbst komplexe Assay-Abläufe können in einer derartigen Analysevorrichtung in mikrofluidi- schen Anordnungen von Prozesskammern und Verbindungskanälen kontaminations- und fehlerfrei durchgeführt werden. Ein Nachteil dieser Systeme ist jedoch der geringe Probendurchsatz, d.h. die geringe Anzahl durchführbarer Assays pro Zeit. Ins- besondere bei Nukleinsäure-basierten Systemen, welche eine
Amplifikation der DNA oder RNA erfordern, ist eine Gesamtdauer des Assays von einer Stunde und mehr keine Ausnahme. Allgemein wird dabei zunächst die Probe manuell in die Analysevorrichtung eingebracht, und diese dann in ein Steuer- bzw. Auslesegerät eingeschoben, in welchem die Prozessschritte automatisch abgearbeitet werden. Am Ende des Assays wird die Analysevorrichtung manuell aus dem Steuergerät entfernt. Dieser Prozessablauf erfordert die regelmäßige manuelle Intervention durch das Bedienpersonal und schränkt den Durchsatz signifikant ein.
Theoretisch können vollintegrierte Diagnostiksysteme für komplexe Assays mit vielen biologischen Fragestellungen (z.B. Multiparameterstudien wie die Cytochrom P 450 Analyse oder CFTR) auch in Zentrallabors zum Einsatz kommen. Dabei ist jedoch der geringe Durchsatz von großem Nachteil und führt zu prohibitiv hohen Kosten. Bei etablierten Hochdurchsatzverfahren, z.B. die oben beschriebenen Verfahren auf Lochplattenformaten, ist die Aufbereitung der Proben zur Analyse aufwen- dig. Diese Aufbereitung kann jedoch in mikrofluidischen Vorrichtungen mit vergleichsweise geringem Aufwand durchgeführt werden, z.B. durch AufSchluss der Probe, Binden der Analyten an magnetische Substrate, sogenannte Magnetbeads, Fixieren des Substrat-Analyten-Komplexes durch ein externes Magnetfeld in der Analysevorrichtung und Entfernen von unerwünschten
Probebestandteilen durch Überspülen der fixierten Substrat- Analyten-Komplexe mit einer Waschflüssigkeit, so wie z.B. in DE 101 11 520 B4 beschrieben. Derartige Verfahren sind bisher allerdings nicht hochdurchsatzfähig.
Aufgabenstellung
Angesichts der oben geschilderten Nachteile des Stands der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse bereitzustellen, welche (s) in ei- ner vollintegrierten Analysevorrichtung durchgeführt werden kann und gleichzeitig für die Verarbeitung hoher Probenzahlen geeignet ist.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Anordnung zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse weist folgende Merkmale auf:
a) eine Aufnahme für eine mikrofluidische Vorrichtung; und
b) Mittel zum Bewegen der mikrofluidischen Vorrichtung in der Anordnung entlang mindestens einer vorgegebenen Bewegungsrichtung;
wobei die Anordnung mindestens ein Magazin zur Bevorra¬ tung einer Mehrzahl von mikrofluidischen Vorrichtungen aufweist .
Vorzugsweise weist die Anordnung eine Einrichtung zum Bewegen von in der mikrofluidischen Vorrichtung vorgesehenen Mitteln zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung auf. Diese Einrichtung umfasst bevorzugt einen Magnetfelderzeuger. Der Begriff „mikrofluidische Vorrichtung" bezieht sich auf eine Vorrichtung, in welcher Fluidvolumina im Mikroliter- Bereich manipuliert werden können, z.B. mikrofluidische Cart- ridges, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Anordnung ferner Mittel zur Amplifikation des biologischen Moleküls in der mikroflui- dischen Vorrichtung auf.
Ferner umfasst die erfindungsgemäße Anordnung Mittel zur De- tektion des biologischen Moleküls.
Die erfindungsgemäße Anordnung, umfasst ferner bevorzugt eine Einrichtung zum Einbringen einer Probe in eine mikrofluidi- sche Vorrichtung.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung umfasst die Anordnung einen Behälter zum Sammeln verbrauchter mikrofluidi- scher Vorrichtungen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung umfasst die Anordnung ein stapelartiges Magazin, in welchem die mikroflui- dischen Vorrichtungen stapelbar sind.
Gemäß einem alternativen Aspekt der Erfindung umfasst die Anordnung ein trommelartiges Magazin, in welchem die mikroflui- dischen Vorrichtungen auf einer Rolle aufrollbar sind.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung umfasst die Anordnung Mittel zum Erfassen einer Kodierung einer mikrofluidischen Vorrichtung.
Erfindungsgemäß wird eine Probe, welche vermutlich zu unter- suchende biologische Moleküle enthält, in die mikrofluidische Vorrichtung eingebracht, wobei in der mikrofluidischen Vorrichtung das zu untersuchende biologische Molekül durch das Mittel zum Binden gebunden wird und somit eine Aufbereitung der Probe ermöglicht wird. Aus dem Magazin kann eine weitere mikrofluidische Vorrichtung nachgeführt werden, und mit der nächsten Probe gefüllt werden. Alternativ können mehrere mikrofluidische Vorrichtungen vor Einbringen in die Anordnung mit den Proben befüllt werden. Die mikrofluidischen Vorrichtungen werden entlang der mindestens einen vorgegebenen Bewegungsrichtung durch die Anordnung transportiert und die Proben können auf diese Weise automatisiert nacheinander abgearbeitet werden.
Vorzugsweise sind die Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls als ein Substrat ausgeführt, welches mit dem zu untersuchenden biologischen Molekül zu einem Substrat-Molekül-Komplex verbindbar ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Substrat eine proteinbindende Eigenschaft auf, welche vorzugsweise als Antikörper ausgeführt sein kann, welcher auf das biologische Molekül gerichtet ist.
Gemäß einem alternativen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Substrat eine Nukleinsäure-bindende Eigenschaft auf, wobei die Nukleinsäure-bindende Eigenschaft vorzugsweise nicht sequenzspezifisch, z.B. als Silan oder als Sonden- Oligonukleotid (sequenzspezifisch) ausgeführt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Substrat sowohl mindestens eine Protein-bindende Eigenschaft als auch mindestens eine Nukleinsäure-bindende Eigen- schaft auf.
Bevorzugt umfassen die Mittel zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül wenigstens ein magnetisches Element, z.B. Magnetbead, welches durch ein Magnetfeld bewegt und/oder fixiert werden kann.
Bevorzugt weist die Anordnung Mittel zur Amplifikation des Moleküls auf. Dies kann z.B., falls das Molekül eine Nuklein- säure ist, eine Amplifikationskammer in der mikrofluidischen Vorrichtung umfassen, in welcher eine Amplifikationsreaktion, z.B. die Polymerase Kettenreaktion (PCR) oder ein vergleichbares Amplifikationsverfahren stattfinden kann. In der Anord- nung können zur Durchführung einer derartigen Reaktion Heiz- und/oder Kühlelemente, z.B. Peltierelemente, vorgesehen sein.
Ferner weist die erfindungsgemäße Anordnung vorzugsweise Mittel zur Detektion des Moleküls auf. Die Detektion kann z.B. durch magnetische, optische, fluoreszenzoptische, elektrochemische, gravimetrische und andere geeignete Verfahren erfolgen. In der mikrofluidischen Vorrichtung ist dazu eine Detek- tionskammer vorgesehen, welche z.B. ein Nukleinsäure- Mikroarray aufweisen kann, auf welchem Sonden-Oligonukleotide zum Nachweis von Nukleinsäure-Molekülen vorgesehen sind. Besonders bevorzugt ist eine elektrochemische Detektion. Dazu ist in der mikrofluidischen Vorrichtung ein elektrochemischer Sensor, z.B. in Form von Elektroden vorgesehen. In der Anordnung sind Mittel zu Messen von Strömen und/oder Spannungen vorgesehen. Ein entsprechendes Messverfahren, das hierbei verwendbar ist, ist z.B. in DE 101 26 341 Al beschrieben. Gemäß einem alternativen Aspekt ist eine magnetische Detektion bevorzugt. Dazu kann in der Anordnung ein magnetoresistiver Sensor vorgesehen sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung um- fasst die mikrofluidische Vorrichtung mindestens eine Prozesskammer, in welcher zumindest vorübergehend die Mittel zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül enthalten sind. Die mindestens eine Prozesskammer kann als eine Aufbereitungskammer zur Verwendung der Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls, als Amplifikationskammer zur Verwendung der Mittel zur Amplifikation des wenigstens einen biologischen Moleküls und/oder als Detektionskam- mer zur Detektion des wenigstens einen biologischen Moleküls ausgebildet sein. Bevorzugt können eine Mehrzahl von Prozesskammern vorgesehen sein, die entlang einer Reaktionsstrecke angeordnet sind und durch Leitungen zumindest zeitweise ver- bindbar sind. Die Leitungen können als mikrofluidische Kanäle mit daran angebrachten Ventilen ausgeführt sein. Die Ventile können als einfache elastische Quetschventile oder magnetsteuerbare Ventile ausgeführt sein, um die verschiedenen Pro- zesskammern voneinander fluidisch zu trennen. Die Ventile können auch auf andere dem Fachmann bekannte Arten ausgeführt sein .
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung können in einer mikrofluidischen Vorrichtung eine Mehrzahl von Gruppen von Prozesskammern vorgesehen sein, wobei die Prozesskammern in einer Gruppe bevorzugt jeweils entlang einer Reaktionsstrecke angeordnet sind und die Prozesskammern einer Gruppe entlang der jeweiligen Reaktionsstrecke zumin- dest zeitweise durch Leitungen fluidisch verbindbar sind. Auf diese Weise können mehrere Probenstrecken z.B. parallel auf der mikrofluidischen Vorrichtung realisiert werden. An einem Ende der jeweiligen Reaktionsstrecken können sich parallel angeordnete Probenports befinden, welche durch Septen versie- gelt sein können. Am anderen Ende können als Detektionsmittel z.B. entsprechend mehrere parallel angeordnete Mikroarrays oder alternativ auch ein für die einzelnen Reaktionsstrecken gemeinsamer Mikroarray zum Nachweis der Zielmoleküle in sämtlichen aufgebrachten biologischen Proben vorgesehen sein. Die Probenports können entlang der Reaktionsstrecke über verschiedene Prozesskammern (z.B. Aufbereitungs-, Wasch- und Amplifikationskammern) und Leitungen mit den Mikroarrays verbunden sein. Eine derartige mikrofluidische Vorrichtung kann als einmal verwendbares Element in der erfindungsgemäßen An- Ordnung verwendet werden. Das einmal verwendbare Element kann als längliche Vorrichtung ausgebildet sein, z.B. in Form einer Cartridge, d.h. einen kartenartigen Flachgebilde. Bevorzugt sind die Kammern und Leitungen entlang der Reaktionsstrecke in der länglichen Vorrichtung entlang der mindestens einen Bewegungsrichtung ausgerichtet, mit welcher die längliche Vorrichtung durch das Steuergerät transportiert wird. Es wird angemerkt, dass in der in diesem Absatz beschriebenen mikrofluidischen Vorrichtung mit einer Mehrzahl von paralle- len Reaktionsstrecken eine von der restlichen Anordnung unabhängige eigenständige Erfindung gesehen wird, welche ebenfalls die eingangs gestellte Aufgabe löst.
Ferner ist bei der Anordnung bevorzugt ein Behälter zum Sammeln der verbrauchten mikrofluidischen Vorrichtungen vorgesehen .
Die mikrofluidischen Vorrichtungen können nach einmaliger Verwendung verworfen und entsorgt werden. Es ist aber auch denkbar, dass sie, z.B. nach einer Reinigung oder Regeneration erneut verwendet werden können.
Die Anordnung kann ein stapelartiges Magazin aufweisen, in welchem die mikrofluidischen Vorrichtungen gestapelt sind. Alternativ kann beispielsweise auch ein trommelartiges Magazin vorgesehen sein, in welchem die mikrofluidischen Vorrichtungen auf einer Rolle aufgerollt sind.
Vorzugsweise weist die Anordnung eine Einrichtung zum Einbringen einer Probe in eine mikrofluidische Vorrichtung auf. Diese kann beispielsweise als automatisierte Pipettiervor- richtung ausgestaltet sein, welche eine Probe in die mikrofluidische Vorrichtung hineinpipettieren kann. Falls auf der mikrofluidischen Vorrichtung mehrere parallele Reaktionsstrecken zur parallelen Verarbeitung von Proben vorgesehen sind, weist die Einrichtung zum Einbringen einer Probe in die mikrofluidische Vorrichtung vorzugsweise eine entsprechende Anzahl von Kanälen auf, um die entsprechende Probenanzahl in einem Arbeitsschritt einzubringen.
In dem Steuergerät sind Mittel zum Bewegen oder Transportieren der mikrofluidischen Vorrichtung entlang mindestens ei- ner vorgegebenen Bewegungsrichtung vorgesehen, diese Transportmittel können z.B. in Form von einem Transportband ausgeführt sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ferner Mittel zum Bewegen des Substratmolekülkomplexes relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung vorgesehen, welche vorzugsweise einen Magnetfelderzeuger umfassen. Durch Bewegen der mikrofluidischen Vorrichtung relativ zu dem Magnetfelderzeuger, bzw. durch Bewegen des Magnetfelderzeugers relativ zu der mikrofluidische Vorrichtung, kann der Substrat-Molekül- Komplex, welcher Magnetbeads aufweist, relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung, also z.B. entlang des Reakti- onsweges durch die Prozesskammern, bewegt werden. Dabei werden die Magnetbeads im Magnetfeld des Magnetfelderzeugers festgehalten, während die mikrofluidische Vorrichtung relativ zu dem Magnetfelderzeuger (oder umgekehrt) bewegt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die mikrofluidischen Vorrichtung eine Markierung auf, durch welche sie kodiert werden können. Auf diese Weise ist es möglich, eine Zuordnung zwischen aufgebrachter Probe und dem einmal verwendbaren Element zu erfassen. Dazu sind vorzugs- weise Mittel zur Erfassung der Markierung in der Anordnung vorgesehen. Die Markierung kann eine übliche, dem Fachmann bekannte Art der Markierung umfassen, z.B. einen Barcode, ein RFID, oder ähnliches. In der Anordnung sind dann vorzugsweise entsprechende Mittel zum Auslesen der Markierung vorhanden. Ferner kann die Anordnung über Schnittstellen an ein Datenverarbeitungssystem angeschlossen sein, über welches die mikrofluidischen Vorrichtungen anhand der Markierung registriert werden und ausgelesen Daten gespeichert werden. Bevorzugt können einmal verwendete mikrofluidische Vorrichtungen über das Datenverarbeitungssystem entwertet werden, um ein mehrfaches Lesen auszuschließen.
Bei der Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse wird folgendermaßen vorgegangen:
Es wird eine Anordnung bereitgestellt, welches ein Magazin zur Bevorratung einer Mehrzahl von mikrofluidischen Vorrichtungen aufweist. Die mikrofluidischen Vorrichtungen enthalten jeweils Mittel zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül, wobei die Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung bewegbar sind.
Eine Probe, welche vermutlich zu untersuchende biologische Moleküle enthält, wird in die mikrofluidische Vorrichtung eingebracht. Optional kann die Probe zunächst in der mikrofluidischen Vorrichtung aufgeschlossen werden, z.B. durch Verwendung eines Lysepuffers . Das zu untersuchende biologische Molekül wird durch die Mittel zum Binden des biologischen Moleküls gebunden. Vorzugsweise sind die Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls als Substrat ausgeführt, welcher mit dem Molekül zu einem Substrat- Molekül-Komplex verbindbar ist. Das Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls, bzw. der Substrat- Molekül-Komplex kann nun in der mikrofluidischen Vorrichtung, z.B. einem vorgegebenem Reaktionsablauf entsprechend, bewegt werden .
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Substrat-Molekül-Komplex nach dem Binden des Moleküls vom Rest der Probe getrennt werden. Dies kann geschehen, indem der Substrat-Molekül-Komplex relativ zu dem restlichen Probe- volumen bewegt wird, z.B. durch magnetisches Fixieren des Substrat-Molekül-Komplexes und Wegspülen der Probe.
In der Anordnung können Mittel zum Pumpen vom Fluiden in die mikrofluidische Vorrichtung und/oder aus der mikrofluidischen Vorrichtung vorgesehen sein. Diese können z.B. als Leitungen, Kanäle, mit entsprechenden Befüllungs- oder Entnahmeeinrichtungen, unter Verwendung von entsprechenden Fluidtransport- systemen, z.B. Kolbenpumpen, Peristaltikpumpen und anderen dem Fachmann bekannten Pumpen ausgeführt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Molekül im Lauf des Verfahrens auch wieder von dem Substrat getrennt werden, z.B. durch Auftrennen der Substrat- Molekül-Komplexbindung, z.B. durch Erwärmung, Änderung der Salzkonzentration oder ähnliche.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das Ver- fahren einen zusätzlichen Schritt des Amplifizierens des Moleküls mit einer Amplifikationsreaktion auf. Ferner weist das Verfahren bevorzugt den zusätzlichen Schritt des Detektierens des Moleküls auf.
Das Mittel zum Binden des wenigstens einen Moleküls wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt entlang einer Reaktionsstrecke in der mikrofluidischen Vorrichtung bewegt, welche in mindestens eine Prozesskammer führt.
Bevorzugt sind entlang der Reaktionsstrecke mehrere Prozesskammern angeordnet. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bei dem Verfahren in der mikrofluidi- schen Vorrichtung mehrere Proben gleichzeitig in einer entsprechenden Anzahl von Reaktionsstrecken aufbereitet, die in der mikrofluidischen Vorrichtung im Wesentlichen parallel angeordnet sind.
Bevorzugt werden die mikrofluidischen Vorrichtungen aus dem Magazin nachgeführt, durchlaufen die Anordnung entlang der mindestens einen vorgegebenen Bewegungsrichtung und werden dann von der Anordnung ausgeworfen oder in einen Behälter zum Sammeln von verbrauchten mikrofluidischen Vorrichtungen transportiert .
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse, welches die folgenden Schritte aufweist: a) Bevorraten einer Anordnung mit einer Mehrzahl von mikrofluidischen Vorrichtungen, wobei die Anordnung mindestens ein Magazin zur Bevorratung mit mikrofluidischen Vorrichtungen aufweist und wobei die mikrofluidischen Vorrichtungen jeweils Mittel zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül enthalten; b) Einbringen einer ersten Probe, enthaltend mindestens ein zu untersuchendes biologisches Molekül, in eine der mikrofluidischen Vorrichtungen; c) Binden des zu untersuchenden biologischen Moleküls durch die Mittel zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül; und d) Wiederholen der Schritte b) - c) mit den weiteren Proben, bis alle aufzubereitenden Proben aufbereitet sind;
wobei die mikrofluidische Vorrichtung mit der eingebrachten Probe in der Anordnung entlang mindestens einer vorgegebenen Bewegungsrichtung bewegt wird.
Dabei sind die Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls bevorzugt relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung bewegbar.
Bevorzugt erfolgt das Einbringen der Proben, enthaltend zu untersuchende biologische Moleküle, in die jeweiligen mikrofluidischen Vorrichtungen vor dem Bevorraten der Anord- nung mit mikrofluidischen Vorrichtungen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Mittel zum Binden des wenigsten einen biologischen Moleküls als ein Substrat ausgeführt, das mit dem MoIe- kül zu einem Substrat-Molekül-Komplex verbindbar ist.
Bevorzugt wird nach dem Binden des Moleküls an das Substrat der Substrat-Molekül-Komplex von der restlichen Probe getrennt .
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Trennung des Substrat-Molekül-Komplex von der restlichen Probe durch Bewegen des Substrat-Molekül-Komplexes relativ zu der restlichen Probe erreicht.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfah- rens umfassen die Mittel zum Binden des wenigsten einen biologischen Moleküls wenigsten ein magnetisches Element.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Magnetfeld zum Bewegen der Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung verwendet.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das erfindungsgemäße Verfahren den zusätzlichen Schritt des Amplifizierens des biologischen Moleküls mit einer Amplifikationsreaktion auf.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das erfindungsgemäße Verfahren den zusätzlichen Schritt des Detektierens des biologischen Moleküls auf.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das biologische Molekül magnetisch, elektrochemisch oder optisch detektiert.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Mittel zum Binden des wenigstens einen Moleküls entlang einer Reaktionsstrecke in der mikrofluidischen Vorrichtung bewegt, welche in mindestens eine Prozesskammer führt.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Mittel zum Binden des wenigstens einen Moleküls entlang einer Reaktionsstrecke in der mikrofluidischen Vorrichtung durch mehrere Prozesskammern bewegt.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Reaktionsstrecke im Wesentlichen entlang der mindestens einen vorgegebenen Bewegungsrichtung in der Anordnung ausgerichtet.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfah- rens werden dabei in dem mindestens einmal verwendbaren Element mehrere Proben gleichzeitig in einer entsprechenden Anzahl von Reaktionsstrecken aufbereitet, die in der mikroflui- dischen Vorrichtung im wesentlichen Parallel angeordnet sind.
Bevorzugt werden die mikrofluidischen Vorrichtungen aus dem Magazin nachgeführt, durchlaufen die Anordnung entlang der mindestens einen vorgegebenen Bewegungsrichtung und werden dann von der Anordnung ausgeworfen oder in einen Behälter zum Sammeln verbrauchter mikrofluidischen Vorrichtungen transpor- tiert.
Ausführungsbeispiel
Weitere Aspekte, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verdeutlicht anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den angehängten Zeichnungen, in denen zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh- rungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung zur Aufnahme einer Probe der erfindungsgemäßen Anordnung;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung;
Figur 3 eine dritte Ausführungsform der mikrofluidischen Vorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung;
Figur 4 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in einem ersten Betriebszustand;
Figur 5 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in einem zweiten Betriebszustand; Figur 6 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in einem dritten Betriebszustand; und
Figur 7 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung .
In Figur 1 ist schematisch eine mikrofluidische Vorrichtung, welche in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet wird, in Form einer Cartridge 1 dargestellt. Diese ist als kartenartiges Flachgebilde ausgebildet und kann z.B. als Kunststoff- Spritzgußteil hergestellt werden, wobei darin vorhandene Vertiefungen in Form von Kammern und Kanälen ausgestaltet sind. In die Cartridge können für die späteren Prozesse und Reakti- onen notwendige Reagenzien, z.B. in Form von Trockenreagenzien, eingebracht werden, z.B. durch Aufspotten in den entsprechenden Kammern. Durch Versiegeln der nach oben offenen Cartridge, z.B. mit einer Kunststofffolie, wird eine geschlossene mikrofluidische Vorrichtung mit darin befindli- chen Prozesskammern und Leitungen geschaffen. Die Cartridge 1 umfasst eine Aufbereitungskammer 3, eine Aufschlusskammer 5, eine Waschkammer 7, eine Amplifikationskammer 9 und eine De- tektionskammer 11. Die Aufbereitungskammer 3 umfasst eine Einfüllöffnung 13, über die beispielsweise mittels einer Spritze oder Pipette die zu untersuchende Probe in die Aufbereitungskammer 3 eingebracht werden kann. Die Prozesskammern 5, 7, 9, 11 sind über einen Mikrokanal 15 mit einer Öffnung 17 verbunden, über welche in an sich bekannter Weise Wasser oder Puffer in die Prozesskammern eingebracht werden kann. Die Einfüllöffnung 13 und/oder Öffnung 17 können mit einem Septum verschlossen sein, um Sterilität zu gewährleisten und/oder Kontaminationen und Verschleppungen zu verhindern. Außer der Aufbereitungskammer 3 weist jede Prozesskammer 5, 7, 9, 11 eine Entlüftungsöffnung 19 auf, welche beispielswei- se mit einer gasdurchlässigen Membran verschlossen ist. So kann sichergestellt werden, dass Gas die Prozesskammern verlassen kann, nicht jedoch Flüssigkeit. In der Aufbereitungskammer ist ein Lysereagenz 31, z.B. in trockener Form, vorge- lagert. Durch das Einbringen der (flüssigen) Probe, z.B. Blut oder eine andere Probenflüssigkeit, wird das Lysereagenz gelöst. Biologische Strukturen, z.B. Zellen, Bakterien, Viren, werden durch das gelöste Lysereagenz lysiert und setzen darin enthaltene biologische Moleküle frei. Die Probe wird nun, z.B. durch Nachspülen mit Puffer, von der Kammer 3 über die Leitung 23 in die Kammer 5 verdrängt. In der Kammer 5 sind Magnetbeads 21 in trockenem Zustand vorgelagert, durch Überführen der Probe in die Kammer 5 werden die Magnetbeads 21 suspensiert und in der Probe verteilt. Auf den Magnetbeads sind Sonden-Oligonukleotide vorgesehen, welche gesuchte Zielmoleküle, z.B. zu den Sonden-Oligonukleotiden komplementäre Nukleinsäuren, binden, so dass ein Substrat-Molekülkomplex gebildet wird, wobei die Magnetbeads das Substrat darstellen. Alternativ können auf den Magnetbeads auch Antikörper vorgesehen sein, welche bestimmte Zielproteine oder Nukleinsäuren binden. Die Antikörper können polyklonale oder monoklonale Antikörper sein. Alternativ können auf den Magnetbeads auch Mittel vorgesehen sein, welche Nukleinsäuren unspezifisch binden, z.B. Silane, randomisierte Oligonukleotide oder ähnliches. Weiterhin ist denkbar, dass auf den Beads andere Substanzen aufgebracht sind, welche bestimmte biologische Moleküle oder Strukturen, z.B. Kohlehydrate, Lipopolysaccharide und ähnliches binden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die Magnet- Beads auch in der Kammer 3 vorgesehen sein, und Bindungseigenschaften aufweisen (z.B. Antikörper, Polysaccharide, und ähnliches) , welche bestimmte biologische Strukturen in der Probe, z.B. bestimmte Zellen, Bakterien oder Viren, spezifisch binden.
Die Prozesskammern sind untereinander gemäß der Reihenfolge der ablaufenden Prozessschritte durch Mikrokanäle 23, 25, 27 und 29 verbunden, welche derart dimensioniert sind, dass ein störender Flüssigkeitsaustausch zwischen den Prozesskammern während der Aufbereitung und Analyse weitgehend unterbunden wird und keinen störenden Einfluss hat. Die Mikrokanäle 23, 25, 27 und 29 sind andererseits ausreichend groß, um Magnet- Beads 21 mit angebundenen Strukturen bzw. Molekülen passieren zu lassen. Der Durchmesser der Mikrokanäle 23, 25, 27 und 29 ist typischerweise in der Größenordnung mehrerer μm. Alterna- tiv ist es bei größerer Dimensionierung der Mikrokanäle auch möglich, in den Mikrokanälen 23, 25, 27, 29 Ventile vorzusehen, um die einzelnen Prozesskammern 3, 5, 7, 9, 11 während des Verfahrensablaufs fluidisch voneinander zu trennen. In der Kammer 5 kann der Aufschluss der biologischen Strukturen vervollständigt werden und durch Nachspülen mit Waschlösung oder Puffer können ungebundene Probenbestandteile von dem an das Substrat (d.h. die Magnet-Beads) gebundenen Molekülen getrennt werden.
Um eventuell noch vorhandene Zellreste und andere Verunreinigungen zu beseitigen, ist eine weitere Waschkammer 7 vorgesehen. Die Komplexe aus Magnet-Beads 21 und Nukleinsäuren (oder im Fall einer Protein-bindenden Eigenschaft der Magnet-Beads aus Magnet-Beads und Proteinen) , werden durch den Mikrokanal 25 in die Waschkammer 7 bewegt. In der Waschkammer 7 können z.B. chaotrope Salze 35 gelagert sein, die zunächst in trockener Form vorliegen und durch das Füllen der Waschkammer 7 in Lösung gehen.
Für komplexe Aufbereitungs- und Analyseverfahren können zusätzliche Kammern vorgesehen sein.
Die an die Magnet-Beads 21 gebundenen DNA-Moleküle liegen in der Probe üblicherweise in einer sehr geringen Ausgangskon- zentration vor, so dass zum Nachweis eine Amplifikation der Nukleinsäuren stattfinden muss. Zu diesem Zweck werden die Magnet-Beads 21 in eine Amplifikationskammer 9 bewegt, die über den Mikrokanal 27 mit der Waschkammer 7 verbunden ist. In der Amplifikationskammer 9 kann eine Amplifikation statt- finden, beispielsweise durch Polymerase-Kettenreaktion (PCR) oder ein anderes geeignetes Amplifikationsverfahren . Die für die Amplifikationsreaktion notwendigen Reagenzien 37 können in der Kammer 9, z. B. in trockener Form vorgelagert sein. In der Anordnung befindet sich ein Peltier-Element, durch welches sich Temperaturzyklen für die PCR-Reaktion in der Ampli- fikationskammer 9 durchführen lassen. Alternativ können auch andere, dem Fachmann bekannte Heiz- und/oder Kühlelemente vorhanden sein, z.B. ein Widerstandsheizelement oder eine Wasserkühlung. Der Aufbau der Anordnung ist schematisch in Figuren 4 bis 7 gezeigt, welche im Folgenden noch ausführlich diskutiert werden.
Bei der Temperaturerhöhung kommt es im Allgemeinen zu einer
Ablösung der DNA-Moleküle von den Magnet-Beads 21. Somit sind die Nukleinsäuren dann für eine Amplifikationsreaktion und eine spätere Nachweisreaktion freigesetzt. Es ist alternativ auch möglich, die Nukleinsäuren unter Verwendung der auf den Beads aufgebrachten Oligonukleotiden als Primer für die PCR- Reaktion direkt auf den Oligonukleotiden zu amplifizieren . Dazu kann beispielsweise zusätzlich noch ein entsprechender Primer für den Gegenstrang in der Amplifikationskammer vorgesehen sein, so dass die amplifizierten Nukleinsäuren dann ü- ber die Sonden-Oligonukleotide an einem Ende an die Magnet- Beads gebunden sind.
Zum Nachweis der DNA können die an die Magnet-Beads 21 gebundenen Nukleinsäuren durch einen Mikrokanal 29 in eine Detek- tionskammer 11 bewegt werden. In der Detektionskammer 11 sind spezifische Oligonukleotide einer Detektionseinrichtung immobilisiert. Die amplifizierten Nukleinsäuren, welche an einem Ende an den Magnet-Beads immobilisiert sind, hybridisieren mit den Sonden-Oligonukleotiden auf dem Mikro-Array und wer- den dadurch immobilisiert. Die Detektion der gesuchten Nuk- leinsäure-Moleküle geschieht durch den Nachweis der immobilisierten Magnet-Beads an derjenigen Stelle der Detektionseinrichtung 39, an welcher die komplementären Oligonukleotide angeordnet sind. Dazu umfasst die Detektionseinrichtung 39 einen Sensor, der das Vorhandensein der Magnet-Beads 21 an Hand deren magnetischen Eigenschaften nachweisen kann, z.B. ein magnetoresistiver Sensor. Alternativ ist es möglich, die amplifizierten und an die Sonden- Oligonukleotide des Mikro-Arrays hybridisierten Nukleinsäuren optisch, z.B. durch Fluoreszenzfarbstoffe, elektrochemisch, z.B. durch Redoxcycling, oder auf andere Weise nachzu- weisen.
In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform einer mikroflui- dischen Vorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung in Form einer Cartridge 1' dargestellt. Die Cartridge 1' weist vier Gruppen von Prozesskammern 2, 4, 6, 8 auf, die jeweils entlang von 4 Reaktionswegen 10, 12, 14, 16 angeordnet. Über entsprechende Einfüllöffnungen 13 werden Proben in die Cartridge eingebracht und durchlaufen entlang der Reaktionswege 10, 12 14, 16, die jeweiligen Prozesskammern 2, 4, 6, 8. An dieser Stelle wird angemerkt, dass in Figuren 2 und 3 aus
Zwecken der Übersichtlichkeit nur die Prozesskammer entlang des Reaktionswegs 10 mit den Bezugszeichen 2, 4, 6 bzw. 8 bezeichnet sind, damit sollen ebenfalls die entsprechenden Prozesskammern entlang der Reaktionswege 12, 14, 16 bezeichnet sein. In der Detektionskammer 8 ist eine Detektionseinrich- tung 39 der oben beschriebenen Art vorgesehen. Auf diese Weise können in der Cartridge 1' vier Proben parallel aufbereitet und analysiert werden. Es ist auch denkbar, dass auf einer Cartridge zwei, drei, oder 5 und mehr, z.B. 10 oder 20 Probenstrecken bzw. Reaktionswege angeordnet sind.
Der Begriff „Reaktionsweg" bezeichnet den Weg, welche die Probe bzw. die zu untersuchenden biologischen Moleküle im Verfahrensablauf durch die Vorrichtung nehmen.
In Figur 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform einer mikrofluidischen Vorrichtung in Form einer Cartridge 1' ' gezeigt. In dieser Ausführungsform sind ebenfalls 4 Gruppen von Reaktionskammern 2, 4, 6 entlang von vier Reaktionswegen 10, 12, 14, 16 angeordnet, so dass vier Proben parallel verarbeite werden können. Die Proben werden entlang der Reaktionswege 10, 12, 14, 16 durch die jeweiligen Prozesskammern 2, 4, 6 geleitet und werden dann in eine gemeinsame Detektionskammer 18 geleitet, in welcher eine gemeinsame Detektionseinrichtung 39' vorgesehen ist.
In Figuren 4 bis 6 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 100 in verschiedenen Betriebszuständen dargestellt, welche mikroflu- idische Vorrichtungen 101, 101', 101'', 101a, 101b, 101c, 101d enthält. In einem Magazin 103, welches stapelartig ausgeführt ist, ist eine Mehrzahl von mikrofluidischen Vorrichtungen 101 gestapelt. Diese können vor Einbringen in das Ma- gazin 103 bereits mit Proben befüllt werden. Durch Öffnen eines Öffnungselements 105 und Vortrieb der Transporteinrichtungen 107, 109 wird die mikrofluidische Vorrichtung 101' aus dem Magazin 103 befördert. Im Vorliegenden Beispiel ist in der Anordnung 100 durch die als Transportbänder 107, 109 aus- gebildete Transporteinrichtung eine zentrale Transportstrecke für die mikrofluidischen Vorrichtungen 101, 101' definiert, welcher eine Aufnahme der Anordnung 100 für die mikrofluidi- schen Vorrichtungen 101, 101' bildet. Entlang dieser Transportstrecke sind Mittel zum Fixieren der Magnetbeads 121 (z.B. in Form eines Elektromagneten) und Detektionsmittel 123 vorgesehen. Dieser Vorgang wird durch die Steuerung 111, 117, 119 koordiniert. Eine mikrofluidische Vorrichtung 101'', welches bereits vorher verarbeitet wurde, wurde in den Sammelbehälter 131 transportiert.
Figur 5 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in einem weiteren Betriebszustand, welcher zeitlich auf den Betriebszustand gemäß Figur 4 folgt. Die mikrofluidische Vorrichtung 101' wird von den Transportvorrichtungen 107, 109 unter einen Mag- netfelderzeuger 121 bewegt. Der Magnetfelderzeuger 121 kann als Permanentmagnet oder als Elektromagnet ausgebildet sein. Die in der als Cartridge ausgebildeten Vorrichtung 101' vorgesehenen Prozesskammern 102, 104, 106, 108 können durch die Transportvorrichtung 107, 109 unter dem Magnetfelderzeuger 121 hindurch bewegt werden. Durch selektives Anwenden des
Magnetfeldes wird der Substrat-Molekülkomplex unter dem Magnetfelderzeuger fixiert, während sich die mikrofluidische Vorrichtung 101' weiter bewegt. Dadurch werden die vom Sub- strat gebundenen Moleküle nacheinander durch die Prozesskammer 102, 104, 106, 108 hindurch bewegt. Alternativ kann aber auch ein beweglicher Magnetfelderzeuger vorgesehen werden, welcher bei einer unbewegten Cartridge die an Magnetbeads ge- bundene Probe relativ zur Cartridge bewegt. Falls ein Elektromagnet verwendet wird, kann die Steuerung des Magnetfeldes (z.B. ein/aus) durch die Steuerung 111 erfolgen. Die mikrofluidische Vorrichtung 101' wird durch die Transportvorrichtung 109 weiter nach rechts bewegt. Das Öffnungselement 105 ist nun wieder geschlossen. Nachdem die mikrofluidische Vorrichtung 101' unter dem Magneten 121 hindurch bewegt wurde, befindet sich nun die Detektionskammer 108 unter einem Sensor 123 (Fig. 6), welcher die Signale von der in der Detektionskammer 108 Detektionseinrichtung auslesen kann, um das Vorhandensein oder die Konzentration von zu untersuchenden biologischen Molekülen, z.B. Nukleinsäuren, zu erfassen. Die erfassten Signale können zu der Steuerung 111 geleitet werden und dort einer Datenverarbeitung zugeführt werden. Nach erfolgter Erfassung der Signale kann die mikrofluidische Vorrichtung 101' in den Sammelbehälter 131 transportiert werden. Nun kann sich der gesamte Verfahrensablauf mit der nächsten, im Magazin befindlichen mikrofluidischen Vorrichtung 101 wiederholen, bis alle Proben abgearbeitet sind. Auf diese Weise kann nach Beschickung der mikrofluidischen Vor- richtungen 101 mit den Proben und Einbringen der mikrofluidi- schen Vorrichtungen in 101 in das Magazin 103 die gesamte Probenzahl abgearbeitet werden, ohne dass eine weitere Intervention seitens des Bedienpersonals notwendig wäre. Somit kann die gesamte Analyse der Proben automatisiert ablaufen.
In Figur 7 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt. In dem Magazin 103' sind un- befüllte einmal verwendbare, als Cartridge ausgestaltete mikrofluidische Vorrichtungen 101 in aufgerollter Form bevor- ratet. Die mikrofluidische Vorrichtungen können z.B. an einem flexiblen Trägerband aufgerollt sein. Zur Analyse der Proben wird zunächst eine mikrofluidische Vorrichtung 101 a von der Trommel 104 abgerollt und durch die Transporteinrichtung 107 zu einer Einrichtung zum Einbringen der Proben 113 transportiert. Diese Einrichtung kann z.B. in Form eines beweglichen Pipetierarms ausgestaltet sein. Die Proben werden in die mikrofluidische Vorrichtung 101 a eingebracht. Das gesamte Verfahren läuft fließbandartig ab während die Proben in die mikrofluidische Vorrichtung 101 a eingebracht werden, wird die mikrofluidische Vorrichtung 101 b unter den Magneten 121 gefahren, so dass die Lyse- und Waschschritte in den entsprechenden Prozesskammern durchgeführt werden. Die mikrofluidi- sehe Vorrichtung 101 c befindet sich bereits unter den Sensor 123, wo die Auslesung der Signale der Detektionseinrichtung in die mikrofluidische Vorrichtung 101 c folgt. Die mikrofluidische Vorrichtung 101 d wird in den Sammelbehälter 131 transportiert, in welchem bereits eine verbrauchte mikroflui- dische Vorrichtung 101 e vorhanden ist.
In der dargestellten Weise kann eine hohe Anzahl von Proben automatisiert verarbeitet werden, wobei das Risiko von Kontaminationen oder Bedienungsfehlern minimiert ist. Insbesondere durch Verwendung von Cartridges, auf welchem mehrere Proben parallel verarbeitet werden können, kann auf diese Weise ein hoher Probendurchsatz erreicht werden.
Es wird betont, dass die verwendeten Beispiele lediglich bei- spielhaft und veranschaulichend sind. Insbesondere bezüglich der Anordnung von Komponenten, der Bewegungsrichtung der Cartridge durch die Anordnung, die z.B. auch kreisförmig sein könnte, und der Abfolge von Leitungen und Prozesskammern in der Cartridge sind vielerlei Variationen denkbar.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse, aufweisend folgende Merkmale: a) eine Aufnahme für eine mikrofluidische Vorrichtung; und
b) Mittel zum Bewegen der mikrofluidischen Vorrichtung in der Anordnung entlang mindestens einer vorgege- benen Bewegungsrichtung;
dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mindestens ein Magazin zur Bevorratung einer Mehrzahl von mikroflu- idischen Vorrichtungen aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Einrichtung zum Bewegen von in der mikrofluidischen Vorrichtung vorgesehenen Mitteln zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül relativ zu der mikrofluidi- sehen Vorrichtung.
3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung zum Bewegen von in der mikrofluidischen Vorrichtung vorgesehenen Mitteln zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung einen Magnetfelderzeuger umfassen.
4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend Mittel zur Amplifikation des biologischen Mo- leküls in der mikrofluidischen Vorrichtung.
5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend Mittel zur Detektion des biologischen Moleküls .
6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Einrichtung zum Einbringen einer Probe in eine mikrofluidische Vorrichtung.
7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Behälter zum Sammeln verbrauchter mikrofluidischer Vorrichtungen.
8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Magazin ein Stapel-Magazin ist, in welchem die mikrofluidischen Vorrichtungen stapelbar sind.
9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Magazin ein Trommel-Magazin ist, in welchem die mikrofluidischen Vorrichtungen auf einer Rolle aufrollbar sind.
10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend Mittel zum Erfassen einer Kodierung einer mikrofluidischen Vorrichtung.
11. Verfahren zur Aufbereitung einer Mehrzahl von Proben für eine Analyse, aufweisend die Schritte: a) Bevorraten einer Anordnung mit einer Mehrzahl von mikrofluidischen Vorrichtungen, wobei die Anordnung mindestens ein Magazin zur Bevorratung mit mikrofluidischen Vorrichtungen aufweist und wobei die mikrofluidischen Vorrichtungen jeweils Mittel zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül enthalten; b) Einbringen einer ersten Probe, enthaltend mindes- tens ein zu untersuchendes biologisches Molekül, in eine der mikrofluidischen Vorrichtungen; c) Binden des zu untersuchenden biologischen Moleküls durch die Mittel zum Binden von wenigstens einem biologischen Molekül; und d) Wiederholen der Schritte b) - c) mit den weiteren
Proben, bis alle aufzubereitenden Proben aufbereitet sind; wobei die mikrofluidische Vorrichtung mit der eingebrachten Probe in der Anordnung entlang mindestens einer vorgegebenen Bewegungsrichtung bewegt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Mittel zum Binden des wenigstens einen biologischen Moleküls relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung bewegbar sind.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Einbringen der Proben, enthaltend zu untersuchende biologische Moleküle, in die jeweiligen mikrofluidischen Vorrichtungen vor dem Bevorraten der Anordnung mit mikrofluidischen Vorrichtungen erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Mittel zum Binden des wenigsten einen biologischen Moleküls ein Substrat aufweisen, das mit dem Molekül zu einem Substrat-Molekül-Komplex verbindbar ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei nach dem Binden des Moleküls an das Substrat der Substrat-Molekül-Komplex von der restlichen Probe getrennt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Trennung des Sub- strat-Molekül-Komplexes von der restlichen Probe durch
Bewegen des Substrat-Molekül-Komplexes relativ zu der restlichen Probe erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Mittel zum Binden des wenigsten einen biologischen Moleküls wenigstens ein magnetisches Element umfassen.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein Magnetfeld zum Bewegen der Mittel zum Binden des wenigstens einen biolo- gischen Moleküls relativ zu der mikrofluidischen Vorrichtung verwendet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, aufweisend den zusätzlichen Schritt des Amplifizierens des biologischen Moleküls mit einer Amplifikationsreaktion .
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, aufweisend den zusätzlichen Schritt des Detektierens des biologischen Moleküls.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das biologische Molekül magnetisch detektiert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das biologische Molekül optisch detektiert wird.
23. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das biologische Molekül elektrochemisch detektiert wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 23, wobei das Mittel zum Binden des wenigstens einen Moleküls entlang einer Reaktionsstrecke in der mikrofluidischen Vorrichtung bewegt wird, welche in mindestens eine Prozesskammer führt.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Mittel zum Binden des wenigstens einen Moleküls entlang einer Reaktionsstrecke in der mikrofluidischen Vorrichtung durch mehrere Prozesskammern bewegt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Reaktionsstrecke im Wesentlichen entlang der mindestens einen vorgegebenen Bewegungsrichtung in der Anordnung ausgerichtet ist.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei in der mikrofluidischen Vorrichtung mehrere Proben gleichzeitig in einer entsprechenden Anzahl von Reaktionsstre- cken aufbereitet werden, die in der mikrofluidischen Vorrichtung im wesentlichen parallel angeordnet sind.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 27, wobei die mikrofluidischen Vorrichtungen aus dem Magazin nachgeführt werden, die Anordnung entlang der mindestens einen vorgegebenen Bewegungsrichtung durchlaufen und dann von der Anordnung ausgeworfen oder in einen Behälter zum Sammeln verbrauchter mikrofluidischen Vorrichtungen transportiert werden.
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