WO2015106932A1 - Method for operating a microfluidic chip and microfluidic chip - Google Patents

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WO2015106932A1
WO2015106932A1 PCT/EP2014/078971 EP2014078971W WO2015106932A1 WO 2015106932 A1 WO2015106932 A1 WO 2015106932A1 EP 2014078971 W EP2014078971 W EP 2014078971W WO 2015106932 A1 WO2015106932 A1 WO 2015106932A1
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    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a microfluidic chip and to a microfluidic chip.
  • Microfluidic chips can be used to reproducibly run standardized processes using fluids.
  • a sample can be examined for ingredients in a microfluidic chip.
  • biological properties of the sample can be detected.
  • reactions between reactants occur within one or more
  • Reaction chambers off.
  • a sample can be taken out of the reaction chamber and in a
  • Analysis chamber are analyzed. If the reaction produces a detectable result within the reaction chamber, the analysis can also be done directly inside the reaction chamber. Then a sampling is unnecessary.
  • the unconsumed reactants can be removed from the reaction chamber during the analysis and in another
  • Reaction chamber be stored.
  • a method for operating a microfluidic chip is presented, wherein the microfluidic chip has a fluidically coherent
  • Reaction space comprises at least one reaction chamber and an array chamber containing a microarray for detecting reaction products of the reaction, the method comprising the following steps:
  • a microfluidic chip having the following features: a reaction space for a reaction, which is subdivided into an array chamber and at least one reaction chamber, wherein the array chamber and the
  • Reaction chambers are fluidically interconnected and in the
  • Array chamber a microarray for detecting reaction products of the reaction is arranged, wherein the array chamber has a transparent wall for reading the microarray; and means for displacing configured to displace the reaction reactants from the array chamber in response to a displacement signal.
  • a microfluidic chip can be understood as meaning a microfluidic system. Similarly, a microfluidic chip may be part of a
  • a reaction space may consist of several chambers and intermediate channels. Valves may be arranged in the channels.
  • a reaction chamber may be a single cavity for carrying out the reaction.
  • An array chamber may be a single cavity for carrying out the reaction.
  • Different partial reactions of the reaction can take place on a microarray.
  • the microarray may comprise a matrix of different reactants of partial reactions of the reaction.
  • the reactants of the partial reactions may be fixed to the microarray.
  • reaction products of the partial reactions can be fixed to the microarray.
  • the reaction products may be detectable through the transparent wall.
  • the array chamber may have approximately the same volume as the reaction chamber.
  • the reaction chamber and the array chamber can be connected to each other via a channel.
  • a means for displacing may be adapted to a pressure gradient between the
  • the chip may include a means for rearrangement, which is adapted, in response to a Umlagerungssignal the reactants from the
  • the method can be a
  • Step of rearranging the reactants within the reaction space wherein the reactants are rearranged in particular between the reaction chamber and the array chamber to perform the reaction.
  • the reactants can be reduced by decreasing a volume of
  • Reaction chamber to be relocated. By displacing and rearranging the reactants are moved within the reaction space. The reactants are mixed so that unreacted reactants can react with each other.
  • the means for displacing may be pneumatically actuated
  • the Device for repositioning may be formed as a pneumatically actuated displacer within the reaction chamber.
  • the displacement body can in particular by a flexible membrane
  • the reactants can be displaced from the array chamber by reducing a volume of the array chamber.
  • the reactants can be displaced from the reaction chamber by reducing a volume of the reaction chamber.
  • the reactants can be squeezed out of the respective chamber, if in the other chamber, a lower internal pressure prevails. The reactants then flow along the pressure gradient.
  • the chip may include means for purging the array chamber using a purging fluid.
  • the microarray can be prepared using the
  • Rinsing fluids are rinsed. In this case, for example, by a
  • volume flow of the flushing fluid through the array chamber unconsumed reactants are flushed out of the microarray.
  • the reactants can be displaced from the array chamber by a flushing fluid pressed into the array chamber.
  • the purge fluid may purge unconsumed reactants from the microarray that would corrupt readout of the microarray.
  • the flushing fluid may in particular be a liquid.
  • the flushing fluid can be used as a single
  • the flushing fluid may be stored in sufficient quantity on the chip.
  • the means for purging may include a pumping chamber to build up sufficient purging pressure in the array chamber.
  • the reaction space can at least two reaction chambers and the
  • the reactants can be displaced from the array chamber into the reaction chamber.
  • the analysis can be carried out after the displacement when at least a major part of the reactants has been displaced from the array chamber into the reaction chamber.
  • the analysis can also be done if a small residual amount of the reactants remain in the array chamber.
  • the method may include a further step of displacing, in which the injected flushing fluid by reducing a volume of the
  • Array chamber is displaced from the array chamber.
  • the array chamber can therefore first be reduced in size in order to displace the reactants into the at least one reaction chamber. Then, the array chamber may be flushed with the rinse fluid to rinse out the remainder of the reactants. In this case, the volume of the array chamber can be increased again.
  • the volume of the array chamber can be reduced again to squeeze out the flushing fluid from the array chamber.
  • the microarray can be read out particularly well because components of the
  • Reactants that can reduce the quality of reading are removed from the array chamber by the rinse step.
  • the steps of rearrangement and analysis may be repeated, particularly until the reaction has reached a predetermined termination criterion.
  • By repeating the reaction in intermediate stages can be analyzed.
  • a polymerase chain reaction can be carried out.
  • the at least one reaction chamber and the array chamber can be kept at different temperature levels.
  • the reactants can each in the step of repositioning for predetermined residence times in the
  • Reaction chamber and the array chamber are held. Each of its own chamber for a single temperature level, the reaction can be accelerated because a time for repeated heating and / or cooling of the entire reaction space can be omitted.
  • the microarray may be passed through the wall of the substrate using a transmitted light method or an incident light method
  • Incident light methods are simple and fast analysis methods that are simple and fast analysis methods that are
  • the approach presented here also provides a control unit which is designed to implement the steps of a variant of a method presented here
  • a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In a hardware training, the interfaces may for example be part of a so-called system ASICs, the various functions of the
  • Control unit includes.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • An advantage is also a computer program product with program code, which on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a
  • Hard disk space or an optical storage can be stored and used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program product is executed on a computer or a device.
  • Fig. 1 is a sectional view of a microfluidic chip in a first
  • FIG. 2 is a sectional view of a microfluidic chip in a second state according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for operating a
  • FIG. 4 shows a representation of a microfluidic chip with a device for the
  • FIG. 1 shows a sectional view of a microfluidic chip 100 in a first state according to an embodiment of the present invention.
  • the microfluidic chip 100 has a reaction space 102 and a
  • the reaction space 102 is provided to perform a reaction therein.
  • the reaction space 102 is subdivided into an array chamber 106 and at least one reaction chamber 108.
  • the array chamber 106 and the reaction chamber 108 are fluidly connected to each other via a channel.
  • Arranged in the array chamber 106 is a microarray 110 for detecting reaction products of the reaction.
  • the array chamber 106 has a transparent wall 1 12 for reading out the microarray 110.
  • the transparent wall 1 12 can be referred to as a viewing window 1 12.
  • the displacement means 104 is configured to displace the reactants 1 14 of the reaction from the array chamber 106 in response to a displacement signal.
  • the chip has a repositioning device 16, which is designed to relocate the reactants 1 14 from the reaction chamber 108 into the array chamber 106 in response to a repositioning signal.
  • the reactants 114 can be moved back and forth between the array chamber 106 and the reaction chamber.
  • the displacing means 104 and / or the reloading means 16 are pneumatically actuatable
  • Displacement body 104, 1 16 formed within the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108.
  • a volume of the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108 can be reduced.
  • Reaction chamber 108 is pushed out.
  • the displacer 104, 16 is formed by a flexible membrane. On one side of the membrane, the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108 is arranged. On the other side a fillable and emptied cavity is arranged. A higher pressure in the cavity than in the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108 directs the membrane in the direction of the array chamber 106 and / or the
  • Reaction chamber 108 and reduces the volume of the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108th
  • the membrane 104 is black to build the chip 100 by laser welding. With a black membrane 104, the microarray 1 10 can be read from below. But it can also be used a transparent membrane.
  • means 104 for displacing is formed as a transparent, deflectable membrane 104.
  • Microarrays 110 can therefore also be read out through the membrane 104.
  • the microfluidic system 100 includes a
  • Reaction chamber 106 Reaction chamber 106, an auxiliary chamber 108 and a device 104 for displacing.
  • a microarray 1 10 is arranged in the reaction chamber 106.
  • the microarray 1 10 is located on a transparent wall 1 12 of
  • the Reaction chamber 106 on.
  • the auxiliary chamber 108 is fluidic with the
  • Reaction chamber 106 connected.
  • the displacing means 104 is configured to relocate a content 114 of the reaction chamber 106 into the auxiliary chamber 108 in response to a displacement signal.
  • the device 104 In the first state, the device 104 is disabled for displacement.
  • the reaction chamber 106 In the reaction chamber 106, at least one reactant 1 14 of a reaction to be carried out is arranged.
  • means 104 for displacing is disposed in reaction chamber 106.
  • the device 104 for displacing is designed as a pneumatically actuable displacement body 104, 1 16.
  • the displacer 104, 16 is formed by a flexible membrane 104, 16.
  • the membrane 104, 16 separates the reaction chamber 106 from an air chamber which can be filled and emptied via an air duct 118.
  • the system 100 includes a microfluidic channel 120 in the reaction chamber 106.
  • the channel 120 can be shut off by a valve 122.
  • the system 100 has another one
  • microfluidic channel 124 from the auxiliary chamber 108.
  • the further channel 124 can be shut off by a further valve 126.
  • FIG. 1 shows a section through an embodiment of the present invention.
  • a layer structure of the system 100 consists of a first polymer substrate 128 with perforations 1 18 on the underside of which the deflectable polymer membranes 104, 16 are mounted. Plan parallel to this structure is a second polymer substrate 130, the
  • PCR reaction chamber 106 Polymerase chain reaction (PCR) reaction chamber 106 with a
  • Deoxyribonucleic acid (DNA) microarray 10 and an auxiliary chamber 108 On the microarray 1 10 different oligonucleotides are immobilized in the form of individual spots.
  • a microfluidic channel 120, 124 is connected to the chambers 106, 108 in each case. Both channels 120, 124 each have a controllable valve 122, 126 to keep the chambers 106, 108 filled with a reaction mix for an amplification reaction and sealed during the reaction.
  • Amplification reaction such as a polymerase chain reaction, PCR
  • certain DNA motifs of a template DNA are amplified and simultaneously fluorescently labeled. These amplification products can be combined with the
  • Oligonucleotides of the microarray 1 10 interact during the amplification reaction and are thus bonded to the surface of the array 1 10.
  • the Fluorescence signals can be measured during the course of the reaction by the reaction volume 1 14 of the reaction chamber 106 is displaced by deflection of the polymer membrane 104 in the auxiliary chamber 108.
  • reaction volume / reaction solution 1 14 is first displaced fluidically with a solution before the mechanical displacement and then expressed only.
  • reaction space 102 is limited to an array chamber 106 that is used to analyze the microarray 110 through the array
  • Rinsing solution is rinsed.
  • the reaction space 102 is limited to two chambers 106, 108. In this case, the reaction volume is displaced into the reaction chamber 108 and then rinsed the microarray 1 10 for analyzing.
  • reaction liquid is removed from the chamber 106 containing the array 110. This happens, for example, by displacement by means of deflection of a membrane or direct displacement with a washing solution. Thereafter, the located above the array 1 10
  • Displaced washing solution and the microarray 1 10 read by optical methods.
  • the approach presented here has the advantage that the molecules in the reaction solution, such as fluorophores, which would interfere with the readout of the microarray 10, are removed from the microarray 10 not only mechanically but also fluidically by the displacement solution. This results in lower background fluorescence, thereby increasing the sensitivity of the microarray-based detection system 100.
  • the polymer substrate 128, 130 is made of a thermoplastic, such as polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyethylene (PE),
  • the polymer membrane 104, 16 can be made of an elastomer or a thermoplastic elastomer, such as thermoplastic urethane-based TPU, styrene block copolymer TPS, Polyurethane PU, thermoplastics, hot-melt adhesive films, sealing films for microtiter plates, latex.
  • a thermoplastic elastomer such as thermoplastic urethane-based TPU, styrene block copolymer TPS, Polyurethane PU, thermoplastics, hot-melt adhesive films, sealing films for microtiter plates, latex.
  • the polymer substrate 128, 130 has a thickness of 0.5 millimeter to 5 millimeters.
  • the channels 120, 124 have channel diameters of 10 microns to 3 millimeters.
  • the polymer membrane 104, 16 has a thickness of 5 microns to 500 microns.
  • Polymer substrates 128, 130 each have a volume of 1 cubic millimeter to 1000 cubic millimeters.
  • the polymer membrane 104, 1 16 is deflected at a pressure of 0.2 bar to 2 bar.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a microfluidic chip 100 in a second state according to an embodiment of the present invention.
  • the microfluidic chip 100 corresponds to the microfluidic system in FIG. 1.
  • the device 104 is activated for displacement.
  • the flexible membrane 104, 1 16 is characterized by an overpressure in the air chamber in the
  • Array chamber 106 is pressed. As a result, at least the major part of the contents 1 14 of the array chamber 106 has been pressed into the auxiliary chamber 108. The reactant is now the content 200 of the auxiliary chamber 108. In the second state, the microarray 110 is analyzed by a detector 202.
  • the system 100 includes means 1 16 for restoring.
  • the means 1 16 for restoring is adapted to the content 200 of the auxiliary chamber 108 adoptedlieagern in the reaction chamber 106 in response to a wastewatershedssignal.
  • the device 16 is disposed in the auxiliary chamber 108 for storage.
  • the device 1 16 for restoring is formed as a further pneumatically actuated displacement body 1 16.
  • the further displacement body 1 16 is formed by the flexible membrane 1 16.
  • the membrane 1 16 separates the auxiliary chamber 108 from an air chamber which can be filled and emptied via an air duct.
  • the polymer membrane 1 16 is actuated and the reaction volume 200 is transferred again into the reaction chamber 106.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method 300 for operating a microfluidic chip according to an embodiment of the present invention.
  • the method 300 presented here can be implemented on a microfluidic chip, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the microfluidic chip has a fluidic
  • the reaction space comprises at least one reaction chamber and an array chamber containing a microarray for detecting reaction products of the reaction.
  • the method 300 includes a step 302 of displacing and a step 304 of analyzing.
  • step 302 of the suppression the
  • Reactants displaced from the array chamber can also be displaced into a waste chamber if they are no longer usable and / or should not be used further.
  • the microarray is analyzed by a wall of the array chamber.
  • step 302 of the displacement the reactants are displaced from the array chamber into the reaction chamber.
  • the analyzing 304 occurs after displacement when at least a majority of the reactants have been displaced from the array chamber into the reaction chamber. The reactants remain in the system and can therefore be used further.
  • the reactants are displaced from the array chamber by reducing a volume of the array chamber. By reducing an internal pressure in the array chamber increases. The reactants flow out of the array chamber in the direction of lower pressure.
  • the step of suppression in the step of suppression, the
  • Reactants displaced from the array chamber by a flushing fluid pressed into the array chamber Reactants displaced from the array chamber by a flushing fluid pressed into the array chamber.
  • the flushing fluid is forced into the array chamber at an elevated pressure.
  • the flushing fluid replaces the reactants.
  • the microarray is selected in step 302 of FIG.
  • the flushing fluid flows through the drainage channel from the array chamber.
  • the method 300 includes a step 308 of rearranging the reactants within the reaction space.
  • the reactants are in particular between the reaction chamber and the
  • Analyzing 304 the reactants are rearranged into the array chamber to continue the reaction.
  • Reactants rearranged by reducing a volume of the reaction chamber can be done analogously to displace.
  • the reactants are displaced from the reaction chamber in step 308 of the rearrangement by rinsing fluid introduced into the reaction chamber.
  • the repositioning and analyzing steps 308, 304 are repeated, particularly until the reaction has reached a predetermined abort criterion.
  • a polymerase chain reaction is performed as a reaction.
  • the at least one reaction chamber and the array chamber are kept at different temperature levels.
  • Reactants are held in the reaction chamber and the array chamber for predetermined residence times, respectively, in step 308 of the rearrangement.
  • the microfluidic system comprises at least one reaction chamber, an auxiliary chamber and a device for displacing.
  • a microarray is arranged in the reaction chamber.
  • the method comprises a step of initiating, a step of displacing, and a step of analyzing.
  • the step of introducing at least one reactant of a reaction is introduced into the reaction chamber to stop the reaction at the
  • Microarray to start In the step of displacing at least a major part of the reactant from the reaction chamber into the auxiliary chamber of the
  • the microarray is analyzed through a wall of the reaction chamber.
  • the method includes a step of backing up. At this time, the reactant is stored in the reaction chamber after the step of analyzing to continue the reaction.
  • the steps are repeated until the reaction has reached a predetermined termination criterion.
  • the termination criterion is achieved when the reactants reach a predetermined concentration of waste.
  • the abort criterion is reached when a predetermined result on the microarray is read in step 304 of the analysis.
  • a predetermined reaction time is awaited between the initiating step and the displacing step.
  • the predetermined reaction time is awaited between the step of storing back and the step of displacing. By waiting for the reaction time, the reaction in predetermined
  • the reactant in the initiating step, is introduced to at least one further reactant bound to the microarray.
  • the microarray in the step of analyzing, is read out through the wall of the reaction chamber using a transmitted light method or an incident light method.
  • the approach presented here introduces a method and an apparatus for the real-time readout of microarrays in a microfluidic system.
  • LoC Lab on Chip
  • Labeled fluorescent molecules These molecules then bind to specific binding sites or spots on the microarray and can be detected there, for example, fluorometrically.
  • Fluorescence signals may be measured in step 306 of analyzing, for example, by transmitted or reflected light methods.
  • the fluorescence signals of the solution in the fluorophore also referred to as background fluorescence, in a microarray experiment in
  • SPR Surface Plasmon Resonance Spectroscopy
  • Fluorescence signals in a microfluidic LoC system containing unbound fluorophores in the reaction solution Fluorescence signals in a microfluidic LoC system containing unbound fluorophores in the reaction solution.
  • Reaction chamber a DNA microarray and an elastic membrane are located.
  • the reaction liquid located above the array is displaced by deflection of the membrane into an auxiliary chamber. This removes the fluorophores in the liquid from the microarray.
  • the microarray can thus be read out with simple optical methods.
  • the method presented here allows
  • FIG. 4 shows a representation of a microfluidic chip 100 having a
  • the chip 100 has as
  • Reaction space 102 an array chamber 106, a first reaction chamber 108 and a second reaction chamber 402 on.
  • the chambers 106, 108, 402 are arranged in a row and fluidly coupled together by fluid channels 404.
  • controllable valves for closing or opening the channels 404 are arranged between the chambers 106, 108, 402.
  • the purging device 400 includes a rinse fluid storage chamber 406 and a pumping chamber 408.
  • the storage chamber 406 the rinse fluid storage chamber 406 and a pumping chamber 408.
  • the chambers 406, 408 of the device 400 for rinsing and the array chamber 106 are arranged in the illustrated example in a row and fluidly connected to each other by further fluid channels 404. Between the storage chamber 406 and the pumping chamber 408, a first controllable valve 410 for closing or opening the channel 404 is arranged. Between the pumping chamber 408 and the array chamber 106 is a second controllable valve 412 for closing or
  • a third controllable valve 414 for closing or opening the channel 404 is arranged on an opposite side of the array chamber 106 for flushing.
  • the chip 100 includes means 400 for
  • the means 400 for purging is adapted to the flushing fluid in the
  • Array chamber 106 initiate.
  • the flushing fluid can be introduced if the reactants are still arranged in the array chamber 106.
  • the flushing fluid may be introduced into the array chamber 106 when the reactants have already been displaced from the array chamber 106.
  • the flushing fluid may be removed after it has been introduced from the array chamber 106.
  • the reaction space 102 has at least two reaction chambers 108, 402 and the array chamber 106. In one embodiment, the reaction space 102 is split into three chambers 106, 108, 402. As a result, no additional auxiliary chamber is necessary because the reaction volume can be displaced into one of the two other reaction chambers 108, 402.
  • the reaction volume for performing a PCR between the three chambers 106, 108, 402 is pushed back and forth. Whenever the reaction volume is in the array chamber 106, here the lowermost chamber, the second valve 412 and the third valve 414 are closed. When the reaction volume is displaced from the chamber 106 in which the microarray 110 is located, in this embodiment the lowest, by means of the pump 408, which here consists of the pumping chamber 408 and the first valve 410 and the second valve 412, a
  • the reaction space 102 is on three chambers 106,
  • reaction chambers 108, 402 divided.
  • the reaction proceeds in the reaction chambers 108, 402 while the microarray 110 in the array chamber 106 is purged and analyzed.
  • the embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.
  • an exemplary embodiment includes a "and / or" link between a first feature and a second feature, this is to be read such that the
  • Embodiment according to an embodiment both the first feature as well as the second feature and according to another embodiment, either only the first feature or only the second feature.

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Abstract

The invention relates to a method (300) for operating a microfluidic chip (100) that has a fluidically continuous reaction space (102) for reactants (114) of a reaction. The reaction space (102) comprises at least one array chamber (106), which contains a microarray (110) for detecting reaction products of the reaction, and a reaction chamber (108). The method (300) comprises a displacement step (302) and an analysis step (304). In the displacement step (302), the reactants (114) are displaced from the array chamber (106). In the analysis step (304), the microarray (110) is analyzed through a wall (112) of the array chamber (106).

Description

Beschreibung  description

Titel title

Verfahren zum Betreiben eines mikrofluidischen Chips und mikrofluidischer Chip Stand der Technik  Method for operating a microfluidic chip and microfluidic chip prior art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines mikrofluidischen Chips sowie auf einen mikrofluidischen Chip. Mikrofluidische Chips können verwendet werden, um standardisierte Abläufe unter Verwendung von Fluiden reproduzierbar ablaufen zu lassen. The present invention relates to a method for operating a microfluidic chip and to a microfluidic chip. Microfluidic chips can be used to reproducibly run standardized processes using fluids.

Beispielsweise kann in einem mikrofluidischen Chip eine Probe auf Inhaltsstoffe untersucht werden. Ebenso können biologische Eigenschaften der Probe erfasst werden. For example, a sample can be examined for ingredients in a microfluidic chip. Likewise, biological properties of the sample can be detected.

Die DE 10 2010 002 990 A1 beschreibt ein mikrofluidisches System für Analyse- und Diagnosezwecke sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines mikrofluidischen Systems. Offenbarung der Erfindung DE 10 2010 002 990 A1 describes a microfluidic system for analysis and diagnostic purposes and a corresponding method for producing a microfluidic system. Disclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines mikrofluidischen Chips sowie ein mikrofluidischer Chip gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, a method for operating a microfluidic chip and a microfluidic chip according to the main claims is presented with the approach presented here. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Bei einem mikrofluidischen Chip oder einem mikrofluidischen System laufen Reaktionen zwischen Reaktanden innerhalb einer oder mehrerer In a microfluidic chip or a microfluidic system, reactions between reactants occur within one or more

Reaktionskammern ab. Zum Analysieren eines Ergebnisses der Reaktion kann eine Probe aus der Reaktionskammer entnommen werden und in einer Reaction chambers off. For analyzing a result of the reaction, a sample can be taken out of the reaction chamber and in a

Analysekammer analysiert werden. Wenn die Reaktion ein erfassbares Ergebnis innerhalb der Reaktionskammer produziert, kann die Analyse auch direkt innerhalb der Reaktionskammer erfolgen. Dann ist eine Probenentnahme unnötig. Analysis chamber are analyzed. If the reaction produces a detectable result within the reaction chamber, the analysis can also be done directly inside the reaction chamber. Then a sampling is unnecessary.

Um eine Beeinflussung des Ergebnisses durch unverbrauchte Reaktanden zu verringern bzw. minimieren, können die unverbrauchten Reaktanden während der Analyse aus der Reaktionskammer entfernt und in einer anderen In order to reduce or minimize any influence on the result by unconsumed reactants, the unconsumed reactants can be removed from the reaction chamber during the analysis and in another

Reaktionskammer zwischengelagert werden. Reaction chamber be stored.

Ohne die Beeinflussung durch unverbrauchte Reaktanden kann das Ergebnis unter Verwendung einfacher und günstiger Analysemethoden erfasst werden. Without the influence of unconsumed reactants, the result can be captured using simple and inexpensive analysis methods.

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines mikrofluidischen Chips vorgestellt, wobei der mikrofluidische Chip einen fluidisch zusammenhängenden A method for operating a microfluidic chip is presented, wherein the microfluidic chip has a fluidically coherent

Reaktionsraum für Reaktanden einer Reaktion aufweist, wobei der Reaction space for reactants of a reaction, wherein the

Reaktionsraum zumindest eine Reaktionskammer und eine, ein Mikroarray zum Nachweis von Reaktionsprodukten der Reaktion beinhaltende Arraykammer umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Reaction space comprises at least one reaction chamber and an array chamber containing a microarray for detecting reaction products of the reaction, the method comprising the following steps:

Verdrängen der Reaktanden aus der Arraykammer; und Displacing the reactants from the array chamber; and

Analysieren des Mikroarrays durch eine Wand der Arraykammer. Analyzing the microarray through a wall of the array chamber.

Weiterhin wird ein mikrofluidischer Chip, mit folgenden Merkmalen vorgestellt: einem Reaktionsraum für eine Reaktion, der in eine Arraykammer und zumindest eine Reaktionskammer unterteilt ist, wobei die Arraykammer und die Furthermore, a microfluidic chip is presented, having the following features: a reaction space for a reaction, which is subdivided into an array chamber and at least one reaction chamber, wherein the array chamber and the

Reaktionskammern fluidisch miteinander verbunden sind und in der Reaction chambers are fluidically interconnected and in the

Arraykammer ein Mikroarray zum Nachweis von Reaktionsprodukten der Reaktion angeordnet ist, wobei die Arraykammer eine transparente Wand zum Auslesen des Mikroarrays aufweist; und einer Einrichtung zum Verdrängen, die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Verdrängungssignal die Reaktanden der Reaktion aus der Arraykammer zu verdrängen. Unter einem mikrofluidischen Chip kann ein mikrofluidisches System verstanden werden. Ebenso kann ein mikrofluidischer Chip ein Bestandteil eines Array chamber a microarray for detecting reaction products of the reaction is arranged, wherein the array chamber has a transparent wall for reading the microarray; and means for displacing configured to displace the reaction reactants from the array chamber in response to a displacement signal. A microfluidic chip can be understood as meaning a microfluidic system. Similarly, a microfluidic chip may be part of a

mikrofluidischen Systems sein. Reaktanden können Edukte einer chemischen bzw. biochemischen Reaktion sein. Einer der Reaktanden kann insbesondere eine zu analysierende Probe sein. Ein Reaktionsraum kann aus mehreren Kammern und dazwischenliegenden Kanälen bestehen. In den Kanälen können Ventile angeordnet sein. Eine Reaktionskammer kann ein einzelner Hohlraum zum Durchführen der Reaktion sein. Eine Arraykammer kann ein einzelner Hohlraum zum Durchführen der Reaktion sein. An einem Mikroarray können unterschiedliche Teilreaktionen der Reaktion ablaufen. Das Mikroarray kann eine Matrix von verschiedenen Reaktanden von Teilreaktionen der Reaktion aufweisen. Die Reaktanden der Teilreaktionen können an dem Mikroarray fixiert sein. Damit können Reaktionsprodukte der Teilreaktionen an dem Mikroarray fixiert werden. Die Reaktionsprodukte können durch die transparente Wand erfassbar sein. Die Arraykammer kann näherungsweise das gleiche Volumen wie die Reaktionskammer aufweisen. Die Reaktionskammer und die Arraykammer können über einen Kanal miteinander verbunden sein. Eine Einrichtung zum Verdrängen kann dazu ausgebildet sein, ein Druckgefälle zwischen der be microfluidic system. Reactants can be educts of a chemical or biochemical reaction. In particular, one of the reactants may be a sample to be analyzed. A reaction space may consist of several chambers and intermediate channels. Valves may be arranged in the channels. A reaction chamber may be a single cavity for carrying out the reaction. An array chamber may be a single cavity for carrying out the reaction. Different partial reactions of the reaction can take place on a microarray. The microarray may comprise a matrix of different reactants of partial reactions of the reaction. The reactants of the partial reactions may be fixed to the microarray. Thus, reaction products of the partial reactions can be fixed to the microarray. The reaction products may be detectable through the transparent wall. The array chamber may have approximately the same volume as the reaction chamber. The reaction chamber and the array chamber can be connected to each other via a channel. A means for displacing may be adapted to a pressure gradient between the

Reaktionskammer und der Arraykammer aufzubauen, um den Reaktanden inReaction chamber and the array chamber to build up the reactant in

Richtung des niedrigeren Drucks zu bewegen. To move towards the lower pressure.

Der Chip kann eine Einrichtung zum Umlagern aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Umlagerungssignal die Reaktanden aus der The chip may include a means for rearrangement, which is adapted, in response to a Umlagerungssignal the reactants from the

Reaktionskammer in die Arraykammer umzulagern. Das Verfahren kann einenTransfer reaction chamber into the array chamber. The method can be a

Schritt des Umlagerns der Reaktanden innerhalb des Reaktionsraums aufweisen, wobei die Reaktanden insbesondere zwischen der Reaktionskammer und der Arraykammer umgelagert werden, um die Reaktion durchzuführen. Die Reaktanden können durch ein Verkleinern eines Volumens der Step of rearranging the reactants within the reaction space, wherein the reactants are rearranged in particular between the reaction chamber and the array chamber to perform the reaction. The reactants can be reduced by decreasing a volume of

Reaktionskammer umgelagert werden. Durch das Verdrängen und ein Umlagern werden die Reaktanden innerhalb des Reaktionsraums bewegt. Dabei werden die Reaktanden durchmischt, sodass unverbrauchte Reaktanden miteinander reagieren können. Reaction chamber to be relocated. By displacing and rearranging the reactants are moved within the reaction space. The reactants are mixed so that unreacted reactants can react with each other.

Die Einrichtung zum Verdrängen kann als pneumatisch betätigbarer The means for displacing may be pneumatically actuated

Verdrängungskörper innerhalb der Arraykammer ausgebildet sein. Die Einrichtung zum Umlagern kann als pneumatisch betätigbarer Verdrängungskörper innerhalb der Reaktionskammer ausgebildet sein. Der Verdrängungskörper kann insbesondere durch eine flexible Membran Displacer be formed within the array chamber. The Device for repositioning may be formed as a pneumatically actuated displacer within the reaction chamber. The displacement body can in particular by a flexible membrane

ausgebildet sein. Die Reaktanden können durch ein Verkleinern eines Volumens der Arraykammer aus der Arraykammer verdrängt werden. Die Reaktanden können durch ein Verkleinern eines Volumens der Reaktionskammer aus der Reaktionskammer verdrängt werden. Durch einen Verdrängungskörper können die Reaktanden aus der jeweiligen Kammer herausgequetscht werden, wenn in der anderen Kammer ein geringerer Innendruck herrscht. Die Reaktanden fließen dann entlang des Druckgefälles. be educated. The reactants can be displaced from the array chamber by reducing a volume of the array chamber. The reactants can be displaced from the reaction chamber by reducing a volume of the reaction chamber. By a displacement body, the reactants can be squeezed out of the respective chamber, if in the other chamber, a lower internal pressure prevails. The reactants then flow along the pressure gradient.

Der Chip kann eine Einrichtung zum Spülen der Arraykammer unter Verwendung eines Spülfluids aufweisen. Das Mikroarray kann unter Verwendung des The chip may include means for purging the array chamber using a purging fluid. The microarray can be prepared using the

Spülfluids gespült werden. Dabei können beispielsweise durch einen Rinsing fluids are rinsed. In this case, for example, by a

Volumenstrom des Spülfluids durch die Arraykammer unverbrauchte Reaktanden aus dem Mikroarray ausgespült werden. Die Reaktanden können durch ein in die Arraykammer eingepresstes Spülfluid aus der Arraykammer verdrängt werden. Das Spülfluid kann unverbrauchte Reaktanden aus dem Mikroarray ausspülen, die das Auslesen des Mikroarrays verfälschen würden. Das Spülfluid kann insbesondere eine Flüssigkeit sein. Das Spülfluid kann zur einmaligen Volume flow of the flushing fluid through the array chamber unconsumed reactants are flushed out of the microarray. The reactants can be displaced from the array chamber by a flushing fluid pressed into the array chamber. The purge fluid may purge unconsumed reactants from the microarray that would corrupt readout of the microarray. The flushing fluid may in particular be a liquid. The flushing fluid can be used as a single

Verwendung vorgesehen sein. Das Spülfluid kann in ausreichender Menge auf dem Chip vorgelagert sein. Die Einrichtung zum Spülen kann eine Pumpkammer aufweisen, um einen ausreichenden Spüldruck in der Arraykammer aufzubauen. Der Reaktionsraum kann zumindest zwei Reaktionskammern und die  Use be provided. The flushing fluid may be stored in sufficient quantity on the chip. The means for purging may include a pumping chamber to build up sufficient purging pressure in the array chamber. The reaction space can at least two reaction chambers and the

Arraykammer aufweisen. Damit können die Reaktanden zwischen drei Kammern hin und her bewegt werden. In den drei Kammern können jeweils  Have array chamber. This allows the reactants to be moved back and forth between three chambers. In the three chambers can each

unterschiedliche Reaktionsbedingungen eingestellt werden. Damit können unterschiedliche Teilreaktionen der Reaktion in den Kammern ablaufen. Die Teilreaktionen können auch parallel ablaufen. different reaction conditions are set. This allows different partial reactions of the reaction to take place in the chambers. The partial reactions can also take place in parallel.

Die Reaktanden können aus der Arraykammer in die Reaktionskammer verdrängt werden. Dabei kann das Analysieren nach dem Verdrängen erfolgen, wenn zumindest ein Hauptteil der Reaktanden aus der Arraykammer in die Reaktionskammer verdrängt worden ist. Das Analysieren kann auch erfolgen, wenn eine geringe Restmenge der Reaktanden in der Arraykammer verbleibt. Das Verfahren kann einen weiteren Schritt des Verdrängens aufweisen, in dem das eingepresste Spülfluid durch ein Verkleinern eines Volumens der The reactants can be displaced from the array chamber into the reaction chamber. In this case, the analysis can be carried out after the displacement when at least a major part of the reactants has been displaced from the array chamber into the reaction chamber. The analysis can also be done if a small residual amount of the reactants remain in the array chamber. The method may include a further step of displacing, in which the injected flushing fluid by reducing a volume of the

Arraykammer aus der Arraykammer verdrängt wird. Das Volumen der Array chamber is displaced from the array chamber. The volume of

Arraykammer kann also erst verkleinert werden, um die Reaktanden in die zumindest eine Reaktionskammer zu verdrängen. Dann kann die Arraykammer mit dem Spülfluid gespült werden, um die Reste der Reaktanden auszuspülen. Dabei kann das Volumen der Arraykammer wieder vergrößert werden. The array chamber can therefore first be reduced in size in order to displace the reactants into the at least one reaction chamber. Then, the array chamber may be flushed with the rinse fluid to rinse out the remainder of the reactants. In this case, the volume of the array chamber can be increased again.

Anschließend kann das Volumen der Arraykammer erneut verkleinert werden, um das Spülfluid aus der Arraykammer auszupressen. Dadurch kann das Mikroarray besonders gut ausgelesen werden, weil Komponenten der Subsequently, the volume of the array chamber can be reduced again to squeeze out the flushing fluid from the array chamber. As a result, the microarray can be read out particularly well because components of the

Reaktanden, die die Qualität des Auslesen vermindern können, durch den Spülschritt aus der Arraykammer entfernt werden. Reactants that can reduce the quality of reading are removed from the array chamber by the rinse step.

Die Schritte des Umlagerns und des Analysierens können wiederholt werden, insbesondere bis die Reaktion ein vorbestimmtes Abbruchkriterium erreicht hat. Durch eine Wiederholung kann die Reaktion in Zwischenstadien analysiert werden. The steps of rearrangement and analysis may be repeated, particularly until the reaction has reached a predetermined termination criterion. By repeating the reaction in intermediate stages can be analyzed.

Als Reaktion kann eine Polymerase Kettenreaktion durchgeführt werden. Dabei können die zumindest eine Reaktionskammer und die Arraykammer auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gehalten werden. Die Reaktanden können im Schritt des Umlagerns jeweils für vorbestimmte Verweildauern in der In response, a polymerase chain reaction can be carried out. In this case, the at least one reaction chamber and the array chamber can be kept at different temperature levels. The reactants can each in the step of repositioning for predetermined residence times in the

Reaktionskammer und der Arraykammer gehalten werden. Durch je eine eigene Kammer für ein einzelnes Temperaturniveau kann die Reaktion beschleunigt werden, da eine Zeit zum wiederholten Aufheizen und/oder Abkühlen des gesamten Reaktionsraums entfallen kann. Reaction chamber and the array chamber are held. Each of its own chamber for a single temperature level, the reaction can be accelerated because a time for repeated heating and / or cooling of the entire reaction space can be omitted.

Im Schritt des Analysierens kann das Mikroarray unter Verwendung eines Durchlichtverfahrens oder eines Auflichtverfahrens durch die Wand der In the analyzing step, the microarray may be passed through the wall of the substrate using a transmitted light method or an incident light method

Arraykammer ausgelesen werden. Ein Durchlichtverfahren und ein Array chamber to be read. A transmitted light method and a

Auflichtverfahren sind einfache und schnelle Analyseverfahren, die Incident light methods are simple and fast analysis methods that

beispielsweise ohne extra zugegebene Indikatoren durchgeführt werden können. Weiterhin kann direkt ein Ergebnis der Analyse ausgelesen werden. Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in for example, without any extra indicators added. Furthermore, a result of the analysis can be read directly. The approach presented here also provides a control unit which is designed to implement the steps of a variant of a method presented here

entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. implement or implement appropriate facilities. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des In the present case, a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In a hardware training, the interfaces may for example be part of a so-called system ASICs, the various functions of the

Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Control unit includes. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem An advantage is also a computer program product with program code, which on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a

Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Hard disk space or an optical storage can be stored and used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program product is executed on a computer or a device.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten The approach presented here will be described below with reference to the attached

Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Illustrated drawings by way of example. Show it:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines mikrofluidischen Chips in einem erstenFig. 1 is a sectional view of a microfluidic chip in a first

Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; State according to an embodiment of the present invention;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines mikrofluidischen Chips in einem zweiten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines FIG. 2 is a sectional view of a microfluidic chip in a second state according to an embodiment of the present invention; FIG. 3 is a flowchart of a method for operating a

mikrofluidischen Chips gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Fig. 4 eine Darstellung eines mikrofluidischen Chips mit einer Einrichtung zum microfluidic chips according to an embodiment of the present invention; and FIG. 4 shows a representation of a microfluidic chip with a device for the

Spülen der Arraykammer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Rinsing the array chamber according to an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren In the following description of favorable embodiments of the present invention are for the in the various figures

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche represented and similar elements acting the same or similar

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Reference numeral used, wherein a repeated description of these elements is omitted.

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines mikrofluidischen Chips 100 in einem ersten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der mikrofluidische Chip 100 weist einen Reaktionsraum 102 und eine 1 shows a sectional view of a microfluidic chip 100 in a first state according to an embodiment of the present invention. The microfluidic chip 100 has a reaction space 102 and a

Einrichtung 104 zum Verdrängen auf. Der Reaktionsraum 102 ist dazu vorgesehen, eine Reaktion darin durchzuführen. Der Reaktionsraum 102 ist in eine Arraykammer 106 und zumindest eine Reaktionskammer 108 unterteilt. Die Arraykammer 106 und die Reaktionskammer 108 sind fluidisch über einen Kanal miteinander verbunden. In der Arraykammer 106 ist ein Mikroarray 1 10 zum Nachweis von Reaktionsprodukten der Reaktion angeordnet. Die Arraykammer 106 weist eine transparente Wand 1 12 zum Auslesen des Mikroarrays 1 10 auf. Die transparente Wand 1 12 kann als Sichtfenster 1 12 bezeichnet werden. Die Einrichtung 104 zum Verdrängen ist dazu ausgebildet, ansprechend auf ein Verdrängungssignal die Reaktanden 1 14 der Reaktion aus der Arraykammer 106 zu verdrängen. Device 104 for displacement. The reaction space 102 is provided to perform a reaction therein. The reaction space 102 is subdivided into an array chamber 106 and at least one reaction chamber 108. The array chamber 106 and the reaction chamber 108 are fluidly connected to each other via a channel. Arranged in the array chamber 106 is a microarray 110 for detecting reaction products of the reaction. The array chamber 106 has a transparent wall 1 12 for reading out the microarray 110. The transparent wall 1 12 can be referred to as a viewing window 1 12. The displacement means 104 is configured to displace the reactants 1 14 of the reaction from the array chamber 106 in response to a displacement signal.

In einem Ausführungsbeispiel weist der Chip eine Einrichtung 1 16 zum Umlagern auf, die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Umlagerungssignal die Reaktanden 1 14 aus der Reaktionskammer 108 in die Arraykammer 106 umzulagern. Damit können die Reaktanden 1 14 zwischen der Arraykammer 106 und der Reaktionskammer hin und her bewegt werden. In einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 104 zum Verdrängen und/oder die Einrichtung 1 16 zum Umlagern als pneumatisch betätigbarer In one embodiment, the chip has a repositioning device 16, which is designed to relocate the reactants 1 14 from the reaction chamber 108 into the array chamber 106 in response to a repositioning signal. Thus, the reactants 114 can be moved back and forth between the array chamber 106 and the reaction chamber. In one embodiment, the displacing means 104 and / or the reloading means 16 are pneumatically actuatable

Verdrängungskörper 104, 1 16 innerhalb der Arraykammer 106 und/oder der Reaktionskammer 108 ausgebildet. Durch den Verdrängungskörper 104, 1 16 kann ein Volumen der Arraykammer 106 und/oder der Reaktionskammer 108 verringert werden. Ein Inhalt der Arraykammer 106 und/oder der Displacement body 104, 1 16 formed within the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108. By means of the displacement body 104, 16, a volume of the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108 can be reduced. A content of the array chamber 106 and / or the

Reaktionskammer 108 wird dabei herausgedrückt. Reaction chamber 108 is pushed out.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Verdrängungskörper 104, 1 16 durch eine flexible Membran ausgebildet. Auf einer Seite der Membran ist die Arraykammer 106 und/oder die Reaktionskammer 108 angeordnet. Auf der anderen Seite ist ein befüllbarer und entleerbarer Hohlraum angeordnet. Ein höherer Druck in dem Hohlraum als in der Arraykammer 106 und/oder der Reaktionskammer 108 lenkt die Membran in Richtung der der Arraykammer 106 und/oder der In one embodiment, the displacer 104, 16 is formed by a flexible membrane. On one side of the membrane, the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108 is arranged. On the other side a fillable and emptied cavity is arranged. A higher pressure in the cavity than in the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108 directs the membrane in the direction of the array chamber 106 and / or the

Reaktionskammer 108 aus und verkleinert das Volumen der der Arraykammer 106 und/oder der Reaktionskammer 108. Reaction chamber 108 and reduces the volume of the array chamber 106 and / or the reaction chamber 108th

In einem Ausführungsbeispiel ist die Membran 104 schwarz, um den Chip 100 mittels Laserschweißen aufbauen zu können. Mit einer schwarzen Membran 104 kann das Mikroarray 1 10 von unten ausgelesen werden. Es kann aber auch eine transparente Membran verwendet werden. In one embodiment, the membrane 104 is black to build the chip 100 by laser welding. With a black membrane 104, the microarray 1 10 can be read from below. But it can also be used a transparent membrane.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 104 zum Verdrängen als transparente, auslenkbare Membran 104 ausgebildet. Die Signale des In one embodiment, means 104 for displacing is formed as a transparent, deflectable membrane 104. The signals of

Mikroarrays 1 10 können damit auch durch die Membran 104 ausgelesen werden. Microarrays 110 can therefore also be read out through the membrane 104.

In einem Ausführungsbeispiel weist das mikrofluidische System 100 eine In one embodiment, the microfluidic system 100 includes a

Reaktionskammer 106, eine Hilfskammer 108 und eine Einrichtung 104 zum Verdrängen auf. In der Reaktionskammer 106 ist ein Mikroarray 1 10 angeordnet. Das Mikroarray 1 10 liegt an einer transparenten Wand 1 12 der Reaction chamber 106, an auxiliary chamber 108 and a device 104 for displacing. In the reaction chamber 106, a microarray 1 10 is arranged. The microarray 1 10 is located on a transparent wall 1 12 of

Reaktionskammer 106 an. Die Hilfskammer 108 ist fluidisch mit der Reaction chamber 106 on. The auxiliary chamber 108 is fluidic with the

Reaktionskammer 106 verbunden. Die Einrichtung 104 zum Verdrängen ist dazu ausgebildet, ansprechend auf ein Verdrängungssignal einen Inhalt 1 14 der Reaktionskammer 106 in die Hilfskammer 108 umzulagern. Im ersten Zustand ist die Einrichtung 104 zum Verdrängen deaktiviert. In der Reaktionskammer 106 ist zumindest ein Reaktand 1 14 einer durchzuführenden Reaktion angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 104 zum Verdrängen in der Reaktionskammer 106 angeordnet. Die Einrichtung 104 zum Verdrängen ist als pneumatisch betätigbarer Verdrängungskörper 104, 1 16 ausgebildet. Reaction chamber 106 connected. The displacing means 104 is configured to relocate a content 114 of the reaction chamber 106 into the auxiliary chamber 108 in response to a displacement signal. In the first state, the device 104 is disabled for displacement. In the reaction chamber 106, at least one reactant 1 14 of a reaction to be carried out is arranged. In one embodiment, means 104 for displacing is disposed in reaction chamber 106. The device 104 for displacing is designed as a pneumatically actuable displacement body 104, 1 16.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Verdrängungskörper 104, 1 16 durch eine flexible Membran 104, 1 16 ausgebildet. Die Membran 104, 1 16 trennt die Reaktionskammer 106 von einer Luftkammer, die über einen Luftkanal 1 18 befüllbar und entleerbar ist. In one embodiment, the displacer 104, 16 is formed by a flexible membrane 104, 16. The membrane 104, 16 separates the reaction chamber 106 from an air chamber which can be filled and emptied via an air duct 118.

In einem Ausführungsbeispiel weist das System 100 einen mikrofluidischen Kanal 120 in die Reaktionskammer 106 auf. Der Kanal 120 ist durch ein Ventil 122 absperrbar. In einem Ausführungsbeispiel weist das System 100 einen weiteren In one embodiment, the system 100 includes a microfluidic channel 120 in the reaction chamber 106. The channel 120 can be shut off by a valve 122. In one embodiment, the system 100 has another one

mikrofluidischen Kanal 124 aus der Hilfskammer 108 auf. Der weitere Kanal 124 ist durch ein weiteres Ventil 126 absperrbar. microfluidic channel 124 from the auxiliary chamber 108. The further channel 124 can be shut off by a further valve 126.

Mit anderen Worten zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Schichtaufbau des Systems 100 besteht aus einem ersten Polymersubstrat 128 mit Durchlöchern 1 18 an dessen Unterseite die auslenkbaren Polymermembranen 104, 1 16 angebracht sind. Planparallel zu diesem Aufbau befindet sich ein zweites Polymersubstrat 130, das die In other words, Fig. 1 shows a section through an embodiment of the present invention. A layer structure of the system 100 consists of a first polymer substrate 128 with perforations 1 18 on the underside of which the deflectable polymer membranes 104, 16 are mounted. Plan parallel to this structure is a second polymer substrate 130, the

Polymerase Kettenreaktion (PCR) Reaktionskammer 106 mit einem Polymerase chain reaction (PCR) reaction chamber 106 with a

Desoxyribonukleinsäure-(DNA)-Mikroarray 1 10 und einer Hilfskammer 108 aufweist. Auf dem Mikroarray 1 10 sind unterschiedliche Oligonukleotide in Form von einzelnen Spots immobilisiert. Für Befüllung und Entleerung ist an die Kammern 106, 108 jeweils ein mikrofluidischer Kanal 120, 124 angeschlossen. Beide Kanäle 120, 124 haben je ein steuerbares Ventil 122, 126 um die mit einem Reaktionsmix für eine Amplifikationsreaktion befüllten Kammern 106, 108 und während der Reaktion verschlossen zu halten. Während der Deoxyribonucleic acid (DNA) microarray 10 and an auxiliary chamber 108. On the microarray 1 10 different oligonucleotides are immobilized in the form of individual spots. For filling and emptying, a microfluidic channel 120, 124 is connected to the chambers 106, 108 in each case. Both channels 120, 124 each have a controllable valve 122, 126 to keep the chambers 106, 108 filled with a reaction mix for an amplification reaction and sealed during the reaction. During the

Amplifikationsreaktion, beispielsweise einer Polymerase Kettenreaktion, PCR werden bestimmte DNA-Motive einer Template-DNA vervielfältigt und gleichzeitig fluoreszenzmarkiert. Diese Amplifikationsprodukte können mit den Amplification reaction, such as a polymerase chain reaction, PCR, certain DNA motifs of a template DNA are amplified and simultaneously fluorescently labeled. These amplification products can be combined with the

Oligonukleotiden des Mikroarrays 1 10 während der Amplifikationsreaktion wechselwirken und so an die Oberfläche des Arrays 1 10 gebunden werden. Die Fluoreszenzsignale können während des Reaktionsverlaufs gemessen werden, indem das Reaktionsvolumen 1 14 der Reaktionskammer 106 durch Auslenkung der Polymermembran 104 in die Hilfskammer 108 verdrängt wird. Oligonucleotides of the microarray 1 10 interact during the amplification reaction and are thus bonded to the surface of the array 1 10. The Fluorescence signals can be measured during the course of the reaction by the reaction volume 1 14 of the reaction chamber 106 is displaced by deflection of the polymer membrane 104 in the auxiliary chamber 108.

In einem Ausführungsbeispiel wird das Reaktionsvolumen/Reaktionslösung 1 14 vor dem mechanischen Verdrängen zunächst mit einer Lösung fluidisch verdrängt und dann erst ausgedrückt. In one embodiment, the reaction volume / reaction solution 1 14 is first displaced fluidically with a solution before the mechanical displacement and then expressed only.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Reaktionsraum 102 auf eine Arraykammer 106 beschränkt, die zum Analysieren des Mikroarrays 1 10 durch die In one embodiment, the reaction space 102 is limited to an array chamber 106 that is used to analyze the microarray 110 through the array

Verdrängungslösung gespült wird. Rinsing solution is rinsed.

In einem Ausführungsbeispiel ist der Reaktionsraum 102 auf zwei Kammern 106, 108 beschränkt. Dabei wird das Reaktionsvolumen in die Reaktionskammer 108 verdrängt und anschließend das Mikroarray 1 10 zum Analysieren gespült. In one embodiment, the reaction space 102 is limited to two chambers 106, 108. In this case, the reaction volume is displaced into the reaction chamber 108 and then rinsed the microarray 1 10 for analyzing.

In einem Ausführungsbeispiel wird zunächst die Reaktionsflüssigkeit aus der Kammer 106, die das Array 1 10 enthält, entfernt. Dies geschieht beispielsweise durch Verdrängung mittels Auslenkung einer Membran oder direkte Verdrängung mit einer Waschlösung. Danach wird die über dem Array 1 10 befindliche In one embodiment, first the reaction liquid is removed from the chamber 106 containing the array 110. This happens, for example, by displacement by means of deflection of a membrane or direct displacement with a washing solution. Thereafter, the located above the array 1 10

Waschlösung verdrängt und das Mikroarray 1 10 mit optischen Verfahren ausgelesen. Displaced washing solution and the microarray 1 10 read by optical methods.

Der hier vorgestellte Ansatz hat den Vorteil, dass die in der Reaktionslösung befindlichen Moleküle, wie Fluorophore, welche bei der Auslese des Mikroarrays 1 10 stören würden, nicht nur mechanisch, sondern auch fluidisch durch die Verdrängungslösung von dem Mikroarray 1 10 entfernt werden. Das hat eine niedrigere Hintergrundfluoreszenz zur Folge, wodurch sich die Sensitivität des mikroarraybasierten Nachweissystems 100 erhöht. The approach presented here has the advantage that the molecules in the reaction solution, such as fluorophores, which would interfere with the readout of the microarray 10, are removed from the microarray 10 not only mechanically but also fluidically by the displacement solution. This results in lower background fluorescence, thereby increasing the sensitivity of the microarray-based detection system 100.

Beispielsweise besteht das Polymersubstrat 128, 130 aus einem Thermoplast, wie Polykarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), For example, the polymer substrate 128, 130 is made of a thermoplastic, such as polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyethylene (PE),

Polymethylmethacrylat PMMA, Cyclo-Olefin-Polymer COP, Cyclo-Olefin- Copolymer COC, Polyetheretherketon PEEK. Die Polymermembran 104, 1 16 kann aus einem Elastomer bzw. einem thermoplastischen Elastomer, wie thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis TPU, Styrol-Blockcopolymer TPS, Polyurethan PU, Thermoplaste, Heißklebefolien, Siegelfolien für Mikrotiterplatten, Latex hergestellt sein. Polymethyl methacrylate PMMA, cyclo-olefin polymer COP, cyclo-olefin copolymer COC, polyetheretherketone PEEK. The polymer membrane 104, 16 can be made of an elastomer or a thermoplastic elastomer, such as thermoplastic urethane-based TPU, styrene block copolymer TPS, Polyurethane PU, thermoplastics, hot-melt adhesive films, sealing films for microtiter plates, latex.

In einem Ausführungsbeispiel weist das Polymersubstrat 128, 130 eine Dicke von 0,5 Millimeter bis 5 Millimeter auf. In one embodiment, the polymer substrate 128, 130 has a thickness of 0.5 millimeter to 5 millimeters.

In einem Ausführungsbeispiel weisen die Kanäle 120, 124 Kanaldurchmesser von 10 Mikrometer bis 3 Millimeter auf. In one embodiment, the channels 120, 124 have channel diameters of 10 microns to 3 millimeters.

In einem Ausführungsbeispiel weist die Polymermembran 104, 1 16 eine Dicke vom 5 Mikrometer bis 500 Mikrometer auf. In one embodiment, the polymer membrane 104, 16 has a thickness of 5 microns to 500 microns.

In einem Ausführungsbeispiel weisen die Kavitäten 106, 108 in den In one embodiment, the cavities 106, 108 in the

Polymersubstraten 128, 130 je ein Volumen von 1 Kubikmillimeter bis 1000 Kubikmillimeter auf. Polymer substrates 128, 130 each have a volume of 1 cubic millimeter to 1000 cubic millimeters.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Polymermembran 104, 1 16 mit einem Druck von 0,2 bar bis 2 bar ausgelenkt. In one embodiment, the polymer membrane 104, 1 16 is deflected at a pressure of 0.2 bar to 2 bar.

Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines mikrofluidischen Chips 100 in einem zweiten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der mikrofluidische Chip 100 entspricht dem mikrofluidischen System in Fig. 1. Im zweiten Zustand ist die Einrichtung 104 zum Verdrängen aktiviert. Die flexible Membran 104, 1 16 ist durch einen Überdruck in der Luftkammer in die 2 shows a sectional view of a microfluidic chip 100 in a second state according to an embodiment of the present invention. The microfluidic chip 100 corresponds to the microfluidic system in FIG. 1. In the second state, the device 104 is activated for displacement. The flexible membrane 104, 1 16 is characterized by an overpressure in the air chamber in the

Arraykammer 106 gedrückt. Dadurch ist zumindest der Hauptteil des Inhalts 1 14 der Arraykammer 106 in die Hilfskammer 108 gedrückt worden. Der Reaktand ist jetzt der Inhalt 200 der Hilfskammer 108. Im zweiten Zustand wird das Mikroarray 1 10 durch einen Detektor 202 analysiert. Array chamber 106 is pressed. As a result, at least the major part of the contents 1 14 of the array chamber 106 has been pressed into the auxiliary chamber 108. The reactant is now the content 200 of the auxiliary chamber 108. In the second state, the microarray 110 is analyzed by a detector 202.

In einem Ausführungsbeispiel weist das System 100 eine Einrichtung 1 16 zum Rücklagern auf. Die Einrichtung 1 16 zum Rücklagern ist dazu ausgebildet, ansprechend auf ein Rücklagerungssignal den Inhalt 200 der Hilfskammer 108 in die Reaktionskammer 106 rückzulagern. In einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 1 16 zum Rücklagern in der Hilfskammer 108 angeordnet. Die Einrichtung 1 16 zum Rücklagern ist als weiterer pneumatisch betätigbarer Verdrängungskörper 1 16 ausgebildet. In one embodiment, the system 100 includes means 1 16 for restoring. The means 1 16 for restoring is adapted to the content 200 of the auxiliary chamber 108 zurücklieagern in the reaction chamber 106 in response to a Rücklagerungssignal. In one embodiment, the device 16 is disposed in the auxiliary chamber 108 for storage. The device 1 16 for restoring is formed as a further pneumatically actuated displacement body 1 16.

In einem Ausführungsbeispiel ist der weitere Verdrängungskörper 1 16 durch die flexible Membran 1 16 ausgebildet. Die Membran 1 16 trennt die Hilfskammer 108 von einer Luftkammer, die über einen Luftkanal befüllbar und entleerbar ist. In one embodiment, the further displacement body 1 16 is formed by the flexible membrane 1 16. The membrane 1 16 separates the auxiliary chamber 108 from an air chamber which can be filled and emptied via an air duct.

Nach dem Auslesevorgang mittels eines geeigneten Detektors 202 wird die Polymermembran 1 16 aktuiert und das Reaktionsvolumen 200 wieder in die Reaktionskammer 106 überführt. After the read-out operation by means of a suitable detector 202, the polymer membrane 1 16 is actuated and the reaction volume 200 is transferred again into the reaction chamber 106.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Betreiben eines mikrofluidischen Chips gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das hier vorgestellte Verfahren 300 kann auf einem mikrofluidischen Chip, wie er in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ausgeführt werden. Wie in den Figuren 1 und 2 weist der mikrofluidische Chip einen fluidisch 3 shows a flow chart of a method 300 for operating a microfluidic chip according to an embodiment of the present invention. The method 300 presented here can be implemented on a microfluidic chip, as shown in FIGS. 1 and 2. As in Figures 1 and 2, the microfluidic chip has a fluidic

zusammenhängenden Reaktionsraum für Reaktanden einer Reaktion auf. Dabei umfasst der Reaktionsraum zumindest eine Reaktionskammer und eine, ein Mikroarray zum Nachweis von Reaktionsprodukten der Reaktion beinhaltende Arraykammer. contiguous reaction space for reactants of a reaction. In this case, the reaction space comprises at least one reaction chamber and an array chamber containing a microarray for detecting reaction products of the reaction.

Das Verfahren 300 weist einen Schritt 302 des Verdrängens und einen Schritt 304 des Analysierens auf. Im Schritt 302 des Verdrängens werden die The method 300 includes a step 302 of displacing and a step 304 of analyzing. In step 302 of the suppression, the

Reaktanden aus der Arraykammer verdrängt. Dabei können die Reaktanden beispielsweise auch in eine Abfallkammer verdrängt werden, wenn sie nicht weiter verwendbar sind und/oder nicht weiter verwendet werden sollen. Im Schritt 304 des Analysierens wird das Mikroarray durch eine Wand der Arraykammer analysiert. Reactants displaced from the array chamber. For example, the reactants can also be displaced into a waste chamber if they are no longer usable and / or should not be used further. In step 304 of the analyzing, the microarray is analyzed by a wall of the array chamber.

In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 302 des Verdrängens die Reaktanden aus der Arraykammer in die Reaktionskammer verdrängt. Das Analysieren 304 erfolgt nach dem Verdrängen, wenn zumindest ein Hauptteil der Reaktanden aus der Arraykammer in die Reaktionskammer verdrängt worden ist. Dabei bleiben die Reaktanden im System und sind damit weiter verwendbar. In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 302 des Verdrangens die Reaktanden durch ein Verkleinern eines Volumens der Arraykammer aus der Arraykammer verdrängt. Durch das Verkleinern steigt ein Innendruck in der Arraykammer an. Die Reaktanden fließen aus der Arraykammer in Richtung eines geringeren Drucks ab. In one embodiment, in step 302 of the displacement, the reactants are displaced from the array chamber into the reaction chamber. The analyzing 304 occurs after displacement when at least a majority of the reactants have been displaced from the array chamber into the reaction chamber. The reactants remain in the system and can therefore be used further. In one embodiment, in step 302 of the displacement, the reactants are displaced from the array chamber by reducing a volume of the array chamber. By reducing an internal pressure in the array chamber increases. The reactants flow out of the array chamber in the direction of lower pressure.

In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt des Verdrangens die In one embodiment, in the step of suppression, the

Reaktanden durch ein in die Arraykammer eingepresstes Spülfluid aus der Arraykammer verdrängt. Das Spülfluid wird mit einem erhöhten Druck in die Arraykammer gepresst. Dabei ersetzt das Spülfluid die Reaktanden. Reactants displaced from the array chamber by a flushing fluid pressed into the array chamber. The flushing fluid is forced into the array chamber at an elevated pressure. The flushing fluid replaces the reactants.

In einem Ausführungsbeispiel wird das Mikroarray im Schritt 302 des In one embodiment, the microarray is selected in step 302 of FIG

Verdrängens unter Verwendung des Spülfluids gespült. Das Spülfluid wird dabei nach dem Verdrängen der Reaktanden weiter in die Arraykammer gepresst. Zeitgleich wird ein Ablaufkanal aus der Arraykammer geöffnet. Jetzt strömt das Spülfluid über das Mikroarray und wäscht unverbrauchte Reaktanden von dem Mikroarray ab, um beim Analysieren 304 lediglich die an das Mikroarray angelagerten Reaktionsprodukte zu erfassen. Rinsing flushed using the flushing fluid. The flushing fluid is pressed after the displacement of the reactants further into the array chamber. At the same time a drainage channel is opened from the array chamber. Now, the purge fluid flows over the microarray and washes unconsumed reactants from the microarray to capture only the microarray-cloned reaction products in analysis 304.

Weiterhin kann ein Verdrängen des eingepressten Spülfluids durch ein Furthermore, a displacement of the pressed flushing fluid by a

Verkleinern eines Volumens der Arraykammer aus der Arraykammer erfolgen. Dabei fließt das Spülfluid durch den Ablaufkanal aus der Arraykammer ab. Reducing a volume of the array chamber from the array chamber done. In this case, the flushing fluid flows through the drainage channel from the array chamber.

In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 einen Schritt 308 des Umlagerns der Reaktanden innerhalb des Reaktionsraums auf. Dabei werden die Reaktanden insbesondere zwischen der Reaktionskammer und der In one embodiment, the method 300 includes a step 308 of rearranging the reactants within the reaction space. The reactants are in particular between the reaction chamber and the

Arraykammer umgelagert, um die Reaktion durchzuführen. Nach dem Rearranged array chamber to perform the reaction. After this

Analysieren 304 werden die Reaktanden erneut in die Arraykammer umgelagert, um die Reaktion fortzuführen. Analyzing 304, the reactants are rearranged into the array chamber to continue the reaction.

In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 308 des Umlagerns die In one embodiment, in step 308 of relocating

Reaktanden durch ein Verkleinern eines Volumens der Reaktionskammer umgelagert. Das Umlagern kann anlog zum Verdrängen erfolgen. In einem Ausführungsbeispiel werden die Reaktanden im Schritt 308 des Umlagerns durch in die Reaktionskammer eingeleitetes Spülfluid aus der Reaktionskammer verdrängt. Reactants rearranged by reducing a volume of the reaction chamber. The repositioning can be done analogously to displace. In one embodiment, the reactants are displaced from the reaction chamber in step 308 of the rearrangement by rinsing fluid introduced into the reaction chamber.

In einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte 308, 304 des Umlagerns und des Analysierens wiederholt, insbesondere bis die Reaktion ein vorbestimmtes Abbruchkriterium erreicht hat. In one embodiment, the repositioning and analyzing steps 308, 304 are repeated, particularly until the reaction has reached a predetermined abort criterion.

In einem Ausführungsbeispiel wird als Reaktion eine Polymerase Kettenreaktion durchgeführt. Dabei werden die zumindest eine Reaktionskammer und die Arraykammer auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gehalten. Die In one embodiment, a polymerase chain reaction is performed as a reaction. In this case, the at least one reaction chamber and the array chamber are kept at different temperature levels. The

Reaktanden werden im Schritt 308 des Umlagerns jeweils für vorbestimmte Verweildauern in der Reaktionskammer und der Arraykammer gehalten. Reactants are held in the reaction chamber and the array chamber for predetermined residence times, respectively, in step 308 of the rearrangement.

In einem Ausführungsbeispiel weist das mikrofluidische System zumindest eine Reaktionskammer, eine Hilfskammer und eine Einrichtung zum Verdrängen auf. In der Reaktionskammer ist ein Mikroarray angeordnet. Das Verfahren weist einen Schritt des Einleitens, einen Schritt des Verdrängens und einen Schritt des Analysierens auf. Im Schritt des Einleitens wird zumindest ein Reaktand einer Reaktion in die Reaktionskammer eingeleitet, um die Reaktion an dem In one embodiment, the microfluidic system comprises at least one reaction chamber, an auxiliary chamber and a device for displacing. In the reaction chamber, a microarray is arranged. The method comprises a step of initiating, a step of displacing, and a step of analyzing. In the step of introducing, at least one reactant of a reaction is introduced into the reaction chamber to stop the reaction at the

Mikroarray zu starten. Im Schritt des Verdrängens wird zumindest ein Hauptteil des Reaktanden aus der Reaktionskammer in die Hilfskammer des Microarray to start. In the step of displacing at least a major part of the reactant from the reaction chamber into the auxiliary chamber of the

mikrofluidischen Systems umgelagert. Dazu wird die Einrichtung zum relocated to a microfluidic system. This is the device for

Verdrängen verwendet. Im Schritt des Analysierens wird das Mikroarray durch eine Wand der Reaktionskammer analysiert. Displacement used. In the analyzing step, the microarray is analyzed through a wall of the reaction chamber.

In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren einen Schritt des Rücklagerns auf. Dabei wird der Reaktand nach dem Schritt des Analysierens zum Fortsetzen der Reaktion in die Reaktionskammer rückgelagert. In one embodiment, the method includes a step of backing up. At this time, the reactant is stored in the reaction chamber after the step of analyzing to continue the reaction.

In einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte des Verdrängens, In one embodiment, the steps of displacing,

Analysierens und des Rücklagerns wiederholt. Analyzing and restoring.

In einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte wiederholt, bis die Reaktion ein vorbestimmtes Abbruchkriterium erreicht hat. In einem Ausführungsbeispiel ist das Abbruchkriterium erreicht, wenn die Reaktanden eine vorbestimmte Konzentration an Abfallstoffen erreicht. In one embodiment, the steps are repeated until the reaction has reached a predetermined termination criterion. In one embodiment, the termination criterion is achieved when the reactants reach a predetermined concentration of waste.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Abbruchkriterium erreicht, wenn im Schritt 304 des Analysierens ein vorbestimmtes Ergebnis an dem Mikroarray ausgelesen wird. In one embodiment, the abort criterion is reached when a predetermined result on the microarray is read in step 304 of the analysis.

In einem Ausführungsbeispiel wird zwischen dem Schritt des Einleitens und dem Schritt des Verdrangens eine vorbestimmte Reaktionsdauer abgewartet. In one embodiment, a predetermined reaction time is awaited between the initiating step and the displacing step.

In einem Ausführungsbeispiel wird zwischen dem Schritt des Rücklagerns und dem Schritt Verdrangens die vorbestimmte Reaktionsdauer abgewartet. Durch das Abwarten der Reaktionsdauer kann die Reaktion in vorbestimmten In one embodiment, the predetermined reaction time is awaited between the step of storing back and the step of displacing. By waiting for the reaction time, the reaction in predetermined

Zeitschritten analysiert werden. Time steps are analyzed.

In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt des Einleitens der Reaktand zu zumindest einem an das Mikroarray gebundenen weiteren Reaktanden der Reaktion eingeleitet. In one embodiment, in the initiating step, the reactant is introduced to at least one further reactant bound to the microarray.

In einem Ausführungsbeispiel erfolgt im Schritt des Verdrangens ein Verkleinern eines Volumens der Reaktionskammer. In one embodiment, in the step of displacing, decreasing a volume of the reaction chamber occurs.

In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt des Analysierens das Mikroarray unter Verwendung eines Durchlichtverfahrens oder eines Auflichtverfahrens durch die Wand der Reaktionskammer ausgelesen. In one embodiment, in the step of analyzing, the microarray is read out through the wall of the reaction chamber using a transmitted light method or an incident light method.

Der hier vorgestellte Ansatz stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Echtzeit-Auslese von Mikroarrays in einem mikrofluidischen System vor. The approach presented here introduces a method and an apparatus for the real-time readout of microarrays in a microfluidic system.

Sogenannte Lab on Chip (LoC) Systeme erlauben die miniaturisierte und integrierte Durchführung komplexer Arbeitsabläufe für den spezifischen Nachweis verschiedenster Moleküle. So-called Lab on Chip (LoC) systems allow the miniaturized and integrated execution of complex workflows for the specific detection of various molecules.

Beispielsweise kann in LoC Systemen für die DNA-Analytik das zu For example, in LoC systems for DNA analysis that too

untersuchende Probenmaterial mittels Polymerase Kettenreaktion (PCR) amplifiziert und anschließend auf einem Mikroarray analysiert werden. Dabei werden die zu detektierenden Moleküle während der Amplifikation mit sample material is amplified by polymerase chain reaction (PCR) and then analyzed on a microarray. there become the molecules to be detected during the amplification with

Fluoreszenzmolekülen markiert. Diese Moleküle binden dann an spezifische Bindungsstellen bzw. Spots auf dem Mikroarray und können dort beispielsweise fluorometrisch nachgewiesen werden. Labeled fluorescent molecules. These molecules then bind to specific binding sites or spots on the microarray and can be detected there, for example, fluorometrically.

Fluoreszenzsignale können im Schritt 306 des Analysierens beispielsweise mit Durch- oder Auflichtverfahren gemessen werden. Fluorescence signals may be measured in step 306 of analyzing, for example, by transmitted or reflected light methods.

Die Fluoreszenzsignale der in der Lösung befindlichen Fluorophore, auch als Hintergrundfluoreszenz bezeichnet, kann bei einem Mikroarray-Experiment inThe fluorescence signals of the solution in the fluorophore, also referred to as background fluorescence, in a microarray experiment in

Anwesenheit der Reaktionslösung die Fluoreszenzsignale der Spots übersteigen. Zum Filtern des Überstrahlens können Ausleseverfahren wie beispielsweise Ellipsometrie, reflektometrische Interferenzspektroskopie (RlfS), oder Presence of the reaction solution exceed the fluorescence signals of the spots. For filtering the overspray, readout methods such as ellipsometry, reflectometric interference spectroscopy (RlfS), or

Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) eingesetzt werden, bei denen nur oberflächennahe Fluoreszenzsignale gemessen werden. Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR), in which only near-surface fluorescence signals are measured.

Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt geeigneten Strukturen und The approach presented here describes suitable structures and

Prozessabläufe für die Messung von oberflächennahen, gebundenen Processes for the measurement of near-surface, bound

Fluoreszenzsignalen in einem mikrofluidischen LoC System, das ungebundene Fluorophore in der Reaktionslösung enthält. Fluorescence signals in a microfluidic LoC system containing unbound fluorophores in the reaction solution.

Es wird ein polymerer Schichtaufbau beschrieben, bei dem sich in einer It is a polymeric layer structure described in which in a

Reaktionskammer ein DNA-Mikroarray und eine elastische Membran befinden. Zum Messen wird die über dem Array befindliche Reaktionsflüssigkeit durch Auslenkung der Membran in eine Hilfskammer verdrängt. Damit werden die in der Flüssigkeit befindlichen Fluorophore vom Mikroarray entfernt. Das Mikroarray kann so mit einfachen optischen Verfahren ausgelesen werden. Reaction chamber a DNA microarray and an elastic membrane are located. For measuring, the reaction liquid located above the array is displaced by deflection of the membrane into an auxiliary chamber. This removes the fluorophores in the liquid from the microarray. The microarray can thus be read out with simple optical methods.

Dadurch sinken die Anforderungen an die Detektionseinheit eines Array- basierten LoC Systems. Somit können etablierte und günstige Durch- bzw. This reduces the requirements for the detection unit of an array-based LoC system. Thus, established and cheap Durch- or

Auflichtverfahren anstelle von technisch aufwendigen Verfahren wie der  Auflichtverfahren instead of technically complex procedures such as

Ellipsometrie, RlfS oder SPR eingesetzt werden. Ellipsometry, RlfS or SPR are used.

In einem Ausführungsbeispiel ermöglicht das hier vorgestellte Verfah In one embodiment, the method presented here allows

Reaktionsverlauf, beispielsweise einer PCR in Echtzeit zu verfolgen. Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines mikrofluidischen Chips 100 mit einer Reaction progress, for example, to follow a PCR in real time. 4 shows a representation of a microfluidic chip 100 having a

Einrichtung 400 zum Spülen der Arraykammer 106 gemäß einem Device 400 for rinsing the array chamber 106 according to a

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Chip 100 weist als Embodiment of the present invention. The chip 100 has as

Reaktionsraum 102 eine Arraykammer 106, eine erste Reaktionskammer 108 und eine zweite Reaktionskammer 402 auf. Die Kammern 106, 108, 402 sind in einer Reihe angeordnet und miteinander durch Fluidkanäle 404 fluidisch gekoppelt. Reaction space 102, an array chamber 106, a first reaction chamber 108 and a second reaction chamber 402 on. The chambers 106, 108, 402 are arranged in a row and fluidly coupled together by fluid channels 404.

In einem Ausführungsbeispiel sind zwischen den Kammern 106, 108, 402 steuerbare Ventile zum Verschließen bzw. Öffnen der Kanäle 404 angeordnet. In one embodiment, controllable valves for closing or opening the channels 404 are arranged between the chambers 106, 108, 402.

Die Einrichtung 400 zum Spülen weist eine Vorratskammer 406 für ein Spülfluid und eine Pumpkammer 408 auf. In der Vorratskammer 406 kann die The purging device 400 includes a rinse fluid storage chamber 406 and a pumping chamber 408. In the storage chamber 406, the

Verdrängungslösung bzw. das Spülfluid vorgelagert sein. Die Kammern 406, 408 der Einrichtung 400 zum Spülen und die Arraykammer 106 sind in dem dargestellten Beispiel in einer Reihe angeordnet und durch weitere Fluidkanäle 404 miteinander fluidisch verbunden. Zwischen der Vorratskammer 406 und der Pumpkammer 408 ist ein erstes steuerbares Ventil 410 zum Verschließen oder Öffnen des Kanals 404 angeordnet. Zwischen der Pumpkammer 408 und der Arraykammer 106 ist ein zweites steuerbares Ventil 412 zum Verschließen oderDisplacement solution or the flushing fluid be upstream. The chambers 406, 408 of the device 400 for rinsing and the array chamber 106 are arranged in the illustrated example in a row and fluidly connected to each other by further fluid channels 404. Between the storage chamber 406 and the pumping chamber 408, a first controllable valve 410 for closing or opening the channel 404 is arranged. Between the pumping chamber 408 and the array chamber 106 is a second controllable valve 412 for closing or

Öffnen des Kanals 404 angeordnet. Auf einer der Einrichtung 400 zum Spülen gegenüberliegenden Seite der Arraykammer 106 ist ein drittes steuerbares Ventil 414 zum Verschließen oder Öffnen des Kanals 404 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel weist der Chip 100 eine Einrichtung 400 zumOpening the channel 404 arranged. A third controllable valve 414 for closing or opening the channel 404 is arranged on an opposite side of the array chamber 106 for flushing. In one embodiment, the chip 100 includes means 400 for

Spülen der Arraykammer 106 unter Verwendung eines Spülfluids auf. Die Einrichtung 400 zum Spülen ist dazu ausgebildet, das Spülfluid in die Rinse the array chamber 106 using a flushing fluid. The means 400 for purging is adapted to the flushing fluid in the

Arraykammer 106 einzuleiten. Dabei kann das Spülfluid eingeleitet werden, wenn die Reaktanden noch in der Arraykammer 106 angeordnet sind. Ebenfalls kann das Spülfluid in die Arraykammer 106 eingeleitet werden, wenn die Reaktanden bereits aus der Arraykammer 106 verdrängt worden sind. Das Spülfluid kann nach dem Einleiten aus der Arraykammer 106 entfernt werden. Array chamber 106 initiate. In this case, the flushing fluid can be introduced if the reactants are still arranged in the array chamber 106. Also, the flushing fluid may be introduced into the array chamber 106 when the reactants have already been displaced from the array chamber 106. The flushing fluid may be removed after it has been introduced from the array chamber 106.

In einem Ausführungsbeispiel weist der Reaktionsraum 102 zumindest zwei Reaktionskammern 108, 402 und die Arraykammer 106 auf. In einem Ausführungsbeispiel ist der Reaktionsraum 102 in drei Kammern 106, 108, 402 aufgespaltet. Dadurch ist keine zusätzliche Hilfskammer nötig, da das Reaktionsvolumen in eine der beiden anderen Reaktionskammern 108, 402 verdrängt werden kann. In one embodiment, the reaction space 102 has at least two reaction chambers 108, 402 and the array chamber 106. In one embodiment, the reaction space 102 is split into three chambers 106, 108, 402. As a result, no additional auxiliary chamber is necessary because the reaction volume can be displaced into one of the two other reaction chambers 108, 402.

In einem Ausführungsbeispiel wird das Reaktionsvolumen für die Durchführung einer PCR zwischen den drei Kammern 106, 108, 402 hin- und hergeschoben. Immer wenn sich das Reaktionsvolumen in der Arraykammer 106, hier der untersten Kammer befindet, sind das zweite Ventil 412 und das dritte Ventil 414 geschlossen. Wenn das Reaktionsvolumen aus der Kammer 106 verdrängt wird, in der sich das Mikroarray 1 10 befindet, in diesem Ausführungsbeispiel die unterste, wird mittels der Pumpe 408, die hier aus der Pumpkammer 408 und dem ersten Ventil 410 und dem zweiten Ventil 412 besteht, eine In one embodiment, the reaction volume for performing a PCR between the three chambers 106, 108, 402 is pushed back and forth. Whenever the reaction volume is in the array chamber 106, here the lowermost chamber, the second valve 412 and the third valve 414 are closed. When the reaction volume is displaced from the chamber 106 in which the microarray 110 is located, in this embodiment the lowest, by means of the pump 408, which here consists of the pumping chamber 408 and the first valve 410 and the second valve 412, a

Verdrängungslösung durch die Kammer 106 mit dem Mikroarray 1 10 gespült und/oder eingebracht. Danach erst wird der Verdrängungskörper aktiviert, der dann die Verdrängungslösung durch das dritte Ventil 414 und den nach links laufenden Kanal 404 entfernt. In diesem Zustand wird dann das Mikroarray 1 10 ausgelesen. In einem Ausführungsbeispiel ist der Reaktionsraum 102 auf drei Kammern 106,Displacement solution flushed through the chamber 106 with the microarray 1 10 and / or introduced. Thereafter, the displacer is activated, which then removes the displacement solution through the third valve 414 and the left channel 404. In this state, the microarray 1 10 is then read out. In one embodiment, the reaction space 102 is on three chambers 106,

108, 402 aufgeteilt. Dabei läuft die Reaktion in den Reaktionskammern 108, 402 weiter, während das Mikroarray 1 10 in der Arraykammer 106 gespült und analysiert wird. Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. 108, 402 divided. At this time, the reaction proceeds in the reaction chambers 108, 402 while the microarray 110 in the array chamber 106 is purged and analyzed. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Furthermore, the method steps presented here can be repeated as well as executed in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass dasIf an exemplary embodiment includes a "and / or" link between a first feature and a second feature, this is to be read such that the

Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. Embodiment according to an embodiment, both the first feature as well as the second feature and according to another embodiment, either only the first feature or only the second feature.

Claims

Ansprüche Expectations 1 . Verfahren (300) zum Betreiben eines mikrofluidischen Chips (100), wobei der mikrofluidische Chip (100) einen fluidisch zusammenhängenden Reaktionsraum (102) für Reaktanden (1 14) einer Reaktion aufweist, wobei der Reaktionsraum (102) zumindest eine, ein Mikroarray (1 10) zum 1 . Method (300) for operating a microfluidic chip (100), wherein the microfluidic chip (100) has a fluidically connected reaction space (102) for reactants (1 14) of a reaction, the reaction space (102) having at least one, a microarray (1 10) for Nachweis von Reaktionsprodukten der Reaktion beinhaltende Arraykammer (106) und eine Reaktionskammer (108) umfasst, wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte aufweist: Verdrängen (302) der Reaktanden (1 14) aus der Arraykammer (106); und Detection of reaction products of the reaction containing array chamber (106) and a reaction chamber (108), the method (300) having the following steps: displacing (302) the reactants (1 14) from the array chamber (106); and Analysieren (304) des Mikroarrays (1 10) durch eine Wand (1 12) der Arraykammer (106). Analyzing (304) the microarray (1 10) through a wall (1 12) of the array chamber (106). 2. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1 , bei dem im Schritt (302) des 2. Method (300) according to claim 1, in which in step (302) of Verdrängens die Reaktanden (1 14) aus der Arraykammer (106) in die Reaktionskammer (108) verdrängt werden, wobei das Analysieren (304) nach dem Verdrängen (302) erfolgt, wenn zumindest ein Hauptteil der Reaktanden (1 14) aus der Arraykammer (106) in die Reaktionskammer (108) verdrängt worden ist. Displacing the reactants (1 14) from the array chamber (106) into the reaction chamber (108), the analysis (304) taking place after the displacement (302) when at least a majority of the reactants (1 14) are displaced from the array chamber ( 106) has been displaced into the reaction chamber (108). 3. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (302) des Verdrängens die Reaktanden (1 14) durch ein Verkleinern eines Volumens der Arraykammer (106) aus der Arraykammer (106) verdrängt werden. 3. Method (300) according to one of the preceding claims, in which in the step (302) of displacing the reactants (1 14) are displaced from the array chamber (106) by reducing a volume of the array chamber (106). 4. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (302) des Verdrängens das Mikroarray (1 10) unter Verwendung des Spülfluids gespült wird. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, mit einem weiteren Schritt (306) des Verdrängens, in dem das eingepresste Spülfluid durch ein Verkleinern eines Volumens der Arraykammer (106) aus der Arraykammer (106) verdrängt wird. 4. Method (300) according to one of the preceding claims, in which in step (302) of displacement the microarray (1 10) is rinsed using the rinsing fluid. Method (300) according to one of claims 3 to 4, with a further step (306) of displacing, in which the pressed-in flushing fluid is displaced from the array chamber (106) by reducing a volume of the array chamber (106). Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (308) des Umlagerns der Reaktanden (1 14) innerhalb des Method (300) according to one of the preceding claims, with a step (308) of rearranging the reactants (1 14) within the Reaktionsraums (102), wobei die Reaktanden (1 14) insbesondere zwischen der Reaktionskammer (108) und der Arraykammer (106) umgelagert werden, um die Reaktion durchzuführen. Reaction space (102), wherein the reactants (1 14) are rearranged in particular between the reaction chamber (108) and the array chamber (106) in order to carry out the reaction. Verfahren (300) gemäß Anspruch 6, bei dem die Schritte (302, 304, 308) des Verdrängens, des Analysierens und des Umlagerns wiederholt werden, insbesondere bis die Reaktion ein vorbestimmtes Abbruchkriterium erreicht hat. Method (300) according to claim 6, in which the steps (302, 304, 308) of displacing, analyzing and rearranging are repeated, in particular until the reaction has reached a predetermined termination criterion. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem als Reaktion eine Polymerase Kettenreaktion durchgeführt wird, wobei die zumindest eine Reaktionskammer (108) und die Arraykammer (106) auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gehalten werden und die Reaktanden (1 14) im Schritt (308) des Umlagerns jeweils für vorbestimmte Verweildauern in der Reaktionskammer (108) und der Arraykammer (106) gehalten werden. Method (300) according to one of the preceding claims, in which a polymerase chain reaction is carried out as a reaction, the at least one reaction chamber (108) and the array chamber (106) being kept at different temperature levels and the reactants (1 14) in step (308 ) of the rearrangement are each held for predetermined residence times in the reaction chamber (108) and the array chamber (106). Mikrofluidischer Chip (100), mit folgenden Merkmalen: einem Reaktionsraum (102) für eine Reaktion, der in eine Arraykammer (106) und zumindest eine Reaktionskammer (108) unterteilt ist, wobei die Arraykammer (106) und die Reaktionskammer (108) fluidisch miteinander verbunden sind und in der Arraykammer (106) ein Mikroarray (1 10) zum Nachweis von Reaktionsprodukten der Reaktion angeordnet ist, wobei die Arraykammer (106) eine transparente Wand (1 12) zum Auslesen des Mikroarrays (1 10) aufweist; und einer Einrichtung (104) zum Verdrängen, die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Verdrängungssignal die Reaktanden (1 14) der Reaktion aus der Arraykammer (106) zu verdrängen. Microfluidic chip (100), with the following features: a reaction space (102) for a reaction, which is divided into an array chamber (106) and at least one reaction chamber (108), the array chamber (106) and the reaction chamber (108) fluidly interconnecting are connected and a microarray (1 10) for detecting reaction products of the reaction is arranged in the array chamber (106), the array chamber (106) having a transparent wall (1 12) for reading out the microarray (1 10); and a device (104) for displacing, which is designed to displace the reactants (1 14) of the reaction from the array chamber (106) in response to a displacement signal. 10. Chip (100) gemäß Anspruch 9, mit einer Einrichtung (1 16) zum Umlagern, die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Umlagerungssignal die Reaktanden (1 14) aus der Reaktionskammer (108) in die Arraykammer (106) umzulagern. 10. Chip (100) according to claim 9, with a device (1 16) for rearrangement, which is designed to relocate the reactants (1 14) from the reaction chamber (108) into the array chamber (106) in response to a rearrangement signal. 1 1 . Chip (100) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem die Einrichtung (104) zum Verdrängen und/oder die Einrichtung (1 16) zum Umlagern als pneumatisch betätigbarer Verdrängungskörper innerhalb der Arraykammer (106) und/oder der Reaktionskammer (108) ausgebildet ist, wobei der Verdrängungskörper insbesondere durch eine flexible Membran (104) ausgebildet ist. 1 1 . Chip (100) according to one of claims 9 or 10, in which the device (104) for displacing and / or the device (1 16) for rearranging as a pneumatically actuated displacement body within the array chamber (106) and / or the reaction chamber (108) is formed, wherein the displacement body is formed in particular by a flexible membrane (104). 12. Chip (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , mit einer Einrichtung (400) zum Spülen der Arraykammer (106) unter Verwendung eines Spülfluids. 12. Chip (100) according to one of claims 9 to 1 1, with a device (400) for flushing the array chamber (106) using a flushing fluid. 13. Chip (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Reaktionsraum (102) zumindest zwei Reaktionskammern (108, 402) und die Arraykammer (106) aufweist. 13. Chip (100) according to one of the preceding claims, in which the reaction space (102) has at least two reaction chambers (108, 402) and the array chamber (106). 14. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des 14. Computer program product with program code to carry out the Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird. Method according to one of claims 1 to 8, if the program product is executed on a device.
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