DE10030084A1 - Mehrkammer-Behältnis zur Aufnahme, Bereitstellung, Abgabe und gegebenenfalls Wiederaufnahme und Entsorgung von Flüssigkeit im Mikroliter-Bereich - Google Patents

Abstract

Mehrkammer-Behältnis (1), das mit Hilfe des LIGA-Materialbearbeitungsverfahrens zusammen mit im Behältnis vorgesehenen Details (40, 41) hergestellt ist und auch als Einweg-Produkt verwendbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein funktionelles Mehrkammer-Behältnis, wie es im Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1 angegeben ist.

Der Umgang mit Kleinstmengen von Flüssigkeiten, insbesondere von Blut, zu Analysezwecken erfordert Behältnisse, für vor­ zugsweise nur einen Tropfen der Flüssigkeit, der z. B. weniger als 10 µl umfasst. Diese in dem Behältnis aufgenommene kleine Flüssigkeitsmenge soll zu ausgewählter Zeit z. B. an ein Pro­ ben-Aufbereitungs- und/oder -Analysesystem abgegeben werden können. Gegebenenfalls soll dieses Behältnis auch dazu geeig­ net sein, aus dem System wieder abgegebene Flüssigkeitsmenge M aufzunehmen und einer angepassten Entsorgung zugänglich zu machen. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, dass in ei­ nem solchen Behältnis Flüssigkeitsanteile separiert und/oder aufgehoben werden sollen.

Es ist Stand der Technik, medizinische Analysesysteme und dgl. zu verwenden, mit denen und in denen kleinste Mengen ei­ ner Probe analysiert und gegebenenfalls weiter bearbeitet werden können. Ein wichtiger Bereich ist die Untersuchung von Proben von Blut. Für solche Untersuchungen wie Bestimmung des Gasgehalts, der Anzahl der Blutplättchen, der roten und wei­ ßen Blutkörper genügen heute Abmessungen im Mikroliter- Bereich. Es ist erforderlich, dass an solche geringe Mengen angepasste Behältnisse zur Verfügung stehen, mit denen sol­ chen Flüssigkeitsproben in Analysegeräte eingeführt und gege­ benenfalls diesen wieder entnommen werden können. Die dazu vorgesehenen Behältnisse dürfen einerseits nur entsprechend geringe Abmessungen haben und sollen andererseits derart sein, dass sie ökonomisch sinnvoll und ökologisch verträglich nur einmal verwendet und dann verworfen bzw. entsorgt werden.

Für die Herstellung von für die vorgenannten Zwecke zu ver­ wendenden Behältnisse, insbesondere Mehrkammerbehälter steht vorteilhafterweise ein modernes Verfahren der Abformtechnik zur Verfügung, insbesondere dasjenige, das unter der Bezeich­ nung LIGA-Verfahren bekannt ist. Es ist dies ein Material- Bearbeitungsverfahren mit Röntgentiefen-Lithographie, Galva­ nik und Abformung. Dieses bekannte Verfahren ermöglicht die massenhafte Herstellung miniaturisierter Kunststoffgegenstän­ de wie der hier geforderten Behältnisse. Dabei können diese auch sehr komplexe Gestalt haben. Mit dem bekannten Verfahren können geformte Gegenstände bis zu einer maximal erreichbaren inneren Strukturhöhe von etwa 0,5 mm hergestellt bzw. bear­ beitet werden. Das LIGA-Verfahren ist u. a. bekannt aus Lite­ raturstellen, die über das Internet erhältlich sind. Verwie­ sen sei hier auf:

• 1. http://wserv1.dl.ac.nk/LIGA/whatis.html
• 2. http://www.fzk.de/imt/liga.htm
• 3. http://www.fzk.de/pmt fertigungstechnolo­ gien/datenblätter_deutsch/liga.hmt.

In 1) ist in Seite 2 das Schema der Herstellung bildlich dar­ gestellt. In 2) ist das Herstellungsverfahren mit Röntgentie­ fen-Lithographie und Maskentechnik sowie der Kunststoff- Abformtechnik näher beschrieben. Dort sind auch Angaben zu verwendbaren Materialien gemacht. In 3) ist eine Übersicht zur Herstellung von Mikrobauteilen gegeben, die mittels Rönt­ gentiefen-Lithographie in Kunststoffmaterial, Galvanoformung, Heißprägen oder Spritzgießen usw. erfolgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein z. B. für Blut- Untersuchungszwecke geeignetes Mehrkammer-Behältnis an­ zugeben, das mit der voranstehend genannten Technik herstell­ bar ist und die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Weitere Ausgestaltungen eines solchen Behältnisses gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Als ein repräsentatives Beispiel eines Mehrkammer- Behältnisses einer Ausführung der Erfindung sei anhand der beigefügten Figuren ins einzelne gehend beschrieben.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein erfindungs­ gemäßes Behältnis, ausgeführt als Blut-Einfüll-/Ent­ nahmekammer.

Fig. 2 zeigt in Aufsicht ein Beispiel einer Kammeraufteilung eines noch offenen Behältnisses nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt A-A zur Fig. 2 und zwar mit dem Boden und der oberen Abdeckung.

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Details der Fig. 2.

Fig. 5 zeigt vergrößert ein einzelnes Mikroventil.

Als ein Beispiel zur Erfindung zeigt die Fig. 1 ein Dreikam­ merbehältnis 1. Weiter sei auf die Fig. 2 verwiesen, die die Innenraumaufteilung des noch offenen Behältnisses 1 zeigt, und auf Fig. 3. Die Kammer 11 des Behältnisses 1 weist in ihrer oberen Abdeckung 2 im Bereich 21 eine Öffnung 112 auf, durch die hindurch ein, mit B bezeichneter Blutstropfen in diese Kammer 11 eingebracht werden kann. Eine entsprechende Öffnung 212 besitzt die obere Abdeckung im Bereich 22 einer zweiten Kammer 12 des Behältnisses 1.

Das ganze Behältnis 1 hat eine Abmessung von z. B. 15 × 15 mm und die Kammer 11 eine solche von z. B. 5 × 5 mm. Die maximale Tiefe der Kammern ergibt sich aus der Liga-Technik mit etwa 0,5 mm. Die Aufteilung der Kammern 11, 12 und 13 dieses Aus­ führungsbeispiels ist aus Fig. 2 gut ersichtlich. Dargestellt sind auch enge kanalartige Durchgänge 14, die die Kam­ mer 11 mit der Kammer 13 verbinden. Solche Durchgänge können z. B. mit Wandabständen bis 3 µm herab hergestellt werden und vorgesehen sein.

Bei der praktischen Anwendung eines solchen Behältnisses für Blutuntersuchung bringt die medizinisch tätige Person einen Tropfen Blut B auf die äußere Oberseite der Abdeckung im Be­ reich 21 der Kammer 11, und zwar im Bereich der Öffnung 112 auf. Es ist vorgesehen, dass die obere Abdeckung 2 und/oder gegebenenfalls der untere Boden 3 des Behältnisses 1, und zwar insbesondere im Bereich der Kammer 13, elastisch ver­ formbar ist. Die Person kann vor dem Aufbringen des Bluts­ tropfens B das Behältnis 1 im Bereich der Kammer 13 etwas zu­ sammendrücken und bei aufgebrachtem Blutstropfen wieder ent­ lasten. Der mit der Entlastung im Inneren der Kammer 13 auf­ tretende Unterdruck unterstützt durch Einsaugen die Aufnahme des Blutstropfens B in der Kammer 1 durch die Öffnung 112 hindurch. In der Praxis ist ein solches als "Chip" bezeichne­ tes Behältnis 1 so bemessen ausgeführt und angepasst, dass es wenigstens anteilsweise in ein Mikroanalysesystem z. B. einzu­ schieben ist. In diesem Mikroanalysesystem wird ein zu analy­ sierender Anteil des in der Kammer 11 derzeitig befindlichen Blutes in das Mikroanalysesystem abgegeben. Dies kann wieder­ um durch Druck auf die Kammer 13 unterstützt werden.

Nach erfolgter Mikroanalyse der z. B. Blutprobe wird diese beispielsweise durch die Öffnung 212 in die Kammer 12 des Be­ hältnisses 1 wieder abgegeben. Auch hierbei kann gegebenen­ falls Entlastung nach Druck auf die obere Abdeckung 2 und/oder den Boden 3 diesen Vorgang unterstützen.

Als eine besondere Ausführungsform eines wie in Fig. 1 und 2 dargestellten Chips, nämlich des Behältnisses 1, enthält die­ ses in der Kammer 12 einen Filterkamm 40. Die Fig. 4 gibt vergrößert einen Ausschnitt eines solchen Filterkammes 40 wieder.

Ebenso wie das ganze Behältnis 1 mit seinen Kammern 1, 2, 3 und den Kanälen 14 mit der LIGA-Technik hergestellt werden kann, können auch ein solcher Filterkamm 40 und die Mikroven­ tile 41 im Behältnis integral aus dem vollen Material herge­ stellt werden. Dieser Filterkamm 40 kann vorgesehen sein, um innerhalb des Behältnisses 1 rote Blutkörperchen von weißen Blutkörperchen in filternder Weise zu trennen. Der Filterkamm ist so eng, dass nur die roten Blutkörperchen durchgelassen werden. Für diesen Zweck eignet sich wiederum die Anwendung von zunächst Unterdruck in der Kammer 13 durch Entlastung nach Eindrücken der oberen Abdeckung 2 und/oder gegebenen­ falls des Bodens 3. Entlastung und damit in der Kammer 13 entstehender Unterdruck führt dazu, dass von dem in der Kam­ mer 12 befindlichen Blut durch den Filterkamm 40 und die Mik­ roventile 41 hindurch die roten Blutkörperchen abgesaugt wer­ den. In der Kammer 12 verbleiben dann die weißen Blutkörper­ chen, die dann weiterer Untersuchung zugeführt werden können.

Der Filterkamm 40 besteht aus vielen parallelen Kanälen, die sich von etwa 100 µm im Eingangs-/Ausgangsbereich auf 3 µm Kanalbreite in der Mitte einschnüren. Diese Kanäle des Fil­ ters haben die konstante Innenhöhe der Kammer 12, die sich auf z. B. 0,5 mm bemisst. Fig. 4 zeigt einen solchen Filter­ kamm 40 und Fig. 5 ein einzelnes Mikroventil 41 in Vergröße­ rung.

Mit der Erfindung sind eine Reihe Vorteile zu erreichen. Die Herstellung eines wie erfindungsgemäßen Behältnisses und bzw. mit seinen beschriebenen Details ist ökonomisch wenig aufwen­ dig. Ein solches Behältnis wird nur einmal benutzt, so dass Kosten für Reinigung usw. desselben entfallen. Dieses gilt auch für den Filterkamm 40. Zusätzlich zur Ausgestaltung ei­ nes wie erfindungsgemäßen Behältnisses kommt, dass mit der LIGA-Technik ein solches Behältnis preiswert hergestellt wer­ den kann. Erfindungsgemäß werden flexible Materialien verwen­ det, mit deren Hilfe die angegebenen Druck- und Unterdruckerzeugung für Zu- und Abfluss der Flüssigkeit in einfachster Weise realisiert werden können. Die Ausführungsform, bei der der Filterkamm 40 in dem Behältnis vorgesehen ist, hat eben­ falls wesentliche Bedeutung. Mit dieser Filtereinrichtung im Behältnis bedarf es keines solchen entsprechenden Filters in der Mikroanalyseeinheit, das nach jeder Probe sorgfältig ge­ reinigt werden müsste. Mit der Erfindung entfällt dieser an­ sonsten sehr wesentliche Aufwand.

Ein wie erfindungsgemäßes Behältnis kann nach dem bestim­ mungsgemäßen einmaligen Gebrauch gut verschlossen werden und das darin wieder zurück aufgenommene Probenmaterial, z. B. das Blut, kann insgesamt mit dem Behältnis in günstiger Weise entsorgt werden.

Claims (6)

1. Mehrkammer-Behältnis (1) zur Aufnahme, Bevorratung, Abgabe und gegebenenfalls Wiederaufnahme und Entsorgung von Kleinst­ mengen von Flüssigkeit im Mikroliter-Bereich, wobei dieses Behältnis (1) aus geformtem Kunststoffmaterial besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammer-Behältnis (1) mit Anwendung des LIGA- Verfahrens aus einem flexiblen, elastischen Kunststoffmateri­ al hergestellt ist und in seinem Inneren unterhalb einer Ab­ deckung (2) in miteinander verbundenen Kammern (11, 12, 13) aufgeteilt ist, wobei in der oberen Abdeckung Einfüll-/Ent­ nahme-Öffnungen (112, 212) vorgesehen sind.

2. Mehrkammer-Mikrobehältnis (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dessen Innerem mit Anwendung des LIGA-Verfahrens her­ gestellte einzelne Details wie Kanäle (14), Filter (40), Mik­ roventile (41) vorgesehen sind.

3. Verwendung eines Mehrkammer-Behältnisses (1) entsprechend Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dieses Behältnis (1) eine vorgegebene Flüssigkeits­ probe (B) aufgenommen, dieses Behältnis (1) in ein Analysege­ rät eingesetzt, eine Flüssigkeitsprobe entnommen und nach er­ folgter Analyse die Flüssigkeitsprobe in das Behältnis zu­ rückgegeben und dieses dem Analysegerät wieder entnommen wird.

4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behältnis eine Bearbeitung einer darin aufgenom­ menen Flüssigkeitsprobe (B) ausgeführt wird.

5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behältnis mittels darin vorgesehenen Filters (40) eine Trennung von weißen und roten Blutkörperchen voneinander ausgeführt wird.

6. Verwendung eines Mehrkammer-Behältnisses (1) entsprechend Anspruch 1 oder 2 als Einweg-Behältnis, das nach Benutzung entsorgt wird.