DE102004017482A1 - Microfluid cell sorting system with electrodes delivers a flow of particles in suspension to first and second arrays of sorting electrodes - Google Patents

Microfluid cell sorting system with electrodes delivers a flow of particles in suspension to first and second arrays of sorting electrodes Download PDF

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Abstract

A micro-fluid cell sorting assembly has an incoming fluid passage (1) delivers a flow of particles (2) in suspension to first and second arrays of sorting electrodes (7). A micro-fluid cell sorting assembly has an incoming fluid passage (1) delivers a flow of particles (2) in suspension to first and second arrays of sorting electrodes (7). The electrode array incorporates a third cell manipulating system. The first manipulation electrode array is a field cage that fixes the particles (2). An independent claim is also included for: an operating process in which the second sorting unit is a particle switch that funnels the particles into a centreline.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikrofluidisches System, insbesondere in einem Zellsortierer, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Ansteuerungsverfahren für eine Elektrodenanordnung in einem derartigen mikrofluidischen System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20.The The invention relates to a microfluidic system, in particular in a cell sorter, according to the preamble of claim 1 and a driving method for an electrode assembly in such a microfluidic system according to the preamble of the claim 20th

Aus MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles", Biosensors & Bioelectronics 14 (1999) 247–256 ist ein mikrofluidisches System zur Untersuchung biologischer Zellen bekannt, bei dem die zu untersuchenden Zellen in einem Trägerstrom suspendiert sind und dielektrophoretisch manipuliert und sortiert werden. In dem Trägerstrom werden die zu untersuchenden Zellen zunächst durch eine trichterförmige dielektrophoretische Elektrodenanordnung (engl. "funnel") aufgereiht und anschließend in einem dielektrophoretischen Käfig (engl. "cage") festgehalten, um die in dem Käfig befindlichen Zellen im ruhenden Zustand untersuchen zu können, wozu mikroskopische, spektroskopische oder fluoreszenzoptische Messmethoden angewendet werden können. In Abhängigkeit von der Untersuchung der in dem dielektrophoretischen Käfig gefangenen Zellen können diese anschließend sortiert werden, wozu der Bediener eine Sortiereinrichtung (engl. "switch") ansteuert, die aus einer in dem Trägerstrom stromabwärts hinter dem dielektrophoretischen Käfig angeordneten dielektrophoretischen Elektrodenanordnung besteht. In diesem bekannten mikrofluidischen System sind in dem Trägerstromkanal also hintereinander mehrere Manipulati onseinrichtungen angeordnet, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel manipulieren.Out MILLER, T. et al .: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles ", Biosensors & Bioelectronics 14 (1999) 247-256 is a microfluidic system for studying biological cells known, in which the cells to be examined in a carrier stream are suspended and dielektphoretisch manipulated and sorted become. In the carrier stream The cells to be examined are first characterized by a funnel-shaped dielectrophoretic Array of electrodes ("funnel") lined up and subsequently in a dielectrophoretic cage ("cage") held to in the cage To be able to examine existing cells in the dormant state, including microscopic, spectroscopic or fluorescence-optical measuring methods can be applied. In dependence from the study of those trapped in the dielectrophoretic cage Cells can do this subsequently to which the operator controls a sorting device ("switch") from one in the carrier stream downstream behind the dielectrophoretic cage arranged dielectrophoretic Electrode arrangement exists. In this known microfluidic System are in the carrier flow channel So arranged in tandem several manipulation onseinrichtungen, which in the carrier stream Manipulate suspended particles.

Nachteilig an dem bekannten mikrofluidischen System ist deshalb die Tatsache, dass in dem Trägerstromkanal eine Vielzahl von Elektroden angeordnet werden muss, um die verschiedenen Manipulationseinrichtungen (z.B. "funnel", "cage" und "switch") zu bilden.adversely therefore, the fact that the microfluidic system is known in that in the carrier flow channel a variety of electrodes must be arranged to the different Manipulation devices (e.g., "funnel," "cage," and "switch").

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene bekannte mikrofluidische System zu vereinfachen.Of the The invention is therefore based on the object described above to simplify known microfluidic system.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche gelöst.These Task is solved by the features of the independent claims.

Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die Funktionen verschiedener Manipulationseinrichtungen in einer einzigen Elektrodenanordnung zu integrieren, so dass nicht jede Manipulationseinrichtung in dem Trägerstromkanal eine separate Elektrodenanordnung benötigt.The Invention includes the general technical teaching, the functions various manipulation devices in a single electrode arrangement so that not every manipulation device in the Carrier flow channel requires a separate electrode assembly.

In dem Trägerstromkanal des erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems sind also vorzugsweise mindestens zwei Manipulationseinrichtungen (z.B. ein "cage" und ein "switch") angeordnet, wobei diese beiden Manipulationseinrichtungen eine gemeinsame Elektrodenanordnung aufweisen. Die gemeinsame Elektrodenanordnung der beiden Manipulationseinrichtungen kann zur Durchführung verschiedener Manipulationsfunktionen angesteuert werden. Beispielsweise kann die gemeinsame Elektrodenanordnung so angesteuert werden, dass die in den Trägerstrom suspendierten Partikel in der als Feldkäfig geschalteten Elektrodenanordnung fixiert werden. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung so angesteuert wird, dass die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel in eine von mehreren Ausgangsleitungen sortiert werden.In the carrier flow channel of the microfluidic according to the invention Systems are thus preferably at least two manipulators (e.g. a "cage" and a "switch"), these being two manipulation means a common electrode arrangement exhibit. The common electrode arrangement of the two manipulation devices can carry various manipulation functions are controlled. For example the common electrode arrangement can be controlled such that in the carrier stream suspended particles in the electrode array connected as a field cage be fixed. However, it is also possible that the common Electrode arrangement is driven so that in the carrier stream suspended particles sorted into one of several output lines become.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind in die gemeinsame Elektrodenanordnung also die Funktionen von zwei Manipulationseinrichtungen integriert, nämlich die Funktion eines Feldkäfigs und die Funktion einer Sortiereinrichtung bzw. einer Partikelweiche (engl. "switch"). Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Anzahl der in die gemeinsame Elektrodenanordnung zu integrierenden Manipulationsfunktionen nicht auf diese beiden Funktionen beschränkt. Es ist vielmehr auch möglich, andere Manipulationsfunktionen oder eine größere Anzahl von unterschiedlichen Manipulationsfunktionen in die gemeinsame Elektrodenanordnung zu integrieren. Insbesondere besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, drei verschiedene Manipulationseinrichtungen in eine gemeinsame Elektrodenanordnung zu integrieren, wobei es sich bei den drei Manipulationseinrichtungen beispielsweise um einen Feldkäfig (engl. "cage"), eine Partikelweiche (engl. "switch") und eine Zentriereinrichtung (engl. "funnel") handeln kann. Der Aufbau und die Funktionsweise dieser Manipulationseinrichtungen ist in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" beschrieben, deren Inhalt der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.In the preferred embodiment in the common electrode arrangement so the functions of two Tampering integrated, namely the function of a field cage and the Function of a sorting device or a particle switch (English "switch"). The invention However, in terms of the number of in the common electrode assembly not to be integrated on these two manipulation functions Functions limited. It is also possible other manipulation functions or a larger number of different ones Manipulation functions in the common electrode arrangement too integrate. In particular, within the scope of the invention, it is possible to three different manipulation devices in a common To integrate electrode assembly, wherein it is in the three manipulation devices For example, a field cage (English "cage"), a particle switch (English "switch") and a centering device ("funnel") can act. Of the Structure and operation of these manipulation devices is in the already mentioned publication from MÜLLER, T. et al .: "A 3-D Microelectrode system for handling and caging single cells and particles "described, whose Content of the present description in full is.

Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer gemeinsamen Elektrodenanordnung ist vorzugsweise dahingehend zu verstehen, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung mindestens eine Elektrode aufweist, die Bestandteil mehrerer verschiedener Manipulationseinrichtungen ist.Of the In the context of the invention, the term used a common electrode arrangement is preferably to be understood that the common electrode arrangement has at least one electrode which is part of several different Manipulation facilities is.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Elektrodenanordnung des erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems mehrere Elektroden aufweisen kann, die sich hinsichtlich ihrer Form, Länge und Breite unterscheiden können.It should also be mentioned that the electrode arrangement of the microfluidic system according to the invention can have a plurality of electrodes, which may differ in shape, length and width.

Bei der Integration eines dielektrophoretischen Feldkäfigs und einer dielektrophoretischen Partikelweiche in einer gemeinsamen Elektrodenanordnung ist die gemeinsame Elektrodenanordnung vorzugsweise in einem Verzweigungsbereich des Trägerstromkanals angeordnet, in dem sich der Trägerstromkanal in mehrere Ausgangsleitungen verzweigt. Bei dieser Anordnung kann die gemeinsame Elektrodenanordnung wahlweise als Partikelweiche oder als Feldkäfig geschaltet werden, was bei einer anderen Anordnung weiter stromaufwärts in dem Trägerstromkanal schwieriger wäre. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Verzweigungsbereichs des Trägerstromkanals ist allgemein zu verstehen und nicht auf den Schnittpunkt der Ausgangsleitungen beschränkt, sondern umfasst beispielsweise auch die sogenannte "Separatrix", die dem geometrischen Schnittpunkt der Ausgangsleitung stromaufwärts vorgelagert ist.at the integration of a dielectrophoretic field cage and a dielectrophoretic particle switch in a common Electrode arrangement is the common electrode arrangement preferably arranged in a branch region of the carrier flow channel, in which the carrier flow channel branched into several output lines. In this arrangement can the common electrode arrangement optionally as a particle switch or as a field cage switching, which in another arrangement further upstream in the carrier flow channel would be more difficult. The term branching region used in the context of the invention of the carrier flow channel is to be understood generally and not at the intersection of the output lines limited, but also includes, for example, the so-called "separatrix", which is the geometric Intersection of the output line upstream upstream.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verläuft in dem Trägerstromkanal eine Trennlinie, wobei die auf der einen Seite der Trennlinie befindlichen Partikel ohne eine Ansteuerung der Partikelweiche in die eine Ausgangsleitung strömen, während die auf der anderen Seite der Trennlinie befindlichen Partikel ohne eine Ansteuerung der Partikelweiche in die andere Ausgangsleitung strömen. Die auf die verschiedenen Ausgangsleitungen zu sortierenden Partikel müssen hierbei also lediglich auf eine Seite der Trennlinie gebracht werden und strömen dann selbständig in die vorgesehene Ausgangsleitung. Dies bietet den Vorteil, dass die Partikelweiche stromaufwärts vor dem Verzweigungsbereich der Ausgangs leitungen und insbesondere stromaufwärts vor dem geometrischen Schnittpunkt der Ausgangsleitungen angeordnet sein kann.In a preferred embodiment of Invention proceeds in the carrier flow channel a dividing line, which is located on one side of the dividing line Particles without controlling the particle switch in the one output line flow while the on the other side of the dividing line particles without a control of the particle switch in the other output line stream. The on the different output lines to be sorted particles have to in this case only be brought to one side of the dividing line and stream then independently in the intended output line. This offers the advantage that the particle switch upstream before the branch region of the output lines and in particular upstream arranged the geometric intersection of the output lines can be.

Bei der vorstehend erwähnten Trennlinie kann es sich um eine reale Trennwand handeln, die zwei Teilströme voneinander trennt, wobei die beiden Teilströme in jeweils eine bestimmte Ausgangsleitung strömen. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Trennlinie lediglich eine gedachte Linie bzw. Fläche zwischen den beiden Teilströmen ist.at the aforementioned Dividing line can be a real dividing wall, the two substreams separates, with the two sub-streams each in a specific Flow output line. However, it is alternatively possible that the dividing line merely an imaginary line or area between the two sub-streams is.

In einer Variante der Erfindung ist die Partikelweiche hierbei im Wesentlichen auf der Trennlinie angeordnet. Die Partikelweiche muss hierbei also stets aktiv angesteuert werden, um den jeweiligen Partikel mit einer ausreichenden Sicherheit in die vorgesehene Ausgangsleitung zu befördern.In In a variant of the invention, the particle switch is essentially this case arranged on the dividing line. The particle switch must therefore always be actively controlled to the respective particle with a sufficient Safety in the provided output line to transport.

In einer anderen Variante der Erfindung ist die Partikelweiche dagegen bezüglich der Strömungsrichtung in dem Trägerstromkanal seitlich neben der Trennlinie angeordnet, wobei die Partikel der Partikelweiche vorzugsweise durch eine stromaufwärts gelegene Zentriereinrichtung (engl. "funnel") zugeführt werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Partikelweiche nur dann aktiv angesteuert werden muss, wenn ein Partikel über die Trennlinie hinaus abgelenkt werden soll, um in die entsprechende Ausgangsleitung auf der gegenüberliegenden Seite der Trennlinie zu gelangen. Falls ein Partikel dagegen in die Ausgangsleitung auf der Seite der Partikelweiche strömen soll, ist hierbei keine aktive Ansteuerung der Partikelweiche erforderlich. Hierbei kann die Partikelweiche auf der Seite der Trennlinie angeordnet sein, aus der die Ausgangsleitung für negativ selektierte Partikel (engl. "waste") abzweigt. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Partikelweiche auf der Seite der Trennlinie angeordnet ist, aus der die Ausgangsleitung für positiv selektierte Partikel abzweigt.In In another variant of the invention, the particle switch is against in terms of the flow direction in the carrier flow channel arranged laterally next to the dividing line, wherein the particles of the particle switch preferably by an upstream centering device ("funnel") are supplied. This offers the advantage that the particle switch is only active must be controlled when a particle is deflected beyond the dividing line should be to enter the corresponding output line on the opposite Side of the dividing line. If a particle, however, in the Output line should flow on the side of the particle switch, In this case, no active control of the particle switch is required. In this case, the particle switch can be arranged on the side of the dividing line be, from which the output line for negatively selected particles (English "waste" branches off. It is however alternatively also possible, that the particle switch is placed on the side of the dividing line is, from the output line for positively selected particles branches.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verzweigt der Trägerstromkanal ausgangsseitig nicht notwendigerweise in mehrere Ausgangsleitungen. Stattdessen verläuft hierbei neben dem Trägerstromkanal mindestens ein Nebenstromkanal, der von dem Trägerstromkanal vorzugsweise durch eine Trennwand getrennt ist, wobei sich in der Trennwand ein Durchbruch befindet, in dem die Partikelweiche angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel werden also nur die einzelnen Partikel sortiert, wohingegen die Trägerströme im Wesentlichen unbeeinflusst weiter fließen. Beispielsweise können seitlich neben dem Trägerstromkanal, der den Trägerstrom mit den darin suspendierten Partikeln führt, zwei Nebenstromkanäle verlaufen, so dass die Partikelweiche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel wahlweise in einen der benachbarten Nebenstromkanäle befördern kann.In another embodiment the invention branches the carrier flow channel on the output side not necessarily in several output lines. Instead, it runs in this case next to the carrier flow channel at least one bypass channel, preferably from the carrier flow channel is separated by a partition, wherein in the partition a Breakthrough is located in which the particle switch is arranged. In this embodiment So only the individual particles are sorted, whereas the Carrier flows essentially unaffected continue to flow. For example, can laterally next to the carrier flow channel, the carrier current with the particles suspended therein, two bypass channels run, so that the particle switch the particles suspended in the carrier stream optionally in one of the adjacent bypass channels can convey.

Es ist jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel nicht zwingend erforderlich, dass zwischen dem Trägerstromkanal und dem Nebenstromkanal eine physische Trennwand verläuft. Es ist vielmehr auch möglich, dass der Trägerstromkanal lediglich durch eine gedachte Trennlinie bzw. Trennfläche von dem Nebenstromkanal getrennt ist, wobei die Trennung von Trägerstrom und Nebenstrom lediglich strömungsbedingt ist, weil Trägerstrom und Nebenstrom laminar nebeneinander strömen In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die gemeinsame Elektrodenanordnung mindestens eine pfeilförmige Elektrode und mehrere Ablenkelektroden auf, wobei die pfeilförmige Elektrode entgegen der Strömungsrichtung des Trägerstroms ausgerichtet ist, während die Ablenkelektroden stromaufwärts vor der pfeilförmigen Elektrode angeordnet sind und an die pfeilförmige Elektrode angrenzen. Beim Betrieb als dielektrophoretische Partikelweiche wird die Pfeilelektrode hierbei permanent aktiviert, während das Umlenken in die verschiedenen Ausgangsleitungen durch Schalten der verschiedenen Ablenkelektroden erfolgt. Diese Anordnung einer dielektrophoretischen Partikelweiche wird auch als "Ultra Fast Sorter" (UFS) bezeichnet und ermöglicht eine schnelle Sortierung der suspendierten Partikel. Darüber hinaus lässt sich auch diese Elektrodenanordnung als Feldkäfig schalten, um die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel zu fixieren.However, in this embodiment, it is not absolutely necessary that a physical partition extends between the carrier flow channel and the bypass channel. Rather, it is also possible that the carrier flow channel is separated only by an imaginary parting line or separation surface of the bypass channel, wherein the separation of carrier flow and side stream is only due to flow, because carrier flow and secondary flow laminar flow side by side in one embodiment of the invention, the common electrode arrangement at least one arrow-shaped electrode and a plurality of deflection electrodes, wherein the arrow-shaped electrode is aligned opposite to the flow direction of the carrier flow, while the deflection electrodes are arranged upstream of the arrow-shaped electrode and adjacent to the arrow-shaped electrode. During operation as a dielectrophoretic particle switch, the arrow electrode is permanently activated, while the deflection into the various output lines takes place by switching the various deflection electrodes. This arrangement of a dielectrophoretic Particle switch is also referred to as "Ultra Fast Sorter" (UFS) and allows for fast sorting of suspended particles. In addition, this electrode arrangement can also be switched as a field cage in order to fix the particles suspended in the carrier flow.

In den bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die gemeinsame Elektrodenanordnung sechs oder acht Elektroden auf, die getrennt ansteuerbar sind, um die gewünschte Manipulationsfunktion (z.B. Partikelfixierung oder Partikelsortierung) auszuführen. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Anzahl der Elektroden der gemeinsamen Elektrodenanordnung nicht auf sechs oder acht Elektroden beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Konfigurationen realisierbar.In the preferred embodiments has the common electrode arrangement has six or eight electrodes, which are separately controllable to the desired manipulation function (e.g., particle fixation or particle sorting). The However, the invention is in terms of the number of electrodes of the common electrode arrangement not on six or eight electrodes limited, but basically also possible with other configurations.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Feldkäfig aus acht Elektroden, während die Zentriereinheit (engl. "funnel") vier Elektroden aufweist, wobei die vier stromaufwärts gelegenen Elektroden des Feldkäfigs elektrisch mit jeweils einer der Elektroden der Zentriereinheit verbunden sind. Hierbei sind also ein Feldkäfig und eine Zentriereinheit in eine gemeinsame Elektrodenanordnung integriert, wobei die Elektroden der Zentriereinrichtung gemeinsam mit den vier stromaufwärts gelegenen Elektroden des Feldkäfigs ansteuerbar sind.In an embodiment the invention consists of the field cage from eight electrodes while the Centering unit ("funnel") has four electrodes, the four upstream located electrodes of the field cage electrically with one of the electrodes of the centering unit are connected. So here are a field cage and a centering unit integrated into a common electrode arrangement, wherein the electrodes the centering device together with the four upstream electrodes of the field cage are controllable.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße mikrofluidische System vorzugsweise eine erste Messstation aufweist, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel stromaufwärts vor der gemeinsamen Elektrodenanordnung im strömenden Zustand untersucht.Farther is to mention that the microfluidic System preferably has a first measuring station, which the in the carrier stream suspended particles upstream the common electrode arrangement in the flowing state examined.

Diese Untersuchung kann beispielsweise die Intensität einer Fluoreszenz, die Vitalität einer Zelle und/oder die Frage betreffen, ob es sich um eine einzelne Zelle oder ein Aggregat von mehreren Zellen handelt. Weiterhin kann bei dieser Untersuchung ermittelt werden, ob es sich um Zellen oder Material handelt, das in Form und Größe nicht Primärziel der näheren Untersuchung ist, zum Beispiel Verunreinigungen oder andere Zellen, sofern sie sich von den Vielzellen unterscheiden. Im Rahmen dieser Untersuchung kann beispielsweise eine Durchlichtmessung, eine Fluoreszenzmessung und/oder eine Impedanzspektroskopie erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, dass zunächst eine Durchlichtmessung und anschließend eine Fluoreszenzmessung erfolgt, wobei die Durchlichtmessung und die Fluoreszenzmessung vorzugsweise in räumlich getrennten Untersuchungsfenstern (engl. "region of interest") erfolgen. Die Durchlichtmessung kann beispielsweise die Unterscheidung zwischen lebenden und toten biologischen Zellen ermöglichen, während die Fluoreszenzmessung dazu verwendet werden kann, um zu untersuchen, ob die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel einen Fluoreszenzmarker tragen.These Examination can, for example, the intensity of a fluorescence, the vitality of a Cell and / or question affect whether it is a single Cell or aggregate of multiple cells. Furthermore, can In this investigation, it can be determined whether it is cells or Material is not the primary target of closer examination in shape and size is, for example, impurities or other cells, if they are differ from the multi-cells. In the context of this investigation For example, a transmitted light measurement, a fluorescence measurement and / or impedance spectroscopy. Furthermore Is it possible, that first a transmitted light measurement and then a fluorescence measurement takes place, wherein the transmitted light measurement and the fluorescence measurement preferably in spatial separate examination windows ("region of interest"). The transmitted light measurement can for example, the distinction between living and dead biological Enable cells while the fluorescence measurement can be used to investigate whether in the carrier stream suspended particles carry a fluorescent marker.

Falls im Rahmen der Voruntersuchung sowohl eine Durchlichtmessung als auch eine Fluoreszenzmessung in räumlich getrennten Untersuchungsfenstern erfolgt, so ist es vorteilhaft, wenn das Untersuchungsfenster für die Durchlichtmessung in dem Trägerstrom stromaufwärts vor dem Untersuchungsfenster für die Fluoreszenzmessung liegt. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass das Untersuchungsfenster für die Durchlichtmessung in dem Trägerstrom stromabwärts hinter dem Untersuchungsfenster für die Fluoreszenzmessung angeordnet ist.If as part of the preliminary investigation both a transmitted light measurement as also a fluorescence measurement in spatially separated examination windows takes place, it is advantageous if the examination window for the transmitted light measurement in the carrier stream upstream in front of the examination window for the fluorescence measurement is. However, it is alternatively possible that the examination window for the transmitted light measurement in the carrier stream downstream arranged behind the examination window for the fluorescence measurement is.

Vorzugsweise wird im Rahmen der Untersuchung in der ersten Messstation ein optisches Bild aufgenommen, was eine digitale Bildauswertung zur Klassifizierung der Partikel ermöglicht. Vorzugsweise werden die Partikel hierbei morphologisch untersucht, um beispielsweise eine einzelne biologische Zelle von einem Zellklumpen unterscheiden zu können. Der im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff eines optischen Bildes ist jedoch allgemein zu verstehen und nicht auf zweidimensionale Bilder im herkömmlichen Wortsinne beschränkt. Vielmehr umfasst der Begriff eines optischen Bildes im Sinne der Erfindung auch eine punkt- oder linienförmige optische Abtastung des Trägerstroms bzw. der in dem Trägerstrom suspendierten Partikel. Beispielsweise kann die Helligkeit entlang einer Linie quer zum Trägerstromkanal aufintegriert werden, um einzelne Partikel zu detektieren und zu klassifizieren.Preferably becomes an optical one in the first measuring station during the examination Image taken, giving a digital image evaluation for classification allows the particle. Preferably, the particles are examined morphologically, for example, a single biological cell from a cell clump to be able to distinguish. The term used in the present description of a However, optical image is generally understood and not up two-dimensional images in the conventional Word sense limited. Much more includes the concept of an optical image within the meaning of the invention also a point or line optical scanning of the carrier current or in the carrier stream suspended particles. For example, the brightness along a line across the carrier flow channel be integrated to detect individual particles and to classify.

Die Unterscheidung lebender und toter Zellen im Rahmen der Untersuchung in der ersten Messstation kann bei einer Durchlichtmessung durch eine Auswertung der Intensitätsverteilung in dem aufgenommenen optischen Bild erfolgen. Ein spezielles Prinzip dieser Durchlichtmessung mit den erwähnten Eigenschaften ist beispielsweise die Phasenkontrast-Beleuchtung. So weisen lebende biologische Zellen eine Ringstruktur mit einem in der Durchlichtmessung relativ hellen Rand und einem dunkleren Mittelpunkt auf, wohingegen tote biologische Zellen bei einer Durchlichtmessung eine annähernd einheitliche Helligkeit aufweisen und dunkel gegen den Hintergrund erscheinen.The Differentiation of living and dead cells in the investigation in the first measuring station can in a transmitted light measurement by an evaluation of the intensity distribution take place in the recorded optical image. A special principle This transmitted light measurement with the mentioned properties is for example the phase contrast illumination. So show living biological cells a ring structure with a relatively bright in the transmitted light measurement Edge and a darker center, whereas dead biological Cells in a transmitted light measurement, an approximately uniform brightness exhibit and appear dark against the background.

Zusätzlich zu der Untersuchung der Partikel in der ersten Messstation erfolgt vorzugsweise eine weitere Messung in einer zweiten Messstation, welche die in dem Feldkäfig fixierten Partikel untersucht. Die Fixierung der Partikel während der Untersuchung ist vorteilhaft, da auf diese Weise eine wesentlich genauere Untersuchung möglich ist.In addition to the investigation of the particles in the first measuring station takes place preferably a further measurement in a second measuring station, which in the field cage examined fixed particles. The fixation of the particles during the Investigations are beneficial, as they are essential more detailed examination possible is.

Bei der Untersuchung in der zweiten Messstation können beispielsweise bestimmte Moleküle innerhalb einer Zelle lokalisiert werden. Beispielsweise können im Rahmen dieser Untersuchung Moleküle lokalisiert werden, die mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert sind.For example, during the examination in the second measuring station, certain molecules within a cell can be localized. For example, in the context of this study, molecules be localized, which are labeled with a fluorescent dye.

Bei dem Fluoreszenzfarbstoff kann es sich beispielsweise um molekularbiologisch produzierte "Tags" von "Green Fluorescent Protein" und dessen Derivate, andere autofluoreszente Proteine handeln. Als Fluoreszenzfarbstoffe eignen sich jedoch auch solche Fluoreszenzfarbstoffe, die an ein zelluläres Molekül kovalent oder nicht-kovalent binden. Darüber hinaus können als Fluoreszenzfarbstoffe auch fluorigene Substanzen eingesetzt werden, die von zellulären Enzymen in fluoreszierende Produkte umgesetzt werden oder sogenannte FRET-Paare (Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfer). Der Zustand der eingesetzten Fluoreszenzfarbstoffe kann beispielsweise anhand ihrer spektralen Eigenschaften oder durch Biolumineszenz unterschieden werden.at the fluorescent dye may be, for example, molecular biological produced "Tags" from "Green Fluorescent Protein "and its derivatives, other autofluorescent proteins act. As fluorescent dyes However, such fluorescent dyes are suitable for a covalent cellular molecule or non-covalently. About that can out as fluorescent dyes also fluorigenic substances used be that of cellular Enzymes are converted into fluorescent products or so-called FRET pairs (fluorescence resonance energy transfer). The condition of used fluorescent dyes, for example, based on their spectral properties or distinguished by bioluminescence become.

Anhand der Lokalisation von Molekülen innerhalb einer Zelle kann auch die Struktur und die Funktion der Moleküle ermittelt werden. Hierbei kann beispielsweise unterschieden werden nach dem Vorkommen in der Plasmamembran, im Zytosol, in den Mitochondrien, im Golgi-Apparat, in Endosomen, in Lysosomen, im Zellkern, im Spindelapparat, im Zyto-Skelett, Kolokalisation mit Aktin, Tubulin.Based the localization of molecules within a cell can also be the structure and function of molecules be determined. In this case, for example, a distinction can be made after the occurrence in the plasma membrane, in the cytosol, in the mitochondria, in the Golgi apparatus, in endosomes, in lysosomes, in the nucleus, in the spindle apparatus, in the cytoskeleton, colocalization with actin, tubulin.

Ferner kann im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung in der ersten bzw. zweiten Messstation die Morphologie einer Zelle bestimmt werden, wobei auch Farbstoffe eingesetzt wer den können. Darüber hinaus können im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung auch zwei oder mehr Zustände einer Zellpopulation unterschieden werden.Further may be in the context of the main and / or preliminary investigation in the first or second measuring station to determine the morphology of a cell, wherein also dyes used who can. In addition, in the Frame the main and / or Preliminary study also distinguished two or more states of a cell population become.

Weiterhin ist es im Rahmen der Hauptuntersuchung in der zweiten Messstation möglich, ein zelluläres Signal anhand der Translokation eines fluoreszenzmarkierten Moleküls zu bestimmen, z.B. Rezeptoraktivierung gefolgt von Rezeptor-Internalisierung, Rezeptor-Aktivierung gefolgt von der Bindung von Arrestin, Rezeptor-Aggregation, Übergang eines Moleküls von der Plasmamembran ins Zytosol, vom Zytosol in die Plasmamembran, vom Zytosol in den Zellkern oder vom Zellkern ins Zytosol.Farther it is in the context of the main investigation in the second measuring station possible, a cellular one To determine the signal by translocation of a fluorescently labeled molecule e.g. Receptor activation followed by receptor internalization, receptor activation followed by binding of arrestin, receptor aggregation, transition of a molecule from the plasma membrane to the cytosol, from the cytosol to the plasma membrane, from the cytosol to the nucleus or from the nucleus to the cytosol.

Ferner kann im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung auch die Wechselwirkung zweier Moleküle bestimmt werden, wobei vorzugsweise mindestens eines der wechselwirkenden Moleküle einen Fluoreszenzmarker trägt und die Wechselwirkung z.B. durch kolokalisationsfreier Fluoreszenzfarben, ein FRET oder eine Änderung der Fluoreszenz-Lebenszeit gezeigt wird.Further may also interfere with the main and / or preliminary investigation two molecules be determined, preferably at least one of the interacting Molecules one Carries fluorescent marker and the interaction e.g. by colocalization-free fluorescent colors, a FRET or a change the fluorescence lifetime is shown.

Im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung kann jedoch auch der Status einer Zelle innerhalb eines Zellzyklus bestimmt werden, wobei vorzugsweise die Morphologie der Zelle oder die Anfärbung des zellulären Chromatins ausgewertet wird.in the However, the scope of the main and / or preliminary investigation may include the Status of a cell can be determined within a cell cycle, wherein preferably the morphology of the cell or staining of the cell cellular Chromatin is evaluated.

Eine weitere Möglichkeit für die Haupt- und/oder Voruntersuchung besteht darin, das Membranpotential einer Zelle zu bestimmen, wobei vorzugsweise membranpotentialsensitive Farbstoffe eingesetzt werden. Vorzugsweise werden hierbei Farbstoffe verwendet die hinsichtlich des Plasmamembranpotentials und/oder des mitochondrialen Membranpotentials sensitiv sind.A another possibility for the Main and / or preliminary investigation is the membrane potential to determine a cell, preferably membranpotentialsensitive Dyes are used. Preferably, in this case, dyes uses the with respect to the plasma membrane potential and / or of the mitochondrial membrane potential are sensitive.

Darüber hinaus kann im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung auch die Vitalität einer Zelle ermittelt werden wobei vorzugsweise die Morphologie der Zelle ausgewertet wird und/oder fluorigene Substanzen eingesetzt werden, die zwischen lebenden und toten Zellen unterscheiden können.Furthermore During the main and / or preliminary examination, the vitality of a cell can also be determined wherein preferably the morphology of the cell is evaluated is used and / or fluorigenic substances that live between and can distinguish dead cells.

Ferner können bei der Haupt- und/oder Voruntersuchung auch zytotoxische Effekte untersucht und/oder der intrazelluläre pH-Wert bestimmt werden.Further can at the main and / or preliminary examination also cytotoxic effects examined and / or the intracellular pH can be determined.

Es ist auch möglich, im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung die Konzentration eines oder mehrerer Ionen innerhalb einer Zelle zu bestimmen.It is possible, too, in the context of the main and / or preliminary examination, the concentration to determine one or more ions within a cell.

Auch kann bei der Haupt- und/oder Voruntersuchung eine enzymatische Aktivität innerhalb einer Zelle ermittelt werden, wobei vorzugsweise fluorigene oder chromogene Substanzen, insbesondere Kinasen, Phosphatasen oder Proteasen, eingesetzt werden können.Also may at the main and / or preliminary examination an enzymatic activity within a cell can be determined, preferably fluorigenic or chromogenic substances, in particular kinases, phosphatases or proteases, can be used.

Ferner kann bei der Haupt- und/oder Voruntersuchung die Produktionsleistung von Zellen bestimmt werden, die biologische Produkte erzeugen, wie beispielsweise Proteine, Peptide, Antikörper, Kohlenhydrate oder Fette, wobei eine der beschriebenen Methoden angewendet werden kann.Further can at the main and / or preliminary investigation the production output be determined by cells that produce biological products, such as for example, proteins, peptides, antibodies, carbohydrates or fats, wherein one of the described methods can be used.

Schließlich können im Rahmen der Hauptuntersuchung in der zweiten Messstation auch Zell-Stresspfade, metabolische Pfade, Zellwachstumspfade, Zellteilungspfade und andere Signaltransduktionspfade bestimmt werden.Finally, in the Frame of the main investigation in the second measuring station also cell stress paths, metabolic pathways, cell growth pathways, cell division pathways and others Signal transduction paths are determined.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße mikrofluidische System als Einzelteil beschränkt, sondern umfasst auch ein Gerät, insbesondere einen Zellsortierer mit einem derartigen mikrofluidischen System als Bauteil. Ferner umfasst die Erfindung auch ein Ansteuerungsverfahren zur elektrischen Ansteuerung der gemeinsamen Elektroden entsprechend der gewünschten Manipulationsfunktion. Weiterhin ist zu erwähnen, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Partikels allgemein zu verstehen ist und nicht auf einzelne biologische Zellen beschränkt ist. Vielmehr umfasst dieser Begriff auch synthetische oder biologische Partikel wobei sich besondere Vorteile ergeben, wenn die Partikel biologische Materialien, also beispielsweise biologische Zellen, Zellgruppen, Zellbestandteile oder biologisch relevante Makromoleküle, jeweils ggf. im Verbund mit anderen biologischen Partikeln oder synthetischen Trägerpartikeln umfassen. Synthetische Partikel können feste Partikel, flüssige, vom Suspensionsmedium abgegrenzte Teilchen oder Mehrphasenpartikel umfassen, die gegenüber dem Suspensionsmedium in dem Trägerstrom eine getrennte Phase bilden.However, the invention is not limited to the microfluidic system according to the invention described above as a single part, but also includes a device, in particular a cell sorter with such a microfluidic system as a component. Furthermore, the invention also includes a driving method for the electrical control of the common electrodes according to the desired manipulation function. It should also be mentioned that the term particle used in the context of the invention is to be understood in general terms and is not limited to individual biological cells is. On the contrary, this term also encompasses synthetic or biological particles, with particular advantages if the particles comprise biological materials, for example biological cells, cell groups, cell constituents or biologically relevant macromolecules, in each case optionally together with other biological particles or synthetic carrier particles. Synthetic particles may comprise solid particles, liquid particles delimited from the suspension medium, or multiphase particles which form a separate phase with respect to the suspension medium in the carrier stream.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or will be discussed below together with the description of the preferred Embodiments of the Invention with reference to the figures explained. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems, 1 a schematic representation of a microfluidic system according to the invention,

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems, 2 a further embodiment of a microfluidic system according to the invention,

3 ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems mit einer gemeinsamen Elektrodenanordnung, 3 another alternative embodiment of a microfluidic system according to the invention with a common electrode arrangement,

4 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems, bei dem die Sortiereinrichtung stromaufwärts vor dem Verzweigungsbereich angeordnet ist, 4 an alternative embodiment of a microfluidic system according to the invention, in which the sorter is arranged upstream of the branching region,

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems, bei dem die Sortiereinrichtung in dem Trägerstromkanal außermittig angeordnet ist, 5 a further embodiment of a microfluidic system in which the sorter is arranged eccentrically in the carrier flow channel,

6 ein erfindungsgemäßes mikrofluidisches System mit drei Ausgangsleitungen, 6 an inventive microfluidic system with three output lines,

7 ein Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems mit einem mittigen Trägerstromkanal, der von zwei Nebenstromkanälen benachbart ist, 7 An embodiment of a microfluidic system with a central carrier flow channel adjacent to two bypass channels,

8 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit einer Elektrodenanordnung, welche die Funktion eines Feldkäfigs und einer Zentriereinrichtung integriert, 8th a further embodiment of the invention with an electrode assembly which integrates the function of a field cage and a centering device,

9 ein Ausführungsbeispiel einer gemeinsamen Elektrodenanordnung, welche die Funktion eines Feldkäfigs und einer Zentriereinrichtung integriert, 9 an embodiment of a common electrode arrangement, which integrates the function of a field cage and a centering device,

10 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung sowie 10 a schematic representation of an electrode arrangement according to the invention and

11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems. 11 a further embodiment of a microfluidic system according to the invention.

Die schematische Darstellung in 1 zeigt ein mikrofluidisches System mit einem Trägerstromkanal 1 zur Zuführung eines Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln 2.The schematic representation in 1 shows a microfluidic system with a carrier flow channel 1 for supplying a carrier stream with particles suspended therein 2 ,

In dem Trägerstromkanal 1 ist eine dielektrophoretische Elektrodenanordnung 3 angeordnet, welche die Partikel 2 in dem Trägerstrom zentriert und in Strömungsrichtung hintereinander aufreiht. Der Aufbau und die Funktionsweise der Elektrodenanordnung 3 ist beispielsweise in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" beschrieben, wo die Elektrodenanordnung 3 als "Funnel" bezeichnet wird. Der Inhalt dieser Veröffentlichung ist deshalb der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der Elektrodenanordnung 3 in vollem Umfang zuzurechnen.In the carrier flow channel 1 is a dielectrophoretic electrode assembly 3 arranged which the particles 2 centered in the carrier stream and aligned in the flow direction one behind the other. The structure and operation of the electrode assembly 3 is described, for example, in the already mentioned publication by MÜLLER, T. et al .: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles", where the electrode arrangement 3 is called "Funnel". The content of this publication is therefore the present description in terms of the structure and operation of the electrode assembly 3 attributable in full.

Stromabwärts hinter der Elektrodenanordnung 3 befindet sich in dem Trägerstromkanal 1 eine weitere dielektrophoretische Elektrodenanordnung 4, die es ermöglicht, die Partikel 2 vorübergehend zu parken. Der Aufbau und die Funktionsweise der Elektrodenanordnung 4 ist beispielsweise in MÜLLER, T. et al.: "Life cells in cellprocessors" (Bioworld, 2-2002) beschrieben, wo die Elektrodenanordnung 4 als "Hook" bezeichnet wird. Der Inhalt dieser Veröffentlichung ist deshalb hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der Elektrodenanordnung 4 der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen, so dass an dieser Stelle auf eine detaillierte Beschreibung der Elektrodenanordnung 4 verzichtet werden kann.Downstream of the electrode assembly 3 is located in the carrier flow channel 1 another dielectrophoretic electrode arrangement 4 that allows the particles 2 to park temporarily. The structure and operation of the electrode assembly 4 is described, for example, in MÜLLER, T. et al .: "Life cells in cell processors" (Bioworld, 2-2002), where the electrode arrangement 4 is called a "hook". The content of this publication is therefore in terms of the structure and operation of the electrode assembly 4 to the full extent of the present description, so that at this point on a detailed description of the electrode assembly 4 can be waived.

Stromabwärts hinter der Elektrodenanordnung 4 verzweigt der Trägerstromkanal 1 in zwei Ausgangsleitungen 5, 6, wobei in dem Verzweigungsbereich eine weitere Elektrodenanordnung 7 angeordnet ist, die wahlweise als dielektrophoretischer Feldkäfig oder als Partikelweiche angesteuert werden kann. Hinsichtlich des Aufbaus und der Ansteuerung der Elektrodenanordnung 7 als Partikelweiche oder als Feldkäfig wird auf die bereits eingangs erwähnte Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" verwiesen, deren Inhalt der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich der Gestaltung der Elektrodenanordnung 7 in vollem Umfang zuzurechnen ist. Die Elektrodenanordnung 7 vereinigt hierbei also die Funktionen zweier im Stand der Technik getrennter Manipulationseinrichtungen, nämlich zum einen die Funktion eines dielektrophoretischen Feldkäfigs (engl. "cage") und zum anderen die Funktion einer Partikelweiche (engl. "switch"). Zur Auswahl der ge wünschten Funktion der Elektrodenanordnung 7 müssen die einzelnen Elektroden der Elektrodenanordnung 7 lediglich entsprechend angesteuert werden, was an sich aus der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al. bekannt ist.Downstream of the electrode assembly 4 branches the carrier flow channel 1 in two output lines 5 . 6 wherein, in the branching region, a further electrode arrangement 7 is arranged, which can be controlled either as a dielectrophoretic field cage or as a particle switch. With regard to the construction and the control of the electrode arrangement 7 As a particle switch or as a field cage, reference is made to the publication by MÜLLER, T. et al .: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" already mentioned in the introduction, whose content of the present description relates to the design of the electrode arrangement 7 is fully attributable. The electrode arrangement 7 This unites the functions of two separate in the art manipulation devices, namely on the one hand, the function of a dielektropho retical field cage (English "cage") and on the other hand, the function of a particle switch ("switch"). To select the ge desired function of the electrode assembly 7 need the individual electrodes of the electrode assembly 7 only be controlled accordingly, which in itself from the already mentioned in the introduction MÜLLER, T. et al. is known.

In dem Trägerstromkanal 1 befindet sich zwischen den Elektrodenanordnungen 4 und 7 eine erste Messstation 8, die eine Voruntersuchung der in dem Trägerstrom suspendierten Partikel 2 durchführt, wobei die Voruntersuchung in der eingangs beschriebenen Weise erfolgen kann.In the carrier flow channel 1 is located between the electrode assemblies 4 and 7 a first measuring station 8th which involves a preliminary study of the particles suspended in the carrier stream 2 performing the preliminary investigation in the manner described above.

In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Voruntersuchung wird die Elektrodenanordnung 7 dann entweder als Feldkäfig oder als Partikelweiche geschaltet. Falls das Ergebnis der Untersuchung in der Messstation 8 beispielsweise ergibt, dass der untersuchte Partikel 2 nicht weiter interessiert, so wird dieser Partikel 2 in die Ausgangsleitung 5 für nicht interessierende Partikel befördert. Falls die Untersuchung in der Messstation 8 dagegen ergibt, dass der Partikel 2 den Messkriterien der Voruntersuchung genügt, so wird die Elektrodenanordnung 7 als Feldkäfig geschaltet, so dass der Partikel 2 anschließend im fixierten Zustand in der Elektrodenanordnung 7 durch eine zweite Messstation 9 untersucht werden kann, wobei die zweite Messstation 9 eine detaillierte Untersuchung des Partikels 2 vornimmt, wie bereits eingangs beschrieben wurde.Depending on the result of the preliminary examination, the electrode arrangement 7 then switched either as a field cage or as a particle switch. If the result of the investigation in the measuring station 8th For example, it indicates that the particle under investigation 2 not interested further, so will this particle 2 in the output line 5 for particles not of interest. If the investigation in the measuring station 8th on the other hand shows that the particle 2 meets the measurement criteria of the preliminary investigation, then the electrode arrangement 7 switched as a field cage, leaving the particle 2 subsequently in the fixed state in the electrode arrangement 7 through a second measuring station 9 can be examined, with the second measuring station 9 a detailed examination of the particle 2 makes, as already described above.

Weiterhin ist in der Ausgangsleitung 6 für positiv selektierte Partikel 2 eine Elektrodenanordnung 10 angeordnet, welche die Partikel 2 in der Ausgangsleitung 6 zentriert und dadurch ein Absinken der Partikel 2 in der Ausgangsleitung 6 verhindert.Furthermore, in the output line 6 for positively selected particles 2 an electrode assembly 10 arranged which the particles 2 in the output line 6 centered and thereby a sinking of the particles 2 in the output line 6 prevented.

Schließlich ist noch zu erwähnen, dass in die Ausgangsleitung 6 zwei Hüllstromleitungen 11, 12 münden, was an sich ebenfalls bekannt ist.Finally, it should be mentioned that in the output line 6 two sheath power lines 11 . 12 lead, which is also known in itself.

Das in 2 dargestellte alternative Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.This in 2 illustrated alternative embodiment is largely consistent with that described above and in 1 illustrated embodiment, so reference is made to avoid repetition of the above description, wherein the same reference numerals are used for corresponding components.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Elektrodenanordnung 7 hierbei lediglich sechs räumlich angeordnete Elektroden aufweist, die jedoch ebenfalls wahlweise als Feldkäfig oder als Partikelweiche schaltbar sind.A special feature of this embodiment is that the electrode arrangement 7 in this case has only six spatially arranged electrodes, which, however, are also optionally switchable as a field cage or as a particle switch.

Schließlich stimmt auch das in 3 dargestellte alternative Ausführungsbeispiel weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung zu 1 verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.Finally, that's true in 3 illustrated alternative embodiment largely with the above-described and in 1 illustrated embodiment, so that to avoid repetition largely to the above description 1 the same reference numerals are used for corresponding components in the following.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Elektrodenanordnung 7 hierbei eine Pfeilelektrode 13 aufweist, die entgegen der Strömungsrichtung ausgerichtet ist und permanent angesteuert wird, wobei an die Pfeilelektrode 13 zwei Ablenkelektroden angrenzen, die zur Ablenkung in die gewünschte Ausgangsleitung 5 bzw. 6 jeweils einzeln angesteuert werden. Diese Konfiguration wird auch als "Ultra Fast Sorter" (UFS) bezeichnet und ermöglicht eine schnelle Sortierung der suspendierten Partikel 2.A special feature of this embodiment is that the electrode arrangement 7 in this case an arrow electrode 13 which is aligned counter to the flow direction and is permanently driven, wherein the arrow electrode 13 two deflecting electrodes adjacent, for deflection into the desired output line 5 respectively. 6 each be controlled individually. This configuration, also known as the Ultra Fast Sorter (UFS), allows for fast sorting of suspended particles 2 ,

Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden und nur die Besonderheiten dieses Ausführungsbeispiels beschrieben werden.This in 4 illustrated embodiment is largely consistent with the embodiments described above, so to avoid repetition, reference is made largely to the above description, the same reference numerals are used for corresponding components and only the specifics of this embodiment will be described.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Elektrodenanordnung 7 in dem Trägerstromkanal 1 stromaufwärts vor dem Verzweigungsbereich der beiden Ausgangsleitungen 5, 6 angeordnet ist. In dem Trägerstromkanal 1 verläuft hierbei mittig eine flächige Trennlinie 14, wobei in der Zeichnung schwarz dargestellte Partikel 15 in die Ausgangsleitung 5 für negativ selektierte Partikel strömen, wohingegen in der Zeichnung in einer Umrisslinie dargestellte Partikel 16 in die andere Ausgangsleitung 6 für positiv selektierte Partikel strömen. Die Trennlinie 14 wird auch als Separatrix bezeichnet und trennt in dem Trägerstromkanal 1 zwei Teilströme, die ohne eine Ansteuerung der Elektrodenanordnung 7 als Partikelweiche in die jeweils zugehörige obere bzw. untere Ausgangsleitung 5 bzw. 6 strömen. Zur Erreichung einer definierten Sortierung der Partikel 15, 16 auf die beiden Ausgangsleitungen 5, 6 muss die gemeinsame Elektrodenanordnung 7 also hierbei stets als Partikelweiche aktiv angesteuert werden.A special feature of this embodiment is that the electrode arrangement 7 in the carrier flow channel 1 upstream of the branching area of the two output lines 5 . 6 is arranged. In the carrier flow channel 1 in this case runs in the middle of a two-dimensional dividing line 14 wherein particles shown in the drawing are black 15 in the output line 5 For negatively selected particles flow, whereas in the drawing in an outline represented particles 16 in the other output line 6 flow for positively selected particles. The dividing line 14 is also referred to as separatrix and separates in the carrier flow channel 1 two sub-streams that without a control of the electrode assembly 7 as a particle switch in the respective upper or lower output line 5 respectively. 6 stream. To achieve a defined sorting of the particles 15 . 16 on the two output lines 5 . 6 must the common electrode arrangement 7 So hereby always be actively activated as a particle switch.

Das in 5 dargestellte alternative Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass weitgehend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und im Folgenden für entsprechende Bauteile die selben Bezugszeichen verwendet werden.This in 5 illustrated alternative embodiment of a microfluidic system is largely consistent with that described above and in 4 illustrated embodiment, so that reference is largely made to the above description and below, the same reference numerals are used for corresponding components.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die wahlweise als Partikelweiche oder als Feldkäfig ansteuerbare gemeinsame Elektrodenanordnung 7 in dem Trägerstromkanal 1 außermittig angeordnet ist. Dies bedeutet, dass sich die Elektrodenanordnung 7 bezüglich der Strömungsrichtung in dem Trägerstromkanal 1 seitlich neben der Trennlinie 14 auf der Seite der Ausgangsleitung 6 befindet. Dies bedeutet, dass die Partikel 15, 16 selbständig in die Ausgangsleitung 6 strömen, wenn die Elektrodenanordnung 7 nicht aktiv als Partikelweiche angesteuert wird, um die Partikel 15 über die Trennlinie 14 hinaus auf die andere Seite des Trägerstromkanals 1 abzulenken. Dieses Ausführungsbeispiel ist deshalb dann vorteilhaft, wenn der Anteil der negativ zu selektierenden Partikel 15 wesentlich kleiner ist als der Anteil der positiv zu selektierenden Partikel 16, da nur zum Aussortieren der relativ geringen Anzahl der negativ zu selektierenden Partikel 15 eine Ansteuerung der Elektrodenanordnung 7 erforderlich ist.A special feature of this Ausführungsbei game is that the selectively controllable as a particle switch or as a field cage common electrode arrangement 7 in the carrier flow channel 1 is arranged eccentrically. This means that the electrode arrangement 7 with respect to the flow direction in the carrier flow channel 1 laterally next to the dividing line 14 on the side of the output line 6 located. This means that the particles 15 . 16 independently in the output line 6 flow when the electrode assembly 7 not actively driven as a particle switch to the particles 15 over the dividing line 14 out to the other side of the carrier flow channel 1 distract. This embodiment is therefore advantageous if the proportion of particles to be selected negative 15 is much smaller than the proportion of positively selected particles 16 , because only to sort out the relatively small number of particles to be selected negative 15 a control of the electrode assembly 7 is required.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems mit einem Trägerstromkanal 17 zur Zuführung eines Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln 18, 19, 20, wobei sich die Partikel 18, 19, 20 unterscheiden, was in der Zeichnung durch die unterschiedliche grafische Darstellung der Partikel 18, 19, 20 angedeutet ist. 6 shows a further embodiment of a microfluidic system with a carrier flow channel 17 for supplying a carrier stream with particles suspended therein 18 . 19 . 20 , where are the particles 18 . 19 . 20 differ what in the drawing by the different graphical representation of the particles 18 . 19 . 20 is indicated.

Der Trägerstromkanal 17 verzweigt stromabwärts in drei Ausgangsleitungen 21, 22, 23 zur Aufnahme und Abführung der verschiedenen Partikel 18, 19, 20. Die Ausgangsleitung 21 dient hierbei zur Aufnahme der schwarz gezeichneten Partikel 20, während die Ausgangsleitung 22 zur Abführung der schraffiert dargestellten Partikel 19 dient, wohingegen die Ausgangslei tung 23 die als Umrisslinie gezeichneten Partikel 18 aufnimmt und abführt.The carrier flow channel 17 branches downstream into three output lines 21 . 22 . 23 for receiving and discharging the various particles 18 . 19 . 20 , The output line 21 serves to accommodate the black drawn particles 20 while the output line 22 for removing the hatched particles shown 19 serves, whereas the Ausgangslei direction 23 the particles drawn as an outline 18 absorbs and dissipates.

In dem Trägerstromkanal 17 verlaufen hierbei zwei flächige Trennlinien 24, 25, die in dem Trägerstromkanal 17 drei Teilströme abgrenzen.In the carrier flow channel 17 here are two flat dividing lines 24 . 25 located in the carrier flow channel 17 delimit three partial flows.

Die in dem oberen Teilstrom oberhalb der Trennlinie 24 suspendierten Partikel gelangen hierbei selbständig in die Ausgangsleitung 21, sofern diese Partikel nicht aktiv abgelenkt werden, wie im Folgenden noch detailliert beschrieben wird.The in the upper part of the stream above the dividing line 24 suspended particles enter this independently in the output line 21 unless these particles are actively deflected, as described in more detail below.

Die Partikel, die in dem Trägerstrom zwischen den beiden Trennlinien 24, 25 suspendiert sind, gelangen dagegen ohne eine externe Ablenkung selbständig in die Ausgangsleitung 22.The particles in the carrier stream between the two dividing lines 24 . 25 On the other hand, without an external deflection, they automatically enter the output line 22 ,

Ferner strömen die in dem Trägerstrom unterhalb der Trennlinie 25 suspendierten Partikel selbständig in die Ausgangsleitung 23, sofern diese Partikel nicht aktiv abgelenkt werden, wie noch detailliert beschrieben wird.Furthermore, they flow in the carrier stream below the dividing line 25 suspended particles independently in the output line 23 unless these particles are actively deflected, as described in more detail below.

In dem Trägerstromkanal 17 befindet sich stromaufwärts zunächst eine Zentriereinrichtung 26, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel 18, 19, 20 auf der Trennlinie 25 aufreiht und einer nachfolgenden Elektrodenanordnung 27 zuführt. Die Elektrodenanordnung 27 vereinigt die Funktion eines Feldkäfigs mit der Funktion einer Ablenkeinrichtung (engl. "switch").In the carrier flow channel 17 upstream is initially a centering device 26 containing the particles suspended in the carrier stream 18 . 19 . 20 on the dividing line 25 stringed and a subsequent electrode assembly 27 supplies. The electrode arrangement 27 unites the function of a field cage with the function of a deflector ("switch").

Bei einer Ansteuerung als Feldkäfig kann die Elektrodenanordnung 27 die Partikel 18, 19 bzw. 20 fixieren, damit die Partikel 18, 19 bzw. 20 von einer Messstation untersucht werden, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.When activated as a field cage, the electrode arrangement 27 the particles 18 . 19 respectively. 20 fix it, so that the particles 18 . 19 respectively. 20 be examined by a measuring station, which is not shown for simplicity.

Bei einer Ansteuerung als Partikelweiche bzw. Ablenkeinrichtung kann die Elektrodenanordnung 27 die Partikel 18, 19 bzw. 20 dagegen in Abhängigkeit von dem Ergebnis der vorangegangenen Untersuchung in der Messstation entweder geradeaus weiter strömen lassen oder seitlich in den Teilstrom zwischen den beiden Trennlinien 24, 25 ablenken.When activated as a particle switch or deflection device, the electrode arrangement 27 the particles 18 . 19 respectively. 20 on the other hand, depending on the result of the previous examination in the measuring station, either continue to flow straight on or laterally into the partial flow between the two separating lines 24 . 25 distracted.

Stromabwärts hinter der Elektrodenanordnung 27 befindet sich eine weitere Zentriereinrichtung 28, die in dem Trägerstromkanal 17 außermittig angeordnet ist und die in den beiden Teilströmen beiderseits der Trennlinie 24 suspendierten Partikel auf der Trennlinie 24 aufreiht und einer weiteren Elektrodenanordnung 29 zuführt, die wahlweise als Feldkäfig oder als Partikelweiche ansteuerbar ist.Downstream of the electrode assembly 27 there is another centering device 28 located in the carrier flow channel 17 is arranged eccentrically and in the two sub-streams on both sides of the dividing line 24 suspended particles on the dividing line 24 stringed and another electrode assembly 29 supplies, which can be controlled either as a field cage or as a particle switch.

Bei einer Ansteuerung der Elektrodenanordnung 29 als Feldkäfig kann die Elektrodenanordnung 29 die Partikel 19 bzw. 20 fixieren, damit diese durch eine Messstation untersucht werden können, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.When driving the electrode assembly 29 as a field cage, the electrode assembly 29 the particles 19 respectively. 20 fix, so that they can be examined by a measuring station, which is not shown for simplicity.

Bei einer Ansteuerung als Partikelweiche kann die Elektrodenanordnung die Partikel wahlweise in den oberhalb der Trennlinie 24 befindlichen Teilstrom oder in den unterhalb der Trennlinie 24 befindlichen Teilstrom ablenken, damit die Partikel in die gewünschte Ausgangsleitung 21 bzw. 22 strömen. Die Ansteuerung der Elektrodenanordnung 29 als Partikelweiche zur Sortierung der Partikel auf die beiden Ausgangsleitungen 21, 22 erfolgt hierbei in Abhängigkeit von dem Ergebnis der vorangegangenen Untersuchung der nicht dargestellten Messstation.When activated as a particle switch, the electrode arrangement can optionally place the particles in the region above the dividing line 24 located sub-stream or in the below the dividing line 24 distracting the partial flow, so that the particles in the desired output line 21 respectively. 22 stream. The activation of the electrode arrangement 29 as a particle separator for sorting the particles on the two output lines 21 . 22 takes place here as a function of the result of the previous examination of the measuring station, not shown.

7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems mit einem Trägerstromkanal 30 und zwei benachbarten Nebenstromkanälen 31, 32, wobei die beiden Ne benstromkanäle 31, 32 von dem Trägerstromkanal 30 durch jeweils eine Trennwand 33, 34 getrennt sind. 7 shows a further embodiment of a microfluidic system with a carrier flow channel 30 and two adjacent bypass channels 31 . 32 , where the two Ne benstromkanäle 31 . 32 from the carrier flow channel 30 by a partition wall 33 . 34 are separated.

Über den Trägerstromkanal 30 werden dem mikrofluidischen System hierbei suspendierte Partikel 35, 36, 37 zugeführt, wobei sich die Partikel 35, 36, 37 unterscheiden und entsprechend auf die beiden Nebenstromkanäle 31, 32 oder auf den weiterführenden Trägerstromkanal 30 verteilt werden.About the carrier flow channel 30 In this case, the microfluidic system is suspended Parti kel 35 . 36 . 37 fed, whereby the particles 35 . 36 . 37 differ and according to the two bypass channels 31 . 32 or on the continuing carrier flow channel 30 be distributed.

In dem Trägerstromkanal 30 befindet sich an dessen stromaufwärts gelegenen Ende zunächst eine Elektrodenanordnung 38, um die Partikel 35, 36, 37 in dem Trägerstromkanal 30 mittig aufzureihen.In the carrier flow channel 30 is located at the upstream end, first an electrode assembly 38 to the particles 35 . 36 . 37 in the carrier flow channel 30 to line up in the middle.

Stromabwärts hinter der Elektrodenanordnung 38 weisen die Trennwände 33, 34 jeweils einen Durchbruch auf, durch den die Partikel 36, 37 in die benachbarten Nebenstromkanäle 31, 32 abgelenkt werden können. Hierzu ist im Bereich der Durchbrüche eine Elektrodenanordnung angeordnet, die wahlweise als Feldkäfig oder als Partikelweiche ansteuerbar ist, wobei die gemeinsame Elektrodenanordnung aus acht Elektroden besteht, von denen hier nur vier Elektroden 39, 40, 41, 42 erkennbar sind.Downstream of the electrode assembly 38 have the partitions 33 . 34 each have a breakthrough through which the particles 36 . 37 in the adjacent bypass channels 31 . 32 can be distracted. For this purpose, an electrode arrangement is arranged in the region of the apertures, which can be controlled either as a field cage or as a particle switch, wherein the common electrode arrangement consists of eight electrodes, of which only four electrodes 39 . 40 . 41 . 42 are recognizable.

Bei einer Ansteuerung der gemeinsamen Elektrodenanordnung als Feldkäfig können die Partikel 35, 36 bzw. 37 in dem Feldkäfig fixiert werden, um eine detaillierte Untersuchung durch eine Messstation zu ermöglichen, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.When controlling the common electrode arrangement as a field cage, the particles can 35 . 36 respectively. 37 be fixed in the field cage to allow a detailed examination by a measuring station, which is not shown for simplicity.

In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Untersuchung kann die gemeinsame Elektrodenanordnung dann als Partikelweiche angesteuert werden, um die Partikel 37 in den Nebenstromkanal 31 zu befördern und die Partikel 36 in den Nebenstromkanal 32 abzulenken.Depending on the result of this investigation, the common electrode arrangement can then be controlled as a particle switch to the particles 37 in the bypass channel 31 to carry and the particles 36 in the bypass channel 32 distract.

Das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und für entsprechende Bauteile die selben Bezugszeichen verwendet werden.This in 8th illustrated embodiment of a microfluidic system is largely consistent with that described above and in 4 illustrated embodiment, so to avoid repetition, reference is made largely to the above description and the same reference numerals are used for corresponding components.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Funktionen der Elektrodenanordnungen 3 und 7 in 4 bei diesem Ausführungsbeispiel in einer einzigen Elektrodenanordnung 43 integriert sind, wobei die Elektrodenanordnung 43 wahlweise als Zentriereinrichtung (engl. "funnel"), als Feldkäfig (engl. "field cage") oder als Partikelweiche (engl. "switch") ansteuerbar ist.A special feature of this embodiment is that the functions of the electrode assemblies 3 and 7 in 4 in this embodiment in a single electrode arrangement 43 are integrated, wherein the electrode assembly 43 optionally as a centering device ("funnel"), as a field cage (English "field cage") or as a particle switch (English "switch") can be controlled.

Die Elektrodenanordnung 43 weist hierbei Elektroden auf, die in Strömungsrichtung aufeinander zulaufen, wobei die Endspitzen dieses Elektroden halbkreisförmig geformt sind. Mit Hilfe dieser besonderen Gestaltung kann die Elektrodenanordnung 43 auch Partikel haltern.The electrode arrangement 43 has in this case electrodes which converge toward one another in the flow direction, wherein the end tips of these electrodes are formed semicircular. With the help of this particular design, the electrode assembly 43 also hold particles.

Ferner zeigt 9 eine schematische Darstellung einer gemeinsamen Elektrodenanordnung, die wahlweise als Zentriereinrichtung oder als Feldkäfig ansteuerbar ist. Hierzu weist die Elektrodenanordnung acht quaderförmig angeordnete Käfigelektroden auf, wobei in der Aufsicht nur vier Käfigelektroden 44, 45, 46, 47 erkennbar sind.Further shows 9 a schematic representation of a common electrode arrangement, which can be controlled either as a centering device or as a field cage. For this purpose, the electrode arrangement has eight cage electrodes arranged in the shape of a cuboid, with only four cage electrodes in the top view 44 . 45 . 46 . 47 are recognizable.

Weiterhin sind hierbei vier herkömmlich angeordnete Ablenkelektroden vorgesehen, wobei in der Aufsicht nur zwei Ablenkelektroden 48, 49 erkennbar sind.Furthermore, in this case four conventionally arranged deflection electrodes are provided, wherein in the plan view only two deflection electrodes 48 . 49 are recognizable.

Die stromaufwärts gelegenen Käfigelektroden 45, 47 sind hierbei mit jeweils einer der beiden Ablenkelektroden 48, 49 elektrisch verbunden und gemeinsam mit diesen ansteuerbar.The upstream cage electrodes 45 . 47 are each with one of the two deflection electrodes 48 . 49 electrically connected and controllable together with these.

Schließlich zeigt 10 eine schematische Darstellung der geometrischen Anordnung von acht Käfigelektroden 50, 50', 51, 51', 52, 52', 53, 53', wobei die Strömungsrichtung hierbei in Y-Richtung verläuft.Finally shows 10 a schematic representation of the geometric arrangement of eight cage electrodes 50 . 50 ' . 51 . 51 ' . 52 . 52 ' . 53 . 53 ' , The flow direction in this case runs in the Y direction.

Die elektrische Ansteuerung der einzelnen Käfigelektroden 50, 50', 51, 51', 52, 52', 53, 53' ist beispielsweise in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" beschrieben, deren Inhalt der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.The electrical control of the individual cage electrodes 50 . 50 ' . 51 . 51 ' . 52 . 52 ' . 53 . 53 ' is described, for example, in the publication by MÜLLER, T. et al .: "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" already mentioned in the introduction, the content of which is fully attributable to the present description.

Um einen gefangenen Partikel in Y-Richtung zu entlassen, werden die Käfigelektroden 52, 52', 53, 53' hinreichend geschwächt, was beispielsweise durch Ausschalten dieser Käfigelektroden erfolgen kann. Analoges gilt für die X- bzw. Y-Richtung. Eine Schwächung der Elektroden 52, 52' führt zu einem Entweichen des gefangenen Partikels in XY-Richtung (1,1,0-Richtung). Wird dagegen nur die Elektrode 52' geschwächt, so verlässt der gefangene Partikel den Feldkäfig in 1,1,1-Richtung. Ein besonders schnelles Partikelentweichen (Katapultmodus) kann dadurch erreicht werden, dass an mindestens einer weiteren Elektrode (z.B. der gegenüberliegenden Elektrode) die Spannung erhöht und/oder die Phasenlage geändert wird.To release a trapped particle in the Y direction, the cage electrodes become 52 . 52 ' . 53 . 53 ' sufficiently weakened, which can be done for example by switching off these cage electrodes. The same applies to the X or Y direction. A weakening of the electrodes 52 . 52 ' leads to an escape of the trapped particle in the XY direction (1,1,0-direction). Will only the electrode 52 ' weakened, the trapped particle leaves the field cage in the 1,1,1 direction. A particularly fast particle escape (catapult mode) can be achieved by increasing the voltage at at least one further electrode (eg the opposite electrode) and / or changing the phase position.

Schließlich zeigt 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems, wobei in Pfeilrichtung ein Trägerstrom mit darin suspendierten Partikel strömt.Finally shows 11 a further embodiment of a microfluidic system according to the invention, wherein in the arrow direction, a carrier stream flows with particles suspended therein.

Im stromaufwärts gelegenen Bereich des mikrofluidischen Systems sind zunächst mehrere trichterförmig angeordnetren Elektroden 54, 55 angeordnet, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel auf einer Mittellinie 56 zentrieren.In the upstream region of the microfluidic system are first several funnel-shaped angeordnetren electrodes 54 . 55 arranged, which the suspended in the carrier stream particles on a center line 56 Center.

Stromabwärts hinter den Elektroden 54, 55 befindet sich eine Elektrodenanordnung 57, die zum Fangen der Partikel und zum schnellen Schalten in zwei Strömungspfade dient. Die Elektrodenanordnung 57 weist an ihrem stromaufwärts gelegenen Ende einen Feldkäfig auf, der aus mehreren Elektroden 58-61 besteht. Weiterhin weist die Elektrodenanordnung 57 beiderseits der Mittellinie 56 mehrere Ablenkelektroden 62, 63 auf, welche die Partikel bei einer entsprechenden Ansteuerung in einen von zwei Strömungspfaden ablenken. Die Ablenkelektroden 62, 63 sind hierbei galvanisch mit den Elektroden 58, 61 des Feldkäfigs verbunden.Downstream of the electrodes 54 . 55 there is an electrode assembly 57 , which is used to trap the particles and for rapid switching in two flow paths. The electrode arrangement 57 has at its upstream end a field cage consisting of several electrodes 58 - 61 consists. Furthermore, the electrode arrangement 57 on either side of the midline 56 several deflection electrodes 62 . 63 which divert the particles into one of two flow paths when driven accordingly. The deflection electrodes 62 . 63 are galvanic with the electrodes 58 . 61 connected to the field cage.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.The Invention is not limited to those described above embodiments limited. Rather, a variety of variants and modifications is possible, the also make use of the idea of the invention and therefore in fall within the scope of protection.

11
TrägerstromkanalCarrier flow channel
22
Partikelparticle
33
Elektrodenanordnungelectrode assembly
44
Elektrodenanordnungelectrode assembly
55
Ausgangsleitungoutput line
66
Ausgangsleitungoutput line
77
Elektrodenanordnungelectrode assembly
88th
MessstationObserved
99
MessstationObserved
1010
Elektrodenanordnungelectrode assembly
1111
HüllstromleitungHüllstromleitung
1212
HüllstromleitungHüllstromleitung
1313
Pfeilelektrodearrow electrode
1414
Trennlinieparting line
1515
Partikelparticle
1616
Partikelparticle
1717
TrägerstromkanalCarrier flow channel
1818
Partikelparticle
1919
Partikelparticle
2020
Partikelparticle
2121
Ausgangsleitungoutput line
2222
Ausgangsleitungoutput line
2323
Ausgangsleitungoutput line
2424
Trennlinieparting line
2525
Trennlinieparting line
2626
Zentriereinrichtungcentering
2727
Elektrodenanordnungelectrode assembly
2828
Zentriereinrichtungcentering
2929
Elektrodenanordnungelectrode assembly
3030
TrägerstromkanalCarrier flow channel
3131
NebenstromkanalBypass duct
3232
NebenstromkanalBypass duct
3333
Trennwandpartition wall
3434
Trennwandpartition wall
3535
Partikelparticle
3636
Partikelparticle
3737
Partikelparticle
3838
ElektrodneanordnungElektrodneanordnung
3939
Elektrodeelectrode
4040
Elektrodeelectrode
4141
Elektrodeelectrode
4242
Elektrodeelectrode
4343
Elektrodenanordnungelectrode assembly
4444
Käfigelektrodecage electrode
4545
Käfigelektrodecage electrode
4646
Käfigelektrodecage electrode
4747
Käfigelektrodecage electrode
4848
Ablenkelektrodedeflecting
4949
Ablenkelektrodedeflecting
50, 50'50, 50 '
Käfigelektrodecage electrode
51, 51'51 51 '
Käfigelektrodecage electrode
52, 52'52 52 '
Käfigelektrodecage electrode
53, 53'53 53 '
Käfigelektrodecage electrode
54, 5554 55
Elektrodenelectrodes
5656
Mittelliniecenter line
5757
Elektrodenanordnungelectrode assembly
58–6158-61
Elektrodenelectrodes
62, 6362 63
Ablenkelektrodendeflection

Claims (23)

Mikrofluidisches System, insbesondere in einem Partikelsortierer, mit – einem Trägerstromkanal (1) zur Zuführung eines Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln (2), – einer in dem Trägerstromkanal (1) angeordneten ersten Manipulationseinrichtunq zur Manipulation der in dem Trägerstrom suspendierten Partikel (2), – einer in dem Trägerstromkanal (1) angeordneten zweiten Manipulationseinrichtung zur Manipulation der in dem Trägerstrom suspendierten Partikel (2), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Manipulationseinrichtung und die zweite Manipulationseinrichtung eine gemeinsame Elektrodenanordnung (7) aufweisen.Microfluidic system, in particular in a particle sorter, comprising - a carrier flow channel ( 1 ) for supplying a carrier stream with particles suspended therein ( 2 ), - one in the carrier flow channel ( 1 ) arranged to manipulate the suspended in the carrier stream particles ( 2 ), - one in the carrier flow channel ( 1 ) arranged second manipulation device for manipulating the suspended in the carrier stream particles ( 2 ), characterized in that the first manipulation device and the second manipulation device have a common electrode arrangement ( 7 ) exhibit. Mikrofluidisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung zusätzlich eine dritte Manipulationseinrichtung bildet.Microfluidic system according to claim 1, characterized in that the common electrode arrangement additionally has a third manipulation device forms. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung (7) mindestens eine Elektrode aufweist, die sowohl Bestandteil der ersten Manipulationseinrichtung als auch Bestandteil der zweiten Manipulationseinrichtung ist.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the common electrode arrangement ( 7 ) has at least one electrode which is both part of the first manipulation device and part of the second manipulation device. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Manipulationseinrichtung ein Feldkäfig ist, der die Partikel (2) fixiert.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the first manipulation device is a field cage which holds the particles ( 2 ) fixed. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Manipulationseinrichtung eine Partikelweiche ist.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized that the second manipulation device is a particle switch. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite oder die dritte Manipulationseinrichtung eine Zentriereinrichtung ist, welche die Partikel in dem Trägerstromkanal zentriert.Microfluidic system according to one of the preceding Claims, characterized in that the second or the third manipulation device is a centering device, which contains the particles in the carrier flow channel centered. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerstromkanal (1) in einem Verzweigungsbereich in mehrere Ausgangsleitungen (5, 6) verzweigt.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier flow channel ( 1 ) in a branching area into a plurality of output lines ( 5 . 6 ) branches. Mikrofluidisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung (7) in dem Verzweigungsbereich angeordnet ist.Microfluidic system according to claim 7, characterized in that the common electrode arrangement ( 7 ) is disposed in the branching area. Mikrofluidisches System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trägerstromkanal eine Trennlinie (14) verläuft, wobei die auf der einen Seite der Trennlinie (14) befindlichen Partikel (15) ohne eine Ansteuerung der Partikelweiche (7) in die eine Ausgangsleitung (5) strömen, während die auf der anderen Seite der Trennlinie (14) befindlichen Partikel (16) ohne eine Ansteuerung der Partikelweiche (7) in die andere Ausgangsleitung (6) strömen.Microfluidic system according to claim 7 or 8, characterized in that in the carrier flow channel a dividing line ( 14 ), wherein on one side of the dividing line ( 14 ) particles ( 15 ) without activation of the particle switch ( 7 ) into the one output line ( 5 ), while those on the other side of the dividing line ( 14 ) particles ( 16 ) without activation of the particle switch ( 7 ) into the other output line ( 6 ) stream. Mikrofluidisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelweiche (7) im Wesentlichen auf der Trennlinie (14) angeordnet ist.Microfluidic system according to claim 9, characterized in that the particle switch ( 7 ) substantially on the dividing line ( 14 ) is arranged. Mikrofluidisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelweiche seitlich neben der Trennlinie angeordnet ist.Microfluidic system according to claim 9, characterized characterized in that the particle switch is laterally adjacent to the dividing line is arranged. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Trägerstromkanal (30) mindestens ein Nebenstromkanal (31, 32) verläuft, der von dem Trägerstromkanal (30) durch eine Trennwand (33, 34) getrennt ist, wobei sich in der Trennwand (33, 34) ein Durchbruch befindet, in dem die Partikelweiche (39–42) angeordnet ist.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the carrier flow channel ( 30 ) at least one bypass channel ( 31 . 32 ) extending from the carrier flow channel ( 30 ) by a partition wall ( 33 . 34 ) is separated, wherein in the partition ( 33 . 34 ) is a breakthrough in which the particle switch ( 39 - 42 ) is arranged. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (7) mindestens eine pfeilförmige Elektrode (13) und mehrere Ablenkelektroden aufweist, wobei die pfeilförmige Elektrode (13) entgegen der Strömungsrichtung des Trägerstroms ausgerichtet ist, während die Ablenkelektroden stromaufwärts vor der pfeilförmigen Elektrode (13) angeordnet sind und an die pfeilförmige Elektrode (13) angrenzen.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode arrangement ( 7 ) at least one arrow-shaped electrode ( 13 ) and a plurality of deflection electrodes, wherein the arrow-shaped electrode ( 13 ) is aligned opposite to the flow direction of the carrier flow, while the deflection electrodes upstream of the arrow-shaped electrode (FIG. 13 ) and to the arrow-shaped electrode ( 13 ). Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (7) vier, sechs oder acht getrennt ansteuerbare Elektroden aufweist.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode arrangement ( 7 ) has four, six or eight separately controllable electrodes. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldkäfig acht Elektroden (44–47) aufweist, während die Zentriereinheit (48, 49) vier Elektroden aufweist, wobei die vier stromaufwärts gelegenen Elektroden (45, 46) des Feldkäfigs elektrisch mit jeweils einer der Elektroden (48, 49) der Zentriereinheit verbunden sind.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the field cage has eight electrodes ( 44 - 47 ), while the centering unit ( 48 . 49 ) has four electrodes, the four upstream electrodes ( 45 . 46 ) of the field cage electrically with one of the electrodes ( 48 . 49 ) of the centering unit are connected. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Messstation (8), welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel (2) stromaufwärts vor der gemeinsamen Elektrodenanordnung (7) im strömenden Zustand untersucht.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized by a first measuring station ( 8th ) containing the particles suspended in the carrier stream ( 2 ) upstream of the common electrode assembly ( 7 ) examined in the flowing state. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Messstation (9), welche die in dem Feldkäfig fixierten Partikel (2) untersucht.Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized by a second measuring station ( 9 ), which fix the particles fixed in the field cage ( 2 ). Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit zur Ansteuerung der gemeinsamen Elektrodenanordnung, wobei die Steuereinheit eingangsseitig mit der ersten Messstation und/oder der zweiten Messstation verbunden ist und die gemeinsame Elektrodenanordnung in Abhängigkeit von der Untersuchung in der ersten Messstation und/oder der zweiten Messstation ansteuert.Microfluidic system according to one of the preceding Claims, characterized by a control unit for controlling the common electrode arrangement, wherein the control unit on the input side with the first measuring station and / or the second measuring station is connected and the common Electrode arrangement in dependence from the examination in the first measuring station and / or the second Control station is driving. Partikelsortierer mit einem mikrofluidischen System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Particle sorters with a microfluidic system according to one of the preceding claims. Ansteuerungsverfahren für eine Elektrodenanordnung (7), die in einem Trägerstromkanal (1) eines mikrofluidischen Systems angeordnet ist, wobei in dem Trägerstromkanal (1) ein Trägerstrom mit darin suspendierten Partikeln (2) strömt, während die Elektrodenanordnung (7) so elektrisch angesteuert wird, dass die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel (2) von der Elektrodenanordnung (7) einer ersten Manipulation unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (7) wahlweise zur Durchführung der ersten Manipula tion an den Partikeln (2) oder zur Durchführung einer zweiten Manipulation an den Partikeln (2) angesteuert wird.Driving method for an electrode arrangement ( 7 ) contained in a carrier flow channel ( 1 ) of a microfluidic system, wherein in the carrier flow channel ( 1 ) a carrier stream with particles suspended therein ( 2 ) flows while the electrode assembly ( 7 ) is electrically driven so that the suspended in the carrier stream particles ( 2 ) from the electrode assembly ( 7 ) are subjected to a first manipulation, characterized in that the electrode arrangement ( 7 ) optionally for carrying out the first manipulation on the particles ( 2 ) or to perform a second manipulation on the particles ( 2 ) is driven. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Manipulation eine Fixierung der suspendierten Partikel (2) umfasst, während die zweite Manipulation eine Sortierung der suspendierten Partikel (2) umfasst.Control method according to claim 20, characterized in that the first manipulation fixation of the suspended particles ( 2 ), while the second manipulation involves sorting the suspended particles ( 2 ). Ansteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel (2) untersucht werden.Control method according to one of Claims 20 to 21, characterized in that the particles suspended in the carrier stream ( 2 ) to be examined. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (7) in Abhängigkeit von der Untersuchung der Partikel (2) zur Durchführung der ersten Manipulation und/oder der zweiten Manipulation angesteuert wird.Driving method according to claim 22, characterized in that the electrode arrangement ( 7 ) depending on the examination of the particles ( 2 ) is driven to perform the first manipulation and / or the second manipulation.
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