DE102018111834A1 - Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung derselben zur Trennung, Aufreinigung und Konzentration von Komponenten von fluidischen Medien, - Google Patents

Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung derselben zur Trennung, Aufreinigung und Konzentration von Komponenten von fluidischen Medien, Download PDF

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Richard Klemm
Christian Moche
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine mikrofluidische Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Nutzung desselben zur Trennung, Aufreinigung und Konzentration von Komponenten von fluidischen Medien. Insbesondere betrifft die Erfindung eine mikrofluidische Vorrichtung und eine Verfahren zur Aufbereitung von Blutproben. Dazu wird eine mikrofluidische Vorrichtung angegeben, umfassend: eine strukturierte Komponente (1), die als flächiger Körper ausgebildet ist, ein mikrofluidisches Kanalsystem (2), das in der strukturierten Komponente (1) ausgebildet ist, wenigstens ein auf einer Oberfläche der strukturierten Komponente (1) aufgebrachtes Bauteil (3), wenigstens ein poröses Funktionselement (5), und wenigstens eine fluidische Schnittstelle (4.1, 4.2, 4.3), die an der strukturierten Komponente (1) zur Zufuhr von Medien in das mikrofluidische Kanalsystem (2) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine mikrofluidische Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Nutzung derselben zur Trennung, Aufreinigung und Konzentration von Komponenten von fluidischen Medien. Insbesondere betrifft die Erfindung eine mikrofluidische Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufbereitung von Blutproben sowie ein Verfahren zum Aufreinigen von Nukleinsäuren und Verfahren zur Kombination der genannten Verfahren mit einem Nachweisverfahren der biologischen Inhaltsstoffe.
  • Hintergrund
  • Das Trennen, Aufreinigen, Fraktionieren und Konzentrieren von Komponenten aus flüssigen oder gasförmigen Medien und eine Aufspaltung einzelner Bestandteile mit anschließendem Trennen, Aufreinigen, Fraktionieren und Konzentrieren von Komponenten ist konventionell mit zahlreichen Handhabungsschritten verbunden.
  • Während in der Chemie Destillationskolonnen, Schüttelkolben oder Membranen zum Einsatz kommen und in der Regel große Volumina gehandhabt werden, sind z.B. in den Lebenswissenschaften kleinere Volumina zu handhaben und andere Technologien im Einsatz.
  • In den Lebenswissenschaften sind die Haupttechnologien Zentrifugation und säulen- oder partikelbasierte Techniken. Hier wird beispielsweise auf flüssige Dichtegradienten die zu trennende Probe aufgetragen und entsprechend der Größe werden unterschiedliche Fraktionen erhalten. Langwierige Handhabungsschritte und die Zentrifugation, häufig auch Ultrazentrifugation, sind hier störend. Alternativ erfolgt eine Anbindung von Probenbestandteilen an poröse Oberflächen, die als Säulen dienen. Über Zentrifugation wird die Probe durch diese Säule getrieben, manuelle Waschschritte mit wiederholten Zentrifugationsschritten machen dieses Verfahren aufwändig. Druckgetriebene Säulen mit spezifischer oder semi-spezifischer Anbindung von Zielmolekülen bzw. eine Fraktionierung nach Größe der Zielkomponenten und deren anschließende Elution über druckgetriebenen Flüssigkeitszufluss sind weitere Techniken. Alternativ können zu Flüssigkeiten oder Gase auch Partikel hinzugegeben werden, an die sich je nach Oberflächenbeschaffenheit der Partikel Komponenten der Probe binden und über Reagenzien, durch Temperatureinwirkung oder eine Kombination von Reagenzien und Temperatureinwirkung wieder abgelöst werden können. Für diese Verfahren stehen große Automaten bereit, die insbesondere für die Aufreinigung von Nukleinsäuren eingesetzt werden.
  • Um die Trennung und Aufreinigung von zumeist kleineren Volumina einfacher zu gestalten gibt es einige Entwicklungen in Bereich der Mikrofluidik, Elemente wie Membranen, Filter oder Fritten zum Trennen und Aufreinigen zu nutzen. Häufig sind diese allerdings schwierig zu bedienen, erlauben nicht den Einsatz der gewünschten Probenmenge und haben wenig Möglichkeiten einer ausreichenden Reinigung der gewonnenen Komponenten für Folgeprozesse. Zudem sind die notwendigen Prozesse zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse z.B. im Bereich des Arbeitens mit Blut oder der Extraktion von Nukleinsäuren nicht vollständig abgebildet, so dass derzeit kein System für einen Routineeinsatz verfügbar ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine mikrofluidische Vorrichtung, die einfach herstellbar ist und sowohl an die zu verarbeitenden Probenmengen als auch an die Vor- und Folgeprozesse anpassbar ist. Außerdem ist es eine Aufgabe ein Verfahren zu deren Verwendung anzugeben.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt eine mikrofluidische Vorrichtung mit einem fluidischen Kanalsystem mit mindestestens einer fluidischen Schnittstelle. Die mikrofluidische Vorrichtung ist als abgeschlossene Einheit ausgebildet und weist zumindest ein eingebrachtes Funktionselement auf, welches vorzugsweise als poröses Funktionselement ausgebildet ist. Durch das poröse Funktionselement kann eine Probe und/oder Medium geführt werden. Anschließend können durch das Funktionselement weitere Flüssigkeiten oder Gase gelenkt werden. D.h. das Funktionselement kann sequentiell verschiedene Aufgaben bei der Be- und Verarbeitung von Fluiden in einem mikrofluidischen System ausführen.
  • Dabei weist die mikrofluidische Vorrichtung mindestens eine strukturierte Komponente auf, die den Haupt- oder Basisbestandteil der mikrofluidischen Vorrichtung bildet. Die strukturierte Komponente ist meist als flächiger und/oder häufig quaderförmiger Körper ausgebildet, der vorzugsweise mittels Spritzguss herstellbar ist. In diese strukturierte Komponente sind Strukturen eingebracht. Dazu zählet insbesondere ein mikrofluidisches Kanalsystem. Die Kanäle oder Teil davon sind vorzugsweise auf der Ober- und/oder Unterseite der strukturierten Komponente eingebracht. Die strukturierte Komponente kann darüber hinaus Flüssigkeitsreservoire, Kanalverjüngungen, Ventile, Schalter Verteiler, Entlüftungsmembranen, Kammern, Hohlräume und/oder Reaktionskavitäten aufweisen, die entweder in die strukturierte Komponente eingebracht sind, oder in dafür vorgesehene Hohlräume eingesetzt wurden.
  • Die mikrofluidische Vorrichtung weist zudem wenigstens ein auf der strukturierten Komponente aufgebrachtes Bauteil auf. Dieses Bauteil ist auf der Oberseite und/oder Unterseite der strukturierten Komponente aufgebracht. Das Bauteil kann eine teilweise transparente oder teilweise lichtdichte Platte ausgebildet sein. Das Bauteil kann jedoch auch als Folie ausgebildet sein, die auf die Ober und/oder Unterseite z.B. aufgeklebt, gebondet, gepresst oder verschweißt wird, um die mikrofluidischen Strukturen flüssigkeitsdicht und bei Bedarf auch gasdicht zu verschließen.
  • Außerdem enthält die erfindungsgemäße mikrofluidische Vorrichtung wenigstens ein poröses Funktionselement. Das wenigstens eine Funktionselement kann beispielsweise durch einen Filter, eine Membran, eine Fritte, oder ein Funktionspapier oder ähnliche Elemente realisiert sein. Dabei können das eine oder die mehreren Funktionselemente Reagenzien enthalten, d.h. der eine oder die mehrere Filter, Membranen, Fritten, Funktionspapiere können Reagenzien enthalten oder es können darauf Reagenzien aufgebracht sein. All diese Beispiele der Funktionselemente sind für Fluide wenigstens teilweise passierbar. Es kann sich um Membranen und/oder Filter zum Größenausschluss handeln, wie laserstrukturierte Membranen (Track-Etch) mit genau definierter Porengröße, Siliziumsiebe, Filterpapier mit einem grobmaschigen Netz. Funktionselemente die den Größenausschluss und / oder Anbindung an die Oberfläche des Funktionselements nutzen sind verschiedene Elemente wie z.B. poröse dreidimensionale Strukturen wie Fritten, Siliziummembranen, Silikamembranen, dreidimensional aggregierte Partikel, Filtermatten aus diversen Materialien, Silikamatten, PET-Filter, Dünnschichtchromatographiematerial oder Plasma-/Serumgenerierungsmembranen sein, um einige Beispiele zu nennen. Alle diese Funktionselemente können zusätzlich mit Reagenzien versehen werden, um eine spezifische Anbindung von Zielmolekülen an diese Funktionselemente umzusetzen und ein gezieltes Ablösen der Zielmoleküle von Funktionselementen zu realisieren.
  • Zur Zufuhr von Medien weist die mikrofluidische Vorrichtung wenigstens eine fluidische Schnittstelle auf. Vorzugsweise sind an der mikrofluidische Vorrichtung zwei fluidische Schnittstelle angeordnet, Die wenigstens eine fluidische Schnittstelle kann vertikal, horizontal und/oder in einem beliebigen Winkel zur mikrofluidischen Vorrichtung angeordnet sein und der Medienzugabe und/oder der Beaufschlagung mit positivem oder negativem Druck, sowie einfach zur Entlüftung dienen.
  • Zudem kann die mikrofluidische Vorrichtung durch Verwendung von wenigstens einem integrierten Ventil, von wenigstens einem externen Schalter oder wenigstens einem Ventil oder wenigstens einer Kappe verschlossen werden.
  • Die erfindungsgemäße mikrofluidische Vorrichtung dient insbesondere der Trennung, Aufreinigung, Fraktionierung und Konzentration von Komponenten eines zugeführten Mediums oder einer Probe.
  • Besondere Ausführungsformen der mikrofluidischen Vorrichtung beinhalten mehrere Funktionselemente und können optional zudem ein oder mehrere Flüssigkeitsreservoire aufweisen.
  • Erfindungsgemäß wird die mikrofluidische Vorrichtung mit einem entsprechenden Verfahren betrieben, wobei durch den erfindungsgemäßen Gebrauch neben Trennung, Aufreinigung, Fraktionierung und Konzentration von Komponenten auch zwischengeschaltete Reaktionsschritte erfolgen können, um gewünschte Zielkomponenten erhalten, abtrennen und oder aufkonzentrieren zu können.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführung der mikrofluidischen Vorrichtung ist als Funktionseinheit oder als mikrofluidisches System ausgebildet.
  • Der Betrieb des mikrofluidischen Vorrichtung kann sowohl händisch als auch mittels einfacher Vorrichtungen oder Geräte erfolgen, die an die mikrofluidische Vorrichtung gekoppelt oder angeschlossen werden, um bspw. Druck oder Prozessmedien zuzuführen.
  • In einer Ausgestaltung wird ein Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren angegeben, bei dem eine Probe über die fluidische Schnittstelle (4.1) zugeführt wird und in einer Reaktionskammer (6) mit Reagenzien versetzt wird. Die in der Probe befindliche Zellen lysieren dann. Die Probe wird anschließend über ein Funktionselement geführt, während der Ausgang (4.2) verschlossen ist und ungewünschte Moleküle entweder direkt mit der Probe in ein Abfallreservoir (7) gelangen oder durch ein Spülen des Funktionselements (5) mit Reagenzien aus den Flüssigkeitsreservoiren (8) abgelöst werden, während die Zielmoleküle, Nukleinsäuren, am Funktionselement (5) verbleiben und erst durch ein spezielles Reagenz aus einem der Flüssigkeitsreservoire (8) abgelöst werden, wobei vorab der Fluidausgang (4.3) am Abfallreservoir (7) geschlossen und der Ausgang (4.2) geöffnet wird und die gewonnenen Nukleinsäuren aus dem fluidischen System über den jetzt geöffneten Ausgang (4.2) entnommen werden können.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei den Nukleinsäuren um DNA oder um RNA handelt.
  • Bei einem anderen Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren wird eine Probe über die fluidische Schnittstelle (4.1) zugeführt und über ein Funktionselement (5) gefiltert, so dass die Zellen zurück bleiben und ungewünschte Komponenten in das Abfallreservoir (7) gelangen, dessen fluidische Schnittstelle (4.3) geöffnet ist, was durch ein Verschließen der fluidischen Schnittstellen (4.2 und 4.3) hinter dem in Strömungsrichtung zweiten Funktionselement (5) ermöglicht wird, anschließend erfolgt durch Kontakt der Zellen zu Reagenzien im Hohlraum (6) über dem ersten Funktionselement (5) eine Lyse der Zellen, gefolgt von einem Transport des Lysates durch Fluide aus einem der mit dem ersten Funktionselement (5) verbundenen Reagenzienreservoire (8), gefolgt von einem Transport des Lysates zum zweiten Funktionselement (5), wobei nun die fluidische Schnittstelle (4.3) hinter dem zweiten Funktionselement (5) geöffnet ist und die anderen fluidischen Schnittstellen geschlossen sind, wobei sich die Zielmoleküle und weitere Moleküle an das Funktionselement (5) binden und durch Spülen mit Fluiden aus den Reagenzienreservoiren (8) ein Ablösen ungewünschter Moleküle erfolgt und letztlich nach Schließen der fluidischen Schnittstelle (4.3) und Öffnen des Fluidausgangs (4.2) ein Loslösen der Nukleinsäuren durch ein Reagenz und ein Austreiben des Eluats und die Entnahme aus dem Fluidausgang (4.2) erfolgt.
  • Bevorzugt wird bei einem Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren eine Probe über die fluidische Schnittstelle (4.1) zugeführt und über ein Funktionselement (5) gefiltert, so dass die Zellen zurück bleiben und ungewünschte Komponenten in das Abfallreservoir (7) gelangen, dessen fluidische Schnittstelle (4.3) geöffnet ist, was durch ein Verschließen der fluidischen Schnittstellen (4.2 und 4.3) hinter dem in Strömungsrichtung zweiten Funktionselement (5) ermöglicht wird, anschließend erfolgt durch Kontakt der Zellen zu Reagenzien im Hohlraum (6) über dem ersten Funktionselement (5) eine Lyse der Zellen, gefolgt von einem Transport des Lysates durch Fluide aus einem der mit dem ersten Funktionselement (5) verbundenen Reagenzienreservoire (8), einem Transport des Lysates zum zweiten Funktionselement (5), wobei nun die fluidische Schnittstelle (4.3) hinter dem zweiten Funktionselement (5) geöffnet ist und die anderen fluidischen Schnittstellen geschlossen sind, wobei sich die Zielmoleküle und weitere Moleküle an das Funktionselement (5) binden, durch Spülen mit Fluiden aus den Reagenzienreservoiren (8) erfolgt ein Ablösen ungewünschter Moleküle und letztlich erfolgt nach Schließen der fluidischen Schnittstelle (4.3) und Öffnen des Fluidausgangs (4.2) ein Loslösen der Nukleinsäuren durch ein Reagenz und ein Austreiben des Eluats und die Entnahme aus dem Fluidausgang (4.2), wobei es sich bei der Nukleinsäure um DNA handelt oder es sich bei der Nukleinsäure um RNA handelt.
  • Die aufgereinigte Nukleinsäure kann einer anschließenden Amplifikation und Detektion unterzogen werden.
  • Die aufgereinigte Nukleinsäure kann eine RNA sein und anschließend zunächst einer Reversen Transkription und anschließend einer Amplifikation und Detektion unterzogen werden.
  • Alle Reagenzien können in flüssiger oder trockener Form auf dem mikrofluidischen System vorgelegt sein.
  • Die aufgereinigte Nukleinsäure kann eine DNA sein und mittels qPCR amplifiziert und nachgewiesen wird und/oder kann mittels isothermaler Amplifikation amplifiziert und nachgewiesen werden.
  • Die aufgereinigte Nukleinsäure kann DNA sein, die in einer ersten Kammer (20) mittels einer unspezifischen PCR voramplifiziert und anschließend in einer spezifischen qPCR nachgewiesen wird.
  • Die aufgereinigte Nukleinsäure kann RNA sein, die in einer ersten Kammer (20) einer Reversen Transkription unterworfen wird und in einer zweiten Kammer (20) mittels qPCR amplifiziert und nachgewiesen wird.
  • Die aufgereinigte Nukleinsäure kann RNA sein, die in einer Kammer (20) sowohl der Reversen Transkription als auch der qPCR (one-step-RT-PCR) unterworfen wird.
  • Es können mehrere parallele qPCR-Kammern (20) angeordnet sein, um die qPCR in parallelen PCR-Kammern ablaufen zu lassen.
  • Die qPCR kann als Duplex-PCR mit interner Kontroll-Amplifikation und/oder die qPCR kann als Multiplex-PCR mit interner Kontroll-Amplifikation ablaufen.
  • Bevorzugt handelt es sich um eine konventionelle PCR, die optional anschließend über einen Array mittels Hybridisierung nachgewiesen werden kann.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:
    • 1a eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 1b die erste Ausführungsform gemäß 1a in einer Schnittdarstellung entlang einer nicht eingezeichneten Linie vom Eingang zum Ausgang;
    • 2a eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 2b die zweite Ausführungsform gemäß 2a in einer Schnittdarstellung entlang einer nicht eingezeichneten Linie vom Eingang zum Ausgang;
    • 3a eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 3b die dritte Ausführungsform gemäß 3a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 3b;
    • 3c die dritte Ausführungsform gemäß 3a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 3cd;
    • 3d die dritte Ausführungsform mit Kappen gemäß 3a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 3cd;
    • 4a eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 4b die vierte Ausführungsform gemäß 4a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 4b;
    • 4c die vierte Ausführungsform gemäß 4a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 4cd;
    • 4d die vierte Ausführungsform mit Kappen gemäß 4a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 4cd;
    • 5a eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 5b die fünfte Ausführungsform gemäß 5a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 5b;
    • 5c die fünfte Ausführungsform gemäß 5a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 5cd;
    • 5d die fünfte Ausführungsform mit Kappen gemäß 5a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 4cd;
    • 5e die fünfte Ausführungsform mit Kappen gemäß 5a in einer Schnittdarstellung entlang der Linie 5e;
    • 6a eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 6b die sechste Ausführungsform gemäß 6a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie vom Eingang zum Ausgang;
    • 6c die sechste Ausführungsform mit Kappen gemäß 6a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie vom Eingang zum Ausgang;
    • 7a eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 7b die siebte Ausführungsform gemäß 7a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie durch die Flüssigkeitsreservoire;
    • 7c die siebte Ausführungsform mit Kappen gemäß 7a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie vom Eingang zum Ausgang;
    • 8a eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 8b die achte Ausführungsform gemäß 8a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie durch die Flüssigkeitsreservoire;
    • 8c die achte Ausführungsform mit Kappen gemäß 8a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie vom Eingang zum Ausgang;
    • 9a eine neunte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 9b die neunte Ausführungsform gemäß 9a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie durch die Flüssigkeitsreservoire;
    • 9c die neunte Ausführungsform mit Kappen gemäß 9a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie vom Eingang zum Ausgang;
    • 10a eine zehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 10b die zehnte Ausführungsform gemäß 10a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie durch die Flüssigkeitsreservoire;
    • 10c die zehnte Ausführungsform mit Kappen gemäß 10a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie vom Eingang zum Ausgang;
    • 11a eine elfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 11b die elfte Ausführungsform gemäß 11a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie durch die Flüssigkeitsreservoire;
    • 11c die elfte Ausführungsform mit Kappen gemäß 11a in einer Schnittdarstellung entlang der nicht eingezeichneten Linie vom Eingang zum Ausgang;
    • 12a eine zwölfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 13a eine dreizehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 13b eine dreizehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung im Querschnitt 1;
    • 13c eine vierzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung im Querschnitt 2;
    • 14a eine vierzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 14b eine vierzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung im Querschnitt 1;
    • 14c eine vierzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung im Querschnitt 2;
    • 15a eine fünfzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 15b eine fünfzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung im Querschnitt 1;
    • 15c eine vierzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung im Querschnitt 2;
    • 16a eine sechzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 16b eine sechzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung im Querschnitt 1;
    • 17a eine siebzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 17b eine siebzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung im Querschnitt 1;
    • 18a eine achtzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
    • 19 eine neunzehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung in einer Aufsicht;
  • Die Grundausführung der mikrofluidischen Vorrichtung ist in den 1 und 2 gezeigt. Die mikrofluidische Vorrichtung weist zwei fluidische Schnittstellen auf 4.1. und 4.2 auf. Eine strukturierte Komponente 1 ist als flächiges oder quaderförmiges Bauelement ausgebildet und weist an seinen Seiten oder Stirnseiten zwei fluidische Schnittstellen auf 4.1. und 4.2. auf. Weiter ist in die strukturierte Komponente 1 ein fluidisches Kanalsystem 2 integriert oder eingebracht. Ein weiteres Bauteil 3 verschließt eine Oberseite der strukturierten Komponente 1, so dass das fluidische Kanalsystem 2 und die fluidischen Strukturen flüssigkeitsdicht und bei Nutzung von Gasen als Medium auch gasdicht verschlossen sind.
  • Außerdem ist ein Funktionselement 5, vorzugsweise ein poröses Funktionselement 5, angeordnet, das sich an bzw. in der strukturierten Komponente 1 befindet. Das poröse Funktionselement 5 kann sowohl vertikal, siehe 1b, als auch horizontal, siehe 2b durchströmt werden. Auch eine bidirektionale Durchströmung in beide Richtungen ist möglich. Das Funktionselement 5 kann entweder direkt mit der strukturierten Komponente 1 über den Fertigungsprozess der strukturierten Komponente 1, z.B. im Spritzgussprozess durch Einlegen des Funktionselements, integriert werden oder nachträglich in die mikrofluidische Vorrichtung eingebracht werden. In 1 ist das Funktionselement 5 in einen Hohlraum 6 eingesetzt worden und wird von oben, d.h. vertikal durchströmt, wobei der Kanal 2 nach dem Funktionselement 5 auf der Unterseite der strukturierten Komponente 1 ausgebildet ist und dort von einem weiteren Bauteil 3 analog zum oberen Bauteil 3 verschlossen ist. Über dem Funktionselement 5 verbleibt ein Hohlraum 6, in den das Medium seitlich kommend von der fluidischen Schnittstelle 4.1. einströmt.
  • Alternativ erstreckt sich in 2b der Kanal 2 zuerst in Verlängerung der fluidischen Schnittstelle 4.1, um dann auf der Unterseite der strukturierten Komponente 1 weiter zu verlaufen. Auch hier ist der Kanal 2 von einem weiteren Bauteil 3 verschlossen. Auf der Unterseite der strukturierten Komponente 1 ist ein Hohlraum ausgebildet, in den das Funktionselement 5 eingesetzt ist oder wird, so dass dieses horizontal durchströmt werden kann und zur gegenüberliegenden fluidischen Schnittstelle 4.2 strömt, um dort ausgegeben zu werden.
  • Das Verfahren zur Nutzung der mikrofluidischen Vorrichtung sieht derart aus, dass eine Probe über die fluidische Schnittstelle 4.1 eingeführt wird, wobei einige vorbestimmte Bestandteile der Probe im Funktionselement 5 verbleiben. Dies wird über die vorbestimmte Partikelgröße des Funktionselements 5 erreicht. Anschließend kann ein Ausspülen des Funktionselements 5 erfolgen, wobei verschiedene Reagenzien oder Luft durch das Funktionselement 5 gespült werden. Daraufhin kann ein Herausspülen der Zielkomponente aus dem Funktionselement 5 erfolgen, was durch spezielle Reagenzien, Druck, Temperatur oder eine Kombination dieser Methoden erfolgen kann.
  • Besonders vorteilhaft ist ein Nachdrücken mit einem Verdrängermedium, besonders vorteilhaft hierbei sind z.B. Öle oder höher viskose Medien als die vorherigen Fluide, wobei auch gleiche Fluide einsetzbar sind, nach dem Ablösen der Zielkomponente vom Funktionselement 5, um ein quantitative Herausspülen der Zielkomponente zu erzielen.
  • Über dieses Verfahren kann die Zielkomponente in dem erhaltenen Eluat nicht nur gereinigt, sondern auch im Vergleich zum Ursprungsmedium angereichert vorliegen. Das Durchströmen mit unterschiedlichen Medien ermöglicht somit auch ein Fraktionieren, d.h. das Eluieren unterschiedlicher Bestandteile des Ursprungsmediums aus dem Funktionselement 5.
  • Eine weitere Ausführungsform der mikrofluidischen Vorrichtung ist in 3a-3d dargestellt. Hier ist die mikrofluidische Vorrichtung mit Reagenzienreservoiren 8 ergänzt worden. Die strukturierten Komponente 1 enthält ein fluidisches Kanalsystem 2, und das weitere Bauteil 3 an der Unterseite, dass die fluidischen Strukturen flüssigkeitsdicht und bei Nutzung von Gasen als Medium auch gasdicht veschließt und ein Funktionselement 5, vorzugsweise ein poröses Funktionselement, das sich an bzw. in der strukturierten Komponente 1 befindet, sowie drei fluidischen Schnittstellen 4.1, 4.2, 4.3, wobei das Funktionselement 5 sowohl durch die über die an der Oberseite befindliche fluidische Schnittstelle 4.1 zugeführte Probe (Medium) als auch durch die in den Reagenzienreservoiren 8 gelagerten Reagenzien in beliebiger Reihenfolge durchströmt werden kann und durch selektives Verschließen der fluidischen Schnittstellen 4.1, 4.2 und 4.3 mit Kappen 11 (siehe 3d) der Fluidfluss bzw. die Abgabe vom Fluid gesteuert werden kann. Die Reagenzienreservoiren 8 können als Blister ausgebildet sein, wobei in eingekapselten Behältern vordefinierte Flüssigkeiten vorgehalten werden. D.h. die drei Reagenzienreservoiren 8 können verschiedene Arten von Flüssigkeiten enthalten und/oder auch verschiedene Mengen davon, um diese gezielt für die Behandlung der Probe zugeben zu können. Am Blistersitz 9 sind kleine Spitzen 10 vorhanden, die beim Betätigen des Blisters (Eindrücken) ein Öffnen der eingekapselten Behälter bewirken, sodass die Flüssigkeit sicher dem Kanalsystem 2 bzw. dem Funktionselement 5 zugeführt werden kann.
  • Die Flüssigkeit kann in einer Abfallkammer 7 der mikrofluidischen Vorrichtung gehalten werden oder über die fluidische Schnittstelle 4.3 an der Oberseite nach außen geführt werden, wobei durch Verschließen der fluidischen Schnittstellen 4.1 und 4.3 mit jeweils einer Kappe 11 die Flüssigkeit auch über die fluidische Schnittstelle 4.2, die dann geöffnet ist, entnommen werden kann. Somit kann eine Zielflüssigkeit entnommen werden, wohingegen bei Aufbringen der Probe durch die fluidische Schnittstelle 4.1 diese anschließend durch eine Kappe verschlossen wird.
  • Das Funktionselement 5 kann entweder direkt mit der strukturierten Komponente 1 während des Fertigungsprozesses der strukturierten Komponente, z.B. im Spritzgussprozess durch Einlegen des Funktionselements 5, integriert werden oder nachträglich eingebracht werden.
  • Das Verfahren zur Nutzung der mikrofluidischen Vorrichtung sieht derart aus, dass die Probe über die fluidische Schnittstelle 4.1 eingeführt wird, die fluidische Schnittstelle 4.1 nach Zuführung der Probe verschlossen wird, wobei auch die fluidische Schnittstelle 4.3 zum Herausführen des Abfalls durch eine Kappe 11 verschlossen ist. Bestandteile der Probe verbleiben im Funktionselement 5. Anschließend kann ein Ausspülen des Funktionselement 5 erfolgen, wobei verschiedene Reagenzien oder Luft durch das Funktionselement 5 gespült werden. Im nächsten Schritt erfolgt ein Herausspülen der Zielkomponente aus dem Funktionselement 5, was durch spezielle Reagenzien, Druck, Temperatur oder eine Kombination dieser Methoden erfolgen kann, wobei die ungewünschten Fraktionen entweder in der Abfallkammer 7 gelagert werden oder aus der mikrofluidischen Vorrichtung über die fluidische Schnittstelle 4.3 herausgespült werden. Zielkomponenten werden dann über die fluidische Schnittstelle 4.2 erhalten, wobei ein Nachdrücken mit einem Verdrängermedium nach dem Ablösen der Zielkomponente vom Funktionselement 5 besonders vorteilhaft ist, um ein quantitatives Herausspülen der Zielkomponente zu erhalten, so dass über dieses Verfahren die Zielkomponente in dem erhaltenen Eluat nicht nur gereinigt, sondern auch im Vergleich zum Ursprungsmedium angereichert werden kann. Das Durchströmen mit unterschiedlichen Medien ermöglicht zudem ein Fraktionieren, d.h. das Eluieren unterschiedlicher Bestandteile des Ursprungsmediums aus dem Funktionselement 5.
  • In einer besonderen Ausgestaltung kann die mikrofluidische Vorrichtung Ventile im fluidischen Kanalsystem 2 aufweisen, die als Membranventile, Drehventile oder andere Ventile ausgestaltet sein können, und dazu dienen das Kanalsystem 2 oder Teile davon gezielt zu verschließen, um bspw. einen Abschnitt der mikrofluidischen Vorrichtung für eine bestimmte Zeit oder Reaktion oder Bearbeitungsvorgang abzukoppeln und somit die Flüssigkeit innerhalb des mikrofluidische Vorrichtung gezielt in andere Bereiche des Kanalsystems bzw. zu anderen weiteren Funktionselementen 5 oder zu einer bestimmten fluidischen Schnittstelle 4.1, 4.2, 4.3 zu lenken.
  • In einer besonderen Ausgestaltung kann die mikrofluidische Vorrichtung einen vorgeschalteten Reaktionsraum 6, wie in 4a 4 dargestellt, aufweisen. In der in 4a-4d gezeigten mikrofluidischen Vorrichtung weist die strukturierte Komponente 1, ein fluidisches Kanalsystem 2 auf, welches auf der Unterseite der strukturierten Komponente 1 angeordnet ist. Die Unterseite der strukturierten Komponente 1 und das darin eingebrachte fluidische Kanalsystem 2 ist mit dem weiteren Bauteil 3 flüssigkeitsdicht und bei Nutzung von Gasen als Medium auch gasdicht veschlossen.
  • Zwischen der als Eingang dienenden fluidischen Schnittstelle 4.1, die auf der Oberseite der strukturierten Komponente 1 angeordnet ist, und dem Funktionselement 5, welches vorzugsweise ein poröses Funktionselement 5 ist, ist ein Hohlraum bzw. eine Reaktionskammer 6 als Bestandteil des fluidischen Systems angeordnet. Die mikrofluidische Vorrichtung gemäß 4a-4d weist mehrere Reagenzienreservoire 8 auf, wovon wenigstens eines eine Flüssigkeitszufuhr vor dem Hohlraum 6 bereitstellen kann. Ebenso ist eine Flüssigkeitszufuhr nach dem Hohlraum 6 aber vor dem Funktionselement 5 möglich, die hier nicht dargestellt ist. Drei weitere Reagenzienreservoire 8 sind so angeordnet, dass eine Flüssigkeits- oder Reagenzienzufuhr zum Funktionselement 5 ermöglicht wird, d.h. die Reagenzienreservoire 8 geben ihre Medien in das Funktionselement 5 ab. Die Zugabe kann zeitversetzt erfolgen.
  • Die mikrofluidische Vorrichtung gemäß 4a-4d weist weitere fluidische Schnittstellen auf wovon eine fluidische Schnittstelle 4.3 hinter eine Kammer 7 geschaltet ist und eine weitere fluidische Schnittstelle 4.2 parallel zu der Kammer 7.
  • Die Probe gelangt über die anschließend zu verschließende fluidische Schnittstelle 4.1 (4d) in den Hohlraum 6 und wird dort mit einem Reagenz aus einem Reagenzienreservoir 8 versetzt. Dann wird die resultierende Flüssigkeit über das Funktionselement 5 geleitet, wobei das Funktionselement 5 sowohl über die Medien aus dem Hohlraum / Reaktionsraum 6 als auch durch Reagenzien aus weiteren Reagenzienreservoiren 8 in beliebiger Reihenfolge durchströmt werden kann.
  • Durch selektives Verschließen der fluidischen Schnittstellen 4.1, 4.2, 4.3 mit Kappen 11 kann der Fluidfluss gesteuert werden.
  • Die Flüssigkeit kann in der Abfallkammer 7 in der mikrofluidische Vorrichtung gehalten werden oder über die mit der Kammer 7 verbundene fluidische Schnittstelle 4.3 an der Oberseite der strukturierten Komponente 1 nach außen abgeführt werden.
  • Durch Verschließen von der fluidischen Schnittstellen 4.1 und 4.3 kann dann Flüssigkeit über die geöffnete fluidische Schnittstelle 4.2 entnommen werden, z.B. für eine Entnahme einer Zielflüssigkeit, wohingegen bei Aufbringen der Probe durch die fluidische Schnittstelle 4.1 diese anschließend verschlossen wird.
  • In einer besonderen Ausgestaltung kann die mikrofluidische Vorrichtung eine zusätzliche Funktionselement 5 aufweisen, wie in 5a-d dargestellt. In dieser Ausgestaltung sind mehrere Reagenzienreservoire 8 vorhanden, die Flüssigkeiten oder Medien vor dem ersten Funktionselement 5 zuführen können oder dem zweiten Funktionselement 5 Flüssigkeiten zuführen können. Das erste und zweite Funktionselement 5 sind hintereinandergeschaltet. Die mikrofluidische Vorrichtung weist zwei Kammern 7 auf, von denen eine mit dem ersten Funktionselement 5 gekoppelt ist und mit einer fluidischen Schnittstelle 4.4. Eine erste fluidischen Schnittstelle 4.1 ist auf der Oberseite der strukturierten Komponente 1 angeordnet und über das Kanalsystem 2 mit dem ersten Funktionselement 5, welches vertikal durchströmt wird. An der Unterseite der strukturierten Komponente 1 ist das zweite Funktionselement 5 angeordnet, welches mit der zweiten Kammer 7 verbunden ist. Die zweite Kammer 7 ist mit der fluidischen Schnittstelle 4.3 verbunden, wobei vor der zweiten Kammer 7 eine Kanalabzweigung zu der fluidischen Schnittstelle 4.2 angeordnet ist.
  • Die strukturierte Komponente 1 ist hier mit zwei weiteren Bauteilen 3 bedeckt, die das fluidische Kanalsystem 2 flüssigkeitsdicht und bei Nutzung von Gasen als Medium auch gasdicht verschließen. Dabei deckt das obere Bauteil 3 die Oberseite der strukturierten Komponente 1 nicht vollständig ab, sodass die mehreren fluidischen Schnittstelle 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 nicht von dem oberen Bauteil 3 bedeckt sind. Das untere Bauteil deckt die strukturierte Komponente 1 vollständig ab.
  • Die Probe gelangt über die anschließend zu verschließende fluidische Schnittstelle 4.1 in den Hohlraum / Reaktionskammer 6, in dem das erste Funktionselement 5 angeordnet ist. Partikel werden durch das erste Funktionselement 5 zurückgehalten und durch das fluidische Kanalsystem 2 durch ein Verschließen der fluidische Schnittstelle 4.1 zum zweiten Funktionselement 5 geführt und von dort über die Kammer 7 zur fluidische Schnittstelle 4.3 oder direkt der aus der mikrofluidische Vorrichtung über die fluidische Schnittstelle 4.4 herausgeführt. Anschließend erfolgt durch eine Reagenzienzuführung eine Reaktion mit Partikeln, so dass nun kleinere Partikel über ein Öffnen des fluidischen Kanalsystems 2 zum zweiten Funktionselement 5 gelangen und Zielmoleküle auf diesem gehalten werden können und anschließend nach Zuführung von Reagenzien aus den Reagenzienreservoire 8 Zielmoleküle eluiert werden können, wohingegen zu verwerfende Fraktionen in der zweiten Kammer oder auch Abfallreservoir 7 gelagert oder aus der mikrofluidische Vorrichtung gespült werden können.
  • In der Ausgestaltung gemäß 6a-6c weist die mikrofluidische Vorrichtung zwei Funktionselemente 5 auf, die hintereinandergeschaltet sind. Das erste Funktionselement 5 ist in einem Hohlraum 6 angeordnet und wird von oben, also vertikal durchströmt. Das erste Funktionselement 5 ist mit einem Reagenzienreservoir 8 gekoppelt. Das zweite Funktionselement 5 ist an der Unterseite angeordnet und über das Kanalsystem 2 mit dem Ausgang des ersten Funktionselements 5 gekoppelt, wobei ein weiteres Reagenzienreservoir 8 zur zusätzlichen Flüssigkeitszugabe dazwischengeschaltet ist.
  • Das erste Funktionselement 5 empfängt über die fluidische Schnittstelle 4.1 die Probe, die dann entweder bereits selbständig durch das erste Funktionselement 5 läuft oder durch Reagenzien aus dem Reagenzienreservoir 8 weiter in das zweite Funktionselement 5 getrieben wird. Durch das zweite Funktionselement 5 wird das Eluat dann über die fluidische Schnittstelle 4.2 aus der mikrofluidische Vorrichtung abgeführt. Dabei können Reagenzien aus dem Reagenzienreservoir 8, das vor dem ersten Funktionselement 5 in das fluidische Kanalsystem 2 oder aus dem Reagenzienreservoir 8, das erst vor dem zweiten Funktionselement 5 in das fluidische Kanalsystem 2 trifft, bewegt werden.
  • Dabei ist das erste Funktionselement 5 eine Einheit zur Generierung von Plasma oder Serum aus Blut und das zweite Funktionselement 5 dient zur Entfernung hämolysierter roter Blutkörperchen.
  • Diese Ausgestaltung gemäß 6a-6c ermöglicht durch die Kombination von zwei Funktionselementen 5, größere Volumina der Probe über das erste Funktionselement 5 zu geben und durch das zweite Funktionselement 5 störende Komponenten zu entfernen, so dass sowohl das Problem der Erzeugung größerer Plasma/Serummengen auf einem mikrofluidischen Chip durch eine weiteren Schritte behoben wird und zudem auch Blutproben, die bereits Alterungseffekte aufweisen oder generell schon lysierte rote Blutkörperchen aufweisen, genutzt werden können.
  • In der Ausgestaltung gemäß 7a-7c weist die mikrofluidische Vorrichtung zwei hintereinander geschalteten Funktionselemente 5, wobei das erste Funktionselement 5 über die fluidische Schnittstelle 4.1 mit der Probe beaufschlagt wird.
  • Die Probe läuft dann entweder selbständig durch das erste Funktionselement 5 läuft oder wird durch Reagenzien aus dem ersten zugeordneten Reagenzienreservoir 8 weiter in das zweite Funktionselement 5 getrieben.
  • Durch das zweite Funktionselement 5 kann das Eluat dann über die fluidische Schnittstelle 4.2, aus der Vorrichtung abgeführt werden, wobei Reagenzien aus dem Reagenzienreservoir 8, das vor dem ersten Funktionselement 5 in das fluidische Kanalsystem 2 oder aus dem Reagenzienreservoir, das erst vor dem zweiten Funktionselement 5 in das fluidische Kanalsystem 2 trifft, bewegt werden können.
  • Bei dieser Anordnung ist das erste Funktionselement 5 eine Einheit zur Generierung von Plasma oder Serum aus Blut, wobei das zweite Funktionselement 5 der Extraktion von Nukleinsäuren aus dem gewonnenen Plasma / Serum dient.
  • Dabei ist das mit dem ersten Funktionselement 5 verbundene Reagenzienreservoir 8 zum Verdünnen und Austreiben des gewonnenen Plasmas / Serums angeschlossen.
  • Die dem zweiten Funktionselement 5 vorgeschalteten Reagenzienreservoire 8 werden zum Austreiben ungewünschter Komponenten genutzt und zum Ablösen der Zielkomponente eingesetzt.
  • Um hier eine Verbesserung der Ablösung der Zielkomponente zu erreichen kann eine Wärmezufuhr erfolgen, wodurch die Ablösung verstärkt werden kann.
  • Die Fluidführung innerhalb der mikrofluidische Vorrichtung wird durch das Öffnen und Verschließen der entsprechenden fluidischen Schnittstellen 4.1, 4.2 und 4.3 ermöglicht, so dass die Zielfraktion sauber über eine der fluidischen Schnittstelle 4.2 oder 4.3 gewonnen werden kann bzw. direkt in sich anschließende Bereiche des fluidischen Kanalsystem 2 transportiert werden kann.
  • Im Folgenden wird die mikrofluidische Vorrichtung gemäß 8a-8c beschrieben. Hier sindFig. 8 drei hintereinander geschalteten Funktionselemente 5 angeordnet, wobei das erste Funktionselement 5 über die fluidische Schnittstelle 4.1 mit der Probe beaufschlagt wird.
  • Die Probe läuft dann entweder selbständig durch das erste Funktionselement 5 oder wird durch Reagenzien aus dem ersten Reagenzienreservoir 8 weiter zu dem zweiten Funktionselement 5 getrieben wird, wobei sich der Prozessschritt am zweiten Funktionselement 5 wiederholt und anschließend das Eluat über das dritte Funktionselement 5 geleitet wird, wobei ein Teil auf dem dritten Funktionselement 5 verbleibt und ungewünschte Komponenten über die Reagenzien der Reagenzienreservoire 8 ausgewaschen werden können und entweder in der Abfallkammer 7 verbleiben oder eine der fluidischen Schnittstelle 4.2 oder 4.3 abgeführt werden.
  • Die Wunschkomponente kann durch Verschließen des Teils des fluidischen Kanalsystems 2, das mit dem Abfallreservoir 7 direkt verbunden ist, über die fluidische Schnittstelle 4.2 gewonnen werden oder zu einer weiteren Bearbeitung Funktion im fluidischen Kanalsystem 2 geleitet werden.
  • Im Folgenden wird die mikrofluidische Vorrichtung gemäß 9a-9c beschrieben, die ähnlich wir 8a-8c aufgebaut ist, wobei ein zusätzlicher Detektionsraum 6 vorhanden ist. Der Detektionsraum ist von einem wenigstens teilweise transparenten Bereich des Bauteils 3 bedeckt oder die strukturierte Komponente 1 ist im Bereich des Detektionsraum 6 wenigstens teilweise transparent, um eine optische Überprüfung des Zustandes des Eluats vornehmen zu können.
  • Auch hier sind drei hintereinander geschaltete Funktionselement 5 angeordnet, wobei das erste Funktionselement 5 über die fluidische Schnittstelle 4.1 mit der Probe beaufschlagt wird.
  • Die Probe läuft dann entweder bereits selbständig durch das Funktionselement 5 oder wird durch Reagenzien aus dem ersten Reagenzienreservoir 8 weiter zum zweiten Funktionselement 5 getrieben, wobei sich der Prozessschritt am zweiten Funktionselement 5 wiederholt und anschließend das Eluat über das dritte Funktionselement 5 geleitet wird, wobei ein Teil des Eluats auf dem dritten Funktionselement 5 verbleibt und ungewünschte Komponenten über die Reagenzien der Reagenzienreservoire 8 ausgewaschen werden und entweder in der Abfallkammer 7 verbleiben oder abgeführt werden.
  • Die Wunschkomponente kann durch Verschließen des Teils des fluidischen Kanalsystems 2, das mit dem Abfallreservoir 7 direkt verbunden ist, gewonnen und entweder über die fluidische Schnittstelle 4.2 entnommen werden oder zu einer weiteren Funktion im fluidischen Kanalsystem 2 geleitet werden.
  • Durch das zweite Funktionselement 5 gelangt das Eluat dann über die fluidische Schnittstelle, Ausgang 4.2, aus der Vorrichtung, wobei Reagenzien aus dem Reagenzienreservoir 8, das vor dem ersten Funktionselement 5 an das fluidische Kanalsystem 2 angeschlossen ist oder aus dem Reagenzienreservoir, das erst vor dem zweiten Funktionselement 5 auf das fluidische Kanalsystem 2 trifft, bewegt werden können.
  • Das erste Funktionselement 5 ist dabei eine Einheit zur Generierung von Plasma oder Serum aus Blut. Das zweite Funktionselement 5 dient der Extraktion von Nukleinsäuren aus dem gewonnenen Plasma / Serum. Das mit dem ersten Funktionselement 5 verbundene Reagenzienreservoir 8 ist zur Verdünnung und zum Austreiben des gewonnenen Plasmas / Serums vorgesehen. Die dem zweiten Funktionselement 5 vorgeschalteten Reagenzienreservoire 8 dienen zum Austreiben ungewünschter Komponenten und zum Ablösen der Zielkomponente. Die Ablösung der Zielkomponente kann durch Temperaturzufuhr ebenfalls verstärkt werden, wobei die Fluidführung durch das Öffnen und Verschließen der entsprechenden fluidischen Schnittstellen ermöglicht wird, so dass die Zielfraktion sauber über eine fluidische Schnittstelle 4.2 oder 4.3 gewonnen werden kann bzw. direkt in sich anschließende Bereiche des fluidischen Kanalsystems 2 transportiert werden kann.
  • Die Ausgestaltung gemäß 10a- 10c ähnelt der Ausführung gemäß 9a-9c. Hier ist zusätzlich ein zweiter Detektionsraum 6 vorhanden. Durch Zugabe von Indikatorlösungen aus einem der Reagenzienreservoire 8 lassen sich optisch erkennbare Reaktionen, bspw. Farbwechsel, erzeugen, die dann in einem der beiden Detektionsraume 6 beobachtet werden können.
  • Die Ausgestaltung gemäß 11 a- 11 c ähnelt der Ausführung gemäß 10a-10c. Hier ist im zweiten Detektionsraum ein Array mit Reagenzien angeordnet, die eine Reaktion des Eluats bewirken, die dann optisch wahrgenommen werden kann.
  • Die Ausgestaltung gemäß 12 zeigt exemplarisch Messfenster 13 an, die z.B. optisch ausgelesen werden können und vorzugsweise über mehrere Messtiefen verfügen, um den dynamischen Bereich der Messung zu erweitern. Besonders vorteilhaft ist dabei die Nutzung für Konzentrationsbestimmungen eluierter Proben, z.B. der Konzentrationsbestimmung eluierter Nukleinsäuren oder Protein. Es ist jeweils ein Messfenster 13 hinter dem zweiten und dritten Funktionselement 5 angeordnet.
  • Die Ausführungsform gemäß 13a-13c zeigt ein fluidisches System mit einer direkt angekoppelten Spritzenpumpe 14, 15, die einstückig mit der strukturierten Komponente 1 gebildet ist oder separat gefertigt sein kann. Die Spritzenpumpe enthält einen Körper 14 und einen Stößel 15. Die Spritzenpumpe kann über den Stößel 15 bedient werden und sowohl für die Lagerung von Fluiden, für die Aufnahme von Abfall während der Nutzung der fluidischen Systems als auch zur Steuerung und Kontrolle der Fluide während der Nutzung des fluidischen Systems zum Einsatz kommen kann. Die Spritzenpumpe ist an das Kanalsystem 2 angeschlossen.
  • Die Ausführungsform gemäß 14a - 14c beinhaltet zusätzlich zu den Komponenten von Ausführungsform 13 noch ein Drehventil 16, das die einzelnen Bereiche des fluidischen Netzwerkes oder Kanalstränge hier exemplarisch ausgehend von der Spritzenpumpe 14 schalten kann, so dass Abschnitte getrennt oder gemeinsam fluidisch kontrolliert werden können. 14b zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 14b und 14c eine Ansicht entlang der Linie 14c.
  • Die Ausführungsform gemäß 15a-15c beinhaltet ein fluidisches System ähnlich der Ausführungsform gemäß 14, das anstelle einer Reaktionskammer oder Detektionskammer 12, wie in 14a, mit nachgeschaltetem Reagenzienarray, mehrere parallele Reaktionskammern 20 beinhaltet, die z.B. für die PCR (Polymerasekettenreaktion), Real Time PCR, quantititative Real Time PCR (qPCR) oder eine kombinierte Reverse Transkription mit PCR (PCR, Real Time PCR, qPCR) genutzt werden können. Die Befüllung der Kammern 20 erfolgt parallel oder sukzessive und wird jeweils durch eine Entlüftung am Ende dieses fluidischen Netzwerkbereiches durch eine gaspermeable Membran 23 erreicht, wobei alternativ auch ein geschlossenes Luftreservoir durch die Kompressibilität der Luft, Boyle-Mariotte-Effekt, Einsatz finden kann. Sowohl im Kanalsystem 2 als auch in den Reaktionsräumen 6 können Reagenzien vorgelegt sein.
    Die Ausführungsform gemäß 16a,16b beinhaltet eine zusätzliche Kammer 20, die Reagenzien enthalten kann, vorzugsweise Reagenzien für eine PCR oder Reverse Transkription.
  • Bei den Ausführungsformen entsprechend den vorherigen Abbildungen können in einer oder mehreren der Kammern 6 und PCR-Kammern 20 Reagenzien vorgelagert sind, insbesondere Trockenreagenzien für die Reverse Transkription oder PCR (RT-PCR, qPCR, PCR).
  • Ausführungsform gemäß 17a, 17b beinhaltet zusätzlich die Option des Verschlusses der PCR-Kammer 20 mit jeweils einem Membranventil 21, was besonders vorteilhaft ist, um die Fluide auch bei hohen Temperaturen in den PCR-Kammern 20 zu halten.
  • Ausführungsform gemäß 18a beinhaltet exemplarisch eine Reihe von Membranventilen 21, die der Fluidsteuerung im fluidischen System dienen und an verschiedenen Stellen im Kanalsystem 2 angeordnet sind, um Teil des Kanalsystem 2 zu verschließen und somit eine Steuerung des Fluidstromes innerhalb der mikrofluidischen Vorrichtung zu ermöglichen.
  • Ausführungsform gemäß 19 zeigt eine Reihe von Funktionselementen, die sequentiell die Probe vom Fluideingang prozessieren. Die Probe wird in den Fluideingang 4.1 eingegeben und gelangt dann in einen Reaktionsraum 6, der Mischelemente und Reagenzien enthalten kann und in den aus den Reagenzienreservoiren 8 Flüssigkeit zum Reagieren mit der Probe gegeben werden können.
  • Über die Drehventile 16 gelangt diese Mischung zum Funktionslement 5, um mittels Durchströmen mit verschiedenen Fluidien aus den Reagenzienreservoiren 8 die gereinigten Zielmoleküle zu erhalten, deren Volumen anschließend über die Messschleifen 22 am zweiten Drehventil 16 abgemessen werden kann und die dann mit jeweils einem definierten Volumen zur nächsten Reaktionskammer 6 gelangen können, wobei darin ggf. Trocken- oder Flüssigreagenzien vorgelegt sein können. Anschließend gelangt diese Mischung in die parallelen Reaktionskavitäten 6, die z.B. für eine PCR (qPCR, RT-PCR, PCR) 20 genutzt werden können. Die Fluidsteuerung erfolgt über die Spritzenpumpe 14, die Drehventile 16 und das selektive Ausleeren der Reagenzienreservoire 8.
  • Dabei kann die Ausführungsform gemäß 19 derart genutzt werden, dass durch ein Siegelverfahren die Ausgangskanäle und/oder die Eingangskanäle aus den Reaktions- / PCR-Kammern 20 z.B. durch Schweißen, Hitzesiegelung oder Druck versiegelt werden und so die Flüssigkeiten auch während der Temperaturzyklen einer PCR in den Kammern 20 verbleiben.
  • Bei einem Verfahren gemäß 19 wird eine nukleinsäurehaltige Probe über die fluidische Schnittstelle 4.1 mittels der integrierten Spritzenpumpe 14 in die Reaktionskammer 6 angesaugt. In dieser Reaktionskammer 6 wird die Probe mit Lysepuffer aus den Reagenzienreservoiren 8 gemischt und aktiv lysiert. Das Probenlysat wird durch die integrierte Spritzenpumpe 14 über das Drehventil 16 durch das Element gesaugt. Im Weiteren wird die Probe im Funktionselement 5 durch Waschpuffer aus den Reagenzienreservoiren 8 gereinigt so, dass saubere Nukleinsäure im Funktionselement 5 verbleibt. Überständige Probe und Waschpuffer werden mittels der Spritzenpumpe 14 abgesaugt und verbleiben in dieser als Abfall. Durch ein Verdrängungspuffer aus den Reagenzienreservoiren 8 werden verbliebene Bestandteile der Waschpuffer entfernt und anschließend mit dem Elutionspuffer aus den Reagenzienresrevoiren 8 geflutet. Nach einer Inkubation des Elutionspuffers im Funktionselement 5 wird dieser durch Druck aus den verbleibenden Reagenzienreservoiren über das Drehventil 16 in die Messschleife 22 gepumpt und so das gewünschte Volumen genau im fluidichen Kanalsystem 2 platziert. Eine mit Entlüftung versehene Abfallstruktur 7 dient dazu als Überlauf für das überständige Eluat. Das gewonnene Nukleinsäureeluat wird anschließend mit PCR-Reagenz oder Puffer aus dem Reagenzienreservoiren 8 aus der Messschleife 22 gespült und in die Reaktionskammer 6 transportiert. Diese kann getrocknete PCR-Reagenzien enthalten, welche in der Reaktionskammer 6 in Suspension gebracht werden. Durch weiteren Druck aus den Reagenzienreservoiren 8 wird das Gemisch aus Eluat und PCR-Reagenz über das Drehventil 16 in die PCR/ qPCR /RT-PCR Kammern 6/20 gedrückt und diese homogen geflutet. Die PCR Kammern 6/20 können in einer bevorzugten Variante anschließend thermisch am Kammereingang und -ausgang verschlossen werden, und anschließend erfolgt der Temperaturzyklus mit Amplifikation und optischer Detektion.
  • In eine bevorzugten Variante erfolgt eine isothermale Amplifikation der Nukleinsäure.
    In einer weiteren bevorzugten Variante handelt es sich bei der aufgereinigten Nukleinsäure um RNA, die vor der der Amplifikation eine Reverse Transkription durchläuft.
  • Die erfindungsgemäße mikrofluidische Vorrichtung oder fluidische Funktionseinheit kann als eigenständiges Bauteil genutzt werden, aber gleichzeitig auch Bestandteil eines erweiterten fluidischen Netzwerkes sein. Dies ist insbesondere bei mikrofluidischen Chips der Fall, die weitere Funktionen abdecken und die erfindungsgemäße mikrofluidische Vorrichtung und die erfindungsgemäßen Verfahren zu deren Betrieb nur Teilbereiche abdecken.
  • Fluidische Schnittstellen sind Elemente, die zur Einbringung oder Ausbringung von Medien, zum Entlüften, zum Verschließen oder Öffnen zur Beaufschlagung mit Druck oder zum Anlegen eines Unterdrucks und auch zur Verbindung mit Schnittstellen eines Gerätes oder zur Nutzung durch einen händischen Bediener verwendet werden können. Diese fluidischen Schnittstellen können eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise als Löcher, Vertiefungen, Mini Luer-, Luer-, Luer-Lok-, Olivenanschlüssen oder andere Geometrien aufweisen und bei einer Entlüftungsvariante mit gasdurchlässigen aber flüssigkeitsdichten Komponenten, z.B. gaspermeablen Membranen, verschlossen sein.
  • Der Verschluss fluidischer Schnittstellen kann generell über zusätzliche Elemente wie Kappen erfolgen, oder unter Nutzung von Ventilen auf dem Funktionselement in Form von Membranventilen, Drehventilen oder passiven Ventilen, z.B. über Kanalverjüngungen, oder Oberflächenmodifikationen des Grundmaterials. Die Ventile werden dabei zumeist durch ein entsprechendes Betriebsgerät bedient, alternativ ist eine händische Bedienung für einige Ausführungsformen möglich.
  • Die Elemente (Filter, Membranen, Fritten, Papier oder ähnliche Elemente) können direkt im Fertigungsprozess des strukturierten Elements mit diesem verbunden werden, beispielsweise als Einlegeteile im Spritzguss (Insert-Molding) oder nachträglich eingefügt werden.
  • Die als Hohlraum 6, 7 beschriebenen Teile des fluidischen Netzwerkes können als Kammer, Kanal etc. ausgestaltet sein und müssen sich nicht notwendigerweise in den geometrischen Dimensionen vor oder nach dieser Kammer, z.B. den Kanalquerschnitten, unterscheiden.
  • Die in den verschiedenen Ausführungsformen dargestellten Reagenzienreservoire 8 können auch als fluidische Schnittstellen ausgebildet sein und über externe Reagenzienreservoire, z.B. von einem Betriebsgerät gespeist werden.
  • Der Fluidtransport auf dem Funktionselement kann über externe Druck- oder Vakuumbeaufschlagung, Druckbeaufschlagung von Reagenzienreservoiren, integrierte Pumpventile, Oberflächenkräfte, Kapillarkräfte etc. erfolgen.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt eine mikrofluidische Vorrichtung mit einem fluidischen System mit mindestestens einer fluidischen Schnittstelle und zumindest einem eingebrachten porösen Funktionselement, durch das eine Probe geführt wird und durch das anschließend weitere Flüssigkeiten oder Gase gelenkt werden können. Dabei weist die ganze Vorrichtung mindestens ein strukturiertes Bauteil und mindestens ein auf dem strukturierten Bauteil aufgebrachtes Bauteil auf sowie das vorzugsweise poröse Funktionselement.
  • Die erfindungsgemäße Funktionseinheit dient der Trennung, Aufreinigung, Fraktionierung und Konzentration von Komponenten.
  • Besondere Ausführungsformen der Funktionseinheit beinhalten mehrere Funktionselemente und weisen zudem Flüssigkeitsreservoire auf der mikrofluidischen Vorrichtung auf.
  • Erfindungsgemäß ist die mikrofluidische Vorrichtung mit einem entsprechenden Verfahren zu betreiben.
  • Der Betrieb des Systems kann sowohl händisch als auch mittels einfacher Vorrichtungen oder Geräte erfolgen.
  • Wird von einer PCR-Kammer 20 gesprochen, kann dies gleichbedeutend mit einer Kammer für die verschiedenen Formen der PCR, wie Real Time PCR, quantitative PCR, kombinierte Reverse Transkription, Reverse Transkription oder auch isothermalen Verfahren der Amplifikation von Nukleinsäuren wie NASBA, RCT etc. sein.
    • 1
    Strukturiertes Bauteil / strukturierte Komponente
    2
    Fluidisches Netzwerk / Kanalsystem
    3
    Bauteil
    4
    Fluidische Schnittstelle
    4.1
    Fluidische Schnittstelle - Eingang
    4.2
    Fluidische Schnittstelle - Ausgang
    4.3
    Fluidische Schnittstelle - z.B. Ausgang für Abfall, Entlüftung
    5
    Funktionselement / poröses Element (Filter/Membran/Fritte/Papier oder ähnliches Element)
    6
    Hohlraum / Reaktionsraum - Bestandteil des fluidischen Systems / Kanalsystems
    7
    Hohlraum / Abfallkammer
    8
    Reagenzienreservoir / z.B. Blister
    9
    Blistersitz
    10
    Durchstechelemete
    11
    Kappe
    12
    Detektionsraum
    13
    Messfeld
    14
    Körper Spritzenpumpe
    15
    Stößel Spritzenpumpe
    16
    Drehventil
    17
    Drehventilsitz
    18
    Drehventilkörper
    19
    Drehventilkappe
    20
    PCR- / qPCR- / RT-PCR-Kammer
    21
    Membranventil
    22
    Volumenmesselement (Messschleife)
    23
    Entlüftungsmembran

Claims (42)

  1. Mikrofluidische Vorrichtung, umfassend: eine strukturierte Komponente (1), die als flächiger Körper ausgebildet ist, ein mikrofluidisches Kanalsystem (2), das in der strukturierten Komponente (1) ausgebildet ist, wenigstens ein auf einer Oberfläche der strukturierten Komponente (1) aufgebrachtes Bauteil (3), wenigstens ein poröses Funktionselement (5), und wenigstens eine fluidische Schnittstelle (4.1, 4.2, 4.3), die an der strukturierten Komponente (1) zur Zufuhr von Medien in das mikrofluidische Kanalsystem (2) angeordnet ist.
  2. Mikrofluidische Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter aufweisend: wenigstens ein Flüssigkeitsreservoir (8, 16), eine Kanalverjüngung, ein Ventil, einen Schalter, ein Verteiler, ein Drehventil, eine Entlüftungsmembran, eine Kammer (7), einen Hohlraum (7) und/oder eine Reaktionskavität (6), oder eine Kombination davon.
  3. Mikrofluidische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bauteil (3) auf einer Oberseite und/oder Unterseite der strukturierten Komponente (1) aufgebracht ist, um mikrofluidische Strukturen flüssigkeitsdicht und gasdicht zu verschließen.
  4. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bauteil (3) wenigstens teilweise transparente und/oder wenigstens teilweise lichtdichte Bereiche aufweist.
  5. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bauteil (3) als Folie ausgebildet ist, die auf der Ober- und/oder Unterseite der strukturierten Komponente (1) aufgeklebt ist.
  6. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenigstens zwei fluidische Schnittstellen (4.1, 4.2, 4.3) an der strukturierten Komponente (1) angeordnet sind, wobei wenigstens eine der fluidischen Schnittstellen (4.1, 4.2, 4.3) vertikal, horizontal und/oder in einem beliebigen Winkel zu einer Strömungsrichtung des Kanalsystems (3) der mikrofluidischen Vorrichtung angeordnet ist, wobei die wenigstens eine fluidische Schnittstellen (4.1, 4.2, 4.3) zur Medienzufuhr, Probenzufuhr, Medienzugabe und/oder der Beaufschlagung mit positivem oder negativem Druck und/oder zur Entlüftung vorgesehen ist.
  7. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die wenigstens eine fluidische Schnittstelle (4.1, 4.2, 4.3) und/oder das Kanalsystems (3) und/oder Teile davon von wenigstens einem integrierten Ventil, von wenigstens einem externen Schalter oder wenigstens einem Ventil und/oder wenigstens einer Kappe (11) verschließbar ist, wobei die Ventile als Membranventile oder Drehventile ausgestaltet sind.
  8. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zusätzlich mindestens eine Spritzenpumpe (14) mit zugehörigem Stößel (15) integriert ist.
  9. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Kanalsystem (2) mit einem Drehventil (16) fluidisch steuerbar ist und Kanäle über mindestens ein Drehventil (16) verbunden werden können, um ein Öffnen und Schließen des fluidischen Netzwerkes und/ das Abmessen von Volumina über Messchleifen (22) zu ermöglichen.
  10. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, wobei das Kanalsystem (2) mit Dreh- und Membranventilen (16, 21) fluidisch steuerbar ist, wobei diese ein Öffnen und/oder Schließen eines Teil des fluidischen Netzwerkes (2) ermöglichen und/oder bei dem ein Fluidstrom im Kanalsystem (2) über Membranventile (21) steuerbar ist, d.h. die Membranventile das Öffnen oder Schließen eines Kanals ermöglichen.
  11. Mikrofluidisches Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, das in den Reaktionskammern (6) und/oder PCR- Kammern (20) vorgelegte Reagenzien enthält und/oder in den Reaktionskammern (6) und/oder PCR Kammern (20) vorgelegte Trockenreagenzien enthält.
  12. Mikrofluidisches Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, wobei in Strömungsrichtung in den dem Funktionselement (5) nachgeschalteten PCR-Kammern (20) ein vollständiger Mastermix einschließlich Primern bzw. Primern und Probes vorgelegt ist, wobei die parallelen PCR-Kammern (20) unterschiedliche Primer enthalten, oder wobei in Strömungsrichtung in einer der den Funktionselementen (5) nachgeschalteten Kammer (6) ein Mastermix ohne Primer und Probes vorgelegt ist und die nachfolgend vom Fluid erreichten parallelen PCR-Kammern (20) die unterschiedliche Primer bzw. Primer und Probes enthalten.
  13. Mikrofluidisches Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, wobei in Strömungsrichtung eine der den Funktionselementen (5) nachgeschalteten Kammern (6) die Reagenzien für eine Reverse Transkription vorgelegt sind und die nachfolgend vom Fluid erreichten parallelen PCR-Kammern (20) die unterschiedliche Primer bzw. Primer und Probes mit Mastermix enthalten.
  14. Mikrofluidisches Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, wobei in Strömungsrichtung eine der den Funktionselementen (5) nachgeschalteten Kammern (6) die Reagenzien für eine Reverse Transkription vorgelegt sind, ebenso wie der Mastermix für die PCR ohne Primer bzw. Primer und Probes und die nachfolgend vom Fluid erreichten parallelen PCR-Kammern (20) die unterschiedliche Primer bzw. Primer und Probes enthalten.
  15. Mikrofluidisches Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, wobei in Strömungsrichtung eine der den Funktionselementen (5) nachgeschalteten Kammern (6) die Reagenzien für eine Reverse Transkription vorgelegt sind, in einer folgenden Kammer der Matermix für die PCR ohne Primer bzw. Primer und Probes und die nachfolgend vom Fluid erreichten parallelen PCR-Kammern (20) die unterschiedliche Primer bzw. Primer und Probes enthalten.
  16. Mikrofluidisches Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, wobei in Strömungsrichtung eine der den Funktionselementen (5) nachgeschalteten Kammern (6) die Reagenzien für eine Reverse Transkription vorgelegt sind ebenso wie der Mastermix für die PCR ohne Primer bzw. Primer und Probes und die nachfolgend vom Fluid erreichten parallelen PCR-Kammern (20) die unterschiedliche Primer bzw. Primer und Probes enthalten.
  17. Mikrofluidisches Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-16, wobei die Reagenzien außerhalb der Fluidreservoire (8) trocken in der mikrofluidischen Vorrichtung vorgelegt sind und/oder die Reagenzien trocken und flüssig in der mikrofluidischen Vorrichtung vorgelegt sind.
  18. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die mikrofluidische Vorrichtung zur Trennung, Aufreinigung, Fraktionierung und/oder Konzentration von Komponenten eines zugeführten Mediums oder einer Probe vorgesehen ist und/oder in der mikrofluidischen Vorrichtung zwischengeschaltete Reaktionsschritte durch Zugabe von Reagenzien erfolgen können, um Zielkomponenten erhalten, abtrennen und oder aufkonzentrieren zu können.
  19. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die mikrofluidische Vorrichtung zur Trennung, Aufreinigung, Fraktionierung und/oder Konzentration von Komponenten eines zugeführten Mediums oder einer Probe vorgesehen ist und/oder in der mikrofluidischen Vorrichtung zwischengeschaltete Reaktionsschritte durch Zugabe von Reagenzien erfolgen können, um Zielkomponenten erhalten, abtrennen und oder aufkonzentrieren zu können, wobei es sich bei den Zielmolekülen um Nukleinsäuren handelt.
  20. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die mikrofluidische Vorrichtung mehrere Funktionselemente (5) und/oder ein oder mehrere Flüssigkeitsreservoire aufweist, die vor und/oder zwischen die mehrere Funktionselemente (5) geschaltet sind.
  21. Mikrofluidische Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei ein erstes Funktionselement (5) zur Generierung von Plasma oder Serum aus Blut eingerichtet ist und ein zweites Funktionselement (5), welches dem ersten Funktionselement (5) nachgeschaltet ist, zur Entfernung hämolysierter roter Blutkörperchen dient.
  22. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die mikrofluidische Vorrichtung als Funktionseinheit oder als mikrofluidisches System ausgebildet ist und/oder mit einer oder mehreren anderen mikrofluidischen Einheiten koppelbar ist, um Medien von diesen zu erhalten oder an diese abzugeben.
  23. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei der Betrieb der mikrofluidischen Vorrichtung sowohl manuell als auch mittels angeschlossener Vorrichtungen oder Geräte erfolgen kann, die an die mikrofluidische Vorrichtung gekoppelt oder angeschlossen sind, um Über- und/oder Unterdruck oder Prozessmedien zuzuführen.
  24. Mikrofluidische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die strukturierte Komponente (1) mittels Spritzguss herstellbar ist.
  25. Verfahren zum Verarbeiten eine Blutprobe mit einer mikrofluidischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, wobei die Probe einem ersten Funktionselement (5) zugeführt wird und das Funktionselement (5) aus der Blutprobe Plasma oder Serum erzeugt und ein zweites Funktionselement (5), welches dem ersten Funktionselement (5) nachgeschaltet ist, hämolysierte rote Blutkörperchen entfernt.
  26. Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren, bei dem eine Probe über die fluidische Schnittstelle (4.1) zugeführt wird und in einer Reaktionskammer (6) mit Reagenzien versetzt wird, die in der Probe befindliche Zellen lysieren, die Probe anschließend über ein Funktionselement geführt wird, während der Ausgang (4.2) verschlossen ist und ungewünschte Moleküle entweder direkt mit der Probe in ein Abfallreservoir (7) gelangen oder durch ein Spülen des Funktionselements (5) mit Reagenzien aus den Flüssigkeitsreservoiren (8) abgelöst werden, während die Zielmoleküle, Nukleinsäuren, am Funktionselement (5) verbleiben und erst durch ein spezielles Reagenz aus einem der Flüssigkeitsreservoire (8) abgelöst werden, wobei vorab der Fluidausgang (4.3) am Abfallreservoir (7) geschlossen und der Ausgang (4.2) geöffnet wird und die gewonnenen Nukleinsäuren aus dem fluidischen System über den jetzt geöffneten Ausgang (4.2) entnommen werden können.
  27. Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren, bei dem eine Probe über die fluidische Schnittstelle (4.1) zugeführt wird und in einer Reaktionskammer (6) mit Reagenzien versetzt wird, die in der Probe befindliche Zellen lysieren, die Probe anschließend über ein Funktionselement (5) geführt wird, während der Ausgang (4.2) verschlossen ist und ungewünschte Moleküle entweder direkt mit der Probe in ein Abfallreservoir (7) gelangen oder durch ein Spülen des Funktionselements (5) mit Reagenzien aus den Flüssigkeitsreservoiren (8) abgelöst werden, während die Zielmoleküle, Nukleinsäuren, am Funktionselement (5) verbleiben und erst durch ein spezielles Reagenz aus einem der Flüssigkeitsreservoire (8) abgelöst werden, wobei vorab der Fluidausgang (4.3) am Abfallreservoir (7) geschlossen und der Ausgang (4.2) geöffnet wird und die gewonnenen Nukleinsäuren aus dem fluidischen System über den geöffneten Ausgang (4.2) entnommen werden können, wobei es sich bei den Nukleinsäuren um DNA handelt.
  28. Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren, bei dem eine Probe über die fluidische Schnittstelle (4.1) zugeführt wird und in einer Reaktionskammer (6) mit Reagenzien versetzt wird, die in der Probe befindliche Zellen lysieren, die Probe anschließend über ein Funktionselement (5) geführt wird, während der Ausgang (4.2) verschlossen ist und ungewünschte Moleküle entweder direkt mit der Probe in das Abfallreservoir (7) gelangen oder durch ein Spülen des Funktionselements (5) mit Reagenzien aus den Flüssigkeitsreservoiren (8) abgelöst werden, während die Zielmoleküle, Nukleinsäuren, am Funktionselement (5) verbleiben und erst durch ein spezielles Reagenz aus einem der Flüssigkeitsreservoire (8) abgelöst werden, wobei vorab der Fluidausgang (4.3) am Abfallreservoir (7) geschlossen und der Ausgang (4.2) geöffnet wird und die gewonnenen Nukleinsäuren aus dem fluidischen System über den jetzt geöffneten Ausgang (4.2) entnommen werden können, wobei es sich bei den Nukleinsäuren um RNA handelt.
  29. Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren, bei dem eine Probe über die fluidische Schnittstelle (4.1) zugeführt wird und über ein Funktionselement (5) gefiltert wird, so dass die Zellen zurück bleiben und ungewünschte Komponenten in das Abfallreservoir (7) gelangen dessen fluidische Schnittstelle (4.3) geöffnet ist, was durch ein Verschließen der fluidischen Schnittstellen (4.2 und 4.3) hinter dem in Strömungsrichtung zweiten Funktionselement (5) ermöglicht wird, anschließend erfolgt durch Kontakt der Zellen zu Reagenzien im Hohlraum (6) über dem ersten Funktionselement (5) eine Lyse der Zellen, gefolgt von einem Transport des Lysates durch Fluide aus einem der mit dem ersten Funktionselement (5) verbundenen Reagenzienreservoire (8), gefolgt von einem Transport des Lysates zum zweiten Funktionselement (5), wobei nun die fluidische Schnittstelle (4.3) hinter dem zweiten Funktionselement (5) geöffnet ist und die anderen fluidischen Schnittstellen geschlossen sind, wobei sich die Zielmoleküle und weitere Moleküle an das Funktionselement (5) binden und durch Spülen mit Fluiden aus den Reagenzienreservoiren (8) ein Ablösen ungewünschter Moleküle erfolgt und letztlich nach Schließen der fluidischen Schnittstelle (4.3) und Öffnen des Fluidausgangs (4.2) ein Loslösen der Nukleinsäuren durch ein Reagenz und ein Austreiben des Eluats und die Entnahme aus dem Fluidausgang (4.2) erfolgt.
  30. Verfahren zur Aufreinigung von Nukleinsäuren, bei dem eine Probe über die fluidische Schnittstelle (4.1) zugeführt wird und über ein Funktionselement (5) gefiltert wird, so dass die Zellen zurück bleiben und ungewünschte Komponenten in das Abfallreservoir (7) gelangen, dessen fluidische Schnittstelle (4.3) geöffnet ist, was durch ein Verschließen der fluidischen Schnittstellen (4.2 und 4.3) hinter dem in Strömungsrichtung zweiten Funktionselement (5) ermöglicht wird, anschließend erfolgt durch Kontakt der Zellen zu Reagenzien im Hohlraum (6) über dem ersten Funktionselement (5) eine Lyse der Zellen, gefolgt von einem Transport des Lysates durch Fluide aus einem der mit dem ersten Funktionselement (5) verbundenen Reagenzienreservoire (8), einem Transport des Lysates zum zweiten Funktionselement (5), wobei nun die fluidische Schnittstelle (4.3) hinter dem zweiten Funktionselement (5) geöffnet ist und die anderen fluidischen Schnittstellen geschlossen sind, wobei sich die Zielmoleküle und weitere Moleküle an das Funktionselement (5) binden, durch Spülen mit Fluiden aus den Reagenzienreservoiren (8) erfolgt ein Ablösen ungewünschter Moleküle und letztlich erfolgt nach Schließen der fluidischen Schnittstelle (4.3) und Öffnen des Fluidausgangs (4.2) ein Loslösen der Nukleinsäuren durch ein Reagenz und ein Austreiben des Eluats und die Entnahme aus dem Fluidausgang (4.2), wobei es sich bei der Nukleinsäure um DNA handelt oder es sich bei der Nukleinsäure um RNA handelt.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-30, in Kombination mit einem Verfahren nach 24.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-30, wobei die aufgereinigte Nukleinsäure einer anschließenden Amplifikation und Detektion unterzogen wird.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-32, wobei die aufgereinigte Nukleinsäure eine RNA ist und anschließend zunächst einer Reversen Transkription und anschließend einer Amplifikation und Detektion unterzogen wird.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-33, wobei alle Reagenzien in flüssiger oder trockener Form auf dem mikrofluidischen System vorgelegt sind.
  35. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-34, wobei die aufgereinigte Nukleinsäure eine DNA ist und mittels qPCR amplifiziert und nachgewiesen wird.
  36. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-35, wobei die aufgereinigte Nukleinsäure eine DNA ist und mittels isothermaler Amplifikation amplifiziert und nachgewiesen wird.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-36, wobei die aufgereinigte Nukleinsäure eine DNA ist, die in einer ersten Kammer (20) mittels einer unspezifischen PCR voramplifiziert und anschließend in einer spezifischen qPCR nachgewiesen wird.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-37, wobei die aufgereinigte Nukleinsäure eine RNA ist, die in einer ersten Kammer (20) einer Reversen Transkription unterworfen wird und in einer zweiten Kammer (20) mittels qPCR amplifiziert und nachgewiesen wird.
  39. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-38, wobei die aufgereinigte Nukleinsäure eine RNA ist, die in einer Kammer (20) sowohl der Reversen Transkription als auch der qPCR (one-step-RT-PCR) unterworfen wird.
  40. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-39, wobei mehrere parallele qPCR-Kammern (20) vorliegen, um die qPCR in parallelen PCR-Kammern ablaufen zu lassen.
  41. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-40, wobei die qPCR als Duplex-PCR mit interner Kontroll-Amplifikation abläuft und/oder wobei die qPCR als Multiplex-PCR mit interner Kontroll-Amplifikation abläuft.
  42. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-41, wobei es sich um eine konventionelle PCR handelt, die optional anschließend über einen Array mittels Hybridisierung nachgewiesen wird.
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