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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für chemische Analysen einer
Probe und insbesondere ein Mikrofluidik-System, das geeignet ist zur Durchführung eines
weiten Bereichs an chemischen und biochemischen Testprotokollen.
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Es
ist wohlbekannt, eine Vorrichtung für chemische Analysen einer
Probe vorzusehen, bei der die Vorrichtung mit mehreren komprimierbaren
Kammern versehen ist, die feste oder flüssige chemische oder biochemische
Formierungen bzw. Zubereitungen beinhalten, derart, daß durch
Komprimieren bzw. Zusammendrücken
mehrerer Kammern in einer speziellen Abfolge, der erforderliche
chemische Test in Bezug auf eine Probe durchgeführt werden kann, die in die
Testvorrichtung eingeführt
wurde. Eine derartige Vorrichtung ist typischerweise handhaltbar
und daher kann die Probe nahezu zeitgleich in die Testvorrichtung
eingeführt
werden, nachdem sie erhalten wurde und der Test durchgeführt werden.
Auf diese Weise ist es für
einen Nutzer einer derartigen Vorrichtung möglich, die Testresultate sehr
schnell zu erhalten. Weitere Vorteile der Verwendung eines Mikrofluidik-Systems sind die,
daß kleine
Probenvolumen verwendet werden können,
die kompatibel sind mit beispielsweise Blutproben der Fingerspitzen,
wobei kleine Reagenzienvolumen erforderlich sind, was zu reduzierten
Kosten für
jeden Test führt
und geringen Mengen an Abfallmaterialien, die an oder innerhalb der
Vorrichtung gehalten sein können.
Des weiteren liefern die Vorrichtungen ein hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis und
sehen dadurch schnelle Binde- und Reaktionsgeschwindigkeiten vor.
Da die Vorrichtungen typischerweise kompakt sind, sind sie leicht kompatibel
zur Verwendung beispielsweise in Krankwägen, in Notaufnahmen, zu Hause
oder in GP-Chirurgien.
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Beispielsweise
offenbart die
EP 0381501 eine
Küvette
zur Verwendung in der PCR-Technik und die alle Reagenzien innerhalb
der Vorrichtung begrenzt und dabei verhindert, daß wandernde
DNA aus der Kuvette entweicht und weitere Testgeräte verunreinigt.
Die Vorrichtung weist mehrere Kammern auf, welche die Reagenzien
beinhalten und im Gebrauch werden die Kammern durch ein externes Druck(-Ausübungs)-Mittel komprimiert
bzw. zusammengedrückt.
Die Kammern stehen in fluidmäßiger Kommunikation
mit einem zentralen Mischbereich über dünne Wege bzw. Kanäle derart,
daß eine
Kompression der Kammern die erforderliche Probe und die Reagenzien
in die Mischkammer in einer vorbestimmten Abfolge zwingt. Die Vorrichtung
besteht aus zwei Schichten bzw. Lagen, von denen beide wenigstens
zum Teil so gestaltet sind, daß sie
die flexiblen Kammern und die Fluidwege liefern.
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Die
US 3476515 offenbart eine
flexible Testvorrichtung mit mehreren Kompartimenten zum Lagern
bzw. Speichern von Reagenzien und zum Ausführen der notwendigen Reaktion.
Die Kammern werden im Gebrauch durch Druck aktiviert, um das Reagenz
von dieser Kammer in eine Mischkammer auszustoßen. Die Resultate der in der
Mischkammer durchgeführten
Reaktion können
dann durch eine weitere Maschine analysiert werden, welche die Spektralcharakteristika
mit einem geeigneten Photometer mißt, wie beispielsweise einem
Spektral-Photometer oder durch Messen der thermischen, chemischen,
physikalischen, elektrischen oder elektro-chemischen Eigenschaften
des Endprodukts der Reaktion.
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Ein
weiteres Beispiel dieses Typs Vorrichtung wurde von der i-STAT Corporation
vorgesehen und ist unter den Namen wie beispielsweise i-Stat CG8+
cartridge bekannt. Diese Vorrichtung sieht eine Reihe von Sensoren
vor, über
die wiederum ein Kalibrierfluid und eine Probe geführt werden.
Das Kalibrierfluid wird zu dem Sensor von einem Bereich mit einer
speziellen Wirkung bzw. Aktion geführt und dann wird die Probe
zu demselben Sensor von einem unterschiedlichen Ort aus mit einer
zweiten Wirkung bzw. Aktion, geführt.
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Es
ist jedoch wichtig, daß feuchte
und trockene Reagenzien vor den Analysen getrennt gehalten sind,
so daß sie
nicht verunreinigt werden, was nachteilig die durchzuführende,
tatsächliche
Analyse beeinflussen würde.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine wegwerf- bzw. entsorgbare
Vorrichtung für
chemische Analysen einer Probe vorzusehen, die einfach herzustellen
und leicht zu betreiben ist und die sicherstellt, daß alle Reagenzien
vor den Analysen voneinander getrennt gehalten sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen zur Analyse einer Probe, wobei
die Vorrichtung umfaßt:
eine
erste Schicht mit einem Netzwerk an Durchgängen und Kammern, durch die
Fluid während
der Analyse zum Strömen
veranlaßt
wird;
eine zweite Schicht, in der mehrere Kammern ausgebildet
sind, wobei die Kammern Fluide beinhalten zur Verwendung bei der
Analyse;
einen Einlaß entweder
in der ersten oder der zweiten Schicht, in dem eine zu analysierende
Probe bei Gebrauch platziert werden kann und
eine dritte Schicht,
die eine zerbrechliche Fluiddichtung zwischen den Kammern der zweiten
Schicht und dem Netzwerk der ersten Schicht vorsieht, so daß in Gebrauch,
ein Bruch in der dritten Schicht es Fluid ermöglicht, von einer Kammer in
der zweiten Schicht in das Netzwerk der ersten Schicht zu gelangen,
um die Durchführung
der Analyse der Probe zu ermöglichen.
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Demgemäß liefert
die vorliegende Erfindung eine einfache Vorrichtung, in welcher
die Fluide, die für
Analysezwecke erforderlich sein können, in individuellen Kammern, abgedichtet
gegenüber
dem Netzwerk an Durchgängen
(Fluiddick-Netzwerk)
der ersten Schicht, gehalten sind, derart, daß die feuchten Reagenzien in
der zweiten Schicht und jegliche trockene Reagenzien in der ersten
Schicht an gegenüberliegenden
Seiten einer Dichtung erhalten sind. Auf diese Weise wird die Integrität der feuchten
und trockenen Komponenten vor den Analysen nicht negativ beeinflußt.
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Die
Kammern in der zweiten Schicht können komprimierbar
sein, um den Druck innerhalb der Kammer zu erhöhen und dabei ein Brechen der
dritten Schicht zu bewirken. Alternativ kann der Druck innerhalb
der Kammer mittels beispielsweise einer inneren oder äußeren Pumpe
erhöht
werden.
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Die
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden
zum chemischen Testen einer Probe oder alternativ bei der Zubereitung
einer neuen Probe, beispielsweise einer von einer Blutprobe extrahierten
DNA.
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Die
Vorrichtung kann mit unterschiedlichen Kombinationen an Kammern
versehen sein, die in Abhängigkeit
von der in die Vorrichtung eingeführten Probe betätigt werden
können.
Zudem und/oder alternativ und in Abhängigkeit von dem Resultat eines ersten
Tests, können
einer oder mehrere weitere optionale Tests darauffolgend unter Verwendung
der Vorrichtung durchgeführt
werden.
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Die
Kammern in der zweiten Schicht sind vorzugsweise so angeordnet,
daß sie
gegenüberliegende
Bereiche der dritten Schicht sind, die derart gebrochen werden kann,
daß Fluid
dazu veranlaßt wird,
in das Fluidiknetzwerk in der ersten Schicht zu strömen. Dies
kann erreicht werden durch das Vorsehen von Schwachstellen in der
dritten Schicht an Orten, die den Kammern in der zweiten Schicht
entsprechen. Alternativ oder zusätzlich
kann wenigstens eine Kammer in der zweiten Schicht eine Durchstechvorrichtung
aufweisen zum Durchstechen der dritten Schicht, wenn die Kammer
komprimiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Durchstechvorrichtung
in der ersten Schicht vorgesehen sein, gegenüber wenigstens einer Kammer
in der zweiten Schicht, derart, daß die dritte Schicht bei Komprimieren
der Kammer gebrochen wird.
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Eine
oder mehrere der Kammern in der zweiten Schicht kann von der im
wesentlichen flachen Oberfläche
der Schicht wegstehen oder, alternativ, kann eine oder mehrere Kammern
innerhalb der zweiten Schicht ausgenommen sein. Bei dem Beispiel,
bei dem die Kammern von der Oberfläche der zweiten Schicht vorstehen,
ist die zweite Schicht vorzugsweise warmgeformt. Bevorzugt ist die
Kammer innerhalb der zweiten Schicht ausgenommen und von einer flexiblen
Membran abgedeckt, wodurch die Reproduzierbarkeit erhöht wird,
wenn eine Abgabe des Fluids aus der Kammer erfolgt.
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Vorzugsweise
ist eine oder mehrere der Kammern in der zweiten Schicht warmgeformt
und weist einen komprimierbaren Teil auf, der von der zweiten Schicht
wegsteht und betätigbar
ist, um die dritte Schicht in Kontakt mit einer Durchstechvorrichtung
zu bringen.
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Vorzugsweise
ist wenigstens eine der Kammern in der zweiten Schicht innerhalb
der zweiten Schicht ausgebildet, wobei die Kammer einen elastischen
oberen Teil hat, der bei Kompression die dritte Schicht dazu veranlaßt, in Kontakt
mit einer Durchstechvorrichtung gebracht zu werden, wodurch die dritte
Schicht birst.
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Vorzugsweise
weist wenigstens eine der Kammern in der zweiten Schicht ein axial
bewegliches Teil auf, das bei Bewegung durch ein Betätigungselement,
den Druck innerhalb der Kammer erhöht und dabei die dritte Schicht
in Kontakt mit einer Durchstechvorrichtung bringt, um die dritte
Schicht zu bersten.
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Die
dritte Schicht kann eine Dicke aufweisen, derart, daß wenn ein
vorbestimmter erster Druck ausgeübt
wird, die Folie zum Brechen veranlaßt wird und es dabei Fluid
von innerhalb der Kammer erlaubt, in das Fluidnetzwerk in der ersten
Schicht zu gelangen. Um den Druck zu reduzieren, der für das Einleiten des
Brechens der dritten Schicht erforderlich ist, können Schwachstellen, wie beispielsweise
ein mittels Laser abgetragenes Muster, an gewünschten Orten auf der dritten
Schicht vorgesehen sein. Alternativ kann die erste Schicht mit einer
Durchstechvorrichtung, wie beispielsweise einer Nadel versehen sein, die
unterhalb einer dazugehörigen
Kammer in der zweiten Schicht angeordnet ist, um die dritte Schicht zu
durchstechen. Bei diesem Verfahren kann das Durchstechen entweder
darauf beruhen, daß sich
die dritte Schicht nach unten zur Nadel hin biegt, also einer ähnlichen
Ausgestaltung wie bei der oben beschriebenen Ausgestaltung, wo ein
Bersten mittels Druck erfolgt, oder andererseits eine bewegliche
Nadel beinhalten unterhalb des Abschnitts der zu durchstechenden
dritten Schicht.
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Alternativ
kann eine oder mehrere der Kammern in der zweiten Schicht durch
ein Paar Unterkammern gebildet sein; einer Hauptunterkammer, die das
Fluid beinhaltet und einer Hilfsunterkammer, die über einen
relativ engen Durchgang fluidmäßig miteinander
kommunizieren. In diesem Beispiel hält die Hilfsunterkammer eine
Art Durchstechvorrichtung, vorzugsweise eine der oben beschriebenen
Mechanismen, derart, daß ein
Durchstechen der dritten Schicht es Fluid erlaubt, von der Hauptunterkammer durch
den engen Durchgang in die Hilfsunterkammer zu strömen und über die
Brechstelle in der dritten Schicht, in das Fluidnetzwerk in der
ersten Schicht.
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Ein
weiteres Beispiel eines Mechanismus, mit dem die dritte Schicht
durchstochen werden kann, besteht darin, daß eine Kammer eine Nadel innerhalb
der Speicherkammer für
die Reagenzien aufweisen kann, derart, daß bei Komprimieren der Kammer
die Nadel dazu veranlaßt
wird, sich in Richtung und durch die dritte Schicht zu bewegen und
es dabei Fluid erlaubt, von der Kammer in die erste Schicht zu strömen.
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Es
ist auch vorgesehen, daß die
dritte Schicht mit einem Widerstandsheizelement versehen ist, typischerweise über Schablonendruck
auf einer Oberfläche
der Schicht, derart, daß das
Heizelement im Gebrauch kurzzeitig angeregt wird, um die dritte Schicht
wegzubrennen und dabei die Kammer gegenüber dem Mikrofluidik-Netzwerk
zu öffnen.
Eine derartige Vorrichtung würde
jegliche mechanische Verbindungen erübrigen und ist potentiell zuverlässiger.
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Ein
weiteres Beispiel für
Mittel zum Durchstechen der dritten Schicht weist eine Klaue auf,
die vorzugsweise einen vollständig
gegossenen Gelenk- bzw. Scharnierabschnitt innerhalb einer Kammer
hat oder sogar einen gegossenen bzw. geformten Spund, der einen
Festsitz mit der dritten Schicht hat, um eine Fluid undurchlässige Dichtung
vorzusehen, derart, daß beim
Niederdrücken
der Kammer der Spund dazu veranlaßt wird, Fluid in die erste
Schicht strömen
zu lassen.
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Die
dritte Schicht kann derart ausgebildet sein, daß bei ihrem Durchstechen die
komprimierte Kammer der zweiten Schicht mit der dritten Schicht zusammenwirkt,
um ein Strömen
von Fluid von der ersten Schicht zu der zweiten Schicht zu verhindern.
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Alternativ
können
die Kammern in der zweiten Schicht derart elastisch sein, daß nach Absetzen der
zuvor erwähnten
Kompression sie ihre ursprüngliche
Form einnehmen und dabei einen Unterdruck erzeugen, der den Fluid-Meniskus über der Öffnung durch
die dritte Schicht umkehrt und einen unerwünschten Fluidstrom reduziert.
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Da
die mechanische Kompression der Kammer oder das unter Druck setzen
mit Hilfe einer anderen Vorrichtung umgekehrt werden kann beispielsweise
durch Anheben der Kolben, kann das Fluid aus der ersten Schicht,
welche das Mikrofluidik-Netzwerk beinhaltet,
in die zweite Schicht zurückgesaugt
werden.
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Die
Kammern der ersten Schicht, die entsprechenden Kammern innerhalb
der zweiten Schicht gegenüberliegen
können,
können
trockene Reagenzien aufweisen, die zum Gebrauch während des
Testens vorgesehen sein können.
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Die
erste Schicht ist vorzugsweise aus einem Polymer oder aus Glas gebildet,
obwohl andere geeignete Materialien auch verwendet werden können. Die
zweite Schicht kann teilweise oder insgesamt aus einem Polymer gebildet
sein, beispielsweise wenn die Kammern komprimierbar sind und/oder
aus Glas. Die dritte Schicht ist vorzugsweise eine dünne Membran,
die beispielsweise aus einer Metallfolie und/oder einem Polymer
gebildet ist.
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Um
sicherzustellen, daß eine
vorbestimmte Menge an Flüssigkeit
abgegeben wird, wenn eine Kammer komprimiert wird, ist es notwendig
zu wissen, wann das den Komprimiervorgang vornehmende Objekt, ein
Aktuator oder ein Kolben, die Fluidkammer tatsächlich die Oberfläche der
Kammer berührt.
Aufgrund von Herstelltoleranzen kann dieser Punkt leicht zwischen
unterschiedlichen Mikrofluidik-Vorrichtungen variieren. Diese Toleranz
erzeugt eine Unsicherheit in Bezug darauf, wann das Fluid damit
beginnen wird, aus der Kammer zu strömen, wie auch in Bezug auf
die von der Kammer zu einer vorgegebenen Zeit abgegebene tatsächliche
Menge. Um diesem entgegenzuwirken, ist es wünschenswert, zu erfassen, wann
der Aktuator die Oberfläche der
Kammer berührt.
Dies erfolgt vorzugsweise durch Metallisieren der Oberfläche an der
Oberseite der Kammer und Anordnen zweier elektrischer Kontakte auf
dem Aktuator. Wenn der Aktuator die metallisierte Membran berührt, so
erfolgt eine elektrische Verbindung zwischen den Kontakten auf dem
Aktuator und dabei eine Signalgebung dahingehend, daß ein Kontakt
hergestellt wurde.
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Vorzugsweise
weist die erste Schicht eine Reaktionskammer auf, deren Gestalt
abhängt
von dem speziellen sich im Test befindlichem Protokoll, beispielsweise
ob der Test so ausgestaltet ist, daß ein Endpunkt oder eine durchgehende
bzw. fortlaufende Reaktion zu erfassen ist. Es ist jedoch auch in Bezug
auf die Ausgestaltung der Reaktionskammer erforderlich, die erforderlichen
Eigenschaften des Stroms, die Zeitgebung der Reaktion und die Position der
Reagenzien innerhalb des Fluidik-Netzwerks zu berücksichtigen.
Demgemäß kann die
Form und Größe der Reaktionskammer
für unterschiedliche
Reaktionen unterschiedlich sein. Beispielsweise kann bei einer Endpunkt-
bzw. Umschlagspunktreaktion die Reaktionskammer eine dünne Scheibe,
von der ein Teil oder die gesamte Oberfläche mit einem speziellen Reagenz
beschichtet wurde. Die Scheibenform liefert dabei ein großes Oberflächen zu
Volumenverhältnis,
auf der die Reaktion stattfinden kann. Ist bei einem Test eine durchgehende
Reaktion beinhaltet, so ist alternativ die Reaktionskammer vorzugsweise ein
langer, kapillarförmiger
Durchgang, vorzugsweise spiralförmig
mit einer Form, um die Gesamtgröße der Testvorrichtung
zu minimieren und dabei die Zeit zu erhöhen, welche die Reagenzien
brauchen, um durch die Kammer zu gelangen.
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Die
Reaktionskammer kann gegenüber
dem Rest der Vorrichtung separat ausgebildet sein und in diesem
Falle ist sie dann vorzugsweise ko-angeformt in das Fluidik-Netzwerk
in der ersten Schicht. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der
in der Reaktionskammer angeordnete Antikörper einer speziellen Behandlung
bedarf, welche den Rest der Vorrichtung oder deren darin beinhalteten
Reagenzien beeinflussen kann.
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Die
Kammer kann derart texturiert oder strukturiert sein, daß sie ein
Mischen und/oder spezifische Strömungsmuster
in die Fluide innerhalb der Kammer einbringt. Die Reaktionskammer
kann mehrere individuelle Unterkammern umfassen. Die Reaktionskammer
kann ein immobilisiertes Substrat beinhalten, wie beispielsweise
Schaum(stoff), auf dessen Oberfläche
der Antikörper
mobilisiert werden kann.
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Die
Vorrichtung kann mit mehr als einer Reaktionskammer bestückt sein,
von denen jede mit einem unterschiedlichen Antikörper beschichtet sein kann,
so daß mehrere
oder auch mehrfach Tests an einer Probe durchgeführt werden können. Die
Kammern können
in Abhängigkeit
von den durchzuführenden
Tests entweder in Reihe oder parallel angeordnet werden.
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Die
Vorrichtung ist vorzugsweise mit einer Abfallkammer versehen, welche
die Form eines langen, serpentinenförmigen Kanals einnehmen kann, der
zu einer relativ großen
Kammer führt,
die zur Atmosphäre
bzw. nach außen
hin entlüftet
ist. Das Volumen der Abfallkammer sollte derart gestaltet sein, daß es größer ist
als die Summe der Volumen der Kammern der Reagenzien, so daß theoretisch
jegliches Abfallmaterial nicht die Entlüftungsöffnung erreicht. Indem jegliches
Abfallmaterial an der Vorrichtung selbst gehalten wird, stellt dies
sicher, daß kein Risiko
einer kreuzweisen Verunreinigung zwischen unterschiedlichen Testproben
auftritt und es unterstützt
beim Sicherstellen, daß das
Abfallmaterial auf sichere Weise gehandhabt und entsorgt wird.
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Die
Abfallkammer kann an der zweiten Schicht vorgesehen sein, so daß das Abfallmaterial in
oder an der zweiten Schicht gelagert wird.
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Beim
Einführen
von Proben und/oder Fluiden in eine der Kammern oder Einführen einer
Probe in die Vorrichtung, kann es vorteilhaft sein bei einer prototypartigen
Entwicklung, daß Einfüllöffnungen vorgesehen
sind, durch welche die Probe oder die Reagenzien eingeführt werden
können.
Die Einfüllöffnungen
können
durch eine Silikonschicht abgedeckt sein, so daß beim Einstechen einer Nadel
einer hypodermen Spritze durch den Block zum Zwecke des Einführens des
Fluids, eine Entfernung der Nadel dem Silikon erlaubt, sich selbst
abzudichten und dabei die fluiddichte Integrität der Vorrichtung aufrechtzuerhalten.
Bei hochvolumiger Herstellung ist es bevorzugt, die Reagenzien und
andere Fluide schon in der Herstellphase einzuführen. Ein Beispiel für einen Füllvorgang,
der kompatibel ist bei einer hochvolumigen Herstellung, besteht
darin, die Reagenzien und Fluide in die obere Schichte vor dem Laminieren
der zerbrechlichen Schicht abzugeben und dabei die Reagenzien abzudichten,
bis die Kammern komprimiert werden.
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Erfindungsgemäß ist auch
eine Vorrichtung zum Lagern von Reagenzien vorgesehen und die im Gebrauch
einen Teil einer Vorrichtung zur Analyse einer Probe ausbildet,
wobei die Lagervorrichtung umfaßt:
einen
planaren Körper
mit:
einer ersten Schicht, die mehrere komprimierbare Kammern
hat, in denen fluidförmige
Reagenzien zum Gebrauch bei der Analyse gelagert sind; und
eine
zerbrechliche zweite Schicht, die in dichtendem Eingriff mit der
ersten Schicht ist, um die fluidförmigen Reagenzien zu halten
und deren Verunreinigung zu verhindern.
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Die
obige Lager- bzw. Speichervorrichtung kann verbunden werden mit
einer weiteren Vorrichtung zum Lagern bzw. Speichern von Reagenzien und
die im Gebrauch einen Teil einer Vorrichtung zur Analyse einer Probe
ausbildet, wobei die Lagervorrichtung umfaßt:
einen planaren Körper mit
einer ersten Schicht, die ein Netzwerk an miteinander verbundenen
Durchgängen
und Kammern hat, in denen ein oder mehrere trockene Reagenzien zum
Gebrauch bei der Analyse gelagert sind, sowie eine zerbrechliche
zweite Schicht in dichtendem Eingriff mit der ersten Schicht, um
die trockenen Reagenzien zu halten und deren Verunreinigung zu verhindern,
derart, daß die
zerbrechlichen zweiten Schichten jeder Vorrichtung im Gebrauch gebrochen
werden können,
um es Fluid zu erlauben, von einer Vorrichtung zu der anderen zu strömen, um
dabei eine Vorrichtung zur Analyse einer Probe auszubilden. Die Vorrichtungen
können mit
Hilfe eines Haftmittels bzw. Klebers an einer oder beiden der zerbrechlichen
Schichten angebunden sein oder alternativ können sie beispielsweise mittels Ultraschallschweißen oder
mechanisch gekoppelt miteinander verbunden werden, wie beispielsweise mittels
modifizierter "männlicher" und modifizierter "weiblicher" Luer-Fittings, wobei
die Fittings zusätzlich
die zerbrechliche Abdichtschicht beinhalten und wobei die männlichen
Fittings bei Verbindung des Fittings fähig sind, die zerbrechliche
Schicht zu bersten bzw. brechen. Es können auch andere Formen der Verbindung
oder Kopplung verwendet werden, jedoch ist es wichtig festzuhalten,
daß es
nach dem Verbinden oder Koppeln wünschenswert ist, daß ein fluiddichter
Durchgang zwischen den beiden Lagervorrichtungen besteht, die zusammengebracht
wurden.
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Zudem
sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor zur Ausbildung
einer Vorrichtung zur Analyse einer Probe, wobei das Verfahren die
Schritte umfaßt:
Ausbilden
eines ersten Teils mit einem planaren Körper, der eine erste Schicht
hat, die ein Netzwerk von verbundenen Durchgängen hat und Kammern, in denen
ein oder mehrere trockene Reagenzien zum Gebrauch bei der Analyse
gelagert sind, sowie eine zerbrechliche zweite Schicht, die in dichtendem
Eingriff mit der ersten Schicht steht;
Ausbilden eines zweiten
Teils mit einem planaren Körper,
der eine erste Schicht hat, die mehrere komprimierbare Kammern hat,
in denen fluidförmige
Reagenzien zum Gebrauch bei der Analyse gelagert sind, sowie eine
zerbrechliche zweite Schicht, die in dichtendem Eingriff mit der
ersten Schicht steht; und
Verbinden der ersten und zweiten
Teile in dichtendem Eingriff, derart, daß wenigstens eine der Kammern
in dem ersten Teil einer Kammer in dem zweiten Teil derart gegenüberliegt,
daß beim
Gebrauch die zerbrechlichen zweiten Schichten gebrochen werden können, um
es Fluid zu erlauben, von dem zweiten Teil in den ersten Teil zu
strömen.
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Die
ersten und zweiten Teile können
miteinander verbunden werden mittels eines Haftmittels an einer
oder beiden zweiten Schichten, wobei das Haftmittel an Bereichen
der zweiten Schichten vorgesehen ist, die während der Analyse nicht gebrochen werden
und derart, daß ein
fluiddichter Durchgang zwischen dem ersten und dem zweiten Teil
hergestellt ist. Die individuellen Teile können modifizierte Luer-Fittings,
wie oben beschrieben, beinhalten.
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Die
individuellen Teile können
mit von einem lösbaren
Film abgedeckten Haftmittel an der auswärts weisenden Oberfläche der
zerbrechlichen zweiten Schichten vorgesehen sein, der entfernt werden
kann, um das Haftmittel vor dem Verbinden der ersten und zweiten
Teile, freizulegen.
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Die
wie oben beschriebenen, separaten Teile der Vorrichtung stellen
sicher, daß die
Herstellung einer kompletten Vorrichtung zur Analyse einfach und leicht
auszuführen
ist. Des weiteren können
die unterschiedlichen Teile an unterschiedlichen Orten hergestellt
und zu einem bequemeren Zeitpunkt zusammengebracht werden.
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Die
vorliegende Erfindung weist auch ein Verfahren auf zur Analyse einer
Probe in einer Vorrichtung, die eine erste Schicht hat, die ein
Netzwerk an Durchgängen
und Kammern hat, eine zweite Schicht, in der mehrere komprimierbare
Kammern ausgebildet sind, wobei die Kammern Fluid zur Verwendung
bei der Analyse beinhalten, einen Einlaß für eine zu analysierende Probe
und eine dritte Schicht, die eine zerbrechliche Fluiddichtung zwischen
den Kammern der zweiten Schicht und dem Netzwerk der ersten Schicht
vorsieht, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
- (a)
Einführen
einer zu analysierenden Probe in den Einlaß;
- (b) Unter Druck setzen einer Kammer in der zweiten Schicht zum
Bersten bzw. Brechen der dritten Schicht, derart, daß das Fluid
von der Kammer die Probe in eine Reaktionskammer in dem Netzwerk in
der ersten Schicht treibt;
- (c) Unter Druck setzen einer dritten Kammer in der zweiten Schicht,
um die dritte Schicht zu bersten bzw. brechen und ein anderes Fluid
in die Reaktionskammer zu treiben;
- (d) Wiederholen des Schrittes (c), bis all die erforderlichen
Fluide verwendet wurden und
- (e) Analysieren der Reaktionskammer.
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Die
Kompression der Kammern in der zweiten Schicht wird vorzugsweise
durchgeführt
durch eine gewisse Form eines motorisierten, mechanischen Aktuators
wie beispielsweise eines herkömmlichen
Motors, der einen Kolben antreibt, eines piezo-elektrischen Elements,
das einen mit Gewinde versehenen Kolben antreibt oder eines Schrittmotors.
Alternativ könnte
die Kompression der Kammern durch einen Nutzer ausgeführt werden.
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Die
Temperatur der Vorrichtung wird vorzugsweise durch die Instrumentierung
gesteuert, die dazu verwendet wird, um die Resultate jeglicher Reaktion
zu erlangen und auszulesen. Die Art der Temperatursteuerung kann
eine lokale Infraroterwärmung
einschließen,
eine lokale Leitung zur Kühlung und
Erwärmung
spezieller Stellen, beispielsweise durch Verwendung von Peltier-Vorrichtungen
und eine globale Temperatursteuerung für die gesamte Vorrichtung.
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Die
Analyse der Reaktion in der Reaktionskammer wird vorzugsweise durchgeführt durch
eine zusätzliche
Ausleseinstrumentierung, die optisch oder elektrisch sein kann,
in Abhängigkeit
von der Natur des Tests. Mögliche
Verfahren zum Auslesen können
die Erfassung von Farbänderungen,
einer Fluoreszenz, einer Chemi-Lumineszenz, elektrischer Ladung,
Spannung oder Widerstand, sein. In jeglichen Fällen kann das Auslesen entweder
eine Erfassung oder eine Messung der physikalischen Eigenschaften
sein und falls eine Änderung
der Eigenschaft offensichtlich ist, kann dies überwacht werden durch einen
Operateur der Vorrichtung ohne das Erfordernis für weiteres Auslesegerät.
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Die
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann bei vielen unterschiedlichen
Testprotokollen verwendet werden, wie beispielsweise einem Enzym-verbundenen
Immuno-Sorbent Assay (oftmals als ELISA bezeichnet) und/oder als
Direktfluoreszenzlabelling bzw. -markieren.
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Beispiele
einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung werden nun unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
explosionsartige, schematische perspektivische, Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt;
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2 ein
alternatives Fluidik-Netzwerk zur Verwendung in der Vorrichtung
der 1 zeigt;
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3 eine
explosionsartige Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt;
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4 einen
Querschnitt durch die Vorrichtung der 3 zeigt;
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5 ein
Beispiel einer komprimierbaren Kammer zur Verwendung bei der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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6 ein
zweites Beispiel einer Kammer zur Verwendung bei der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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7 eine
schematische, perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Kammer
zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 eine
Querschnittsansicht durch das Beispiel der 7 zeigt;
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9 ein
weiteres Beispiel des Berstmechanismus für die dritte Schicht zeigt;
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10 eine
Querschnittsansicht durch eine die Membran der 9 beinhaltende
Kammer zeigt;
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11 eine
explosionsartige, perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels
einer Kammer zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 eine
Querschnittsansicht durch das Beispiel der 10 zeigt;
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13 eine
explosionsartige, perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels
einer Kammer zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung zeigt;
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14 eine
Querschnittsansicht durch die Kammer der 13 zeigt;
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15 eine
schematische, perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels einer
Kammer zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung zeigt;
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16 eine
Querschnittsansicht durch das Beispiel der 15 von
unten und einer Seite zeigt;
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17 ein
Beispiel einer Membran zur Verwendung als dritte Schicht zeigt;
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18 eine
perspektivische Querschnittsansicht durch einen Teil einer den Film
der 17 beinhaltenden Vorrichtung zeigt;
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19 und 20 ein
weiteres Beispiel eines Mechanismus zum Durchstechen der dritten Schicht
zeigen;
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21 eine
Querschnittsansicht durch ein anderes Beispiel einer Kammer zur
Verwendung bei der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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22 und 23 schematische
Querschnittsansichten durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
unter Verwendung eines Ventilmechanismus zeigen.
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Die
in 1 gezeigte Testvorrichtung 10 umfaßt eine
untere Schicht bzw. Lage 11, eine obere Schicht bzw. Lage 12 und
eine Zwischenschicht bzw. -lage 13.
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Die
untere Schicht 11 ist mit einem Netzwerk 14 an
Durchgängen 15 und
Kammern 16 versehen, durch die Fluide während des Gebrauchs zum Strömen veranlaßt werden
können.
Insbesondere hat die untere Schicht 11 eine Probenkammer 17,
in die eine zu testende Probe eingesetzt werden kann. Die Probenkammer 17 kann
derart bemessen sein, daß sie lediglich
ein bekanntes, abgemessenes Volumen der einzuführenden Probe zuläßt. Eine
zentrale Reaktionskammer 18 steht fluidmäßig in Kommunikation mit
der Probenkammer 17 und mit mehreren Kammern 16 zwecks
Aufnahme notwendiger Reagenzien und der Probe für den Test oder den durchzuführenden
Tests. Ein Abfall(stoff-)reservoir 19 nimmt Reagenzien
auf, wenn sie einmal durch die Reaktionskammer 18 gelangt
sind. Ein Versorgungsreservoir 20 steht fluidmäßig in Verbindung
mit der Einlaßkammer 17 und
wird dazu verwendet, um die Probe in die Reaktionskammer 18 zu
treiben. Das Volumen des Versorgungsreservoirs 20 kann
derart bemessen sein, daß es
die Menge der Probe begrenzt, die von der Einlaßkammer 17 in die
Reaktionskammer 18 getrieben wird.
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In
diesem Beispiel umfaßt
die obere Schicht 12 ein flexibles Teil 21 und
einen relativ steifen Rahmen 25. In dem flexiblen Teil 21 sind
mehrere Kammern, die gemeinsam mit 22 bezeichnet sind und
individuell mit 30–38 einschließlich angegeben
sind, ausgebildet. Diese Kammern 22 sind derart angeordnet,
daß sie
den in der unteren Schicht 11 ausgebildeten Kammern 16, 20 gegenüberliegen
und derart konstruiert, daß sie
komprimierbar sind. Eine Einlaßöffnung 23 ist
an einem Ende des flexiblen Teils 21 durch eine Verschlußeinrichtung 24 ausgebildet,
die bewegbar ist zwischen einer Stellung, die es einer Probe erlaubt,
in die Kammer 17 der unteren Schicht 11 eingeführt zu werden
und einer Stellung, in der sie die Einlaßöffnung 23 abdichtet.
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Ein
relativ steifer bzw. fester Rahmen 25 ist das zweite Teil
der oberen Schicht 12 und kann – obgleich als individuelle
Komponente in diesem Beispiel gezeigt – integral zu dem flexiblen
Teil 21 ausgebildet sein und ist nur dazu vorgesehen, um
der oberen Schicht 12 etwas Steifigkeit bzw. Festigkeit
zu verleihen. Die obere Schicht 12 könnte als Einzelkomponente ausgebildet
sein. Der Rahmen 25 ist mit Löchern versehen, die den Orten
der Kammern 22, dem Verschluß 24 und dem Abfallreservoir 19 entsprechen.
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Die
Kammern 16 und die Reaktionskammer 18 können mit
trockenen Reagenzien oder Antikörpern
oder jeglicher anderer erforderlichen Oberflächenbehandlung behandelt werden,
um zu ermöglichen,
daß die
spezifizierte Reaktion stattfindet.
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Die
Kammern 16 und das Reservoir 20 sind mit Vorsprüngen 26 versehen,
die von dem zentralen Abschnitt der Kammer nach oben stehen, so
daß im Gebrauch,
also wenn die Kammern 22 in der oberen Schicht komprimiert
werden und dabei die Membran 13 in die entsprechende Kammer 16, 20 in
der ersten Schicht drücken,
der Vorsprung die Membran 13 durchsticht und es Fluid von
der relevanten Kammer in der oberen Schicht 12 gestattet,
in das Fluidnetzwerk 14 in der unteren Schicht 11 zu
strömen.
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Eine
Steuerung des Stroms innerhalb der Vorrichtung wird auf zwei Arten
vorgesehen. Erstens wirkt die Membran 12 als Dichtung,
um zu verhindern, daß flüssige Reagenzien
von den Kammern 22 in der oberen Schicht 12 in
das Fluidnetzwerk 14 in der unteren Schicht 11 gelangen.
Zudem werden die Fluide innerhalb des Fluidnetzwerks durch zwangsweisen
Versatz der Kammern 22 in der oberen Schicht 12 bewegt.
Die Strömungsgeschwindigkeit und
das Volumen jedes verwendeten Fluids werden durch die Kompressionsrate
bzw. die Größe des Versatzes
der Kammern 22 gesteuert bzw. kontrolliert. Um Nichtlinearitäten beim
Kollaps der Materialien, eine Kapillarität oder spezielle Geometrien,
die keine Änderung
des linearen Volumens beim Kollaps vorsehen, zu korrigieren, kann
die Kompression angepaßt
und durch einen Mikroprozessor (nicht gezeigt) gesteuert werden.
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Das
Abfall(-stoff-)reservoir 19 wird optional entlüftet mit
Hilfe eines Rückschlagventils,
um jegliche Reagenzien in der Schicht 11 vor Verunreinigung zu
schützen,
um die Druckdifferentiale innerhalb der Vorrichtung zu korrigieren
und um es flüssigen
Reagenzien zu gestatten, durch das Fluidnetzwerk 14 zu strömen.
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Für ein beispielhaftes
Testprotokoll beim Analysieren von Humanserum für das prostataspezifische Antigen,
wird die Reaktionskammer 18 mit einem Antikörper beschichtet
und die Probenkammer mit einem Koagulans behandelt.
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Bei
diesem speziellen Beispiel beinhalten die Kammern 22 in
der oberen Schicht 12 in individuellen Kammern eine Null-Pufferlösung, eine
Wasserspülung,
Luft, Enzymkonjugat, Tetramethylbenzidin (TMB) Lösung und Salzsäure.
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Um
einen Test auszuführen,
wird eine Probe an Gesamtblut in der Probenkammer 17 plaziert
und unter Verwendung der Verschlußeinrichtung 24 dichtend
abgeschlossen. Die Kammer 17 kann komprimiert werden, um
die Probe in die Reaktionskammer 18 zu treiben oder alternativ
wird die Kammer 30 dann komprimiert und ihre Inhalte, die
Luft oder Wasser sein können,
werden dazu verwendet, um die Probe in die Reaktionskammer 18 zu
treiben. Ein Filter (nicht gezeigt) kann zwischen der Probenkammer 17 und
der Reaktionskammer 18 verwendet werden. Insbesondere wäre dies
nützlich
beim Testen von Blut zwecks Entfernung der Zellen zur Erzeugung von
Plasma. Die Kammer 31 wird dann komprimiert, um der Reaktionskammer 18 Null
Pufferlösung
zuzufügen.
Als nächstes
wird die Kammer 32 komprimiert, um die Reaktionskammer 18 zu
spülen.
Die Kammer 33 wird dann komprimiert, um Luft zuzuführen zwecks
Evakuierung der Reaktionskammer 18, so daß die Fluide
in das Abfallreservoir 19 gezwungen werden. Die Kammer 34 wird
dann komprimiert, um ein Enzymkonjugat hinzuzufügen, gefolgt von der Kompression
der Kammer 35, die Wasser dazu verwendet, um die Reaktionskammer 18 zu
spülen.
Die Kammer 38 wird dann komprimiert, um Luft in die Reaktionskammer 18 zu
zwingen und leert diese in das Abfallreservoir 19. Die
Kammer 37 wird darauffolgend komprimiert und TMB-Lösung hinzugefügt. Die Kammer 36 wird
dann komprimiert und Salzsäure
der Reaktionskammer hinzugefügt.
Die Reaktionskammer 18 kann dann spektralphotometrisch
bei einer Wellenlänge
von 450 nm gemessen werden.
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2 zeigt
eine alternative Anordnung des Fluidik-Netzwerks 14, das in der unteren
Schicht der Testvorrichtung 10 der 1 verwendet
werden kann. Die Kammern 16 und Durchgänge 15 sind ähnlich denjenigen
der 1. Die Kammern 16 zur Aufnahme der notwendigen
Reagenzien sind derart angeordnet, daß sie in fluidmäßiger Verbindung
stehen mit einem gemeinsamen Weg bzw. Kanal 40, der die Einlaßkammer 17 und
die Reaktionskammer 18 verbindet. Die Reaktionskammer 18 ist
in diesem Beispiel ein langer, spiralförmiger Kanal und diese Form von
Reaktionskammer kann verwendet werden, wenn eine fortwährende bzw.
durchgehende Reaktion ausgeführt
werden muß.
Die Länge
der Reaktionskammer 18 hängt von der Länge der
Zeit ab, die erforderlich ist für
die Reagenzien, um mit irgendeinem Antikörper oder einer anderen Chemikalie
in Kontakt zu stehen, der/die in der Reaktionskammer vor dem Test
vorgesehen wurde. Wie im vorhergehenden Beispiel, leert sich die
Reaktionskammer 18 in ein Abfall(-stoff-)reservoir 19.
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3 und 4 zeigen
ein alternatives Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung, wobei die die komprimierbaren Kammern beinhaltende
obere Schicht 112 aus einem steifen bzw. festen Teil 125 und
flexiblen Teilen 121 mit mehreren dazugehörigen Durchstechstiftmechanismen 145,
besteht. Eine Kompression bzw. ein Zusammendrücken der Kammer 122 durch
Niederdrücken
der Membranen 121 bewirkt, daß der Durchstechstift 145 die
zerbrechliche Membran 113 durchdringt und es Fluid erlaubt,
von der oberen Schicht 112 in die untere Schicht 111 zu
strömen.
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Die
untere Schicht 111 besteht aus einer Laminatstruktur 101, 102.
Der Bodenteil 101 der unteren Schicht 111 besteht
aus einem Netzwerk von Fluidik-Durchgängen 114, Mischelementen 117,
Reaktionskammern 118 und Abfall(-stoff-)Kammern 119. Die
Schicht bzw. Lage 102 liefert eine Abdichtschicht für die untere
Schicht 111. In diesem Ausführungsbeispiel kann eine Probe
in die Kammer 131 eingeführt werden, die unter Verwendung
eines Probenstößels 130 komprimiert
werden kann.
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In
dem Ausführungsbeispiel
in den 3 und 4 kann ein beispielhafter ELISA-Test
und insbesondere ein Chemilumineszenztest durchgeführt werden
durch Einführen
der Probe in die Probensammelstelle 131. Der Probenstößel 130 wird dann
eingeführt.
Eine Kompression des Stößels zwingt
die Probe von der oberen Schicht 112 in die untere Fluidik-Netzwerkschicht 111.
Bei diesem Vorgang wird die Probe durch ein Filter gedrückt, um Plasma
zu extrahieren. Die Kammer 127 wird dann komprimiert und
zwingt dabei den Durchstechstift 145 durch die zerbrechliche
Membran 113 und erlaubt es einer Pufferlösung, von
der oberen Schicht 112 zu der unteren Schicht 111 zu
strömen.
Ein Komprimieren der Kammer 127 gleichzeitig mit dem Probenstößel, zwingt
beide Fluide dazu, durch ein mikrofluidisches Mischelement 117 zu
strömen.
Die Kammer 123 wird dann ähnlich komprimiert und zwingt eine
markierte Antikörper(Antikörper 1-)-Lösung dazu,
sich mit der Plasmapufferlösung
zu mischen. Die Antikörper
finden eine Bindung an spezifischen Proteinen in dem Plasma und
markieren diese effektiv. Die Kompression dieser Kammer zwingt das
gemischte Fluid dazu, in die Reaktionskammern 118 zu strömen. Die
Reaktionskammern 118 sind typischerweise mit einem zweiten
Antikörper
2 beschichtet. Wenn die gemischte Antikörper 1-Plasmalösung durch
die Kammer strömt,
immobilisiert die spezifische Bindung der markierten Proteine an
dem Antikörper
1 an der Reaktionskammer die markierten 0Proteine. Die Restproteine
und ungebundenen Antikörper
werden durch Komprimieren der Kammer 128 zur Abfall(-stoff-)kammer 19 hin
weggewaschen, was einen Waschpuffer von der oberen Schicht zur unteren
Schicht und durch die Reaktionskammer zwingt. Nach dem Waschen der
Reaktionskammern 118 unter Hinterlassung gerade des gebundenen, markierten
Proteins, kann ein chemolumineszenter Stoff durch die Reaktionskammern 118 gespült werden,
und bewirkt, daß die
Reaktionskammern 118 lumineszieren. Der Grad an Lumineszenz
ist proportional zu dem gebundenen, markierten Protein. Typischerweise
können
Lumineszenzstoffe mehr als eine Komponente beinhalten, die ein Mischen
erfordern, bevor ein Waschen über
das gebundene, markierte Protein erfolgt. Dies wird in dem Ausführungsbeispielen
in den 3 und 4 erreicht durch Einschließen einer
Komponente in jeder der Kammern 124 und 126. Die
Kammern werden gleichzeitig komprimiert und die Flüssigkeiten
durch sie in die untere Schicht und durch ein Mischelement gezwungen,
wo die beiden Komponenten gründlich
gemischt werden. Die weitergeführte
Komprimierung der Kammern 124 und 126 zwingt den
gemischten chemolumineszenten Stoff durch die Reaktionskammern 118 und
bewirkt eine Lumineszenz der gebundenen Proteine.
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Die
folgenden Figuren beschreiben unterschiedliche Kammeraufbauten und
Ventile, die in jedem der zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele verwendet werden
könnten.
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5 zeigt
ein erstes Beispiel einer Fluid-Halte- bzw. Aufnahmekammer 22 in
der oberen Schicht 12. Die Kammer ist mit einem komprimierbaren
Abschnitt 40 versehen. Eine Durchstecheinrichtung in Form
eines Konusses 41 erstreckt sich von der Oberfläche der
Kammer 16 in der unteren Schicht 11.
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In
einem in 6 gezeigten, unterschiedlichen
Beispiel, ist die Kammer 22 innerhalb der zweiten Schicht 12 ausgebildet
und mit einem komprimierbaren Abschnitt 42 versehen. In
den beiden in 5 und 6 gezeigten
Beispielen wird durch Betätigung
der komprimierbaren Abschnitte 40, 42, der Druck
im Inneren der Kammer dazu gezwungen, sich zu erhöhen und
zwingt dabei die zerbrechliche Schicht 13 dazu, auf den
Konus 41 niedergedrückt
zu werden, wodurch ein Bersten bzw. Brechen der zerbrechlichen Dichtung 13 erfolgt.
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7 und 8 zeigen
ein weiteres Beispiel dafür,
wie eine Kammer 22 ausgebildet sein kann. In diesem Beispiel
ist die Kammer 22 innerhalb der oberen Schicht 12 ausgebildet
und mit einem flexiblen bzw. biegbaren Abdeckteil 43 versehen.
Eine zerbrechliche Membran 13 ist zwischen der oberen Schicht 12 und
der unteren Schicht 11 derart vorgesehen, daß beim Komprimieren
des komprimierbaren Abdeckteils 43 die Zunahme des Drucks
innerhalb der Kammer 22 zu einem Bersten bzw. Brechen der
Membran 13 führt,
wodurch es Fluid ermöglicht wird,
in das Netzwerk an Durchgängen 14 in
der unteren Schicht zu strömen.
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Damit
die Membran 13 ausreichend schwach ist, so daß eine Druckerhöhung zu
ihrem Bruch bzw. ihrem Reißen
führen
kann, kann der Film, wie in 9 gezeigt,
mit einer Schwachstelle versehen sein, in dieser Form einem gewundenen
Abschnitt 44, der vorzugsweise durch Laserablation ausgebildet
wird. Wie in 10 gezeigt, kann ein derartiger
Film in der in 8 gezeigten Vorrichtung eingebaut
und auf dieselbe Weise betätigt
werden.
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11 und 12 zeigen
noch ein weiteres Beispiel dafür,
wie die Kammern ausgebildet sein können. Die Kammer 22 ist
wieder in der oberen Schicht 12 ausgebildet und ein komprimierbares
Abdeckteil 43, vorzugsweise aus Silicon gebildet, deckt den
oberen Abschnitt der Kammer 22 ab. Eine Kammer 16 ist
in der Schicht 11 ausgebildet und hat ein komprimierbares
Abdeckteil 43a, von dem ein Stift 45 vorsteht.
Ein Komprimieren bzw. Zusammendrücken des
Teils 43a bewirkt, daß der
Stift die Schicht 13 bricht bzw. durchstößt, so daß eine darauffolgende Kompression
des Teils 43 Fluid von der Kammer 22 in das Netzwerk
an Durchgängen
in der Schicht 11 zwingt.
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13 und 14 zeigen
noch ein weiteres Beispiel, bei dem die Kammer 22 aus einem
Paar Unterkammern 46, 47 gebildet ist. Die Hauptunterkammer 46 beinhaltet
das gewünschte
Fluid und die Hilfsunterkammer hält
einen Stift 45, der bei Komprimieren der komprimierbaren
Silikonabdeckschicht 43, die zerbrechliche bzw. zerstörbare Dichtung 13 durchstößt und es
dabei Fluid aus der Hauptunterkammer 46 erlaubt, durch
den Durchgang 48 in die Hilfsunterkammer 47 und
in das Fluidnetzwerk 14 in der unteren Schicht 11 zu
strömen.
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15 und 16 zeigen
ein weiteres Beispiel, bei welchem die Kammer 22 einen
Stift 45 hält und
zwar in ähnlicher
Weise zu derjenigen innerhalb der Hilfsunterkammer 47 der 13 und 14, derart,
daß ein
Herunterdrücken
der Silikonabdeckschicht 43 den Stift dazu veranlaßt, die
zerbrechliche Dichtung 13 zu durchstoßen und es Fluid erlaubt, von der
Kammer 22 in das Fluidnetzwerk 14 in der unteren
Schicht 11 zu strömen.
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17 und 18 zeigen
eine zerbrechliche Dichtung 13, auf die ein Widerstandsheizelement 49 gedruckt
wurde, vorzugsweise mittels Schablonendruck, so daß im Gebrauch
das Element kurzzeitig mit Energie versorgt würde, um den Film 13 wegzubrennen
und dabei die Kammer 22 zu dem Fluidnetzwerk 14 in
der unteren Schicht 11 zu öffnen.
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19 und 20 zeigen
perspektivische Ansichten eines weiteren Beispiels einer Kammer 22, in
der eine Klaue 50 gezeigt ist, in 20 in
der offenen Stellung und in 19 in
der geschlossenen Stellung und die einen Gelenk- bzw. Scharnierabschnitt 51 hat.
Durch Bewegung der Klaue 50 um den Gelenkabschnitt 51,
wird sie dazu veranlaßt,
die zerbrechliche Dichtung 13 zu durchstoßen und
erlaubt dabei Fluid aus der Kammer 22 in die untere Schicht 11 (nicht
gezeigt) zu gelangen.
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21 zeigt
die Kammer 22, wie sie in der Schicht 12 ausgenommen
ist und eine Mikrospritze 52 beinhaltet. Die Mikrospritze 52 weist
einen verschiebbar montierten Kolben 53 auf, der unter
Verwendung eines Aktuators 54 nach unten geschoben werden
kann, um das Fluid in der Kammer zu komprimieren, während eine
fluidundurchlässige
Abdichtung zu den Kammerseiten hin aufrechterhalten ist. Wird das
Volumen innerhalb der Kammer reduziert, so wird die dritte Schicht 13 dazu
veranlaßt,
sich in Kontakt mit der Durchstecheinrichtung 41 zu biegen, wobei
die dritte Schicht gebrochen bzw. zerstört wird und es Fluid erlaubt
wird, in das Netzwerk an Durchgängen 14 in
der ersten Schicht 11 zu strömen.
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22 und 23 zeigen
ein Oberflächenventil 60 für einen
Teil der Vorrichtung, bei dem die obere Oberfläche der Vorrichtung durch eine
elastomere Membran 61 gebildet ist. Fluid wird von dem Netzwerk 14 in
der ersten Schicht 11 zurück in die zweite Schicht 12 über einen
kleinen Kanal 63 geführt,
der zwischen einem Vorsprung 62 in der ersten Schicht ausgebildet
ist, die in die zweite Schicht verläuft und die Membran 61.
Wird die elastomere Membran wie in 22 gezeigt,
komprimiert, so wird daher der Durchgang 63 zwischen den
beiden Abschnitten des Fluidik-Netzwerkes 14 blockiert
und verhindert dabei einen Strom innerhalb des Netzwerks an Durchgängen.