EP2532427B1 - Kartusche, Zentrifuge sowie Verfahren - Google Patents

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EP2532427B1
EP2532427B1 EP12163525.4A EP12163525A EP2532427B1 EP 2532427 B1 EP2532427 B1 EP 2532427B1 EP 12163525 A EP12163525 A EP 12163525A EP 2532427 B1 EP2532427 B1 EP 2532427B1
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EP
European Patent Office
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drum
cartridge
chamber
switch
contact element
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EP12163525.4A
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EP2532427A3 (de
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Martina Daub
Juergen Steigert
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0409—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces centrifugal forces

Definitions

  • biochemical processes are based in particular on the handling of liquids. Typically, this manipulation is done manually with tools such as pipettes, reaction vessels, active probe surfaces or laboratory equipment. By pipetting robots or special equipment, these processes are already partially automated.
  • Lab-on-a-Chip systems (also referred to as the West Pocket Laboratory or the Chiplabor) accommodate all the functionality of a macroscopic laboratory on a plastic plastic-sized plastic substrate.
  • Lab-on-a-chip systems typically consist of two major components.
  • a test carrier includes structures and mechanisms for the implementation of basic fluidic operations (e.g., mixers), which may consist of passive components such as channels, reaction chambers and upstream reagents, or even active components such as valves or pumps.
  • the second main component is actuation, detection and control units.
  • Such systems make it possible to carry out biochemical processes fully automatically.
  • a lab-on-a-chip system is for example in the document DE 10 2006 003 532 A1 described.
  • This system comprises a rotor chip, which is rotatably provided with respect to a stator chip.
  • the rotor chip can be coupled by means of fluidic channels with the stator chip for filling or emptying the rotor chip.
  • EP 2 514 515 A1 is a cartridge with a first drum having a first chamber and with an adjusting device, which can rotate the first drum using the centrifugal force, thereby conductively connecting the first chamber to a second chamber known.
  • the cartridge defined in claim 1, the centrifuge defined in claim 14 and the method defined in claim 15 have the advantage over conventional solutions that an electrical switch is simply provided and actuated can be.
  • the switch can, in turn, be provided for switching a multiplicity of different devices, for example a heater or a sensor or semiconductor component.
  • Component in the present case means a liquid, a gas or one or more particles.
  • first and second component only two different states of the same substance may be meant:
  • the first component may be formed as a clumped portion and the second component as a liquid portion of the same substance.
  • the adjusting device comprises a first bevel, which cooperates with a second bevel of the first drum to the first drum from a first position in which the second bevel with a housing of the cartridge in the rotational direction about the central axis in a form-fitting engagement is to spend in a second position along the central axis and against the action of a return means in which the positive connection is released and the first drum rotates about the central axis.
  • This mechanism is also referred to as a "ballpoint pen mechanism" herein.
  • the first chamber preferably with different other chambers - as required - optionally be connected.
  • a second drum which has the second chamber, and / or a third drum is provided, which has the third chamber, wherein preferably the second drum of the first drum relative to the center axis upstream and / or third drum of the first drum is downstream.
  • a stack of, for example, three drums can be formed. However, more than three drums may be provided.
  • the switch comprises at least a first and a second contact element, which are contacted for the closed state of the switch and spaced apart for the open state of the switch, wherein the first contact element at an end face of the first drum and the second contact element is attached to one of the end face of the first drum facing end side of the second or third drum or the first contact element on the first, second or third drum and the second contact element on a housing of the cartridge, in particular on a projection thereof, is attached.
  • different switching concepts can be represented: First, the operation of the switch may depend on the position of the drums to each other, or the operation of the switch may depend on the position of a drum relative to the housing.
  • the switch comprises a plurality of first contact elements, which are selectively contactable by means of rotation of the first drum with the second contact element.
  • first contact elements which are selectively contactable by means of rotation of the first drum with the second contact element.
  • the first and second contact element in a contact position of the first drum, which adjoins the second position of the first drum, contacted each other, preferably in the contact position, the first drum and the housing, in particular projections thereof, each other engage behind to avoid an automatic adjustment of the first drum from its contact position to a third position due to the action of the return means.
  • the contact position of the first drum this is rotated relative to the second drum and has this but also approximated to the second drum in comparison to the second position.
  • the first and / or second contact element comprises at least one conductor track at least in sections and possibly at least one metallic bump.
  • Such contact elements are easy to produce.
  • the switch can be connected to a read-out device which is set up to read out a switching state of the switch and, if necessary, to store a switching curve of the switch.
  • this has a particular in or on a housing of the cartridge, the first, second and / or third drum provided heater for particular cyclic heating of the first, second and / or third chamber, which by means of operating the electrical Switch is switchable for heating.
  • the heating device can, for example, provide the necessary temperature profile in the first chamber so that a polymerase chain reaction can take place in a component in the first chamber.
  • the cartridge according to the invention further comprises a particular in or on a housing of the cartridge, the first, second and / or third drum provided semiconductor device, which is actuated by means of operating the electrical switch.
  • the semiconductor element may be, for example, a temperature sensor which is energized by the switch for performing a temperature measurement.
  • this is designed for insertion into a centrifuge and centrifuging thereof and the adjusting device is arranged to actuate the first drum for rotation about the central axis when the centrifugal force exceeds a predetermined threshold value and / or Adjusting an actuator, which actuates the first drum for rotating about the central axis directly or indirectly.
  • an actuator which actuates the first drum for rotating about the central axis directly or indirectly.
  • the force which moves the components for example liquids through the cartridge, can be provided as a centrifugal force.
  • there is a pressure device which generates a suitable pressure, in particular gas or liquid pressure, which moves the components through the cartridge.
  • the switch with a power source wired or wirelessly connected to the closed State of the switch to generate a current flow therethrough.
  • Wireless solutions can make use of coils or a battery in the cartridge.
  • FIG. 1 shows in a sectional view a cartridge 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the cartridge 100 includes a housing 102 in the form of a tube.
  • the housing 102 may be formed as a 5 to 100 mL, especially 50 mL, centrifuge tube, 1.5 mL or 2 mL Eppendorf tube, or alternatively as a microtiter plate (e.g., 20 ⁇ L per well).
  • the longitudinal axis of the housing 102 is designated 104.
  • a first drum 108, a second drum 106 and a third drum 110 are accommodated in the housing 102.
  • the drums 106, 108, 110 are arranged one behind the other and with their respective central axes coaxial with the longitudinal axis 104.
  • the housing 102 is formed closed at its one end 112. Between the closed end 112 and the adjacent to this third drum 110, a return means, for example in the form of a spring 114 is arranged.
  • the spring 114 may be in the form of a coil spring or a polymer, in particular an elastomer.
  • the other end 116 of the housing 102 is closed by means of a closure 118.
  • the closure 118 may be removed to remove the drums 106, 108, 110 from the housing 102.
  • the housing 102 itself can be dismantled to remove the drums 106, 108, 110 or to reach the chambers, for example the chamber 136.
  • the spring 114 is disposed between the shutter 118 and the second drum 106, so that the spring 114 is stretched to generate a restoring force.
  • Other arrangements of the spring 114 are conceivable.
  • a respective drum 106, 108, 110 may have one or more chambers:
  • the second drum 106 includes a plurality of reagent chambers 120 and another chamber 122 for receiving a sample, such as a blood sample, taken from a patient.
  • a sample such as a blood sample
  • the first drum 108 connected downstream of the second drum 106 comprises a mixing chamber 124 in which the reagents from the chambers 120 are mixed with the sample from the chamber 122.
  • the drum 108 includes, for example, another chamber 126 in which the mixture 128 flows out of the mixing chamber 124 through a solid phase 130.
  • the solid phase 130 may be a gel column, a silica matrix, or a filter.
  • the third drum 110 which is in turn connected downstream of the first drum 108, comprises a chamber 132 for receiving a waste product 134 from the chamber 126. Furthermore, the drum 110 comprises a further chamber 136 for receiving the desired end product 138.
  • the cartridge 100 has an outer geometry so that it can be used in a receptacle of a rotor of a centrifuge, in particular in a receptacle of a swing-bucket rotor or fixed-angle rotor of a centrifuge.
  • the cartridge 100 is moved by one in FIG. 1 schematically indicated pivot point 140 rotated at high speed.
  • the pivot point 140 lies on the longitudinal axis 104, so that a corresponding centrifugal force 142 along the longitudinal axis 104 acts on each component of the cartridge 100.
  • the mixing chamber 124 is first to be fluidly connected to the chamber 122 to receive the sample from the chamber 122. Thereafter, the mixing chamber 124 is to be connected to the chambers 120 to receive the reagents from these. Subsequently, the reagents and the sample in the mixing chamber 124 are speed-controlled mixed. Similarly, the processes in the chambers 126, 132 and 136 are to be speed controlled.
  • FIG. 2A-2G perspective view of various components of the cartridge 100 from FIG. 1 , Based on Figures 2A-2G in particular an adjusting device 300 (see Fig. 3A ), which enables the speed-dependent control of the above-mentioned processes.
  • the housing 102 on its inside projections 200.
  • the projections 200 are radially from the housing inner wall 202 toward the longitudinal axis 104.
  • the projections 200 form between them slots 204 which extend along the longitudinal axis 104.
  • the projections 200 are formed at their one end in each case with a slope 206.
  • the slopes 206 face away from the pivot point 140 during operation of the centrifuge with the cartridge 100.
  • FIG. 2B shows the end 112 of the housing 102, which is formed according to this embodiment as a removable cap.
  • the end 112 has at its inner periphery a plurality of grooves 208 which extend along the longitudinal axis 104.
  • FIG. 2C shows the second drum 106 with the chambers 120, 122.
  • the drum 106 has on its outer wall 210 a plurality of projections 212 which extend from the outer wall 210 radially outwardly.
  • the projections 212 of the drum 106 engage in the slots 204 of the housing 102.
  • a rotation of the drum 106 is locked about the longitudinal axis 104.
  • the drum 106 is slidable along the longitudinal axis 104 in the slots 204.
  • the second drum 106 furthermore has on its outer wall 210, in particular on its end 214 facing the first drum 108, a crown-like contour 216 which comprises a multiplicity of bevels 218, 220.
  • Two bevels 218, 220 each form a point of the crown-like contour 216.
  • the ramps 218, 220 also face away from the pivot point 140 during operation of the centrifuge with the cartridge 100.
  • FIG. 2D shows a view of the second drum 106 from Figure 2C from underneath.
  • the underside 222 of the drum 106 assigned to the end 214 has a plurality of openings 224 in order to connect the chambers 120, 122 to the mixing chamber 124 of the first drum 108 in liquid, gas and / or particle form (hereinafter "conductive").
  • the openings 224 may also conductively connect the chambers 120, 122 to the chamber 126 of the first drum 108.
  • a respective conductive connection is determined by the position of a respective opening 224 with respect to the chambers 124, 126. This position is achieved by rotating the first drum 108 relative to the second drum 106, as will be explained in more detail later.
  • FIG. 2E shows a lancing device 226, which in FIG. 1 not shown.
  • Lancing device 226 includes a plate 228 having one or more spikes 230 disposed adjacent to an opening 232 in plate 228, respectively.
  • the mandrels 230 serve to control a respective opening 224 in the underside 222 of the second drum 106 in a controlled manner, whereupon in particular liquid flows from the corresponding chamber 120, 122 through the opening 232 into the chambers 124 or 126.
  • Figure 2F shows the first drum 108 with the chambers 124, 126.
  • the first drum 108 has a plurality of projections 240 on its outer wall 238.
  • the protrusions 240 are configured to engage the slots 204 (as well as the protrusions 212 of the second drum 106). As long as the projections 240 are engaged with the slots 240, rotation of the first drum 108 about the longitudinal axis 104 is disabled. However, the projections 240 along with the first drum 108 are movable along the longitudinal axis 104 in the slots 204.
  • the projections 240 have bevels 242, which point in the direction of the pivot point 140 during operation of the centrifuge with the cartridge 100 and are formed corresponding to the bevels 206 and 220.
  • FIG. 2G shows the third drum 110 with the chambers 132, 136.
  • the drum 110 has projections 244 which project from the outer wall 246 of the drum 110 respectively.
  • the projections 244 are adapted to engage the grooves 208 of the end 112 so that the drum 110 is displaceable in the longitudinal direction 104 in the grooves 208. A rotation of the drum 110 about the longitudinal axis 104 is thus locked.
  • FIG. 3A-3E show several operating conditions during operation of the cartridge 100 FIG. 1 , wherein an additional drum 302 is shown, but this is not relevant in the present case.
  • the Figures 4A-4E correspond respectively with the Figures 3A-3E and illustrate the movement of the ramps 206, 218, 220, 242 relative to each other.
  • FIG. 3B shows an operating state of the cartridge 100 which is more advanced than that in FIG FIG. 4B shown condition.
  • the housing 102 is shown partially transparent to reveal the interior.
  • the projections 200, the slots 204, the bevels 206, the projections 212, the bevels 218, 220, the projections 240 and the bevels 242 form in conjunction with the return spring 114, the above-mentioned adjusting device 300 for defined rotation of the first drum 108 relative to the other drums 106, 110 about the longitudinal axis 104.
  • FIGS. 3A and 4A show a first position in which the projections 240 of the first drum 108 engage in the slots 204 and thus a rotation of the drum 108 is locked about the longitudinal axis 104. If the rotational speed of the centrifuge is increased, then the second drum 106 pushes, by means of the bevels 220 of the contour 216, onto the bevels 242 of the first drum 108 against the action of the spring 114, compressing the spring 114. As a result, the drum 108 moves in a direction away from the pivot point 140 as indicated by the corresponding arrows in FIGS FIGS. 4A and 4B indicated. This movement is continued until the protrusions 240 disengage from the protrusions 200.
  • the spring 114 presses the first drum 108 by means of the third drum 110 again in the direction of the pivot point 140.
  • the second drum 106 together with their bevels 220 also back in Direction of the pivot point 140 moves, whereby the bevels 242 of the first drum 108 come to rest against the bevels 206 of the housing 102 and slide along this while performing a further rotational movement of the drum 108 in a third position, as in Figures 4D and 4E shown.
  • the projections 240 of the drum 108 are again located in the slots 204 of the housing 102, so that further rotation of the drum 108 about the longitudinal axis 104 is again locked.
  • the process described above may be repeated as many times as desired to rotate the first drum 108 in a defined manner relative to the other drums 106 and 110.
  • the cartridge 100 further includes an electrical switch 500.
  • This is partly in FIG. 5 shown schematically in a perspective view obliquely from above the first drum 108 from Figure 2F shows.
  • the drum 108 is without the ramps 242 and other details Fig. 2F shown.
  • the switch 500 in the FIGS. 6A to 6B which schematically shows various switching states of the switch 500 according to an embodiment of the cartridge 100 according to the invention.
  • the second drum 106 and the first drum 108 are shown.
  • the switch 500 may include first contact elements 510, 512.
  • the contact elements 510, 512 are each formed according to the embodiment as a portion of a respective associated interconnect 514.
  • the conductor tracks 514 each extend in sections along the central axis 104 on the drum wall 518, ie, for example along an inner side of the chamber 126, and in sections along the end face 516 of the drum wall 518.
  • FIG. 6A shows that the tracks 514 may also extend along an outside of the drum wall 518.
  • a respective front-side section of a conductor track 514 forms the contact elements 510 and 512, respectively.
  • the contact element 512 this may additionally include a bump 520, eg of gold, whereby the contact with a second contact element 530 is seen FIG. 6A , is further improved.
  • the conductor tracks 514 are applied to the surface of the drum wall 518 at least in sections, for example by means of vapor deposition, electroplating, plasma coating or printing. Furthermore, the interconnects 514 can be patterned by means of etching processes or laser ablation. Furthermore, the conductor tracks 514 can be glued or laminated directly or via a film. Furthermore, the conductor tracks 514 can also be cast during the manufacturing process of the first drum 108, for example by injection molding. The conductive traces 514 may also be coated with a protective layer. The conductor tracks 514 typically have a thickness of a few nanometers (eg 50 nm) up to a few millimeters (eg 3 mm) or can also be designed as wires. The width of the tracks 514 may vary from a few microns to a few millimeters.
  • the conductor tracks 514 may include metallic materials such as copper, gold, aluminum, platinum, titanium their alloys or doped semiconductor materials such as silicon.
  • the second contact element 530 is on the front side (corresponds to the bottom 222, see Fig. 2D ) of the second drum 106 and may also be formed in sections as a conductor track 514.
  • the above statements on the contact elements 510, 512 and interconnects 514 apply accordingly.
  • the first contact element 512 or the first drum 108 initially has a distance 532 with respect to the second contact element 530 and the second drum 106, respectively. This corresponds to the first position of the first drum 108, see Fig. 4A .
  • the first drum 108 enters its second position (as above in connection with Fig. 4A described).
  • the first and second drums 108, 106 and thus the first and second contact elements 512, 530 move towards each other, see Fig. 4C , At the same time, the first drum 108 rotates.
  • the contact elements 512, 530 thus reach a contact position, in which they contact each other electrically, see FIG. 6B , This closes a circuit.
  • a heater 534 which is provided adjacent to the chamber 124 in the first drum 108, thereby current flows through and thus heats a component 536 in the chamber 124.
  • the temperatures be adjusted cyclically from about 94 ° C to about 54 ° C and about 72 ° C in the component 536, for which purpose the heater 534 can be used.
  • component 536 may have been transferred from chamber 120 of second drum 106 into chamber 124 in a previous step, as described above.
  • the chambers 120, 124 may also be connected and heated simultaneously with one another for the transmission of the component 536.
  • any other electrical component could also be switched by means of the switch 500.
  • metallic components in multilayer structure and or in the form of alloys
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • electrodes or sensors for example ChemFETs
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • ChemFETs n-doped organic compound
  • the switch may be connected to a readout device 538 in the form of a microchip (semiconductor element) 538.
  • the readout device 538 registers at which times the switch 500 is closed.
  • the read-out device 538 can store the corresponding shift course.
  • the switching process can in turn be read out, for example, for quality assurance purposes from the readout device 538, in particular wirelessly.
  • the drums 106, 108 or the contact elements 512, 530 move from the contact position into the third position mentioned above, see Figures 4E and 6C , In this case, the first drum 108 is rotated a bit further, see Figure 4D , In the third position, the drums 106, 108 and the contact elements 512, 530 are again spaced from each other.
  • FIGS. 7A and 7B schematically show various switching states of a switch 500 of a cartridge 100 according to another embodiment of the invention.
  • the first contact element 510 is provided on an end face of the first drum 108, which faces away from the fulcrum 140.
  • the second contact element 530 is attached to a projection 700 which extends from the housing 102. The second contact element 530 points in the direction of the pivot point 140.
  • FIG. 7A now shows the first position of the first drum 108, see also FIG. 4A in that the contact elements 510, 530 are spaced from each other and thus open.
  • Fig. 7B shows the contact position of the contacts 510, 530, so the closed Switching state of the switch 500, see also Fig. 4C , The actuation of the first drum 108 from the first position to the contact position is speed-controlled.
  • FIGS 8A and 8B schematically show various switching states of a switch 500 of a cartridge 100 according to a still further embodiment of the invention.
  • the first drum 108 includes a nose 800 that extends radially outward from the drum wall 518 with respect to the central axis 104.
  • the first contact element 510 is arranged on the nose 800 and points in the direction of the pivot point 140.
  • the second contact element 530 is provided on a nose 700 of the housing 102 and points in a direction away from the pivot point 140.
  • the contact elements 510, 530 are brought into contact with each other, wherein the first drum 108 is moved along the longitudinal axis 104 in a direction away from the pivot point 140 and rotated thereafter, see Figures 8B . 4B and 4C , whereby the contact element 510 passes under the contact element 530.
  • the drum 108 again moves in the direction of the pivot point 140, see FIG. 4C , As a result, the contacts 510, 530 come into contact with each other, see FIG.
  • the nose 800 engages behind the nose 700, so that - due to the action of the spring 114 - even at a reduced speed, the contact elements 510, 530 remain in contact. Only when the speed is increased again, the contact element 510 is lifted from the contact element 530 again and the nose 800 continues to rotate, whereby the lugs 700, 800 disengaged.
  • FIG. 9 illustrates that instead of or in addition to the centrifugal force 142, an actuator 900 can be provided, which ensures the rotational movement of the first drum 108.
  • the actuator 900, the projections 200, the slots 204, the slopes 206, the projections 212, the bevels 218, 220, the projections 240 and the bevels 242 form in conjunction with the return spring 114 in this embodiment, the above-mentioned adjustment 300 to defined Rotating the first drum 108 relative to the other drums 106, 110 about the longitudinal axis 104.
  • the drum 106 pushes by means of the bevels 220 of the contour 216, s. Fig. 4A , on the slopes 242 of the drum 108 against the action of the spring 114, wherein the spring 114 is compressed.
  • the drum 108 moves in a direction away from the pivot point 140 as indicated by the corresponding arrows in FIGS FIGS. 4A and 4B indicated. This movement is continued until the protrusions 240 disengage from the protrusions 200.
  • rotation of the drum 108 about the longitudinal axis 104 is enabled, as in FIG FIG. 4C illustrated.
  • a force component results which automatically rotates the drum 108 as it enters the second position, as indicated at FIG. 4C indicated by arrows pointing to the left.
  • the spring 114 again presses the first drum 108 in the direction of the pivot point 140 by means of the third drum 110.
  • the second drum 106 together with its bevels 220 is also moved again in the direction of the pivot point 140 whereby the bevels 242 of the first drum 108 come to lie against the bevels 206 of the housing 102 and slide along this, while making a further rotational movement of the first drum 108 in the third position, as in Figures 4D and 4E shown.
  • the actuator 900 may be electrically, mechanically and / or pressure-operated.
  • a piezoelectric, electrostatic, semi-mechanical-manually or electromagnetically operated actuator 900 is suitable.
  • “Operated” here means the active principle, which utilizes the actuator 900 to generate the actuating force for actuating the drum 106 (or, depending on the embodiment, also one of the drums 108 or 110).
  • the actuator 900 may include an electromagnet that cooperates with a metal part disposed in one of the drums 106, 108, 110 that the electromagnet attracts or repels by appropriately driving it, thereby effecting the above-described adjustment of the drums 106, 108, 110 to reach each other.
  • the compressive force applied to the second drum 106 by means of the actuator 900 is typically 0.5-100 N. The compressive force to be applied by the actuator is reduced according to the centrifugal force acting.
  • a suitable, not shown, control device which controls the actuator 900, so that the drums 106, 108, 110 occupy the desired position to each other at the desired time.
  • the control device may have a timer and / or an integrated circuit.
  • first drum 108 and the second drum 106 are provided.
  • An actuator in the form of a shaft is connected on the one hand to the actuator 900 and on the other hand to the first drum 108.
  • the actuator 900 in particular an electric motor, thereby rotates the shaft and thereby the first drum 108 about the central axis 104, whereby different chambers 120, 122, 124 are conductively connected to each other, as described above.
  • a ballpoint pen mechanism is not provided in this embodiment.
  • the actuator 900 may be further configured to also move the shaft along the centerline 104 to thereby complain of the first drum 108 from the second drum 106 for rotation and to press the drums 106, 108 together again after rotation, thereby a sealed, conductive connection is provided, for example, between the chamber 120 and the chamber 124 and / or the switch 500 is closed.
  • FIG. 10 shows in a schematic section a centrifuge 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • the centrifuge 1000 has coils 1002, which can be integrated, for example, in a lid and / or bottom of the centrifuge. By means of the coils 1002, the current, for example for operating the heater 534, is coupled into the cartridge 100.
  • the cartridge 100 has one or more coils, not shown.
  • the cartridge 100 is inserted into a rotor 1004 of the centrifuge 1000.
  • the power supply can be designed as a reusable component or device, which is part of this during operation of the cartridge 100.
  • the lid 118 can be detachably provided with an integrated accumulator.
  • a sensor in the housing 102 of the cartridge 100 can be designed so that it can be removed from the housing 102 after the biochemical processes have been carried out and the sensor data can then be read out externally.
  • measurement signals of the sensors or cartridge 100 can be forwarded to the outside of the cartridge 100 via a transmission device (for example by means of an RFID chip). This allows the implementation of real-time measurements (real-time).
  • the centrifuge 1000 can detect which cartridge type has been loaded by means of an RFID chip in the cartridge 100 and thus automatically use the correct processing protocol (e.g., frequency log with acceleration and deceleration ramps, target frequencies, and hold times).
  • the second drum 106 and / or the third drum 110 may be fixed or movable with respect to the housing 102.
  • the drums 106, 110 may be provided, for example, each rotatable about the central axis 104 by means of a further actuator.
  • the traces 514 may be e.g. run in the housing 102 and are contacted directly with sensors which are provided in non-rotatable drums (for example, the second drum 106).
  • non-rotatable drums for example, the second drum 106
  • the switch 500 may in principle be formed in particular between any two drums 106, 108, 110 or any drum 106, 108, 110 and the housing 102.
  • the mixing chamber 124 may include an obstruction structure, not shown, such as a sieve or grid structure configured to move through the component 536 under the influence of a centrifugal force (ie, when the rotational speed of the centrifuge exceeds a predetermined threshold) to mix through.
  • an obstruction structure such as a sieve or grid structure configured to move through the component 536 under the influence of a centrifugal force (ie, when the rotational speed of the centrifuge exceeds a predetermined threshold) to mix through.
  • the housing 102 and the drums 106, 108, 110 may be made of the same or different polymers.
  • the one or more polymers are, in particular, thermoplastics, elastomers or thermoplastic elastomers. Examples are cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer (COC), polycarbonates (PC), polyamides (PA), polyurethanes (PU), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET) or poly (methyl methacrylate) ( PMMA).
  • COP cycloolefin polymer
  • COC cycloolefin copolymer
  • PC polycarbonates
  • PA polyamides
  • PU polyurethanes
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA poly (methyl methacrylate)
  • the second drum 106 and / or the third drum 110 may be formed integrally with the housing 102.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Durchführung biochemischer Prozesse basiert insbesondere auf der Handhabung von Flüssigkeiten. Typischerweise wird diese Handhabung manuell mit Hilfsmitteln wie Pipetten, Reaktionsgefäßen, aktiven Sondenoberflächen oder Laborgeräten durchgeführt. Durch Pipettierroboter oder Spezialgeräte sind diese Prozesse zum Teil bereits automatisiert.
  • Lab-on-a-Chip-Systeme (auch als Westentaschenlabor oder Chiplabor bezeichnet) bringen die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem nur plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat unter. Lab-on-a-Chip-Systeme bestehen typischerweise aus zwei Hauptkomponenten. Ein Testträger beinhaltet Strukturen und Mechanismen für die Umsetzung der fluidischen Grundoperationen (z.B. Mischer), welche aus passiven Komponenten, wie Kanälen, Reaktionskammern und vorgelagerten Reagenzien, oder auch aktiven Komponenten wie Ventilen oder Pumpen bestehen können. Die zweite Hauptkomponente sind Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten. Solche Systeme ermöglichen es, biochemische Prozesse vollautomatisiert durchzuführen.
  • Ein Lab-on-a-Chip-System ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2006 003 532 A1 beschrieben. Dieses System umfasst einen Rotorchip, welcher gegenüber einem Statorchip drehbar vorgesehen ist. Der Rotorchip ist mittels fluidischer Kanäle mit dem Statorchip zum Befüllen oder Entleeren des Rotorchips koppelbar.
  • Aus dem nachveröffentlichten Dokument EP 2 514 515 A1 ist eine Kartusche mit einer ersten Trommel, welche eine erste Kammer aufweist, und mit einer Verstelleinrichtung, welche unter Verwendung der Zentrifugalkraft die erste Trommel drehen kann, um dadurch die erste Kammer mit einer zweiten Kammer leitend zu verbinden, bekannt.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die in dem Anspruch 1 definierte Kartusche, die in dem Anspruch 14 definierte Zentrifuge sowie das in dem Anspruch 15 definierte Verfahren weisen gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil auf, dass ein elektrischer Schalter einfach vorgesehen und betätigt werden kann. Der Schalter kann wiederum zum Schalten einer Vielzahl unterschiedlicher Einrichtungen, beispielweise einer Heizung oder eines Sensors oder Halbleiterbauelements, vorgesehen sein.
  • Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • "Komponente" meint vorliegend eine Flüssigkeit, ein Gas oder einen (oder mehrere) Partikel. Mit der "ersten und zweiten Komponente" können auch nur zwei unterschiedliche Zustände desselben Stoffs gemeint sein: Beispielsweise kann die erste Komponente als ein verklumpter Anteil und die zweite Komponente als ein flüssiger Anteil desselben Stoffs ausgebildet sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche umfasst die Verstelleinrichtung eine erste Schräge, welche mit einer zweiten Schräge der ersten Trommel zusammenwirkt, um die erste Trommel aus einer ersten Stellung, in der die zweite Schräge mit einem Gehäuse der Kartusche in Drehrichtung um die Mittelachse formschlüssig in Eingriff steht, in eine zweite Stellung entlang der Mittelachse und entgegen der Wirkung eines Rückstellmittels zu verbringen, in welcher der Formschluss aufgehoben ist und sich die erste Trommel um die Mittelachse dreht. Dieser Mechanismus wird auch als "Kugelschreibermechanik" vorliegend bezeichnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche ist die zweite Kammer und/oder eine dritte Kammer der ersten Trommel bezogen auf die Mittelachse vor- oder nachgelagert, wobei bevorzugt die erste Kammer mittels der Verstelleinrichtung wahlweise mit der zweiten Kammer oder der dritten Kammer leitend verbindbar ist. Außerdem kann die erste Kammer bevorzugt mit unterschiedlichen weiteren Kammern - je nach Bedarf - wahlweise verbunden werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche ist eine zweite Trommel, welche die zweite Kammer aufweist, und/oder eine dritte Trommel vorgesehen ist, welche die dritte Kammer aufweist, wobei bevorzugt die zweite Trommel der ersten Trommel bezogen auf die Mittelachse vorgelagert und/oder die dritte Trommel der ersten Trommel nachgelagert ist. Somit lässt sich ein Stapel aus beispielweise drei Trommeln bilden. Es können jedoch auch mehr als drei Trommeln vorgesehen sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche umfasst der Schalter wenigstens ein erstes und ein zweites Kontaktelement, welche für den geschlossenen Zustand des Schalters miteinander kontaktiert und für den geöffneten Zustand des Schalters voneinander beabstandet sind, wobei das erste Kontaktelement an einer Stirnseite der ersten Trommel und das zweite Kontaktelement an einer der Stirnseite der ersten Trommel zugewandten Stirnseite der zweiten oder dritte Trommel angebracht ist oder das erste Kontaktelement an der ersten, zweiten oder dritten Trommel und das zweite Kontaktelement an einem Gehäuse der Kartusche, insbesondere an einem Vorsprung desselben, angebracht ist. Dadurch lassen sich unterschiedliche Schaltkonzepte darstellen: Einmal kann die Betätigung des Schalters von der Position der Trommeln zueinander abhängen, oder die Betätigung des Schalters kann von der Position einer Trommel relativ zu dem Gehäuse abhängen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche umfasst der Schalter mehrere erste Kontaktelemente, welche mittels Drehens der ersten Trommel wahlweise mit dem zweiten Kontaktelement kontaktierbar sind. Dadurch können verschiedene Schaltkreise gebildet werden. Entsprechend können in Abhängigkeit davon, welches erste Kontaktelement mit dem zweiten Kontaktelement kontaktiert ist, verschiedene elektrische Bauteile bestromt bzw. angesteuert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche sind das erste und zweite Kontaktelement in einer Kontaktstellung der ersten Trommel, welche sich der zweiten Stellung der ersten Trommel anschließt, miteinander kontaktiert, wobei bevorzugt in der Kontaktstellung die erste Trommel und das Gehäuse, insbesondere Vorsprünge derselben, einander hintergreifen, um ein selbsttätiges Verstellen der ersten Trommel aus ihrer Kontaktstellung in eine dritte Stellung auf Grund der Wirkung des Rückstellmittels zu vermeiden. In der Kontaktstellung der ersten Trommel ist diese gegenüber der zweiten Trommel verdreht und hat sich dieser aber auch im Vergleich zur zweiten Stellung wieder an die zweite Trommel angenähert. Durch diese Annäherung werden das erste und zweite Kontaktelement kontaktiert, d.h. der Schalter geschlossen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche umfasst das erste und/oder zweite Kontaktelement wenigstens eine Leiterbahn zumindest abschnittsweise und ggf. wenigstens einen metallischen Bump. Solche Kontaktelemente sind einfach herstellbar.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche ist der Schalter mit einer Ausleseeinrichtung verbindbar ist, welche dazu eingerichtet ist, einen Schaltzustand des Schalters auszulesen und ggf. einen Schaltverlauf des Schalters abzuspeichern. Dadurch können die Vorgänge in der Kartusche, beispielsweise zur Qualitätssicherung, einfach überwacht werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche weist diese eine insbesondere in oder an einem Gehäuse der Kartusche, der ersten, zweiten und/oder dritten Trommel vorgesehene Heizeinrichtung zum insbesondere zyklischen Beheizen der ersten, zweiten und/oder dritten Kammer auf, welche mittels Betätigens des elektrischen Schalters zum Heizen schaltbar ist. Dadurch kann die Heizeinrichtung beispielsweise den notwendigen Temperaturverlauf in der ersten Kammer bereitstellen, sodass eine Polymerase-Ketten-Reaktion in einer Komponente in der ersten Kammer ablaufen kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche weist diese weiterhin ein insbesondere in oder an einem Gehäuse der Kartusche, der ersten, zweiten und/oder dritten Trommel vorgesehenes Halbleiterbauelement auf, welches mittels Betätigens des elektrischen Schalters ansteuerbar ist. Bei dem Halbleiterelement kann es sich beispielsweise um einen Temperatursensor handeln, welcher von dem Schalter für das Durchführen einer Temperaturmessung bestromt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche ist diese für ein Einsetzen in eine Zentrifuge und Zentrifugieren derselben ausgebildet und die Verstelleinrichtung dazu eingerichtet, die erste Trommel für das Drehen um die Mittelachse zu betätigen, wenn die Zentrifugalkraft einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, und/oder weist die Verstelleinrichtung einen Aktor auf, welcher die erste Trommel für das Drehen um die Mittelachse direkt oder indirekt betätigt. Es bestehen demnach verschiedene Möglichkeiten, um die erste Trommel zu drehen, welche auch in Kombination miteinander vorgesehen werden können. Die Kraft, welche die Komponenten, also beispielsweise Flüssigkeiten durch die Kartusche bewegt, kann als Zentrifugalkraft vorgesehen werden. Bei stillstehender Kartusche mit Aktor bietet sich dagegen eine Druckeinrichtung an, die einen geeigneten Druck, insbesondere Gas- oder Flüssigkeitsdruck, erzeugt, welcher die Komponenten durch die Kartusche bewegt.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kartusche ist der Schalter mit einer Energiequelle drahtgebunden oder drahtlos verbindbar, um im geschlossenen Zustand des Schalters einen Stromfluss durch diesen zu erzeugen. Drahtlose Lösungen können von Spulen oder einer Batterie in der Kartusche Gebrauch machen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    schematisch einen Schnitt durch eine Kartusche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    Figuren 2A-2G
    perspektivische Ansichten verschiedener Bauteile der Kartusche aus Figur 1;
    Figuren 3A-3E
    verschiedene Betriebszustände der Kartusche aus Figur 1;
    Figuren 4A-4E
    Detailansichten einer Verstelleinrichtung entsprechend den verschiedenen Betriebszuständen aus Figur 3A-3E;
    Figur 5
    schematisch in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben gesehen die Trommel aus Fig. 2F;
    Figur 6A-6D
    schematisch verschiedene Schaltzustände eines Schalters der Kartusche aus Fig. 1;
    Figuren 7A und 7B
    schematisch verschiedene Schaltzustände eines Schalters einer Kartusche gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Figuren 8A-8C
    schematisch verschiedene Schaltzustände eines Schalters einer Kartusche gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Figur 9
    schematisch einen Schnitt durch eine Kartusche gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
    Figur 10
    eine Zentrifuge gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • Figur 1 zeigt in einer Schnittansicht eine Kartusche 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die Kartusche 100 umfasst ein Gehäuse 102 in Form eines Röhrchens. Beispielsweise kann das Gehäuse 102 als ein 5 bis 100 mL, insbesondere 50 mL, Zentrifugenröhrchen, 1.5 mL oder 2 mL Eppendorfröhrchen oder alternativ als eine Mikrotiterplatte (z.B. 20 µL pro Kavität) ausgebildet sein. Die Längsachse des Gehäuses 102 ist mit 104 bezeichnet.
  • In dem Gehäuse 102 sind beispielsweise eine erste Trommel 108, eine zweite Trommel 106 und eine dritte Trommel 110 aufgenommen. Die Trommeln 106, 108, 110 sind hintereinander und mit ihren jeweiligen Mittelachsen koaxial mit der Längsachse 104 angeordnet.
  • Das Gehäuse 102 ist an seinem einen Ende 112 geschlossen ausgebildet. Zwischen dem geschlossenen Ende 112 und der zu diesem benachbart angeordneten dritten Trommel 110 ist ein Rückstellmittel beispielsweise in Form einer Feder 114 angeordnet. Die Feder 114 kann in Form einer Spiralfeder oder eines Polymers, insb. eines Elastomers, ausgebildet sein. Das andere Ende 116 des Gehäuses 102 ist mittels eines Verschlusses 118 verschlossen. Bevorzugt kann der Verschluss 118 abgenommen werden, um die Trommeln 106, 108, 110 aus dem Gehäuse 102 zu entnehmen. Alternativ kann auch das Gehäuse 102 selbst zerlegbar sein, um die Trommeln 106, 108, 110 zu entnehmen oder an die Kammern, beispielsweise die Kammer 136, zu gelangen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Feder 114 zwischen dem Verschluss 118 und der zweiten Trommel 106 angeordnet, sodass die Feder 114 zum Erzeugen einer Rückstellkraft gedehnt wird. Auch andere Anordnungen der Feder 114 sind denkbar.
  • Eine jeweilige Trommel 106, 108, 110 kann eine oder mehrere Kammern aufweisen:
  • So umfasst beispielsweise die zweite Trommel 106 mehrere Kammern 120 für Reagenzien sowie eine weitere Kammer 122 zur Aufnahme einer Probe, beispielsweise einer Blutprobe, die von einem Patienten entnommen wurde.
  • Die der zweiten Trommel 106 nachgeschaltete erste Trommel 108 umfasst eine Mischkammer 124, in welcher die Reagenzien aus den Kammern 120 mit der Probe aus der Kammer 122 gemischt werden. Außerdem umfasst die Trommel 108 beispielsweise eine weitere Kammer 126, in welcher das Gemisch 128 aus der Mischkammer 124 durch eine feste Phase 130 strömt. Bei der festen Phase 130 kann es sich um eine Gelsäule, eine Silicamatrix oder einen Filter handeln.
  • Die der ersten Trommel 108 wiederum nachgeschaltete dritte Trommel 110 umfasst eine Kammer 132 zur Aufnahme eines Abfallprodukts 134 aus der Kammer 126. Weiterhin umfasst die Trommel 110 eine weitere Kammer 136 zur Aufnahme des gewünschten Endprodukts 138.
  • Die Kartusche 100 weist eine äußere Geometrie auf, so dass diese in eine Aufnahme eines Rotors einer Zentrifuge, insbesondere in eine Aufnahme eines Ausschwingrotors oder Festwinkelrotors einer Zentrifuge, eingesetzt werden kann. Während des Zentrifugierens wird die Kartusche 100 um einen in Figur 1 schematisch angedeuteten Drehpunkt 140 mit hoher Drehzahl gedreht. Der Drehpunkt 140 liegt dabei auf der Längsachse 104, so dass eine entsprechende Zentrifugalkraft 142 entlang der Längsachse 104 auf jeden Bestandteil der Kartusche 100 wirkt.
  • Ziel ist es nun, dass mittels geeigneter Steuerung der Drehzahl verschiedene Prozesse innerhalb der Kartusche 100 gesteuert werden. So soll beispielsweise die Mischkammer 124 zunächst mit der Kammer 122 fluidisch verbunden werden, um die Probe aus der Kammer 122 aufzunehmen. Hiernach soll die Mischkammer 124 mit den Kammern 120 verbunden werden, um die Reagenzien aus diesen aufzunehmen. Anschließend sollen die Reagenzien und die Probe in der Mischkammer 124 drehzahlgesteuert gemischt werden. Ähnlich sollen auch die Prozesse in den Kammern 126, 132 und 136 drehzahlgesteuert werden.
  • Die Figuren 2A-2G zeigen perspektivisch verschiedene Bauteile der Kartusche 100 aus Figur 1. Anhand der Figuren 2A-2G soll nachfolgend insbesondere eine Verstelleinrichtung 300 (siehe Fig. 3A) erläutert werden, welche die drehzahlabhängige Steuerung der vorstehend erwähnten Prozesse ermöglicht.
  • Wie in Figur 2A gezeigt, weist das Gehäuse 102 an seiner Innenseite Vorsprünge 200 auf. Die Vorsprünge 200 stehen radial hin zur Längsachse 104 von der Gehäuseinnenwand 202 ab. Die Vorsprünge 200 bilden zwischen sich Schlitze 204, welche sich entlang der Längsachse 104 erstrecken. Die Vorsprünge 200 sind an ihrem einen Ende jeweils mit einer Schräge 206 gebildet. Die Schrägen 206 weisen weg von dem Drehpunkt 140 im Betrieb der Zentrifuge mit der Kartusche 100.
  • Figur 2B zeigt das Ende 112 des Gehäuses 102, welches gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine abnehmbare Kappe ausgebildet ist. Das Ende 112 weist an seinem inneren Umfang mehrere Nuten 208 auf, welche sich entlang der Längsachse 104 erstrecken.
  • Figur 2C zeigt die zweite Trommel 106 mit den Kammern 120, 122. Die Trommel 106 weist an ihrer Außenwand 210 mehrere Vorsprünge 212 auf, welche sich von der Außenwand 210 radial nach außen erstrecken. Im zusammengebauten Zustand der Kartusche 100 greifen die Vorsprünge 212 der Trommel 106 in die Schlitze 204 des Gehäuses 102 ein. Dadurch ist ein Drehen der Trommel 106 um die Längsachse 104 gesperrt. Die Trommel 106 ist jedoch entlang der Längsachse 104 in den Schlitzen 204 verschieblich. Die zweite Trommel 106 weist weiterhin an ihrer Außenwand 210, insbesondere an ihrem der ersten Trommel 108 zugewandten Ende 214, eine kronenartige Kontur 216, welche eine Vielzahl von Schrägen 218, 220 umfasst. Zwei Schrägen 218, 220 bilden jeweils einen Zacken der kronenartigen Kontur 216 aus. Die Schrägen 218, 220 weisen ebenfalls weg von dem Drehpunkt 140 im Betrieb der Zentrifuge mit der Kartusche 100.
  • Figur 2D zeigt eine Ansicht der zweiten Trommel 106 aus Figur 2C von unten. Die dem Ende 214 zugeordnete Unterseite 222 der Trommel 106 weist mehrere Öffnungen 224 auf, um die Kammern 120, 122 mit der Mischkammer 124 der ersten Trommel 108 flüssigkeits-, gas- und/oder partikelleitend (nachfolgend "leitend") zu verbinden. Alternativ oder zusätzlich können die Öffnungen 224 auch die Kammern 120, 122 mit der Kammer 126 der ersten Trommel 108 leitend verbinden. Eine jeweilige leitende Verbindung bestimmt sich nach der Position einer jeweiligen Öffnung 224 bezüglich der Kammern 124, 126. Diese Position wird durch Drehen der ersten Trommel 108 gegenüber der zweiten Trommel 106 erzielt, wie an späterer Stelle noch näher erläutert wird.
  • Figur 2E zeigt eine Lanzetteneinrichtung 226, welche in Figur 1 nicht dargestellt ist. Die Lanzetteneinrichtung 226 umfasst eine Platte 228 mit einem oder mehreren Dornen 230, welche jeweils benachbart zu einer Öffnung 232 in der Platte 228 angeordnet sind. Die Dorne 230 dienen dazu, drehzahlgesteuert eine jeweilige Öffnung 224 in der Unterseite 222 der zweiten Trommel 106 zu durchzustoßen, woraufhin insbesondere Flüssigkeit aus der entsprechenden Kammer 120, 122 durch die Öffnung 232 hindurch in die Kammern 124 oder 126 fließt.
  • Figur 2F zeigt die erste Trommel 108 mit den Kammern 124, 126. Am Boden 234 der Kammer 126 ist beispielsweise eine Öffnung 236 für ein leitendes Verbinden der Kammer 126 mit den Kammern 132, 136 der dritten Trommel 110 vorgesehen. Die erste Trommel 108 weist an ihrer Außenwand 238 mehrere Vorsprünge 240 auf. Die Vorsprünge 240 sind dazu eingerichtet, in die Schlitze 204 (genauso wie die Vorsprünge 212 der zweiten Trommel 106) einzugreifen. Solange die Vorsprünge 240 mit den Schlitzen 240 in Eingriff stehen, ist ein Drehen der ersten Trommel 108 um die Längsachse 104 gesperrt. Allerdings sind die Vorsprünge 240 samt der ersten Trommel 108 entlang der Längsachse 104 in den Schlitzen 204 beweglich. Die Vorsprünge 240 weisen Schrägen 242 auf, welche in Richtung des Drehpunkts 140 im Betrieb der Zentrifuge mit der Kartusche 100 weisen und korrespondierend zu den Schrägen 206 und 220 gebildet sind.
  • Figur 2G zeigt die dritte Trommel 110 mit den Kammern 132, 136. Die Trommel 110 weist Vorsprünge 244 auf, welche von der Außenwand 246 der Trommel 110 jeweils abstehen. Die Vorsprünge 244 sind dazu eingerichtet, in die Nuten 208 des Endes 112 zu greifen, so dass die Trommel 110 in der Längsrichtung 104 in den Nuten 208 verschieblich ist. Ein Drehen der Trommel 110 um die Längsachse 104 ist somit jedoch gesperrt.
  • Die Figuren 3A-3E zeigen mehrere Betriebszustände beim Betrieb der Kartusche 100 aus Figur 1, wobei eine zusätzliche Trommel 302 dargestellt ist, was jedoch vorliegend nicht weiter relevant ist. Die Figuren 4A-4E korrespondieren jeweils mit den Figuren 3A-3E und illustrieren die Bewegung der Schrägen 206, 218, 220, 242 relativ zueinander. Ergänzend sei jedoch darauf hingewiesen, dass Figur 3B einen Betriebszustand der Kartusche 100 zeigt, welcher fortgeschrittener ist als der in Figur 4B gezeigte Zustand. In den Figuren 3A-3E ist das Gehäuse 102 teilweise durchsichtig dargestellt, um einen Blick auf das Innere freizugeben.
  • Die Vorsprünge 200, die Schlitze 204, die Schrägen 206, die Vorsprünge 212, die Schrägen 218, 220, die Vorsprünge 240 sowie die Schrägen 242 bilden im Zusammenspiel mit der Rückstellfeder 114 die vorstehend erwähnte Verstelleinrichtung 300 zum definierten Verdrehen der ersten Trommel 108 gegenüber den anderen Trommeln 106, 110 um die Längsachse 104.
  • Die Figuren 3A und 4A zeigen eine erste Stellung, in welcher die Vorsprünge 240 der ersten Trommel 108 in die Schlitze 204 eingreifen und somit ein Drehen der Trommel 108 um die Längsachse 104 gesperrt ist. Wird nun die Drehzahl der Zentrifuge erhöht, so drückt die zweite Trommel 106 mittels der Schrägen 220 der Kontur 216 auf die Schrägen 242 der ersten Trommel 108 gegen die Wirkung der Feder 114, wobei die Feder 114 komprimiert wird. Dadurch bewegt sich die Trommel 108 in einer Richtung weg von dem Drehpunkt 140, wie durch die entsprechenden Pfeile in den Figuren 4A und 4B angedeutet. Diese Bewegung wird solange fortgesetzt, bis die Vorsprünge 240 außer Eingriff mit den Vorsprüngen 200 gelangen. In dieser zweiten Stellung ist ein Drehen der Trommel 108 um die Längsachse 104 freigegeben, wie in Figur 4C veranschaulicht. Aufgrund des Zusammenwirkens der Schrägen 220 und 242, die beispielsweise jeweils unter einem Winkel von 45° in Bezug auf die Längsachse 104 ausgerichtet sind, ergibt sich eine Kraftkomponente, welche die Trommel 108 automatisch dreht, wenn diese in die zweite Stellung gelangt, wie durch in Figur 4C nach links gerichteten Pfeile angedeutet.
  • Wird die Drehzahl nun wieder reduziert, was mit einer entsprechenden Reduzierung der Zentrifugalkraft einhergeht, so drückt die Feder 114 die erste Trommel 108 mittels der dritten Trommel 110 wieder in Richtung des Drehpunkts 140. Dadurch wird die zweite Trommel 106 samt ihrer Schrägen 220 ebenfalls wieder in Richtung des Drehpunkts 140 bewegt, wodurch die Schrägen 242 der ersten Trommel 108 gegen die Schrägen 206 des Gehäuses 102 zum Liegen kommen und entlang dieser unter Ausführung einer weiteren Drehbewegung der Trommel 108 in eine dritte Stellung gleiten, wie in den Figuren 4D und 4E dargestellt. In der dritten Stellung sind die Vorsprünge 240 der Trommel 108 wieder in den Schlitzen 204 des Gehäuses 102 angeordnet, so dass ein weiteres Drehen der Trommel 108 um die Längsachse 104 wieder gesperrt ist.
  • Der vorstehend beschriebene Prozess kann beliebig oft wiederholt werden, um die erste Trommel 108 definiert gegenüber den anderen Trommeln 106 und 110 zu drehen.
  • Die Kartusche 100 weist weiterhin einen elektrischen Schalter 500 auf. Dieser ist teilweise in Figur 5 dargestellt, welche schematisch in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben gesehen die erste Trommel 108 aus Figur 2F zeigt. Der einfacheren Darstellung halber ist die Trommel 108 ohne die Schrägen 242 und sonstiger Details aus Fig. 2F gezeigt. In Gänze ist der Schalter 500 in den Figuren 6A bis 6B gezeigt, welche schematisch verschiedene Schaltzustände des Schalters 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kartusche 100 zeigt. Von der Kartusche 100 sind jedoch lediglich die zweite Trommel 106 und die erste Trommel 108 jeweils gezeigt.
  • Wie in Figur 5 gezeigt, kann der Schalter 500 erste Kontaktelemente 510, 512 aufweisen. Die Kontaktelemente 510, 512 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel jeweils als ein Abschnitt einer jeweils zugeordneten Leiterbahn 514 ausgebildet. Die Leiterbahnen 514 erstrecken sich beispielweise jeweils abschnittsweise entlang der Mittelachse 104 an der Trommelwand 518, d.h. beispielweise entlang einer Innenseite der Kammer 126, sowie abschnittsweise entlang der Stirnseite 516 der Trommelwand 518. Figur 6A zeigt, dass sich die Leiterbahnen 514 auch entlang einer Außenseite der Trommelwand 518 erstrecken können. Ein jeweiliger stirnseitiger Abschnitt einer Leiterbahn 514 bildet die Kontaktelemente 510 bzw. 512 aus. Wie für das Kontaktelement 512 beispielhaft gezeigt, kann dieses zusätzlich eine Erhebung 520 ("Bump"), z.B. aus Gold, umfassen, wodurch der Kontakt zu einem zweiten Kontaktelement 530 siehe Figur 6A, noch weiter verbessert wird.
  • Die Leiterbahnen 514 sind auf die Oberfläche der Trommelwand 518 zumindest abschnittsweise beispielweise mittels Aufdampfens, Galvanisierens, Plasmabeschichtens oder Druckens aufgebracht. Weiterhin können die Leiterbahnen 514 über Ätzprozesse oder Laserablation strukturiert werden. Des Weiteren können die Leiterbahnen 514 direkt oder über eine Folie aufgeklebt oder laminiert werden. Ferner können die Leiterbahnen 514 auch während des Fertigungsprozesses der ersten Trommel 108 beispielweise im Spritzgussverfahren mit eingegossen werden. Die Leiterbahnen 514 können auch mit einer Schutzschicht überzogen sein. Die Leiterbahnen 514 weisen typischerweise eine Dicke von wenigen Nanometer (z.B. 50 nm) bis hin zu einigen Millimeter (z.B. 3 mm) auf oder können auch als Drähte ausgelegt werden. Die Breite der Leiterbahnen 514 kann von wenigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern variieren. Die Leiterbahnen 514 können metallische Materialien wie Kupfer, Gold, Aluminium, Platin, Titan deren Legierungen oder dotierte Halbleitermaterialien wie Silizium aufweisen.
  • Das zweite Kontaktelement 530 ist an der Stirnseite (entspricht der Unterseite 222, siehe Fig. 2D) der zweiten Trommel 106 angeordnet und kann ebenfalls abschnittsweise als Leiterbahn 514 ausgebildet sein. Die vorstehenden Ausführungen zu den Kontaktelementen 510, 512 und Leiterbahnen 514 gelten entsprechend.
  • Wird nun die erste Trommel 108 mittels der Verstelleinrichtung 300 verstellt ("Betätigung der Kugelschreibermechanik"), weist das erste Kontaktelement 512 bzw. die erste Trommel 108 anfänglich noch einen Abstand 532 in Bezug auf das zweite Kontaktelement 530 bzw. die zweite Trommel 106 auf. Dies entspricht der ersten Stellung der ersten Trommel 108, siehe Fig. 4A. Wird nun die Drehzahl der Zentrifuge erhöht, gelangt die erste Trommel 108 in ihre zweite Stellung (wie oberhalb in Zusammenhang mit Fig. 4A beschrieben). Im Anschluss an die zweite Stellung bewegen sich die erste und zweite Trommel 108, 106 und damit das erste und zweite Kontaktelement 512, 530 aufeinander zu, siehe Fig. 4C. Gleichzeitig dreht sich die erste Trommel 108. Die Kontaktelemente 512, 530 gelangen somit in eine Kontaktstellung, in welcher sie einander elektrisch kontaktieren, siehe Figur 6B. Dadurch wird ein Stromkreis geschlossen. Beispielsweise wird dadurch eine Heizeinrichtung 534, welche benachbart zu der Kammer 124 in der ersten Trommel 108 vorgesehen ist, stromdurchflossen und heizt somit eine Komponente 536 in der Kammer 124. Zum Beispiel müssen für die Durchführung einer PCR (Polymerase-Ketten-Reaktion) die Temperaturen zyklisch von ca. 94°C auf ca. 54°C und ca. 72°C in der Komponente 536 angepasst werden, wozu die Heizeinrichtung 534 eingesetzt werden kann. Die Komponente 536 kann beispielsweise in einem vorhergehenden Schritt aus der Kammer 120 der zweiten Trommel 106 in die Kammer 124 transferiert worden sein, wie oberhalb beschrieben. Alternativ können die Kammern 120, 124 auch gleichzeitig miteinander zur Übertragung der Komponente 536 leitend verbunden und beheizt werden.
  • Anstelle der Heizeinrichtung 534 könnte auch ein beliebig anderes elektrisches Bauteil mittels des Schalters 500 geschaltet werden. Insbesondere kommen hier metallische Bauelemente (in Multilayerstruktur und oder in Form von Legierungen) und/oder Halbleiterelemente, beispielsweise CMOS, Elektroden oder Sensoren, beispielsweise ChemFETs, in Frage. Diese können in den Trommeln 106, 108, 110 oder in dem Gehäuse 102 angeordnet sein. Die vorstehenden Ausführungen zu den Leiterbahnen 514 gelten entsprechend. So können Elektroden beispielsweise mittels Aufdampfens auf der ersten Trommel 108 erzeugt werden.
  • Beispielweise kann der Schalter mit einer Ausleseeinrichtung 538 in Form eines Mikrochips (Halbleiterelement) 538 verbunden sein. Die Ausleseeinrichtung 538 registriert, zu welchen Zeitpunkten der Schalter 500 geschlossen wird. Die Ausleseeinrichtung 538 kann den entsprechenden Schaltverlauf abspeichern. Der Schaltverlauf kann wiederum beispielweise zu Qualitätssicherungszwecken aus der Ausleseinrichtung 538 insbesondere drahtlos ausgelesen werden.
  • Mittels der Verstelleinrichtung, d.h. mittels geeigneter Steuerung der Drehzahl der Zentrifuge, gelangen die Trommeln 106, 108 bzw. die Kontaktelemente 512, 530 aus der Kontaktstellung in die vorstehend erwähnte dritte Stellung, siehe Figuren 4E und 6C. Dabei wird die erste Trommel 108 wieder ein Stück weiter gedreht, siehe Figur 4D. In der dritten Stellung sind die Trommeln 106, 108 bzw. die Kontaktelemente 512, 530 wieder voneinander beabstandet.
  • Wird die Drehzahl nun wieder erhöht wiederholt sich der vorstehende Prozess, jedoch mit dem Unterschied, dass diesmal das andere erste Kontaktelement 510 mit dem zweiten Kontaktelement 530 kontaktiert wird, siehe Fig. 6D. Dadurch lässt sich nun ein anderer Prozess auslösen, beispielweise das Aktivieren einer Pumpe.
  • Es könnten auch mehrere zweite Kontaktelemente 530 vorgesehen sein.
  • Figuren 7A und 7B zeigen schematisch verschiedene Schaltzustände eines Schalters 500 einer Kartusche 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Das erste Kontaktelement 510 ist an einer Stirnseite der ersten Trommel 108 vorgesehen, welche von dem Drehpunkt 140 weg weist. Das zweite Kontaktelement 530 ist an einem Vorsprung 700 angebracht, welcher sich von dem Gehäuse 102 erstreckt. Das zweite Kontaktelement 530 weist in Richtung des Drehpunkts 140.
  • Figur 7A zeigt nun die erste Stellung der ersten Trommel 108, siehe auch Figur 4A, in welcher die Kontaktelemente 510, 530 voneinander beabstandet und damit offen sind. Fig. 7B zeigt die Kontaktstellung der Kontakte 510, 530, also den geschlossenen Schaltzustand des Schalters 500, siehe auch Fig. 4C. Die Betätigung der ersten Trommel 108 aus der ersten Stellung in die Kontaktstellung erfolgt drehzahlgesteuert.
  • Figuren 8A und 8B zeigen schematisch verschiedene Schaltzustände eines Schalters 500 einer Kartusche 100 gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die erste Trommel 108 umfasst eine Nase 800, welche sich von der Trommelwand 518 radial in Bezug auf die Mittelachse 104 nach außen erstreckt. Das erste Kontaktelement 510 ist auf der Nase 800 angeordnet und weist in Richtung des Drehpunkts 140. Das zweite Kontaktelement 530 ist an einer Nase 700 des Gehäuses 102 vorgesehen und weist in einer Richtung weg von dem Drehpunkt 140.
  • Mittels der Verstelleinrichtung 300 werden die Kontaktelemente 510, 530 miteinander in Kontakt gebracht, wobei die erste Trommel 108 entlang der Längsachse 104 in einer Richtung weg von dem Drehpunkt 140 bewegt und hiernach gedreht wird, siehe Figuren 8B, 4B und 4C, wodurch das Kontaktelement 510 unter das Kontaktelement 530 gelangt. Im gleichen Zuge wie das Drehen geschieht, bewegt sich die Trommel 108 jedoch wieder in Richtung des Drehpunkts 140, siehe Figur 4C. Dadurch gelangen die Kontakte 510, 530 miteinander in Kontakt, siehe Figur 8C. In der Kontaktstellung hintergreift die Nase 800 die Nase 700, sodass - auf Grund der Wirkung der Feder 114 - auch bei reduzierter Drehzahl die Kontaktelemente 510, 530 in Kontakt bleiben. Erst, wenn die Drehzahl wieder erhöht wird, wird das Kontaktelement 510 von dem Kontaktelement 530 wieder abgehoben und die Nase 800 dreht sich weiter, wodurch die Nasen 700, 800 außer Eingriff gelangen.
  • Figur 9 illustriert, dass anstelle oder zusätzlich zur Zentrifugalkraft 142 ein Aktor 900 vorgesehen werden kann, welcher für die Drehbewegung der ersten Trommel 108 sorgt.
  • Der Aktor 900, die Vorsprünge 200, die Schlitze 204, die Schrägen 206, die Vorsprünge 212, die Schrägen 218, 220, die Vorsprünge 240 sowie die Schrägen 242 bilden im Zusammenspiel mit der Rückstellfeder 114 bei diesem Ausführungsbeispiel die vorstehend erwähnte Verstelleinrichtung 300 zum definierten Verdrehen der ersten Trommel 108 gegenüber den anderen Trommeln 106, 110 um die Längsachse 104.
  • Drückt der Aktor 900 mittelbar oder unmittelbar, beispielweise mit seiner Stirnseite 902, auf die zweite Trommel 106, so drückt die Trommel 106 wiederum mittels der Schrägen 220 der Kontur 216, s. Fig. 4A, auf die Schrägen 242 der Trommel 108 gegen die Wirkung der Feder 114, wobei die Feder 114 komprimiert wird. Dadurch bewegt sich die Trommel 108 in einer Richtung weg von dem Drehpunkt 140, wie durch die entsprechenden Pfeile in den Figuren 4A und 4B angedeutet. Diese Bewegung wird solange fortgesetzt, bis die Vorsprünge 240 außer Eingriff mit den Vorsprüngen 200 gelangen. In dieser zweiten Stellung ist ein Drehen der Trommel 108 um die Längsachse 104 freigegeben, wie in Figur 4C veranschaulicht. Aufgrund des Zusammenwirkens der Schrägen 220 und 242, die beispielsweise jeweils unter einem Winkel von 45° in Bezug auf die Längsachse 104 ausgerichtet sind, ergibt sich eine Kraftkomponente, welche die Trommel 108 automatisch dreht, wenn diese in die zweite Stellung gelangt, wie durch in Figur 4C nach links gerichteten Pfeile angedeutet.
  • Gibt der Aktor 900 nunmehr die zweite Trommel 106 frei, so drückt die Feder 114 die erste Trommel 108 mittels der dritten Trommel 110 wieder in Richtung des Drehpunkts 140. Dadurch wird die zweite Trommel 106 samt ihrer Schrägen 220 ebenfalls wieder in Richtung des Drehpunkts 140 bewegt, wodurch die Schrägen 242 der ersten Trommel 108 gegen die Schrägen 206 des Gehäuses 102 zum Liegen kommen und entlang dieser unter Ausführung einer weiteren Drehbewegung der ersten Trommel 108 in die dritte Stellung gleiten, wie in den Figuren 4D und 4E dargestellt.
  • Weiter alternativ könnte anstelle des Rückstellmittels 114 auch ein weiterer nicht dargestellter Aktor verwendet werden.
  • Grundsätzlich kann der Aktor 900 elektrisch-, mechanisch- und/oder druckbetrieben sein. Insbesondere bietet sich ein piezoelektrisch-, elektrostatisch-, semi-mechanisch-manuell oder elektromagnetischbetriebener Aktor 900 an. "betrieben" meint hier das Wirkprinzip, welches der Aktor 900 ausnutzt, um die Betätigungskraft zum Betätigen der Trommel 106 (oder je nach Ausführungsform auch eine der Trommeln 108 oder 110) zu erzeugen. Beispielweise kann der Aktor 900 einen Elektromagneten aufweisen, welcher mit einem in einer der Trommeln 106, 108, 110 angeordneten Metallteil zusammenwirkt, das der Elektromagnet mittels geeigneter Ansteuerung desselben anzieht oder abstößt, um dadurch die die oben erläuterte Verstellung der Trommeln 106, 108, 110 zueinander zu erreichen. Die auf die zweite Trommel 106 mittels des Aktors 900 aufgebrachte Druckkraft beträgt typischerweise 0,5-100 N. Die von dem Aktor aufzubringende Druckkraft reduziert sich entsprechend der wirkenden Zentrifugalkraft.
  • Bevorzugt ist eine geeignete, nicht dargestellte Steuereinrichtung vorgesehen, welche den Aktor 900 ansteuert, sodass die Trommeln 106, 108, 110 zu der gewünschten Zeit die jeweils gewünschte Position zueinander einnehmen. Dazu kann die Steuereinrichtung einen Timer und/oder einen integrierten Schaltkreis aufweisen.
  • Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind lediglich die erste Trommel 108 und die zweite Trommel 106 vorgesehen. Ein Stellglied in Form einer Welle ist einerseits mit dem Aktor 900 und andererseits mit der ersten Trommel 108 verbunden ist. Der Aktor 900, insbesondere ein Elektromotor, dreht dabei die Welle und dadurch die erste Trommel 108 um die Mittelachse 104, wodurch unterschiedlichen Kammern 120, 122, 124 miteinander leitend verbunden werden, wie vorstehend beschrieben. Eine Kugelschreibemechanik ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Der Aktor 900 kann ferner dazu eingerichtet sein, die Welle auch entlang der Mittellinie 104 zu bewegen, um dadurch die erste Trommel 108 von der zweiten Trommel 106 für das Drehen zu beanstanden und nach dem Drehen die Trommeln 106, 108 wieder aneinander zu pressen, wodurch eine dichte, leitende Verbindung beispielweise zwischen der Kammer 120 und der Kammer 124 vorgesehen und/oder der Schalter 500 geschlossen wird.
  • Figur 10 zeigt in einem schematischen Schnitt eine Zentrifuge 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die Zentrifuge 1000 weist Spulen 1002 auf, welche beispielsweise in einen Deckel und/oder Boden der Zentrifuge integriert sein können. Mittels der Spulen 1002 wird der Strom, beispielweise zum Betreiben der Heizeinrichtung 534, in die Kartusche 100 eingekoppelt. Dazu weist die Kartusche 100 eine oder mehrere nicht dargestellte Spulen auf. Die Kartusche 100 ist in einen Rotor 1004 der Zentrifuge 1000 eingesetzt.
  • Anstelle der Spulen 1002 könnte auch eine Batterie verwendet werden, welche in der Kartusche 100 angeordnet ist und beispielsweise die Heizeinrichtung 534 mit Energie versorgt.
  • Die Energieversorgung kann als wieder verwendbares Bauteil oder Gerät ausgelegt werden, welches im Betrieb der Kartusche 100 Bestandteil dieser ist. Z. B. kann der Deckel 118 abnehmbar mit integriertem Akkumulator vorgesehen werden.
  • Ein Sensor in dem Gehäuse 102 der Kartusche 100 kann so ausgelegt werden, dass dieser nach Durchführung der biochemischen Prozesse aus dem Gehäuse 102 herausgenommen und die Sensordaten dann extern ausgelesen werden können.
  • Für eine Kartusche 100 mit Komponenten 536 in dieser, welche druckgetrieben und nicht zentrifugal prozessiert werden, kann die Energieversorgung und die Ansteuerung von Sensoren über herkömmliche Kontaktierungen erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können Messsignale der Sensoren oder Kartusche 100 über eine Sendeeinrichtung (z.B. mittels eines RFID-Chips) nach außerhalb der Kartusche 100 weitergeleitet werden. Dies ermöglicht die Durchführung von Echtzeitmessungen (Real-Time). In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Zentrifuge 1000 mittels eines RFID-Chips in der Kartusche 100 erkennen, welcher Kartuschentyp eingelegt wurde und somit automatisch das korrekte Prozessierungsprotokoll (z.B. Frequenzprotokoll mit Beschleunigungs- und Abbremsrampen, Zielfrequenzen und Haltezeiten) verwenden.
  • Je nach Ausführungsform können die zweite Trommel 106 und/oder die dritte Trommel 110 ortsfest oder beweglich in Bezug auf das Gehäuse 102 vorgesehen sein. Die Trommeln 106, 110 können beispielweise jeweils mittels eines weiteren Aktors drehbar um die Mittelachse 104 vorgesehen sein.
  • Die Leiterbahnen 514 können z.B. im Gehäuse 102 verlaufen und direkt mit Sensoren kontaktiert werden, welche in nicht-drehbaren Trommeln (beispielweise die zweite Trommel 106) vorgesehen sind. Somit ist eine einfache Integration von elektrischen Systemen ermöglicht.
  • Der Schalter 500 kann grundsätzlich insbesondere zwischen zwei beliebigen Trommeln 106, 108, 110 oder einer beliebigen Trommel 106, 108, 110 und dem Gehäuse 102 gebildet sein.
  • Weiterhin kann die Mischkammer 124 eine nicht dargestellte Hindernisstruktur, beispielsweise ein Sieb oder eine Gitterstruktur, aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, unter Einwirkung einer Zentrifugalkraft (wenn also die Drehzahl der Zentrifuge einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet) sich durch die Komponente 536 zu bewegen, um diese dadurch zu vermischen.
  • Das Gehäuse 102 und die Trommeln 106, 108, 110 können aus demselben oder unterschiedlichen Polymeren hergestellt sein. Bei dem einen oder mehreren Polymeren handelt es sich insbesondere um Thermoplaste, Elastomere oder thermoplastische Elastomere. Beispiele sind Cyclo-olefin Polymer (COP), Cyclo-olefin Copolymer (COC), Polycarbonate (PC), Polyamide (PA), Polyurethane (PU), Polypropylen (PP), Polyethylene terephthalate (PET) oder Poly(methyl methacrylate) (PMMA).
  • Die zweite Trommel 106 und/oder die dritte Trommel 110 können einstückig mit dem Gehäuse 102 gebildet sein.
  • Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass die für die erfindungsgemäße Kartuschen vorliegend beschriebenen Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele entsprechend auf die erfindungsgemäße Zentrifuge sowie auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sind, und umgekehrt. Ferner wird darauf hingewiesen, dass "ein" vorliegend keine Vielzahl ausschließt.

Claims (15)

  1. Kartusche (100), aufweisend
    eine erste Trommel (108), welche eine erste Kammer (124) aufweist,
    eine Verstelleinrichtung (300), welche dazu eingerichtet ist, die erste Trommel (108) um deren Mittelachse (104) zu drehen, um dadurch die erste Kammer (124) mit einer zweiten Kammer (120, 122) flüssigkeits-, gas- und/oder partikelleitend zu verbinden, und
    einen elektrischen Schalter (500), welcher mittels der Verstelleinrichtung (300) zwischen einem geschlossenen und einem geöffneten Schaltzustand betätigbar ist.
  2. Kartusche nach Anspruch 1, wobei die Verstelleinrichtung (300) eine erste Schräge (220) umfasst, welche mit einer zweiten Schräge (242) der ersten Trommel (108) zusammenwirkt, um die erste Trommel (108) aus einer ersten Stellung, in der die zweite Schräge (242) mit einem Gehäuse (102) der Kartusche (100) in Drehrichtung um die Mittelachse (104) formschlüssig in Eingriff steht, in eine zweite Stellung entlang der Mittelachse (104) und entgegen der Wirkung eines Rückstellmittels (114) zu verbringen, in welcher der Formschluss aufgehoben ist und sich die erste Trommel (108) um die Mittelachse (104) dreht.
  3. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kammer (120, 122) und/oder eine dritte Kammer (132, 136) der ersten Trommel (108) bezogen auf die Mittelachse (104) vor- oder nachgelagert ist, wobei bevorzugt die erste Kammer (124) mittels der Verstelleinrichtung (300) wahlweise mit der zweiten Kammer (120, 122) oder der dritten Kammer (132, 136) flüssigkeits-, gas- und/oder partikelleitend verbindbar ist.
  4. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zweite Trommel (106), welche die zweite Kammer (120, 122) aufweist, und/oder eine dritte Trommel (110) vorgesehen ist, welche die dritte Kammer (132, 136) aufweist, wobei bevorzugt die zweite Trommel (106) der ersten Trommel (108) bezogen auf die Mittelachse (104) vorgelagert und/oder die dritte Trommel (110) der ersten Trommel (108) nachgelagert ist.
  5. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schalter (500) wenigstens ein erstes und ein zweites Kontaktelement (510, 512, 530) umfasst, welche für den geschlossenen Zustand des Schalters (500) miteinander kontaktiert und für den geöffneten Zustand des Schalters (500) voneinander beabstandet sind, wobei das erste Kontaktelement (510, 512) an einer Stirnseite (516) der ersten Trommel (108) und das zweite Kontaktelement (530) an einer der Stirnseite (516) der ersten Trommel (108) zugewandten Stirnseite (222) der zweiten oder dritten Trommel (106, 110) angebracht ist oder das erste Kontaktelement (510) an der ersten, zweiten oder dritten Trommel (106, 108, 110) und das zweite Kontaktelement (530) an einem Gehäuse (102) der Kartusche (100), insbesondere an einem Vorsprung (700) desselben, angebracht ist.
  6. Kartusche nach Anspruch 5, wobei der Schalter (500) neben dem ersten Kontaktelement (510) wenigstens ein weiteres Kontaktelement (512) umfasst, welche mittels Drehens der ersten Trommel (108) wahlweise mit dem zweiten Kontaktelement (530) kontaktierbar sind.
  7. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und zweite Kontaktelement (510, 512, 530) in einer Kontaktstellung der ersten Trommel (108), welche sich der zweiten Stellung der ersten Trommel (108) anschließt, miteinander kontaktiert sind, wobei bevorzugt in der Kontaktstellung die erste Trommel (108) und das Gehäuse (102), insbesondere Vorsprünge (700, 800) derselben, einander hintergreifen, um ein selbsttätiges Verstellen der ersten Trommel (108) aus ihrer Kontaktstellung in eine dritte Stellung auf Grund der Wirkung des Rückstellmittels (114) zu vermeiden.
  8. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder zweite Kontaktelement (510, 512, 530) wenigstens eine Leiterbahn (514) zumindest abschnittsweise umfasst und/oder zusätzlich wenigstens einen metallischen Bump (520) umfasst.
  9. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schalter (500) mit einer Ausleseeinrichtung (538) verbindbar ist, welche dazu eingerichtet ist, einen Schaltzustand des Schalters (500) auszulesen und/oder zusätzlich einen Schaltverlauf des Schalters (500) abzuspeichern.
  10. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine insbesondere in oder an einem Gehäuse (102) der Kartusche (100), der ersten, zweiten und/oder dritten Trommel (108, 106, 110) vorgesehene Heizeinrichtung (534) zum insbesondere zyklischen Beheizen der ersten, zweiten und/oder dritten Kammer (120, 122, 124, 126, 132, 136), welche mittels Betätigens des Schalters (500) zum Heizen schaltbar ist.
  11. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend ein insbesondere in oder an einem Gehäuse (102) der Kartusche (100), der ersten, zweiten und/oder dritten Trommel (108, 106, 110) vorgesehenes Halbleiterbauelement, welches mittels Betätigens des Schalters (500) ansteuerbar ist.
  12. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kartusche (100) für ein Einsetzen in eine Zentrifuge (1000) und Zentrifugieren derselben ausgebildet ist und die Verstelleinrichtung (300) dazu eingerichtet ist, die erste Trommel (108) für das Drehen um die Mittelachse (104) zu betätigen, wenn die Zentrifugalkraft (142) einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, oder die Verstelleinrichtung (300) einen Aktor (900) aufweist, welcher die erste Trommel (108) für das Drehen um die Mittelachse (104) betätigt.
  13. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schalter (500) mit einer Energiequelle drahtgebunden oder drahtlos verbindbar ist, um im geschlossenen Zustand des Schalters (500) einen Stromfluss durch diesen zu erzeugen.
  14. Zentrifuge (1000), aufweisend eine Kartusche (100) nach einem der vorgehenden Ansprüche.
  15. Verfahren zum Prozessieren wenigstens einer Komponente (536) in einer Kartusche (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend folgende Schritte:
    Bereitstellen einer ersten Trommel (108), welche eine erste Kammer (124) aufweist,
    Bereitstellen einer Verstelleinrichtung (300), welche dazu eingerichtet ist, die erste Trommel (108) um deren Mittelachse (104) zu drehen, um dadurch die erste Kammer (124) mit einer zweiten Kammer (120, 122) flüssigkeits-, gas- und/oder partikelleitend zu verbinden, und
    Betätigen eines elektrischen Schalter (500) zwischen einem geschlossenen und einem geöffneten Schaltzustand desselben mittels der Verstelleinrichtung (300).
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