EP2951277A1 - Vorrichtung zur extraktion von trocken vorgelagerter körperflüssigkeit in einer probe, kartusche sowie verfahren - Google Patents

Vorrichtung zur extraktion von trocken vorgelagerter körperflüssigkeit in einer probe, kartusche sowie verfahren

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EP2951277A1
EP2951277A1 EP13814576.8A EP13814576A EP2951277A1 EP 2951277 A1 EP2951277 A1 EP 2951277A1 EP 13814576 A EP13814576 A EP 13814576A EP 2951277 A1 EP2951277 A1 EP 2951277A1
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EP
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sample
body fluid
extraction
dry
upstream
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EP13814576.8A
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Melanie HOEHL
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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    • B01L2400/0644—Valves, specific forms thereof with moving parts rotary valves

Definitions

  • Liquids Liquids. Typically, this manipulation is done manually with tools such as pipettes, reaction vessels, active probe surfaces or laboratory equipment. By tilting robots or special equipment, these processes are already partially automated.
  • Lab-on-a-Chip systems are microfluidic systems that accommodate the entire functionality of a macroscopic laboratory on a plastic card-sized plastic substrate.
  • Lab-on-a-chip systems typically consist of two
  • a test carrier or disposable cartridge includes structures and mechanisms for the implementation of basic fluidic operations (e.g., mixers), which may consist of passive components such as channels, reaction chamber, upstream reagents, or even active components such as valves or pumps.
  • the second main component is actuation, detection and control units.
  • One of the primary means used to diagnose a person's condition is the analysis of the person's blood or other bodily fluids for the presence or absence of "analytes" indicative of the person's health.
  • Certain body fluids, such as urine, saliva, semen, and the like a. can be obtained noninvasively, and the analysis of such fluids can
  • Body fluid which, however, usually provides the most complete picture of a person's health, is the whole blood.
  • the process is cumbersome and expensive because it requires the blood or other sample to be collected either in a location that has all the equipment required, or that the sample is cooled and shipped to a separate laboratory for further processing. It also takes a considerable amount of time to obtain the analysis results. However, time can be critical to the life or health of the patient.
  • DBS Dried Blood Spots
  • DBS digital filter spherical blood
  • a few drops of capillary blood are applied to simple filter paper.
  • the use of DBS has several advantages over the classical whole blood / plasma sample, which is currently still the most common type of sample.
  • One of the greatest advantages is the possibility of storing the DBS at room temperature, which simplifies the transport from the patient to the analytical laboratory and makes it more cost-effective.
  • Another advantage is the small sample volume required of 10 to 30 ⁇ blood for DBS compared to 100 to 500 ⁇ for the plasma samples. This advantage is particularly important when children or small animals, such as rodents, should be sampled.
  • Dry blood in a form acceptable to the diagnosis (usually liquid) from filter material can be expensive. It may also be difficult to separate the dissolved aqueous sample from the solid filter material. Once the analyte is dissolved, sometimes another purification step is needed. All of these steps require many disposable parts (e.g., pipette tips, MTP, plastic containers) and process steps that often involve multiple different devices.
  • Cartridge and the method defined in claim 1 1 have the advantage over conventional solutions that it is now possible to dry To extract upstream samples (such as DBS samples) for any dry bodily fluids in a microfluidic system by means of a LoC system in a simple manner and optionally further below
  • Body fluids in a sample smaller sample volumes sufficient for an analysis, so that the method is especially suitable for infants or small animals or even with repeated removal of samples for the patient is gentler. Therefore, with the present device, advantageously dry bodily fluids in a sample can be examined, which are obtained in a less invasive and patient-friendly manner.
  • the present device is particularly advantageous for the extraction of dry bodily fluids of all kinds from a sample such as urine, sputum, lavage, saliva, ejaculate / sperm, pericardial fluid, pleural fluid, abdominal fluid, peritoneal dialysate (CAPD), drainage fluid,
  • a sample such as urine, sputum, lavage, saliva, ejaculate / sperm, pericardial fluid, pleural fluid, abdominal fluid, peritoneal dialysate (CAPD), drainage fluid,
  • Bronchoalveolar lavage BALF
  • cerebrospinal fluid gastric juice
  • sweat lymph
  • bile pancreatic secretions
  • blood breast milk
  • vaginal secretions of the woman tears, nasal secretions, brain water, ascites, pleural fluid, amniotic fluid, earwax, pus, synovium, menstrual fluid, aqueous humor of the eye, etc ,
  • Possible applications for the device according to the invention for the extraction of dry body fluid in a sample include, for example:
  • Infection diagnostics and therapy support and screening for example HIV, HPV, STD, hepatitis etc.
  • the extraction of the dry body fluid upstream of the sample by incubation in an elution solution realizes soaking of the carrier material together with the dry body fluid of the sample until the analytes have dissolved from the carrier material. It can do that
  • Soaking can also be done at elevated temperatures.
  • various water-based or organic solutions come into question.
  • alcohols especially ethanol, butonal, isopropanol, methanol, etc
  • Buffer solutions with water for example PBS, Tween, HEPES and sodium azide
  • organic substances for example organic acids or bases etc.
  • protein-containing solutions for example milk, BSA, calcein
  • inorganic solutions for example acids and bases
  • the extraction of the dry body fluid upstream of the sample by means of a pumping function of an elution solution through the sample over a predetermined time takes place.
  • the extraction can be effected by means of a pumping function by the elution solution for the predetermined time by the sample, in particular the carrier material of the sample, reciprocated back and forth.
  • the extraction of the dry body fluid upstream of the sample takes place by means of ultrasound.
  • ultrasound should be used with a frequency which both leads to the extraction of body fluid from the carrier material and excludes damage or alteration of the body fluid during the extraction.
  • frequencies in a range of 20 kHz to 50 MHz should be used.
  • the power density should preferably be less than 1 W / cm 2 .
  • the extraction of the dry body fluid upstream of the sample by means of enzymatic digestion of the carrier material by enzymes.
  • the extraction of the dry-upstream body fluid from the carrier material can be accomplished by a specific enzymatic digestion of the carrier material by enzymes.
  • enzymes may be proteases, proteinases or
  • proteolytic enzymes such as those used for the cleavage of, for example, proteins or peptides, in biological or bio-chemical processes.
  • the sample is placed horizontally, vertically or inclined relative to the device on the receiving area.
  • the device according to the invention may require a differently oriented recording of the sample on the device.
  • the device may require a differently oriented recording of the sample on the device.
  • the receiving area to be pivotally formed relative to the Lab On Chip system has a carrier which is pivotally coupled to the Lab On Chip system and is used for receiving the sample.
  • the device according to the invention is the
  • a filter or a purification device for the body fluid extracted from the sample is provided.
  • the purification device for example in the delivery area of the lab-on-chip system, in operative connection with a microfluidic channel, which connects the receiving area to the delivery area, a DNA purification, a protein purification, an ion exchanger, an antibody-based purification of blood components, etc . be provided.
  • the carrier material of the sample is made of a degradable or dissolvable material, of a filter material or consists of a polymer.
  • a degradable material preferably an enzymatic-digestible material is provided, such as cellulose.
  • a dissolvable material preferably a liquid-soluble material is provided, such as gelatin.
  • filter materials it is possible to use surface filters or fabric filters which comprise, for example, PVDF, silica matrix, felts, spunbonded nonwovens, paper, woven fabrics, synthetic fibers
  • the carrier material of the sample consists of glass as fibers or of glass beads.
  • Glass beads may each be provided with a smooth, rough or textured surface, including blends of differently shaped ones
  • the different carrier materials can also be processed chemically and / or physically so as to be able to provide a desired property.
  • a cartridge comprising a device according to the invention for the extraction of dry body fluid upstream in a sample, a housing of the cartridge, a drum having at least one chamber, wherein the device is disposed inside the drum.
  • Preventive body fluids in a sample is no longer necessary, since all process steps now take place in the LoC system, which is much cheaper to purchase. Furthermore, further steps for the preparation of the extracted body fluid from the sample can be realized in the cartridge, so that the processed body fluid can be provided for a subsequent analysis.
  • a method for extracting a dry body fluid from a sample comprising the steps of:
  • the extraction of the dry body fluid upstream of the sample is carried out by incubation in a Elutionslosung. This extraction process realizes soaking of the carrier material together with the dry body fluid of the sample until the analytes have dissolved from the carrier material. It can do that
  • Soaking can also be done at elevated temperatures.
  • the above-described water-based or organic solutions come into question.
  • the extraction of the dry body fluid upstream of the sample by means of a pumping function of a Elutionslosung carried out by the sample over a predetermined time can be carried out by means of a pumping function by the elution solution for the predetermined time by the sample, in particular the support material of the sample, pumped back and forth.
  • Extraction process is possible with control of temperature and / or pressure during extraction.
  • the extraction of the dry body fluid upstream of the sample takes place by means of ultrasound.
  • ultrasound should be used with a frequency which both leads to the extraction of body fluid from the carrier material and excludes damage or alteration of the body fluid during the extraction.
  • the extraction of the dry body fluid upstream of the carrier material can be carried out by a specific, enzymatic digestion of the carrier material by enzymes.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a device according to the invention for the extraction of dry body fluid in a sample
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of the device according to FIG. 1, wherein the sample is placed in a receiving area of the device, FIG.
  • Figs. 3A to 3C is a schematic view of extraction methods for extracting dry body fluid from a sample according to the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic view of a further extraction process for a dry body fluid in a sample according to the present invention
  • FIG. 5 shows a schematic view of a region of the device according to the invention, which is used for the purification of an extracted body fluid from the sample
  • FIG. 6 shows a cartridge with a device according to the invention for the extraction of dry body fluid in a sample according to the present invention.
  • FIG. 1 shows, in a simplified and schematic illustration, a device 100 according to the invention for extracting dry body fluid (not shown) in a sample 30.
  • the device 100 has a lab-on-chip system 10 with a receiving region 20, which holds the sample 30 with the
  • Body fluid in dry pre-stored form in a carrier material is provided. Furthermore, the lab-on-chip system 10 has a delivery region 50 for delivering the extracted body fluid from the sample 30, which is operatively connected to the acquisition region 20 via a microfluidic channel (not shown). The extraction of the dry body fluid from the sample 30 takes place in the receiving area 20.
  • the use of a DBS pellet for sample 30 is described below by way of example. However, for use in the present apparatus 100, any types of samples containing dry body fluid may be used.
  • the pellet 30 is inserted into the LoC system 10, namely into the receiving area 20.
  • the pellet 30 can be inserted into the receiving area 20 either horizontally, obliquely or vertically.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of the device 100 according to FIG. 1, wherein the pellet 30 is placed in the receiving region 20 of the device 100. After placing the pellet 30 in the receiving area 20, the blood sample is extracted. The extraction can take place in different ways. Subsequently, the extracted blood sample is delivered to the delivery area 50 of the device 100 to the environment (not shown), preferably by means of a hose (not shown).
  • Figs. 3A to 3C show a schematic view of extraction methods for extraction of dry body fluid from a sample according to the present invention.
  • FIG. 3A shows a first method according to the invention for extracting a dry body fluid (not shown) from a sample 30
  • Sample 30 is separated from the carrier material 40 of the sample 30 by incubation in an elution solution.
  • This extraction process realizes soaking of the carrier material 40 together with the dry body fluid of the sample 30 until the analytes have dissolved from the carrier material 40.
  • the soaking can be done even at elevated temperatures.
  • various water-based or organic solutions come into question.
  • alcohols in particular ethanol, butanol, isopropanol, methanol, etc.
  • buffer solutions with water for example PBS, Tween, HEPES and sodium azide
  • organic substances for example organic acids or bases etc.
  • protein-containing solutions for Example, milk, BSA, calcein
  • inorganic solutions for example acids and bases
  • Fig. 3B shows a second method according to the invention for extracting a dry body fluid (not shown) by means of a pumping function.
  • an elution solution 60 is pumped back and forth for a predetermined time by a sample 30, in particular the carrier material 40 of the sample 30.
  • An optimization of Efficiency of the extraction method of the invention is possible with control of temperature and / or pressure during extraction.
  • 3C shows a third method according to the invention for extracting a dry body fluid (not shown) from a sample 30 by means of ultrasound.
  • ultrasound should be used with a frequency which both leads to the extraction of body fluid from the carrier material 40 of the sample 30 and excludes damage or change of body fluid during the extraction. It is preferable to use frequencies in a range of 20 kHz to 50 MHz.
  • the power density should preferably be less than 1 W / cm 2 .
  • FIG. 4 shows a schematic view of a fourth extraction process for a dry body fluid (not shown) in a sample 30 according to the present invention.
  • a blood sample in the form of a pellet 30 is stored on an enzymatically digestible cellulosic carrier material 40.
  • the extraction of the blood sample from the carrier material 40 takes place by specific, enzymatic digestion of the carrier material 40 by enzymes 70.
  • enzymes 70 As an example of such enzymes proteases, proteinases or proteolytic enzymes may be mentioned, as they are used for the cleavage of, for example, proteins or peptides, in biological or bio-chemical processes.
  • Fig. 5 shows a schematic view of a portion of the invention
  • a filter function 80 is arranged downstream in a microfluidic channel 90.
  • a purification function (not shown), such as DNA purification, protein purification, ion exchange, antibody-based purification of blood components, etc., may also be provided in the microfluidic channel 90.
  • FIG. 6 shows a cartridge 200 with a device according to the invention (not shown) for extracting dry body fluid (not shown) in a sample 30.
  • the cartridge 200 comprises a housing 210, which has a housing
  • the cartridge 200 has in its interior three drums 220, 221, 222, which along the axis of rotation 235 of the cartridge 200 on top of each other and are arranged congruent to each other.
  • Each drum 220, 221, 222 in turn has at least two chambers 230, 231 in its interior, which are provided for receiving different reagents and for one or more analytes (here the DBS pellet 30).
  • the individual drums 220, 221, 222 are rotated along the rotational axis 235 of the cartridge 200 by the action of centrifugal force by means of a so-called "ballpoint pen mechanism" (not shown).
  • FIG. 6 shows a possible embodiment for a drum 220 in which the DBS pellet 30 or other dry-stored body fluid is introduced into the drum 220 from above.
  • the right side of FIG. 6 shows another embodiment of a drum 220 in which the DBS pellet 30 is inserted laterally through an opening 240 in the drum 220.
  • the proposed device according to the invention for the extraction of dry bodily fluid in the LoC system can be located in a chamber 230 of one of the drums 220, 221, 222.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe, welche ein Lab On Chip-System (10) mit einem Aufnahmebereich (20), welcher zur Aufnahme einer Probe (30) mit zumindest einer Körperflüssigkeit in trocken vorgelagerter Form in einem Trägermaterial (40) vorgesehen ist, und mit einem Abgabebereich (50) zur Abgabe der extrahierten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) aufweist, wobei eine Extraktion der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) in dem Aufnahmebereich (20) erfolgt.

Description

Beschreibung Titel
Vorrichtung zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe, Kartusche sowie Verfahren
Stand der Technik
Die Durchführung biochemischer Prozesse basiert auf der Handhabung von
Flüssigkeiten. Typischerweise wird diese Handhabung manuell mit Hilfsmitteln wie Pipetten, Reaktionsgefäßen, aktiven Sondenoberflächen oder Laborgeräten durchgeführt. Durch Pippetierroboter oder Spezialgeräte sind diese Prozesse zum Teil bereits automatisiert.
Sogenannte Lab-on-a-Chip-Systeme (Westentaschenlabor oder Chiplabor, kurz LoC- Systeme) sind mikrofluidische Systeme, welche die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors auf einem nur scheckkartengroßen Kunststoffsubstrat unterbringen. Lab-on-a-Chip-Systeme bestehen typischerweise aus zwei
Hauptkomponenten. Ein Testträger oder eine Einwegkartusche beinhaltet Strukturen und Mechanismen für die Umsetzung der fluidischen Grundoperationen (z.B. Mischer), welche aus passiven Komponenten wie Kanälen, Reaktionskammer, vorgelagerte Reagenzien oder auch aktiven Komponenten wie Ventile oder Pumpen bestehen können. Die zweite Hauptkomponente sind Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten.
Eines der zur Diagnose des Gesundheitszustandes einer Person verwendeten primären Mittel ist die Analyse des Blutes oder anderer Körperflüssigkeiten der Person auf die An- oder Abwesenheit von "Analyten", die auf die Gesundheit der Person schließen lassen. Bestimmte Körperflüssigkeiten, wie zum Beispiel Urin, Speichel, Samen u. a. können nichtinvasiv gewonnen werden, und die Analyse derartiger Flüssigkeiten kann
Informationen über den Gesundheitszustand einer Person bereitstellen. Die
Körperflüssigkeit, die in der Regel jedoch das vollständigste Bild von der Gesundheit einer Person liefert, ist das Vollblut. Um die genaueste Analyse des Blutes zu erhalten, ist es wichtig, die Analyte von der zellulären Fraktion des Blutes verhältnismäßig schnell nach der Probenentnahme zu trennen. Zentrifugation und anschließende Kühlung von Proben ist in den meisten Fällen zur Erhaltung der Integrität einer Blutprobe oder anderen Körperflüssigkeit für eine ausreichende Zeitdauer ausreichend. Das Verfahren ist jedoch umständlich und teuer, weil es erforderlich macht, dass das Blut oder eine andere Probe entweder an einem Ort gesammelt wird, welcher die gesamte vorschriftsmäßige Ausrüstung besitzt, oder dass die Probe gekühlt und in ein separates Laboratorium zur weiteren Verarbeitung versandt wird. Es ist auch ein erheblicher Zeitaufwand erforderlich, um die Analysenergebnisse zu erhalten. Zeit kann jedoch für das Leben oder die Gesundheit des Patienten kritisch sein.
Seit den frühen sechziger Jahren werden sogenannte Dried Blood Spots (DBS) verwendet, insbesondere zur Diagnostik von Stoffwechselerkrankungen bei
Neugeborenen. Dazu werden einige Tropfen kapillares Blut auf einfaches Filterpapier aufgebracht. Der Gebrauch von DBS hat einige Vorteile gegenüber der klassischen Vollblute-/Plasmaprobe, die zurzeit noch die verbreitetste Probenart darstellt. Einer der größten Vorteile stellt die Möglichkeit der Lagerung der DBS bei Raumtemperatur dar, welches den Transport vom Patienten zum analytischen Labor vereinfacht und kostengünstiger macht. Ein weiterer Vorteil ist das geringe benötigte Probenvolumen von 10 bis 30 μΙ Blut für DBS im Vergleich zu 100 bis 500 μΙ für die Plasmaproben. Dieser Vorteil spielt vor allem eine Rolle, wenn Kinder oder kleine Tiere, wie zum Beispiel Nagetiere, beprobt werden sollen.
Momentan gibt es kaum mikrofluide Systeme, die Analytik oder Diagnostik mit
Trockenblut (DBS) durchführen können. Ein Grund dafür ist, dass die Extraktion des
Trockenbluts in eine für die Diagnostik akzeptable Form (meist flüssig) aus Filtermaterial aufwendig sein kann. Es kann auch schwierig sein, die aufgelöste, wässrige Probe von dem festen Filtermaterial zu separieren. Sobald der Analyt gelöst ist, ist manchmal ein weiterer Aufreinigungsschritt nötig. All diese Schritte benötigen viele Wegwerfteile (z.B. Pipettenspitzen, MTP, Plastikgefäße) und Prozessschritte, die oft mehrere verschiedene Geräte in Anspruch nehmen.
Vorteile der Erfindung
Die in dem Anspruch 1 definierte Vorrichtung, die in dem Anspruch 10 definierte
Kartusche sowie das in dem Anspruch 1 1 definierte Verfahren weisen gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil auf, dass es nunmehr möglich ist, trocken vorgelagerte Proben (wie beispielsweise DBS Proben) für beliebige trocken vorgelagerte Körperflüssigkeiten in einem mikrofluidischen System mittels eines LoC-Systems auf einfache Art und Weise zu extrahieren und gegebenenfalls nachfolgend weiteren
Analysen durchzuführen, wodurch eine wesentliche Ausweitung der Anwendungen für trocken vorgelagerte Proben realisierbar ist. Dadurch ergibt sich wie oben stehend beschrieben auch eine wesentliche Vereinfachung im Hinblick auf die Handhabung von den entnommenen Proben, da diese nicht mehr gekühlt werden müssen und zusätzlich länger haltbar sind, als es zum Beispiel im Fall von Vollblut oder anderer
Körperflüssigkeiten möglich ist.
Schließlich sind generell bei der Verwendung von trocken vorgelagerten
Körperflüssigkeiten in einer Probe kleinere Probevolumen für eine Analyse ausreichend, so dass die Methode vor allem auch für Säuglinge oder kleine Tiere in Frage kommt oder auch bei wiederholter Entnahme von Proben für den Patienten schonender ist. Deshalb können mit der vorliegenden Vorrichtung in vorteilhafter Weise trocken vorgelagerte Körperflüssigkeiten in einer Probe untersucht werden, welche auf weniger invasive und patientenfreundlichere Weise gewonnen werden.
Die vorliegende Vorrichtung eignet sich besonders vorteilhaft für die Extraktion von trocken vorgelagerten Körperflüssigkeiten aller Art aus einer Probe, wie zum Beispiel Urin, Sputum, Lavage, Speichel, Ejakulat/Sperma, Perikardialflüssigkeit, Pleuraflüssigkeit, Abdominalflüssigkeit, Peritonealdialysat (CAPD), Drainageflüssigkeit,
Bronchoalveolarspülung (BALF), Zerebrospinalflüssigkeit, Magensaft, Schweiß, Lymphe, Galle, Pankreas Sekretionen, Blut, Muttermilch, Vaginalsekret der Frau, Tränenflüssigkeit, Nasensekret, Hirnwasser, Aszites, Pleuraflüssigkeit, Fruchtwasser, Ohrenschmalz, Eiter, Synovia, Menstruationsflüssigkeit, Kammerwasser des Auges etc.
Mögliche Anwendungen für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe beinhalten beispielsweise:
Metabolische Krankheitsdiagnostik, Therapiebegleitung und Screening bei
Säuglingen, Kindern und Erwachsenen, sowie Tieren und anderen Lebewesen,
Infektionsdiagnostik und Therapiebegleitung und Screening (zum Beispiel HIV, HPV, STD, Hepatitis etc.)
Blutzucker
Screening, Diagnostik und Therapiebegleitung von Erbkrankheiten (zum Beispiel
Sichelzellen-Anämie, Autoimmunerkrankungen, wie Morbus Crohn, Diabetes, Lupus, etc.) Begleitende Untersuchungen bei klinischen Studien (bspw. in Phasen II/III)
Veterinär-Anwendungen
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe mittels Inkubation in einer Elutionslösung. Dieses Extraktionsverfahren realisiert ein Einweichen des Trägermaterials zusammen mit der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit der Probe, solange bis sich die Analyten vom Trägermaterial gelöst haben. Dabei kann das
Einweichen auch bei erhöhten Temperaturen erfolgen. Für die Elutionslösung kommen verschiedene wasser-basierte oder organische Lösungen in Frage. Beispielsweise zählen dazu Alkohole (insbesondere Ethanol, Butonal, Isopropanol, Methanol, etc),
Pufferlösungen mit Wasser (zum Beispiel PBS, Tween, HEPES und Sodium Azide), sowie organische Stoffe (zum Beispiel organische Säuren oder Basen etc), proteinhaltige Lösungen (zum Beispiel Milch, BSA, Calcein), anorganische Lösungen (zum Beispiel Säuren und Basen), Detergenzien und Salze.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe mittels einer Pumpfunktion einer Elutionslösung durch die Probe über eine vorbestimmte Zeit. Dabei kann die Extraktion mittels einer Pumpfunktion erfolgen, indem die Elutionslösung für die vorbestimmte Zeit durch die Probe, insbesondere dem Trägermaterial der Probe, hin- und hergepumpt wird. Eine Optimierung der Effizienz des erfindungsgemäßen
Extraktionsverfahrens ist mit einer Steuerung von Temperatur und/oder Druck während des Extrahierens möglich. Für die Elutionslösung kommen die vorstehend erwähnten Lösungen in Frage.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe mittels Ultraschall. Hierbei sollte Ultraschall mit einer Frequenz verwendet werden, welche sowohl zur Extraktion der Körperflüssigkeit von dem Trägermaterial führt als auch eine Beschädigung oder Veränderung der Körperflüssigkeit während der Extraktion ausschließt. Hierzu sollten vorzugsweise Frequenzen in einem Bereich von 20 kHz bis 50 MHz verwendet werden. Die Leistungsdichte sollte vorzugsweise weniger als 1 W/cm2 betragen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe mittels enzymatischen Verdauens des Trägermaterials durch Enzyme. Wenn die Probe ein auflösbares, abbaubares oder enzymatisch-verdaubares Trägermaterial aufweist, dann kann die Extraktion der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit von dem Trägermaterial durch ein spezifisches, enzymatisches Verdauen des Trägermaterials durch Enzyme erfolgen. Als Beispiel für solche Enzyme können Proteasen, Proteinasen oder
proteolytische Enzyme genannt werden, wie sie für die Spaltung von, zum Beispiel Proteinen oder Peptiden, in biologischen bzw. bio-chemischen Prozessen verwendet werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Probe horizontal, vertikal oder gegenüber der Vorrichtung geneigt auf dem Aufnahmebereich platziert. In Abhängigkeit von der vorgesehen Anwendungsumgebung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine unterschiedlich orientierte Aufnahme der Probe auf der Vorrichtung erforderlich sein. Alternativ dazu kann auch der
Aufnahmebereich schwenkbar gegenüber dem Lab On Chip-System ausgebildet sein, wobei der Aufnahmebereich hierzu beispielsweise einen Träger aufweist, welcher schwenkbar mit dem Lab On Chip-System gekoppelt ist und für die Aufnahme der Probe dient. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist des
Weiteren ein Filter oder eine Aufreinigungsvorrichtung für die aus der Probe extrahierte Körperflüssigkeit vorgesehen. So kann im Hinblick auf die Aufreinigungsvorrichtung, beispielsweise im Abgabebereich des Lab On Chip-Systems, in Wirkverbindung mit einem mikrofluidischen Kanal, weicher den Aufnahmebereich mit dem Abgabebereich verbindet, eine DNA-Aufreinigung, eine Proteinaufreinigung, ein Ionenaustauscher, eine Antikörperbasierende Aufreinigung von Blutkomponenten etc. vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Trägermaterial der Probe aus einem abbaubaren oder auflösbaren Material, aus einem Filtermaterial oder besteht aus einem Polymer. Im Fall eines abbaubaren Materials ist vorzugsweise ein enzymatisch-verdaubares Material vorgesehen, wie zum Beispiel Zellulose. Im Fall eines auflösbaren Materials ist vorzugsweise ein flüssigkeits-lösliches Material vorgesehen, wie zum Bespiel Gelatine. Im Hinblick auf die Verwendung von Filtermaterialien können Oberflächenfilter oder Gewebefilter eingesetzt werden, welche beispielsweise PVDF, Silikamatrix, Filze, Spinnvliese, Papier, Gewebe, Kunstfasern
(insbesondere aus Polyester, Polyphenylensulfid, Polytetrafluorethylen etc.), keramische Fasern/Sinterkörper, Glasfasern, Metalle umfassen, sowie andere Materialien, welche zur Verwendung als ein Filter geeignet sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht das Trägermaterial der Probe aus Glas als Fasern oder aus Glaskügelchen. Die
Glaskügelchen (oder beads) können jeweils mit einer glatten, rauen oder strukturierten Oberfläche versehen sein, wobei auch Gemische von unterschiedlich gestalteten
Glaskügelchen für eine Probe möglich sind. Prinzipiell können die unterschiedlichen Trägermaterialien auch chemisch und/oder physikalisch bearbeitet sein, um somit eine gewünschte Eigenschaft zur Verfügung stellen zu können.
Gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch wird zudem eine Kartusche beansprucht, aufweisend eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe, ein Gehäuse der Kartusche, eine Trommel, welche zumindest eine Kammer aufweist, wobei die Vorrichtung im Inneren der Trommel angeordnet ist.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass bei der erfindungsgemäßen Kartusche die Nutzung mehrerer, zum Teil kostenintensiver Geräte für die Aufbereitung von trocken
vorgelagerten Körperflüssigkeiten in einer Probe nicht mehr notwendig ist, da sämtliche Prozessschritte nunmehr im LoC System stattfinden, welches in der Anschaffung wesentlich preisgünstiger ist. Des Weiteren können in der Kartusche weitere Schritte für das Aufbereiten der extrahierten Körperflüssigkeit aus der Probe realisiert werden, so dass für eine nachfolgende Analyse die aufbereitete Körperflüssigkeit bereitgestellt werden kann.
Gemäß einem weiteren nebengeordneten Patentanspruch wird ein Verfahren zum Extrahieren einer trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus einer Probe beansprucht, mit den Schritten:
- Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe;
- Bereitstellen einer Probe, welche zumindest eine trocken vorgelagerte
Körperflüssigkeit in einem Trägermaterial aufweist;
- Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe in dem Aufnahmebereich; und - Abgeben der aus der Probe extrahierten Körperflüssigkeit in dem Abgabebereich der Vorrichtung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfallen in vorteilhafter Weise des Weiteren die bislang erforderlichen Pipettiersch ritte für die Extraktion der trocken vorgelagerten
Körperflüssigkeit in einer Probe durch die automatisierte Prozessierung im LoC-System, wodurch die Handhabung für das Bedienpersonal wesentlich vereinfacht wird und somit die Kosten für eine Aufbereitung der Probe mittels Extraktion verringert werden können. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe mittels Inkubation in einer Elutionslosung. Dieses Extraktionsverfahren realisiert ein Einweichen des Trägermaterials zusammen mit der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit der Probe, solange bis sich die Analyten vom Trägermaterial gelöst haben. Dabei kann das
Einweichen auch bei erhöhten Temperaturen erfolgen. Für die Elutionslosung kommen die vorstehend beschriebenen wasser-basierten oder organischen Lösungen in Frage.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe mittels einer Pumpfunktion einer Elutionslosung durch die Probe über eine vorbestimmte Zeit. Dabei kann die Extraktion mittels einer Pumpfunktion erfolgen, indem die Elutionslosung für die vorbestimmte Zeit durch die Probe, insbesondere dem Trägermaterial der Probe, hin- und hergepumpt wird. Eine Optimierung der Effizienz des erfindungsgemäßen
Extraktionsverfahrens ist mit einer Steuerung von Temperatur und/oder Druck während des Extrahierens möglich.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe mittels Ultraschall. Hierbei sollte Ultraschall mit einer Frequenz verwendet werden, welche sowohl zur Extraktion der Körperflüssigkeit von dem Trägermaterial führt als auch eine Beschädigung oder Veränderung der Körperflüssigkeit während der Extraktion ausschließt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe mittels
enzymatischen Verdauens des Trägermaterials durch Enzyme. Wenn die Probe ein auflösbares, abbaubares oder enzymatisch-verdaubares Trägermaterial aufweist, dann kann die Extraktion der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit von dem Trägermaterial durch ein spezifisches, enzymatisches Verdauen des Trägermaterials durch Enzyme erfolgen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erklärt. Es zeigt dabei
Fig. 1 : eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe,
Fig. 2: eine schematische perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 , wobei die Probe in einem Aufnahmebereich der Vorrichtung platziert ist,
Figs. 3A bis 3C: eine schematische Ansicht von Extraktionsverfahren zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit aus einer Probe gemäß der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 4: eine schematische Ansicht eines weiteren Extraktionsverfahrens für eine trocken vorgelagerte Körperflüssigkeit in einer Probe gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 5: eine schematische Ansicht eines Bereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welcher für die Aufreinigung einer extrahierten Körperflüssigkeit aus der Probe
vorgesehen ist, und
Fig. 6: eine Kartusche mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt in vereinfachter und schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit (nicht dargestellt) in einer Probe 30. Die Vorrichtung 100 weist ein Lab On Chip-System 10 mit einem Aufnahmebereich 20 auf, welcher zur Aufnahme der Probe 30 mit der
Körperflüssigkeit in trocken vorgelagerter Form in einem Trägermaterial (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Des Weiteren weist das Lab On Chip-System 10 einen Abgabebereich 50 zur Abgabe der extrahierten Körperflüssigkeit aus der Probe 30 auf, welche mit dem Aufnahmebereich 20 über einen mikrofluidischen Kanal (nicht dargestellt) wirkverbunden ist. Die Extraktion der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe 30 erfolgt in dem Aufnahmebereich 20. Im Folgenden wird beispielhaft die Verwendung eines DBS Pellets für die Probe 30 beschrieben. Es sind jedoch für den Einsatz in der vorliegenden Vorrichtung 100 beliebige Arten von Proben verwendbar, welche eine trocken vorgelagerte Körperflüssigkeit enthalten. Zum Extrahieren des Blutes aus dem Pellet 30 wird das Pellet 30 in das LoC- System 10 eingelegt, nämlich in den Aufnahmebereich 20. Das Pellet 30 kann dabei entweder horizontal, schräg oder vertikal in den Aufnahmebereich 20 eingelegt werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Vorrichtung 100 gemäß Fig. 1 , wobei das Pellet 30 in dem Aufnahmebereich 20 der Vorrichtung 100 platziert ist. Nach Platzieren des Pellet 30 in den Aufnahmebereich 20 wird die Blutprobe extrahiert. Die Extraktion kann auf unterschiedliche Arten stattfinden. Anschließend wird die extrahierte Blutprobe an dem Abgabebereich 50 der Vorrichtung 100 an die Umgebung (nicht dargestellt) abgegeben, vorzugsweise mit Hilfe eines Schlauchs (nicht dargestellt). Figs. 3A bis 3C zeigen eine schematische Ansicht von Extraktionsverfahren zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit aus einer Probe gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3A zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren für das Extrahieren einer trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit (nicht dargestellt) aus einer Probe 30. Dabei wird die
Probe 30 mittels Inkubation in einer Elutionslösung vom Trägermaterial 40 der Probe 30 getrennt. Dieses Extraktionsverfahren realisiert ein Einweichen des Trägermaterials 40 zusammen mit der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit der Probe 30, solange bis sich die Analyten vom Trägermaterial 40 gelöst haben. Dabei kann das Einweichen auch bei erhöhten Temperaturen erfolgen. Für die Elutionslösung kommen verschiedene wasserbasierte oder organische Lösungen in Frage. Beispielsweise zählen dazu Alkohole (insbesondere Ethanol, Butonal, Isopropanol, Methanol, etc), Pufferlösungen mit Wasser (zum Beispiel PBS, Tween, HEPES und Sodium Azide), sowie organische Stoffe (zum Beispiel organische Säuren oder Basen etc), proteinhaltige Lösungen (zum Beispiel Milch, BSA, Calcein), anorganische Lösungen (zum Beispiel Säuren und Basen), Detergenzien und Salze.
Fig. 3B zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren für das Extrahieren einer trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit (nicht dargestellt) mittels einer Pumpfunktion. Hierbei wird eine Elutionslösung 60 für eine vorbestimmte Zeit durch eine Probe 30, insbesondere dem Trägermaterial 40 der Probe 30, hin- und hergepumpt. Eine Optimierung der Effizienz des erfindungsgemäßen Extraktionsverfahrens ist mit einer Steuerung von Temperatur und/oder Druck während des Extrahierens möglich.
Fig. 3C zeigt ein drittes erfindungsgemäßes Verfahren für das Extrahieren einer trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit (nicht dargestellt) aus einer Probe 30 mittels Ultraschall. Hierbei sollte Ultraschall mit einer Frequenz verwendet werden, welche sowohl zur Extraktion der Körperflüssigkeit von dem Trägermaterial 40 der Probe 30 führt als auch eine Beschädigung oder Veränderung der Körperflüssigkeit während der Extraktion ausschließt. Es sollten vorzugsweise Frequenzen in einem Bereich von 20 kHz bis 50 MHz verwendet werden. Die Leistungsdichte sollte vorzugsweise weniger als 1 W/cm2 betragen.
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht eines vierten Extraktionsverfahrens für eine trocken vorgelagerte Körperflüssigkeit (nicht dargestellt) in einer Probe 30 gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Blutprobe in der Form eines Pellet 30 wird auf einem enzymatisch- verdaubaren Cellulose-Trägermaterial 40 gelagert. Das Extrahieren der Blutprobe vom Trägermaterial 40 findet durch spezifisches, enzymatisches Verdauen des Trägermaterials 40 durch Enzyme 70 statt. Als Beispiel für solche Enzyme können Proteasen, Proteinasen oder proteolytische Enzyme genannt werden, wie sie für die Spaltung von, zum Beispiel Proteinen oder Peptiden, in biologischen bzw. bio-chemischen Prozessen verwendet werden.
Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Bereichs der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, welcher für eine Aufreinigung einer extrahierten Körperflüssigkeit aus einer Probe 30 vorgesehen ist. Zur Aufreinigung der Blutprobe ist flussabwärts in einem mikrofluiden Kanal 90 eine Filterfunktion 80 angeordnet. Zusätzlich kann auch eine Aufreinigungsfunktion (nicht dargestellt), wie zum Beispiel eine DNA-Aufreinigung, eine Proteinaufreinigung, ein Ionenaustauscher, eine Antikörper-basierende Aufreinigung von Blutkomponenten, etc. in dem mikrofluiden Kanal 90 vorgesehen sein.
Fig. 6 zeigt eine Kartusche 200 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (nicht dargestellt) zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit (nicht dargestellt) in einer Probe 30. Die Kartusche 200 umfasst ein Gehäuse 210, welches einen im
Wesentlichen hohlyzlindrischen Hauptabschnitt aufweist, welcher sich im oberen Bereich der Kartusche 200 befindet. Die Kartusche 200 weist in ihrem Inneren drei Trommeln 220, 221 , 222 auf, welche entlang der Rotationsachse 235 der Kartusche 200 übereinander und kongruent zueinander angeordnet sind. Jede Trommel 220, 221 , 222 weist in ihrem Inneren wiederum mindestens zwei Kammern 230, 231 auf, welche für die Aufnahme von unterschiedlichen Reagentien sowie für einen oder mehrere Analyten (hier den DBS Pellet 30) vorgesehen sind. Während der Extraktion und Aufbereitung des DBS Pellets 30 werden die einzelnen Trommeln 220, 221 , 222 durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft mit Hilfe einer sogenannten .Kugelschreiber-Mechanik' (nicht dargestellt) entlang der Rotationsachse 235 der Kartusche 200 gedreht.
Die linke Seite von Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform für eine Trommel 220, bei welcher der DBS Pellet 30 oder eine andere trocken-vorgelagerte Körperflüssigkeit von oben in die Trommel 220 einführt wird. Die rechte Seite von Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform für eine Trommel 220, bei welcher der DBS Pellet 30 seitlich durch eine Öffnung 240 in die Trommel 220 eingeführt wird. Die vorgesehene erfindungsgemäße Vorrichtung für die Extraktion einer trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit im LoC- System kann sich dabei in einer Kammer 230 von einer der Trommeln 220, 221 , 222 befinden.

Claims

Ansprüche 1 . Vorrichtung (100) zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe, aufweisend
ein Lab On Chip-System (10) mit einem Aufnahmebereich (20), welcher zur
Aufnahme einer Probe (30) mit zumindest einer Körperflüssigkeit in trocken vorgelagerter Form in einem Trägermaterial (40) vorgesehen ist, und mit einem Abgabebereich (50) zur Abgabe der extrahierten Körperflüssigkeit aus der Probe (30),
wobei eine Extraktion der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) in dem Aufnahmebereich (20) erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) mittels Inkubation in einer
Elutionslösung (60) erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) mittels einer Pumpfunktion einer Elutionslösung (60) durch die Probe (30) über eine vorbestimmte Zeit erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) mittels Ultraschall erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) mittels enzymatischen Verdauens des Trägermaterials (40) durch Enzyme (70) erfolgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe (30) horizontal, vertikal oder gegenüber dem Lab On Chip-System (10) geneigt auf dem Aufnahmebereich (20) platziert ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren ein Filter (80) oder eine Aufreinigungsvorrichtung für die aus der Probe (30) extrahierte Körperflüssigkeit vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (40) der Probe (30) aus einem abbaubaren oder auflösbaren Material, aus einem Filtermaterial ist oder aus einem Polymer besteht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (40) der Probe (30) aus Glas als Fasern oder aus Glaskügelchen besteht.
10. Kartusche (200) aufweisend,
eine Vorrichtung (100) zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
ein Gehäuse (210) der Kartusche (200),
eine Trommel (220), welche zumindest eine Kammer (230) aufweist,
wobei die Vorrichtung (100) im Inneren der Trommel (220) angeordnet ist.
1 1. Verfahren zum Extrahieren einer trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus einer Probe, mit den Schritten:
- Bereitstellen einer Vorrichtung (100) zur Extraktion von trocken vorgelagerter Körperflüssigkeit in einer Probe nach einem der Ansprüche 1 bis 9;
- Bereitstellen einer Probe (30), welche zumindest eine trocken vorgelagerte
Körperflüssigkeit in einem Trägermaterial (40) aufweist;
- Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) in dem Aufnahmebereich (20); und
- Abgeben der aus der Probe (30) extrahierten Körperflüssigkeit in dem
Abgabebereich (50) der Vorrichtung (100).
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) mittels Inkubation in einer Elutionslösung erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) mittels einer Pumpfunktion einer Elutionslösung durch die Probe (30) über eine vorbestimmte Zeit erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) mittels Ultraschall erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Extrahieren der trocken vorgelagerten Körperflüssigkeit aus der Probe (30) mittels enzymatischen Verdauens des Trägermaterials (40) durch Enzyme erfolgt.
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