WO2007042208A1 - Device and method for handling a liquid sample using a siphon-structure - Google Patents

Abstract

The invention relates to a device for handling a liquid sample, which comprises a body which comprises a chamber (30) and an outlet channel (32). A detection structure is arranged in the chamber (30) which enables a property of a sample to be detected. The outlet channel (32) is fluidically connected to the chamber (30) and has a siphon-structure, which leads to a defined filling hole of the liquid sample in the chamber (30) in a provided centrifugal force field. Said type of device is particular suitable for carrying out microarray-experiments.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Handhaben einer flüssigen Probe unter Verwendung einer Siphon-Struktur Apparatus and method for handling a liquid sample using a siphon structure

Beschreibungdescription

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Handhaben einer flüssigen Probe unter Verwendung einer zentrifugalen Siphon-Struktur, die geeignet sind, um die Durchführung von Mikroarray- Experimenten zu unterstützen.The present application relates to a method and apparatus for handling a liquid sample using a centrifugal siphon structure suitable for assisting in the performance of microarray experiments.

Ein Mikroarray ist eine parallele Anordnung einer Mehrzahl von unterschiedlichen, aber definierten „Fängerstrukturen", die auch als Reaktionspunkte bezeichnet werden können, in einem miniaturisierten Raster (beispielsweise 500 μm) auf einem zumeist ebenen Substrat. Die Fängerstrukturen können beispielsweise Fängermoleküle (im Englischen „probe molecu- les^ΛV), wie DNA, cDNA, Proteine, Antikörper, biologische Zellen oder ähnliches, sein. Ein „Mikroarray-basierter Test" erlaubt die Detektion der zu den Fängermolekülen komplementären Moleküle. Mikroarray-basierte Tests sind von großem wirtschaftlichem Interesse, beispielsweise bei der Gen-Expressionsanalyse, der SNP-Analytik (SNP = Single Nucleotide Polymorphism) oder für die personalisierte Medizin.A microarray is a parallel arrangement of a plurality of different but defined "capture structures", which may also be referred to as reaction sites, in a miniaturized grid (for example 500 μm) on a mostly flat substrate molecular ^ΛV ), such as DNA, cDNA, proteins, antibodies, biological cells or the like A "microarray-based test" allows the detection of the molecules complementary to the capture molecules. Microarray-based assays are of great commercial interest, for example in gene expression analysis, single nucleotide polymorphism (SNP) analysis, or personalized medicine.

Ein „Mikroarray-basierter Test" besteht aus einer Prozedur mit mehreren Teilschritten. Zunächst wird ein definiertes Mikroarray, also das Substrat mit den immobilisierten Fängermolekülen, in Kontakt mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gebracht, so dass die komplementären Moleküle mit den Fängermolekülen reagieren können. Die Reaktion kann bis zu mehreren Stunden dauern und ist von den charakteris- tischen Zeiten abhängig, die es dauert, bis die komplementären Moleküle zu den Fängermolekülen gelangt sind und dort reagiert haben, beispielsweise eine DNA hybridisiert haben. Durch kontinuierliches „Umrühren" oder eine geeignete Fluidführung können die komplementären Moleküle den Fängermolekülen sehr schnell sehr nahe gebracht werden, so dass die Diffusionslängen stark verkürzt und somit die Zeitdau- ern für die Reaktion, beispielsweise die Hybridisierung, stark reduziert werden können. Nach der Reaktion der Moleküle mit dem Mikroarray erfolgen weitere Prozessschritte, wie beispielsweise das Waschen des Substrats und somit des Mikroarrays, d. h. das Entfernen von ungebundenen Molekülen durch Austausch der zu untersuchenden Flüssigkeit durch einen definierten Puffer, oder das Zuführen von Reagenzien, beispielsweise fluoreszenzmarkierten Nachweisantikörpern, zu dem Mikroarray.A "microarray-based test" consists of a multistep procedure, in which a defined microarray, ie the substrate with the immobilized capture molecules, is brought into contact with the liquid to be examined, so that the complementary molecules can react with the capture molecules Reaction can take up to several hours and depends on the characteristic times it takes for the complementary molecules to reach the catcher molecules and react there, for example to have hybridized DNA. By means of continuous "stirring" or suitable fluid guidance, the complementary molecules can be brought very close to the capture molecules very quickly, so that the diffusion lengths can be greatly shortened and thus the time durations for the reaction, for example the hybridization, can be greatly reduced The molecules with the microarray are further process steps, such as the washing of the substrate and thus the microarray, ie the removal of unbound molecules by exchange of the liquid to be examined by a defined buffer, or supplying reagents, such as fluorescently labeled detection antibodies, to the microarray ,

Gemäß dem Stand der Technik werden Mikroarrays beispielsweise prozessiert, indem die Probe und die relevanten Reagenzien manuell pipettiert werden. Bedingt durch die planare Oberfläche des Substrats, typischerweise von der Form eines Mikroskopie-Objektträgers, ist hier der Verbrauch an Probe und Reagenzien hoch. Außerdem ist das Überströmen der Mikroarray-Reaktionspunkte mit der zu untersuchenden Probe nicht kontrolliert. Aufgrund des nicht durchgängig geschlossenen Substrats kann es sehr schnell zu Eintrocknungseffekten an einzelnen Reaktionspunkten kommen, die das Ergebnis des Experiments negativ beeinflussen.For example, in the prior art, microarrays are processed by manually pipetting the sample and the relevant reagents. Due to the planar surface of the substrate, typically in the form of a microscope slide, the consumption of sample and reagents is high. In addition, the overflow of the microarray reaction points with the sample to be examined is not controlled. Due to the non-continuous closed substrate it can very quickly lead to Eindrocknungseffekten at individual reaction points, which adversely affect the outcome of the experiment.

Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, Mikroarrays in einer geschlossenen fluidischen Struktur zu prozessieren. Hierbei gibt es technische Lösungen beispielsweise durch eine gezielte Durchmischung der Probe in Reaktionskammern unter Ausnutzung von akustischen Oberflächenwellen. Derartige Techniken wurden beispielsweise von der Firma Advalytix AG (www.advalytix.de) offenbart.From the prior art, it is also known to process microarrays in a closed fluidic structure. Here, there are technical solutions, for example, by a targeted mixing of the sample in reaction chambers using surface acoustic waves. Such techniques have been disclosed, for example, by Advalytix AG (www.advalytix.de).

Eine alternative Technik bestand darin, eine gezielte Durchmischung der Probe in Reaktionskammern durch eine gekoppelte Rotationsbewegung um zwei Achsen durchzuführen. Eine solche Technik ist bei M.A. Bynum u.a., „Hybridization Enhancement using Microfluidic Planetary Centrifugal Mi- xing", Analytical Chemistry, Bd. 76, Nr. 23, 1. DezemberAn alternative technique was to perform a targeted mixing of the sample in reaction chambers by a coupled rotational movement about two axes. One such technique is in MA Bynum et al., "Hybridization Enhancement using Microfluidic Planetary Centrifugal Mixturing ", Analytical Chemistry, Vol. 76, No. 23, 1 December

2004, Seiten 7.039 - 7.044, beschrieben. Gemäß dieser Technik werden Proben auf Dichtungsobjektträger aufgebracht und mit einem Mikroarray abgedeckt, um eine Kammer zu bilden. Die Kammer wird dann in eine planetarische Zentrifuge eingesetzt. Die Zentrifuge dreht die Kammer um eine außerhalb der Kammer liegende Rotationsachse mit einer Drehgeschwindigkeit von 1.200 Umdrehungen pro Minute. Darüber hinaus wird die Kammer noch mit einer Rate von 10 Umdrehungen pro Minute um ihre eigene Achse gedreht.2004, pages 7,039 - 7,044. According to this technique, samples are applied to seal slides and covered with a microarray to form a chamber. The chamber is then inserted into a planetary centrifuge. The centrifuge rotates the chamber about an axis of rotation external to the chamber at a rotational speed of 1,200 revolutions per minute. In addition, the chamber is still rotated at a rate of 10 revolutions per minute about its own axis.

M. Grumann u. a., „Batch-Mode mixing on Centrifugal Microfluidic Platforms", Lab Chip, 2005, 5, Seiten 560 - 565, offenbaren ein Mischen von Flüssigkeiten in einer Mischkammer, in dem die Mischkammer einer Rotation mit sich periodisch änderndem Drehsinn unterworfen wird.M. Grumann u. a., "Batch-Mode Mixing on Centrifugal Microfluidic Platforms", Lab Chip, 2005, 5, pages 560-565, discloses mixing liquids in a mixing chamber in which the mixing chamber is subjected to rotation with a periodically changing sense of rotation.

Johan Vanderhoeven et al., „DNA Microarray Enhancement Using a Continuously and Discontinuously Rotating Micro- chamber", Analytical Chemistry, Vol. 77, No. 14, 15. JuliJohan Vanderhoeven et al., "DNA Microarray Enhancement Using a Continuously and Discontinuously Rotating Microcave", Analytical Chemistry, Vol. 77, No. 14, Jul. 15

2005, S. 4474 bis 4480, beschreiben eine DNA-Mikroarray- Hybridisierung, bei der ein Satz von rotierenden, kreisförmigen Kammern, die den Mikroarraybereich abdecken, mit einer Tiefe von 1,6 bis 70 μm auf dasselbe aufgesetzt wird. Ein Substrat, in dem die Kammern gebildet sind, wird in Rotation versetzt, während das Mikroarray stationär gehalten wird.2005, pp. 4474 to 4480, describe a DNA microarray hybridization in which a set of rotating circular chambers covering the microarray region are placed on the same with a depth of 1.6 to 70 μm. A substrate in which the chambers are formed is rotated while the microarray is held stationary.

Nachteilig am bekannten Stand der Technik zum Prozessieren von Mikroarrays sind die notwendigerweise aktiven und komplexen Systeme zur Anregung und Steuerung, um eine gezielte Durchmischung der Probe in Reaktionskammern zu erreichen.Disadvantages of the known state of the art for processing microarrays are the necessarily active and complex systems for excitation and control in order to achieve targeted mixing of the sample into reaction chambers.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung und ein System zum Handhaben einer flüssigen Probe zu schaffen, die es ermöglichen, dass ein Austrocknen der Erfassungsstruktur insbesondere während der typischerweise auf der Stundenskala durchge-The object underlying the present invention is to provide a device and a system for handling a liquid sample, which make it possible to drying out of the detection structure, in particular during the typically on the hourly scale carried out

^{" "} führten Reaktion mit der Probe vermieden wird, selbst dann, wenn nacheinander unterschiedliche Flüssigkeiten zu einer ^"" led reaction is avoided with the sample, even if successively different liquids to one

5 Erfassungsstruktur zugeführt werden sollen.5 detection structure to be supplied.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Handhaben einer flüssigen Probe, mit folgenden Merkmalen:The present invention provides an apparatus for handling a liquid sample, having the following features:

0 einem Körper, der eine Kammer und einen Auslasskanal aufweist,0 a body having a chamber and an outlet channel,

wobei in der Kammer eine Erfassungsstruktur angeordnet ist, die eine Erfassung einer Eigenschaft der Probe ermöglicht, 5 undwherein in the chamber, a detection structure is arranged, which allows detection of a property of the sample, 5 and

wobei der Auslasskanal mit der Kammer fluidisch verbunden ist und nach dem Siphon-Prinzip den Füllstand in der Kammer einstellt. 0wherein the outlet channel is fluidically connected to the chamber and adjusts the level in the chamber according to the siphon principle. 0

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Handhaben einer flüssigen Probe, mit folgenden Schritten:The present invention further provides a method of handling a liquid sample, comprising the steps of:

Einbringen der flüssigen Probe in eine Kammer, in der eine 5 Erfassungsstruktur, die eine Erfassung einer Eigenschaft der Probe ermöglicht, angeordnet ist, wobei ein Auslasskanal, der eine Siphon-Struktur aufweist, mit der Kammer fluidisch verbunden ist; undIntroducing the liquid sample into a chamber in which a sensing structure enabling detection of a property of the sample is disposed, wherein an outlet channel having a siphon structure is fluidly connected to the chamber; and

0 Rotieren der Kammer und des Auslasskanals, um ein zentrifugales Kraftfeld zu erzeugen, das durch eine Siphon-Struktur eine definierte Füllhöhe der Probe in der Kammer zur Folge hat.0 Rotate the chamber and the outlet channel to create a centrifugal force field, which results in a defined filling level of the sample in the chamber by a siphon structure.

5 Unter einer Siphon-Struktur ist im Allgemeinen eine dem Schwerefeld, im Fall der vorliegenden Erfindung dem Zentrifugalfeld, ausgesetzte Struktur zu verstehen, welche ein Reservoir und einen Verbindungskanal umfasst, dessen eines Ende an das Reservoir angeschlossen ist und dessen anderes Ende einen Auslass aufweist. Das System ist mit einer Flüssigkeit zumindest partiell gefüllt.A siphon structure generally refers to a structure exposed to the gravitational field, in the case of the present invention the centrifugal field, comprising a reservoir and a connecting channel, one of which End is connected to the reservoir and the other end has an outlet. The system is at least partially filled with a liquid.

Nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren strebt das System nun einen hydrostatischen Gleichgewichtszustand an, bei welchem alle Menisken die gleiche Position in Richtung des Kraftfeldes einnehmen. Ist der Auslasskanal so ausgebildet, dass er sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren vollständig mit Flüssigkeit befüllt, fließt, wenn die Position des Auslasses unter dem Flüssigkeitspegel im hydrostatischen Gleichgewicht liegt, solange Flüssigkeit aus dem Auslass, bis der Flüssigkeitspegel im Reservoir auf der Höhe des Auslasses liegt. In der Sanitärtechnik wirkt die durchgehende Flüssigkeitssäule des Verbindungskanals als Geruchsstopp, welcher auch durch das Nachspülen geruchsdicht bleibt.According to the principle of communicating tubes, the system now aims for a hydrostatic equilibrium state, in which all menisci take the same position in the direction of the force field. If the outlet channel is designed to be completely filled with liquid according to the principle of communicating tubes, if the position of the outlet is below the liquid level in hydrostatic equilibrium, liquid flows out of the outlet until the liquid level in the reservoir is at the level of the liquid Outlet is located. In sanitary engineering, the continuous liquid column of the connecting channel acts as an odor stop, which remains odor-proof even after rinsing.

Sobald der Verbindungskanal vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, kann der Flüssigkeitspegel auch unabhängig vom Verlauf dieses Verbindungskanals allein durch die Höhe seines Auslasses eingestellt werden. Durch Absenken des Auslasses unterhalb des Reservoirbodens wird das Reservoir solange entleert, wie die kontinuierliche Flüssigkeitssäule nicht unterbrochen wird. Befindet sich der Anschluss des Verbindungskanals beispielsweise am Boden des Reservoirs, so wird das Reservoir vollständig entleert.Once the connection channel is completely filled with liquid, the liquid level can also be adjusted independently of the course of this connection channel only by the height of its outlet. By lowering the outlet below the reservoir bottom, the reservoir is emptied as long as the continuous column of liquid is not interrupted. For example, if the connection of the connection channel is at the bottom of the reservoir, the reservoir is completely emptied.

Die vollständige Befüllung des Siphons kann entweder nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren durch Zuschütten in das Reservoir erfolgen, bis der gemeinsame Flüssigkeitspegel im hydrostatischen Gleichgewichtszustand oberhalb des höchsten Punktes des Verbindungskanals liegt, und/oder durch die kapillar getriebene Befüllung des Kanals.The complete filling of the siphon can be done either by the principle of communicating tubes by pouring into the reservoir until the common liquid level is in the hydrostatic equilibrium state above the highest point of the connecting channel, and / or by the capillary driven filling of the channel.

Als Siphon-Effekt soll hier allgemein die Regelung des Füllstandes in einem Reservoir durch den Verlauf und die Position des Verbindungskanals nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren aufgefasst werden.As a siphon effect should generally control the level in a reservoir through the course and the Position of the connecting channel can be understood on the principle of communicating tubes.

Durch das Versehen des Auslasskanals mit einer zentrifuga- len Siphon-Struktur ist es erfindungsgemäß möglich, sicherzustellen, dass die Erfassungsstruktur nicht austrocknet, d.h. stets mit Flüssigkeit bedeckt ist, selbst wenn nacheinander unterschiedliche Flüssigkeiten in die Fluidkammer eingebracht werden. So ist es beispielsweise bei der Durch- führung von Mikroarray-Experimenten erforderlich, nacheinander unterschiedliche Flüssigkeiten an dem Mikroarray vorbeizuführen, was durch den erfindungsgemäßen Lösungsansatz vorteilhaft möglich ist, ohne Gefahr zu laufen, dass das Mikroarray austrocknet.By providing the outlet channel with a centrifugal siphon structure, it is possible according to the invention to ensure that the detection structure does not dry out, i. is always covered with liquid, even if successively different liquids are introduced into the fluid chamber. For example, when microarray experiments are carried out, it is necessary to successively pass different liquids past the microarray, which is advantageously possible by the inventive approach, without running the risk of the microarray drying out.

Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren ferner einen Schritt des Rotierens der Kammer mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor, der ein mehrfaches Beschleunigen und ein mehrfaches Abbremsen aufweist, um durch hydrodynamische Inertialeffekte Konvek- tionsströme der Probe in der Kammer zu erzeugen, um die Probe an der Erfassungsstruktur vorbeizuführen, aufweisen. Optional können auch noch Phasen mit zeitlich konstantem oder verschwindendem Drehvektor eingefügt werden.In embodiments of the present invention, the method may further include a step of rotating the chamber with a time varying rotary vector having multiple accelerations and multiple decelerations to produce convective currents of the sample in the chamber by hydrodynamic inertial effects around the sample passing the collection structure. Optionally, phases with a temporally constant or vanishing rotation vector can also be inserted.

Entsprechend kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Antriebseinrichtung, die konfiguriert ist, um die Kammer einer Rotation zu unterwerfen, und eine Steuereinrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um die Antriebseinrichtung zu steuern, um die Kammer mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor zu rotieren, der ein mehrfaches Beschleunigen und ein mehrfaches Abbremsen aufweist, um durch hydrodynamische Inertialkräfte Konvektionsströme einer in der Kammer befindlichen Probe zu erzeugen, um die Probe an der Erfas- sungsstruktur vorbei zu führen. Solche Ausführungsbeispiele basieren auf der Erkenntnis, dass durch eine Rotation mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor erzeugte Konvektionsströme vorteilhaft ausgenutzt werden können, um einen großen Anteil einer in einer Probenkammer angeordneten Probe an einer Erfassungsstruktur vorbei zu führen, bzw. um die Teile einer Probe, der die Erfassungsstruktur ausgesetzt ist, auf einfache und schnelle Weise zu ändern.Accordingly, the apparatus of the present invention may include drive means configured to subject the chamber to rotation and control means configured to control the drive means to rotate the chamber with a time-varying rotational vector which causes multiple accelerations and having multiple decelerations to generate, by hydrodynamic inertial forces, convection currents of a sample in the chamber to pass the sample past the detection structure. Such embodiments are based on the recognition that convection currents generated by rotation with a temporally variable rotation vector can be advantageously exploited to a large proportion of a sample arranged in a sample chamber to lead past a detection structure, or to change the parts of a sample which is exposed to the detection structure in a simple and fast manner.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Erfassungsstruktur durch ein Mikroarray, d. h. eine parallele Anordnung einer Mehrzahl von unterschiedlichen, aber definierten Fängerstrukturen bzw. Fängermolekülen, die auf einem Träger immobilisiert sind, gebildet.In preferred embodiments of the invention, the detection structure is defined by a microarray, i. H. a parallel arrangement of a plurality of different, but defined capture structures or capture molecules, which are immobilized on a carrier formed.

Diesbezüglich eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere zur Prozessierung von Mikroarrays, wobei ein Austrocknen des Mikroarrays verhindert werden kann und bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ein quasi instantanes aktives Hinführen von Probe und Reagenzien an die Reaktan- den in den Mikroarray-Punkten durch das Rotieren der Kammer mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor, was als Schüttelmodus bezeichnet werden kann, stattfindet. Ferner erfolgt, getrieben durch das Zentrifugalfeld und ggf. Kapillarkräfte, ein schnelles Entfernen nichtgebundener Reaktionspartner von den Mikroarray-Punkten, d.h. den einzelnen Fängerstrukturen bzw. Fängermolekülen.In this regard, the present invention is particularly useful for processing microarrays, wherein drying out of the microarray can be prevented, and in preferred embodiments, a quasi-instantaneous active delivery of sample and reagents to the reactants in the microarray points by rotating the chamber with one time-varying rotary vector, which may be referred to as a shake mode, takes place. Further, driven by the centrifugal field and possibly capillary forces, rapid removal of unbound reactants from the microarray points, i. the individual catcher structures or catcher molecules.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bilden ein Mikroarray-Körper und ein Deckel gemeinsam eine geschlossene Reaktionskammer. Durch alternierende Drehbewegungen der Reaktionskammer kann eine Konvektion in der Kammer herbeigeführt wird, welche die Kopplung (zwischen Probe und Mikroarray) in einem Mikroar- ray-Experiment beschleunigt. Somit kann aufgrund einer erzwungenen Konvektion einer in einer Reaktionskammer angeordneten Probe die Zeit beispielsweise für eine Hybridisierung reduziert werden.In preferred embodiments of the present invention, a microarray body and a lid together form a closed reaction chamber. By alternating rotational movements of the reaction chamber convection in the chamber can be brought about, which accelerates the coupling (between sample and microarray) in a microarray experiment. Thus, due to forced convection of a sample placed in a reaction chamber, for example, the time for hybridization can be reduced.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Reaktionskammer vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Kammer in einem Körper gebildet sein, wobei der Körper ein Substrat und einen Deckelchip aufweist. Ein oder mehrere derartige Körper können in einen Rotor eingesetzt wer- den, der über einen Drehmotor in Rotation versetzbar ist. Die Erfassungsstruktur, beispielsweise das Mikroarray, kann auf dem Substrat immobilisiert sein, während im Deckelchip eine Kanalstruktur, die zumindest die Reaktionskammer und den Auslasskanal aufweist, strukturiert ist. Alternativ kann die Erfassungsstruktur an dem Teil des Körpers, beispielsweise dem Deckel, immobilisiert sein, in dem die Kanalstrukturen gebildet sind, während der Deckel ein planares Bauglied sein kann. Die Kanalstruktur kann einen oder mehrere Einlassbereiche, eine oder mehrere Probenkam- mern, beispielsweise Reaktionskammern, und einen oder mehrere Auslassbereiche aufweisen.In preferred embodiments, the reaction chamber may be completely filled with liquid. In embodiments of the present invention, the chamber may be formed in a body, the body having a substrate and a lid chip. One or more such bodies can be used in a rotor, which can be set in rotation by means of a rotary motor. The detection structure, for example the microarray, can be immobilized on the substrate, while in the cover chip a channel structure having at least the reaction chamber and the outlet channel is structured. Alternatively, the sensing structure may be immobilized on the part of the body, such as the lid, in which the channel structures are formed, while the lid may be a planar member. The channel structure may include one or more inlet regions, one or more sample chambers, such as reaction chambers, and one or more outlet regions.

Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Körper selbst als Rotationskörper, beispielsweise eine Scheibe, ausgebildet sein, der um eine Rotationsachse drehbar ist. Ein solcher Rotationskörper kann ebenfalls aus Substrat und Deckelchip gebildet sein und eine zur Implementierung der vorliegenden Erfindung erforderliche Kanalstruktur oder zur Parallelisierung eine Mehrzahl entspre- chender Kanalstrukturen, die sternförmig auf der Scheibe angeordnet sind, aufweisen.In embodiments of the present invention, the body itself may be formed as a body of revolution, for example a disk, which is rotatable about an axis of rotation. Such a rotary body can likewise be formed from substrate and cover chip and have a channel structure required for implementing the present invention or, for parallelization, a plurality of corresponding channel structures which are arranged in a star shape on the pane.

Bei alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Erfassungsstruktur eine Sensorstruktur aufweisen, die ein oder mehrere Sensorbereiche umfasst, die auf eine im Bereich derselben befindliche Probe ansprechen, um Rückschlüsse auf Eigenschaften bzw. Bestandteile der Proben zu ermöglichen. Beispiele für solche Sensorstrukturen sind Sauerstoff-Sensoren, Cθ₂~Sensoren oder Biosensoren, die Biomoleküle verwenden, um Eigenschaften einer Probe nachzuweisen. Die Kanalstrukturen sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass das Zusammenspiel aus Zentrifugalkraft und Kapillar- - - kraft mit synchronisierter Probenzugabe und Reagenzienzuga-- be beispielsweise eine vollständige Prozessierung eines Mikroarray-Experiments ermöglicht. Dabei erzeugt die Siphon-Struktur im zentrifugalen Kraftfeld einen durch den Zeitverlauf der Drehfrequenz und die zu bestimmten Zeitpunkten zugegebenen Flüssigkeitsvolumina definierten Verlauf der Füllhöhe, worüber sich die Reaktionsbedingungen in der Reaktionskämmer präzise kontrollieren lassen. Insbesondere kann bei der Durchführung eines Mikroarray-Experiments die Siphon-Struktur bewirken, dass der Reaktionsraum stets zumindest so weit mit Flüssigkeit gefüllt ist, dass das Mikroarray von dieser bedeckt ist, wenn nacheinander die Probe, eine Waschflüssigkeit und Reagenzien in den Reaktionsraum zugeführt werden. Somit kann das Mikroarray unter durchgängig kontrollierbaren fluidischen Bedingungen prozessiert werden, da im zentrifugalen Kraftfeld der Siphon- Kanal die Füllhöhe in der Reaktionskammer festlegt.In alternative embodiments of the invention, the detection structure may comprise a sensor structure comprising one or more sensor regions responsive to a sample located in the region thereof to enable conclusions to be drawn about properties of the samples. Examples of such sensor structures are oxygen sensors, CO ₂ sensors or biosensors that use biomolecules to detect properties of a sample. The channel structures are preferably designed such that the interaction of centrifugal force and capillary force with synchronized sample addition and reagent addition makes it possible, for example, to fully process a microarray experiment. In the centrifugal force field, the siphon structure generates a course of the filling level defined by the time curve of the rotational frequency and the liquid volumes added at specific times, which allows precise control of the reaction conditions in the reaction chamber. In particular, when carrying out a microarray experiment, the siphon structure can cause the reaction space to always be filled with liquid at least so far that the microarray is covered by the latter when the sample, a washing liquid and reagents are fed successively into the reaction space. Thus, the microarray can be processed under continuously controllable fluidic conditions, since in the centrifugal force field of the siphon channel determines the filling level in the reaction chamber.

Das Siphonprinzip ergibt auch, dass das bei einem schon vollständig gefüllten Siphonkanal neu eingeführte Volumen dem verdrängten Volumen entspricht. Um einen vollständigen Flüssigkeitsaustausch in der Kammer zu gewährleisten, muss das neu eingeführte Volumen damit mindestens dem Kammervo- lumen entsprechen. Unter laminaren Verhältnissen, welche in den sehr flachen Kammern (bei typischen Aspektverhältnissen weit unter 1:10) typische sind und gerade Durchmischungsprobleme verursachen, kann die Volumenverdrängung hydrody- namisch so ausgestaltet werden, dass das neu eingeführte nicht mit ausgespült wird. Im Idealfall findet in der Kammer 46 also ein vollständiger Volumenaustausch statt. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung befindet sich der Einlass in die Siphon-Struktur des Auslasskanals in einem radial äußeren Bereich der Kammer, damit die zugeführten Flüssigkeiten zunächst in der Kammer verbleiben und nur das Volumen, das sich bereits in der Kammer befunden hat, aus der Kammer verdrängt wird. Das Verfahren kann bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ein aufeinanderfolgendes Einbringen unterschiedlicher Flüssigkeiten in die Kammer aufweisen. Erfindungsgemäß können eine oder mehrere Flüssigkeiten auf unterschiedliche Arten der Kammer zugeführt werden, z.B. zentrifugal oder durch Pipetier- oder Pumpsysteme. Ferner kann erfindungsgemäß statt einer zentrifugalen Vorbefüllung der Siphon-Struktur auch eine rein kapillare Vorbefüllung der Siphon-Struktur erfolgen.The siphon principle also shows that the newly introduced volume in an already completely filled siphon channel corresponds to the displaced volume. In order to ensure a complete exchange of liquid in the chamber, the newly introduced volume must therefore at least correspond to the chamber volume. Under laminar conditions, which are typical in the very shallow chambers (at typical aspect ratios well below 1:10) and cause straight mixing problems, the volume displacement can be hydrodynamically designed so that the newly introduced is not flushed out with. Ideally, a complete volume exchange takes place in the chamber 46. In embodiments of the invention, the inlet is in the siphon structure of the outlet channel in a radially outer region of the chamber, so that the supplied fluids initially remain in the chamber and displaces only the volume that has already been in the chamber, out of the chamber becomes. The method may include sequential introduction of different liquids into the chamber in embodiments of the invention. According to the invention, one or more liquids can be supplied to the chamber in different ways, eg centrifugally or by pipetting or pumping systems. Furthermore, according to the invention, instead of a centrifugal pre-filling of the siphon structure, a purely capillary pre-filling of the siphon structure can also take place.

Die vorliegende Erfindung besteht gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen somit in einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Prozessieren von Mikroarrays auf einem planaren Substrat, wobei die Erfindung die Integration der im Folgenden beispielhaft beschriebenen, typischen Schritte eines mikroarray-basierten Experiments ermöglicht. Diese Schritte umfassen die Probenzugabe in eine Reaktionskammer und das Blockieren derselben, das gegebenenfalls mehrfache Waschen der Reaktionskammer und damit des Mikroarrays, den Nachweis, d. h. das Färben, des Mikroarrays und ein folgendes, wiederum gegebenenfalls mehrfaches Waschen des Mikroarrays. Auch das Auslesen des Mikroarrays, das auf jede beliebige herkömmliche Weise erfolgen kann, könnte integriert werden.Thus, in accordance with preferred embodiments, the present invention is an apparatus and method for processing microarrays on a planar substrate, which invention enables the integration of the typical microarray-based experiment typical steps described below. These steps include adding the sample to a reaction chamber and blocking it, optionally washing the reaction chamber several times, and thus the microarray, to detect, i. H. the dyeing, the microarray and a following, again optionally multiple washing of the microarray. Also reading the microarray, which can be done in any conventional manner, could be integrated.

Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine nahezu vollständige Integration aller notwendigen Schritte zum Prozessieren eines mikroarray-basierten Experiments, wobei die Reduktion der manuellen Arbeitsschritte dabei hilft, die Reproduzierbarkeit von mikroarray-basierten Experimenten zu erhöhen. Der Körper, in dem die fluidischen Strukturen gebildet sind, der vorzugsweise aus einem Substrat und einem Deckel besteht, lässt sich einfach und kostengünstig herstellen und kann deshalb als Einwegartikel eingesetzt werden.Thus, the present invention allows for nearly complete integration of all necessary steps to process a microarray-based experiment, with the reduction in manual operations helping to increase the reproducibility of microarray-based experiments. The body in which the fluidic structures are formed, which preferably consists of a substrate and a lid, can be produced simply and inexpensively and can therefore be used as a disposable item.

Bei einem Pilot-Experiment hatte die Reaktionskammer ein Volumen von ca. 50 μL, wobei das Gesamtvolumen bestehend aus Probe, Reagenzien und Puffern bei dem durchgeführtenIn a pilot experiment, the reaction chamber had a volume of about 50 μL, the total volume consisting from sample, reagents and buffers performed in the

Experiment bei lediglich 500 μL lag. Dies stellt generell eine erhebliche Reduktion- des Verbrauchs- der zum Tei-1 sehr teueren Flüssigkeiten dar. Bedingt durch die optimierten hydrodynamischen Bedingungen, die durch die Anwendung derExperiment at only 500 μL. This generally represents a considerable reduction in the consumption of the Tei-1 very expensive fluids. Due to the optimized hydrodynamic conditions, the by the application of the

Rotation mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor erreicht werden kann und die alternativ oder unterstützend durch eine mäanderförmige Reaktionskammer erreicht werden können, ließ sich bei dem Pilot-Experiment die Prozesszeit auf 45 Minuten senken. Dabei entfällt der weitaus größte Teil dieser Zeit auf die Reaktion / Inkubation zwischen der anfänglich eingebrachten Probe mit der Erfassungsstruktur, während ein Waschschritte in weniger als einer Minute beendet ist. Generell ist eine weitere, drastische Be- schleunigung der Prozesszeit sowie eine erhebliche Reduktion der Flüssigkeitsvolumina denkbar.Rotation can be achieved with a time-varying rotary vector and can be achieved alternatively or supportive by a meandering reaction chamber, the process time could be reduced to 45 minutes in the pilot experiment. By far the largest part of this time is spent on the reaction / incubation between the initially introduced sample and the detection structure, while a washing step is completed in less than a minute. In general, a further drastic acceleration of the process time and a considerable reduction of the liquid volumes are conceivable.

Die erfindungsgemäß verwendbare geschlossene Reaktionskammer ermöglicht im Vergleich zu einem nicht gedeckelten Substrat, dass das mikroarray-basierte Experiment permanent in einer kontrollierten Umgebung abläuft, was insbesondere verhindert, dass die Mikroarray-Spots austrocknen können. Insbesondere ermöglicht das optionale „Umrühren" in dem Reaktionsraum durch das Rotieren mit einem zeitlich verän- derlichen Drehvektor eine verkürzte Prozessdauer, während die fluidische „Siphon-Struktur" eine kontrollierte Umgebung liefert.The closed reaction chamber useful in the present invention allows the microarray-based experiment to run permanently in a controlled environment compared to a non-capped substrate, which in particular prevents the microarray spots from drying out. In particular, the optional "stirring" in the reaction space by rotating with a temporally variable rotation vector allows a shorter process time, while the fluidic "siphon structure" provides a controlled environment.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 und Fig. 2 schematisch eine Draufsicht und eineFig. 1 and Fig. 2 schematically shows a plan view and a

Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels ei- ner erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Fig. 2 schematisch eine Querschnittansicht entlang derCross-sectional view of an embodiment of a device according to the invention, wherein FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view along the

Linie X-X von Fig. 1 darstellt. Fig. 3 bis 5 schematische Ausführungsbeispiele von Kanalstrukturen von Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -Line XX of Fig. 1 represents. 3 to 5 are schematic embodiments of channel structures of embodiments of a device according to the invention; -

Fig. 6a und 6b schematische Querschnittansichten zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;6a and 6b are schematic cross-sectional views for illustrating an embodiment of the method according to the invention;

Fig. 7 die Ergebnisse eines unter Verwendung der Erfin- düng durchgeführten Experiments;Fig. 7 shows the results of an experiment conducted using the invention;

Fig. 8 Beispiele für zeitlich veränderliche Drehvektoren, die erfindungsgemäß verwendet werden können;8 shows examples of temporally variable rotation vectors that can be used according to the invention;

Fig. 9 ein beispielhaftes Frequenzprotokoll zur Durchführung eines Mikroarray-Experiments und der dabei auftretenden Füllstandshöhe in der Kammer.9 shows an exemplary frequency protocol for carrying out a microarray experiment and the resulting fill level in the chamber.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun zunächst anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.An embodiment of the device according to the invention will now be explained first with reference to FIGS. 1 and 2.

Die Vorrichtung umfasst einen Rotor 10, der mit einer Welle 12 verbunden ist, die durch einen Drehmotor 14 antreibbar ist. Der Rotor 10 kann auf beliebige Weise beispielsweise auf einem Stufenabschnitt der Welle 12 angebracht sein. Der Drehmotor 14 ist mit einer Steuerung 16 versehen, die ausgelegt ist, um den Rotor auf die erforderliche Weise in Rotation zu versetzen.The device comprises a rotor 10 which is connected to a shaft 12 which is drivable by a rotary motor 14. The rotor 10 may be mounted in any manner, for example on a step portion of the shaft 12. The rotary motor 14 is provided with a controller 16 which is designed to set the rotor in the required manner in rotation.

Der Rotor umfasst vier Aufnahmebereiche 20 zum Aufnehmen von erfindungsgemäßen Fluidstrukturen enthaltenden Module 22. Die Module bestehen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Substrat 24 und einem Deckel 26, wobei Fluidstrukturen in dem Substrat 24 gebildet sind. Die Fluidstrukturen umfassen, wie nachfolgend Bezug nehmend auf Fig. 3 näher erläutert wird, eine Reaktionskämmer 30, einen Auslasskanal 32 mit einer zentrifugalen Siphon-Struktur 32, einen Abfallreservoirbereich 34 sowie zwei Einlasskanäle 36 und 38. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Fluidstrukturen in dem Substrat 24 strukturiert. Alternativ könnten die Fluidstrukturen auch in dem- Deckel oder inDeckel und Substrat strukturiert sein. Durch die Kombinati- on von Substrat und Deckel entsteht eine Anordnung, die einen Reaktionsraum und Kanalsysteme für die Zu- und Abfuhr von Proben bzw. Analyten, Reagenzien und/oder Waschflüssigkeiten zu der Reaktionskammer enthält.The rotor comprises four receiving regions 20 for accommodating modules 22 containing fluid structures according to the invention. In the exemplary embodiment shown, the modules consist of a substrate 24 and a cover 26, wherein fluid structures are formed in the substrate 24. The fluid structures comprise, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 3, a reaction chamber 30, an outlet channel 32 with a centrifugal siphon structure 32, a waste reservoir area 34 and two inlet channels 36 and 38. In the embodiment shown, the fluid structures in the substrate 24 are patterned. Alternatively, the fluid structures could also be patterned in the lid or lid and substrate. The combination of substrate and lid produces an arrangement which contains a reaction space and channel systems for the supply and removal of samples or analytes, reagents and / or washing liquids to the reaction chamber.

Durch die Steuereinrichtung 16 wird der Drehmotor 14 derart gesteuert, dass der Rotor, und somit die Module 22, mit einer Rotation beaufschlagt werden, um die erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen.By the control device 16, the rotary motor 14 is controlled such that the rotor, and thus the modules 22, are subjected to a rotation in order to carry out the method according to the invention.

Beispielhafte Kanalstrukturen werden nun Bezug nehmend auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die fluidischen Strukturen bzw. Kanalstrukturen dabei gebildet, indem ein planares Substrat verwendet ist, auf dem das Mikroarray immobilisiert ist, während ein Deckelchip strukturiert ist, um die fluidischen Strukturen zu realisieren.Exemplary channel structures will now be described with reference to FIGS. 3 and 4. In preferred embodiments, the fluidic structures or channel structures are formed using a planar substrate on which the microarray is immobilized while a lid chip is patterned to realize the fluidic structures.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel umfassen die Flui- dikstrukturen einen Einlassbereich 40 für eine Probe bzw. einen Analyt und einen Einlassbereich 42 für Reagenzien. Der Einlassbereich 40 ist über einen Einlasskanal 44 mit einer Reaktionskammer 46 verbunden, während der Einlassbereich 42 über einen Einlasskanal 48 mit der Reaktionskämmer 46 verbunden ist. Die Einlasskanäle 44 und 48 sind bezüg- lieh eines zentrifugalen Kraftsystems (siehe Pfeil F_v in Fig. 3) radial innen an die Reaktionskämmer 46 angeschlossen. Radial außen ist an die Reaktionskämmer ein Auslasskanal 50 angeschlossen, der eine derartige Siphon-Struktur 52 aufweist, die zunächst aus einem radial nach außen verlau- fenden Kanalabschnitt 52a, dann einem radial nach innen verlaufenden Kanalabschnitt 52b und dann wiederum aus einem radial nach außen verlaufenden Kanalabschnitt 52c gebildet ist. Die radiale Position des Auslasses der Kanalstruktur liegt unterhalb des Bodens der Reaktionskämmer 46, also Δr < 0. Eine Entlüftung 54 ist für die Siphon-Struktur vorge- sehen-.- Die- Entlüftung - 54 kann -gegebenenfalls komplett -oder_ abschnittsweise hydrophobisiert werden. Der Auslasskanal 50 mündet in ein Abfallreservoir 56. Die Entlüftung 54 ist im Abfallreservoir 56 vorgesehen. Am Ende des Auslasskanals 50 kann optional ein hydrophobisierter Abschnitt 57 vorgesehen sein.In the example shown in FIG. 3, the fluidic structures comprise an inlet region 40 for a sample or an analyte and an inlet region 42 for reagents. The inlet region 40 is connected to a reaction chamber 46 via an inlet channel 44, while the inlet region 42 is connected to the reaction chamber 46 via an inlet channel 48. The inlet channels 44 and 48 are connected radially inwardly to the reaction chambers 46 with respect to a centrifugal force system (see arrow F _v in FIG. 3). Radially outward, an outlet channel 50 is connected to the reaction chambers, which has such a siphon structure 52, which initially consists of a radially outwardly extending channel section 52a, then a radially inwardly extending channel section 52b and then again extending radially outward Channel section 52c is formed. The radial position of the outlet of the channel structure lies below the bottom of the reaction chambers 46, that is to say Δr <0. A vent 54 is provided for the siphon structure. If desired, the vent 54 can be rendered completely hydrophobic or partially hydrophobic. The outlet channel 50 opens into a waste reservoir 56. The vent 54 is provided in the waste reservoir 56. Optionally, a hydrophobized section 57 may be provided at the end of the outlet channel 50.

Die Siphon-Struktur 52 ist ausgelegt, um bei einem gegebenen zentrifugalen Kraftfeld, das durch die Rotationsgeschwindigkeit, die die Zentrifugalkraft F_v zur Folge hat, die Abmessungen der fluidischen Strukturen sowie die verwendeten Flüssigkeiten festgelegt ist, bei der anfänglichen Befüllung mit der Probe einen definierten Flüssigkeitspegel in der Reaktionskammer 46 zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Struktur derart ausgelegt, dass die Reaktionskämmer 46 in dieser Phase stets vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist.The siphon structure 52 is designed to define at a given centrifugal force field defined by the rotational velocity which results in the centrifugal force F _v , the dimensions of the fluidic structures, as well as the liquids used, upon initial filling with the sample Liquid level in the reaction chamber 46 to produce. Preferably, the structure is designed such that the reaction chamber 46 is always completely filled with liquid in this phase.

Die Einlassbereiche 40 und 42 weisen Einlassbereichsöffnun- gen 40a und 42a auf. Beim Befüllvorgang der beiden Einlasse dient der jeweils inaktive Kanal als Entlüftung. In Fig. 4 ist eine alternative Struktur gezeigt, bei der alle Flüssigkeiten durch einen einzigen Kanal 84 zugeführt werden, was aber die Entlüftung erschwert. Der Kanal 84 ist an seinem radial inneren Ende mit einem Einlassbereich 82 verbunden, der eine Einlassbereichsöffnung 82a aufweist, und an seinem radial äußeren Ende mit einer Kammer 80 verbunden.The inlet regions 40 and 42 have inlet area openings 40a and 42a. When filling the two inlets, the respective inactive channel serves as a vent. In Fig. 4, an alternative structure is shown, in which all liquids are supplied through a single channel 84, but this complicates the venting. The channel 84 is connected at its radially inner end to an inlet region 82 which has an inlet region opening 82a and to a chamber 80 at its radially outer end.

In den Ausführungsbeispielen von Figuren 3 und 4 entspricht die Koordinate Δr der radialen Höhendifferenz relativ zum Auslass der Kammer, in der eine Erfassungsstruktur 60, beispielsweise ein Mikroarray, vorgesehen ist. Wird nun die zu Anfang leere Kammer mit der Erfassungsstruktur mit einem Volumen gefüllt, sodass der Flüssigkeitspegel im Gleichgewichtszustand des Zentrifugalfeldes unterhalb von der radial innersten Position des Siphon-Kanals liegt, so bleibt dieser Flüssigkeitspegel konstant bei Δr > 0, unabhängig von der Drehfrequenz. In dieser Phase wird in diesem —Ausführungsbei-spiel die Probe mit— dem-Mikroa-rray im Schü-t- telmodus inkubiert. Ist der Siphon-Kanal hingegen vollstän- dig bis zu seinem Auslass mit Flüssigkeit gefüllt, so läuft die Flüssigkeit aus der Kammer während der Zentrifugation kontinuierlich in den Ablauf. Eine solche Befüllung kann beispielsweise durch die Kapillarkraft bei kleinen Drehzahlen oder bei ruhender Struktur erfolgen, oder durch Zugabe eines Flüssigkeitsvolumens, welches (temporär) einen Gleichgewichts-Flüssigkeitspegel oberhalb von dem radial innersten Punkt des Siphonkanals r^* erzwingt.In the exemplary embodiments of FIGS. 3 and 4, the coordinate Δr corresponds to the radial height difference relative to the outlet of the chamber, in which a detection structure 60, for example a microarray, is provided. If the initially empty chamber with the detection structure is filled with a volume such that the liquid level in the equilibrium state of the centrifugal field is below the radially innermost position of the siphon channel, then so this liquid level remains constant at Δr> 0, regardless of the rotation frequency. In this phase, in this embodiment, the sample is incubated with the microa-rray in the Schütel mode. By contrast, if the siphon channel is completely filled with liquid up to its outlet, the liquid from the chamber runs continuously into the outlet during centrifugation. Such filling can be done, for example, by the capillary force at low speeds or at rest, or by adding a volume of fluid which (temporarily) forces an equilibrium fluid level above the radially innermost point of the siphon channel r 1.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Kanalstrukturen in dem Deckelchip gebildet, wobei der Deckelchip derart mit einem Mikroarray-Substrat zusammengeführt wird, dass in der Reaktionskammer das Mikroarray 60 angeordnet ist. Die Wände der Kanalstrukturen weisen vorzugsweise hydrophile Eigenschaften auf. Der Einlassbereich 40 und der Einlasskanal 44 dienen dazu, Probenflüssigkeit durch Zentrifugalkraft auf der rotierenden Anordnung dem Reaktionsraum 46 zuzuführen. Der Einlassbereich 42 und der Einlasskanal 48 dienen dazu, Reagenzien durch die Zentrifugalkraft auf der rotierenden Anordnung dem Reaktionsraum 46 zuzuführen. Der Auslasskanal 50 dient dazu, die zuerst zugeführte Probe bei beliebig hohen Drehzahlen und während des Schüttelmodus in der Kammer zu belassen und so einen konstanten Flüssigkeitspegel in der Reaktionskammer 46 einzustellen. Vorzugsweise ist die Reaktionskämmer 46 in diese Phase stets vollständig mit Flüssigkeit gefüllt und es wird somit ein Austrocknen der Reaktionskammer und somit des darin angeordneten Mikroarrays zuverlässig vermieden. Bereits in der Reaktionskammer 46 befindliche Flüssigkeit wird durch die nachfolgend zugeführten Flüssigkeitsvolumina in den Abfallbereich verdrängt. Die Einlassbereiche 40 und 42 weisen die Öffnungen 40a und 42a entweder in dem Deckelchip oder in dem Substrat auf, um ein Befüllen derselben mit den jeweiligen Flüssigkeiten zu ermöglichen, entweder manuell oder automatisch. Ferner umfasst die Entlüftung 54 eine Öffnung entweder in dem Deckelchip oder dem Substrat, um eine Entlüftung- zu -ermöglichen. - - - -In preferred embodiments of the invention, the channel structures are formed in the cover chip, wherein the cover chip is brought together with a microarray substrate such that the microarray 60 is arranged in the reaction chamber. The walls of the channel structures preferably have hydrophilic properties. The inlet portion 40 and the inlet channel 44 serve to supply sample liquid by centrifugal force on the rotating assembly to the reaction space 46. The inlet region 42 and the inlet channel 48 serve to supply reagents to the reaction space 46 by the centrifugal force on the rotating assembly. The outlet channel 50 serves to leave the first supplied sample at arbitrarily high speeds and during the shaking mode in the chamber and so to set a constant liquid level in the reaction chamber 46. Preferably, the reaction chamber 46 is always completely filled with liquid in this phase and thus drying out of the reaction chamber and thus of the microarray arranged therein is reliably prevented. Already in the reaction chamber 46 located liquid is displaced by the subsequently supplied liquid volumes in the waste area. The inlet regions 40 and 42 have the openings 40a and 42a either in the lid chip or in the substrate to allow them to be filled with the respective liquids, either manually or automatically. Further, the vent 54 includes an opening in either the lid chip or the substrate to allow venting. - - - -

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun anhand des Durchführens eines Mikroarray- Experiments beschrieben.An embodiment of a method according to the invention will now be described by performing a microarray experiment.

Dabei wird zunächst eine Probenflüssigkeit, d.h. ein Ana- lyt, in die Reaktionskämmer 46 eingebracht, indem der Einlassbereich 40 mit der Probenflüssigkeit befüllt und gleichzeitig oder nachfolgend die Kanalstruktur (beispielsweise durch den Drehmotor 14 mit der zugeordneten Steuereinrichtung 16, Fig. 2) mit einer geeigneten Rotation beaufschlagt wird, um durch die Zentrifugalkraft F_v die Flüssigkeit durch den Einlasskanal 44 in die Reaktionskammer 46 einzubringen. Das eingebrachte Volumen ist so gewählt, dass sich über die Zentrifugalkraft im hydrostatischen Gleichgewicht zunächst ein Flüssigkeitspegel oberhalb der Erfassungsstruktur, aber unterhalb von r_max einstellt, sodass sich die Reaktionskammer noch nicht durch den Siphon zentrifugal entleeren kann.In this case, first of all a sample liquid, ie an analyte, is introduced into the reaction chambers 46 by filling the inlet region 40 with the sample liquid and simultaneously or subsequently with the channel structure (for example by the rotary motor 14 with the associated control device 16, FIG. 2) suitable rotation is applied by the centrifugal force F _{v to introduce} the liquid through the inlet channel 44 in the reaction chamber 46. The introduced volume is chosen so that the centrifugal force in the hydrostatic equilibrium initially sets a liquid level above the detection structure, but below r _max , so that the reaction chamber can not yet be centrifugally emptied by the siphon.

Nach dem Befüllen der Reaktionskammer wird nun diese mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor beaufschlagt, der ein mehrfaches Beschleunigen und ein mehrfaches Abbremsen aufweist. Durch die Drehung der Anordnung mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor erzeugen hydrodynamische Inertialkräfte innerhalb der Reaktionskämmer Konvektions- ströme der dort befindlichen Flüssigkeit. Somit kann die Zeitdauer für die Durchmischung von komplementären Molekülen in der Probe an die Fängermoleküle durch ein gezieltes „Umrühren" der in der Reaktionskammer 46 befindlichen Flüssigkeit verringert werden. Aufgrund der Konvektions- ströme werden auch Moleküle, die im stationären Fall weit von den Fängermolekülen entfernt sein können, nahe an den immobilisierten Fängermolekülen vorbeigeführt. Ferner werden nicht-gebundene Reaktionspartner schnell von den Fängermolekülen entfernt.After the reaction chamber has been filled, it is then subjected to a time-variable rotary vector which has a multiple acceleration and a multiple deceleration. As a result of the rotation of the arrangement with a temporally variable rotary vector, hydrodynamic inertial forces within the reaction chambers produce convection currents of the liquid located there. Thus, the time for the mixing of complementary molecules in the sample to the capture molecules can be reduced by a specific "stirring" of the liquid present in the reaction chamber 46. Due to the convection currents, molecules are also removed which are far removed from the capture molecules in the stationary case may be near the immobilized capture molecules unbound reactants are rapidly removed from the capture molecules.

Nach einer für die Prozessierung des Mikroarrays ausrei- chenden Zeitdauer wird dann über den Einlassbereich 42 eine Waschflüssigkeit in die Reaktionskammer 46 eingebracht, durch Zentrifugalkraft durch den Einlasskanal 48. Dadurch wird die in der Reaktionskammer 46 befindliche Probenflüssigkeit über den Auslasskanal 50 verdrängt und die Siphon- struktur zentrifugal oder durch die Kapillarkraft bei geeignet kleinem Zentrifugalfeld befüllt. Mit vollständig befülltem Siphon findet im Zentrifugalfeld eine kontinuierliche Entleerung der Reaktionskämmer 46 statt.After a time sufficient for the processing of the microarray, a washing liquid is then introduced into the reaction chamber 46 via the inlet region 42, and through the inlet channel 48 by centrifugal force. The sample liquid contained in the reaction chamber 46 is thereby displaced via the outlet channel 50 and the siphon structure centrifugally or filled by the capillary force at a suitable small centrifugal field. With a completely filled siphon, a continuous evacuation of the reaction chambers 46 takes place in the centrifugal field.

Nach dem Zuführen der Waschflüssigkeit können über den Einlassbereich 42 und den Einlasskanal 48 unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft weitere Reagenzien, beispielsweise fluoreszenzmarkierte Nachweisantikörper, in die Reaktionskammer 46 eingebracht werden. Im Anschluss erfolgt wiederum ein Zuführen einer Waschflüssigkeit und deren zentrifugal getriebener Ausfluss durch den Siphon. Nachfolgend kann auf beliebige geeignete Weise eine Auswertung des Mikroarrays erfolgen.After the washing liquid has been supplied, further reagents, for example fluorescently labeled detection antibodies, can be introduced into the reaction chamber 46 via the inlet region 42 and the inlet channel 48 by utilizing the centrifugal force. This is followed by feeding a washing liquid and its centrifugally driven outflow through the siphon. Subsequently, an evaluation of the microarray can take place in any suitable manner.

Hinsichtlich der Kanalstrukturen bleibt festzuhalten, dass in Fig. 3 die Einlasskanäle 44 und 48 sowie der Auslasskanal 50 die flussbestimmenden Kanäle darstellen, d. h. einen Querschnitt aufweisen, durch den die hydrodynamischen Flusswiderstände definiert sind.With regard to the channel structures, it should be noted that in FIG. 3, the inlet channels 44 and 48 and the outlet channel 50 constitute the flow-determining channels, ie. H. have a cross section through which the hydrodynamic flow resistances are defined.

In Fig. 5 ist schematisch eine Kanalstruktur gezeigt, deren Auslasskanal 70 eine alternative Siphon-Struktur 72 aufweist. Die Siphon-Struktur umfasst einen in Flussrichtung radial nach außen verlaufenden Abschnitt 70a und einen in Flussrichtung radial nach innen verlaufenden Abschnitt 70b, der in ein Abfallreservoir 76, das mit einer Entlüftungsöffnung 76a versehen ist, mündet. Diese im höchsten Punkt des Siphons r_max abgeschnittene Struktur basiert im Zentri- T/EP2006/00966!FIG. 5 schematically shows a channel structure whose outlet channel 70 has an alternative siphon structure 72. The siphon structure includes a radially outwardly extending portion 70a and a radially inward extending portion 70b that terminates in a waste reservoir 76 provided with a vent 76a. This structure cut off at the highest point of the siphon r _max is based in the T / EP2006 / 00966!

fugalfeld direkt auf dem Prinzip der kommunizierenden Röhren. Im hydrostatischen Gleichgewicht stellt ein Flüs- sigkeitspeg.el _ Δr > .JD. oberhalb von _r_max die vollständige Befüllung sowie damit gleichzeitig auch die Festlegung des Gleichgewichts-Flüssigkeitspegels auf r_max sicher. Das Ende des Siphonkanals bei r_max liegt dabei vorzugsweise oberhalb der Erfassungsstruktur und gewährleistet damit eine vollständige Befüllung derselben, wie wiederum durch den Füllstand 58 angezeigt ist.fugal field directly on the principle of communicating tubes. In hydrostatic equilibrium, a liquid level is .l _Δr> .JD. above _r _max the complete filling as well as at the same time also the determination of the equilibrium liquid level on r _max safe. The end of the siphon channel at r _max is preferably above the detection structure and thus ensures a complete filling thereof, as indicated again by the level 58.

Mit der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren wurde ein Experiment durchgeführt, dessen Ablauf in den Fig. 6a und 6b schematisch dargestellt ist und dessen Ergebnisse in Fig. 7 gezeigt sind. Spezieller wurden zwei Experimente durchgeführt, wobei bei dem in Fig. 6a gezeigten Experiment ein Mikroarray-Substrat 90 verwendet wurde, in dem die Reaktionskämmer 92 strukturiert ist und an dem das Mikroarray 94 immobilisiert ist. Als Substrat wurde dabei ein Polymersubstrat, und insbesondere ein Substrat aus COC (Cyclic Olefin Copolymer) verwendet.With the described apparatus and the described method an experiment was carried out, the sequence of which is shown schematically in FIGS. 6a and 6b and whose results are shown in FIG. More specifically, two experiments were performed, and in the experiment shown in Figure 6a, a microarray substrate 90 was used in which the reaction chambers 92 are patterned and to which the microarray 94 is immobilized. The substrate used was a polymer substrate, and in particular a substrate made of COC (cyclic olefin copolymer).

Bei dem Experiment gemäß Fig. 6b wurde ein nichtstrukturiertes Substrat und insbesondere ein PDMS-Substrat 96 (Polydimethylsiloxan-Substrat) ohne Kanalstrukturen verwendet.In the experiment of FIG. 6b, a non-structured substrate, and in particular a PDMS substrate 96 (polydimethylsiloxane substrate) without channel structures was used.

Bei beiden Experimenten wurde BSA (Bovines Serum Albumin) unter Verwendung der gut dokumentierten EDC-NHS-Affinitäts- Ligandenkopplung an dem jeweiligen Substrat immobilisiert, um die Oberflächendichte der immobilisierten Fängermoleküle zu erhöhen.In both experiments, BSA (bovine serum albumin) was immobilized on the respective substrate using well-documented EDC-NHS affinity ligand coupling to increase the surface density of the immobilized capture molecules.

Die entsprechenden Mikroarray-Substrate sind unter Punkt 1 in den Fig. 6a und 6b gezeigt. Die Substrate wurden dann mit einem jeweiligen Deckel versehen, wobei gemäß Fig. 6a ein unstrukturierter Deckel 98 verwendet ist, während gemäß Fig. 6b eine Reaktionskämmer 100 in den Deckel 102 strukturiert ist. Dabei stellt der Deckel 98 einen PDMS-Deckel dar, während der Deckel 102 einen COC-Deckel darstellt. Nachfolgend wurde die Probe, die eine bekannte Zielkonzent- ra.ti.an. _cB.SÄ__von Maus-AntirBSA-Antikörpern aufweist,__in_ die_The corresponding microarray substrates are shown at point 1 in Figs. 6a and 6b. The substrates were then provided with a respective lid, wherein, according to FIG. 6 a, an unstructured lid 98 is used, while according to FIG. 6 b a reaction chamber 100 is structured in the lid 102. In this case, the lid 98 is a PDMS lid while the lid 102 is a COC lid. Hereinafter, the sample having a known target concentration.ti.an. _cB.SÄ__ of mouse AntirBSA antibodies, __in_ die_

Reaktionskämmer eingebracht, wie unter Punkt 2 der Fig. 6a und 6b zu sehen ist. Nachfolgend wurden Schaf-Anti-Maus-Reaction chambers introduced, as can be seen under point 2 of Fig. 6a and 6b. Hereafter, sheep anti-mouse

Cy3-Antikörper zugeführt, siehe Punkt 3 in Fig. 6a und 6b.Cy3 antibodies supplied, see point 3 in Fig. 6a and 6b.

Dabei werden die spezifischen Antigen-Antikörper-Komplexe gebildet. Nachfolgend erfolgt ein Waschschritt, woraufhin fluoreszierende Erfassungs-Antikörper 104 zugeführt werden, mit denen die genannten Komplexe markiert werden.The specific antigen-antibody complexes are formed. This is followed by a washing step, whereupon fluorescent detection antibodies 104 are added, with which the said complexes are labeled.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 7 gezeigt, wobei die Kurve 110 das COC-Mikroarray-Substrat mit Kanalstruktur betrifft, während die Kurve 112 das PDMS-Mikroarray- Substrat ohne Kanalstruktur betrifft. Fig. 7 zeigt, dass eine klare und reproduzierbare Korrelation für variierende Zielkonzentrationen C_BSA und das resultierende Fluoreszenzsignal I über einem Arbeitsbereich von zumindest 3 Dekaden erhalten wird. Das gesamte Mikroarray-Experiment war nach 45 Minuten beendet, wobei alle Schritte vollständig automatisiert durchgeführt werden können.The results obtained are shown in Figure 7, where curve 110 relates to the COC microarray substrate with channel structure, while curve 112 relates to the PDMS microarray substrate without channel structure. Fig. 7 shows that a clear and reproducible correlation is obtained for varying target concentrations C _BSA and the resulting fluorescence signal I over a working range of at least 3 decades. The entire microarray experiment was completed in 45 minutes, with all steps fully automated.

Mögliche Rotationsprotokolle zum Beaufschlagen der Kanalstrukturen mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor, der ein mehrfaches Beschleunigen und mehrfaches Abbremsen und auch ggf. Phasen mit konstantem Drehvektor aufweist, sind in den Fig. 8a, 8b und 8c gezeigt. Fig. 8a zeigt ein Umschalten zwischen maximalen Rotationsfrequenzen f_max mit unterschiedlichem Drehsinn. Die maximale Rotationsfrequenz kann beispielsweise 8 Hz betragen, während die maximale Rotationsbeschleunigung ±32 Hz/s betragen kann. Fig. 8b zeigt ein Umschalten zwischen einer Maximalrotationsfre- quenz f_max und einer Rotationsfrequenz von 0, so dass das Rotationsprotokoll, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, unter Verwendung von Zentrifugen, die nur in einer Drehrichtung betreibbar sind, durchgeführt werden kann. Schließlich zeigt Fig. 8c ein Rotationsprotokoll, bei dem nach dem Beschleunigen auf die jeweilige maximale Rotationsfrequenz kurzfristig eine Rotation bei dieser maximalen Rotationsfrequenz stattfindet.Possible rotation protocols for acting on the channel structures with a temporally variable rotation vector, which has multiple acceleration and multiple deceleration and possibly also phases with a constant rotation vector, are shown in FIGS. 8a, 8b and 8c. Fig. 8a shows a switching between maximum rotational frequencies f _max with different rotational direction. For example, the maximum rotational frequency may be 8 Hz, while the maximum rotational acceleration may be ± 32 Hz / s. Fig. 8b shows switching between a maximum rotational frequency f _max and a rotational frequency of 0 so that the rotation protocol as shown in Fig. 8 can be performed by using centrifuges operable in only one direction of rotation. Finally, FIG. 8c shows a rotation protocol in which after accelerating to the respective maximum rotational frequency a short rotation at this maximum rotational frequency takes place.

Fig. 9 zeigt beispielhaft die jeweiligen Frequenzprotokolle v(t)und Füllstandhöhen in der Reaktionskammer Δr als Funktion der Zeit t für die Siphons nach Art von Fig. 3 und Fig. 5 dargestellt. Bezüglich der Füllstandhöhen bezieht sich die Kurve 120 auf die Siphon-Struktur nach Fig. 3, während sich die Kurve 122 auf die Siphon-Struktur nach Fig. 5 bezieht. Die Zeitskala ist hier nicht linear skaliert, beispielsweise ist die Zeitspanne der Probeninkubation im Schüttelmodus typischerweise mindestens um einen Faktor 10 länger als die nachfolgende Phase des Durchspü- lens vom Waschpuffer. In den Ruhephasen Δti und At₂ werden Flüssigkeitsvolumina zugefügt.9 shows by way of example the respective frequency protocols v (t) and filling levels in the reaction chamber Δr as a function of the time t for the siphons in the manner of FIGS. 3 and 5. With regard to the level heights, the curve 120 refers to the siphon structure of FIG. 3, while the curve 122 relates to the siphon structure of FIG. The time scale is not linearly scaled here, for example the sample incubation time in the shake mode is typically at least ten times longer than the subsequent phase of the wash buffer washout. In the resting phases Δti and At ₂ liquid volumes are added.

Wie der Kurve 120 in Fig. 9 zu entnehmen ist, ist die Mikroarray-Struktur nach Fig. 3 während des Schüttelmodus vollständig bedeckt. Auf die Zugabe eines nachfolgenden Volumens und der damit verbundenen vollständigen Befüllung des Siphons wird die Kammer während des Drehens kontinuierlich entleert, wie dem Abschnitt 120a der Kurve 120 zu entnehmen ist.As can be seen from the curve 120 in FIG. 9, the microarray structure according to FIG. 3 is completely covered during the shaking mode. Upon the addition of a subsequent volume and the associated complete filling of the siphon, the chamber is continuously emptied during rotation, as can be seen from section 120a of the curve 120.

Abweichend von den erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispielen sind zahlreiche Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. So könnte statt des beschriebenen scheibenförmigen Rotors 10 ein vierarmiger Rotor verwendet werden. Wiederum alternativ könnte der Körper, in dem die FIu- idstrukturen gebildet sind, als Rotationskörper, beispielsweise als Scheibe ausgebildet sein, der um eine Rotationsachse desselben rotierbar ist. In diesem Körper könnten mehrere Kanalstrukturen radial sternförmig angeordnete sein, vergleichbar zu der Anordnung der Module 22 in dem Rotor 10.Notwithstanding the illustrated preferred embodiments, numerous variations of the present invention are possible. Thus, instead of the described disc-shaped rotor 10, a four-armed rotor could be used. Again alternatively, the body in which the fluoride structures are formed could be formed as a body of revolution, for example as a disc, which is rotatable about an axis of rotation thereof. In this body, a plurality of channel structures could be arranged radially star-shaped, comparable to the arrangement of the modules 22 in the rotor 10.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung umfassen die Kanalstrukturen einen oder mehrere Einlasskanäle, um Flüssigkeit durch Zentrifugalkraft der Reaktionskammer zuzuführen. Alternativ könnte jedoch die Flüssigkeit auch auf. beliebig.e .andere Arten in die_ Reaktip_ns_karηme_r_ gelangen, beispielsweise über einen Zuführkanal unter Ausübung eines Drucks oder durch manuelle Befüllung.In preferred embodiments of the invention, the channel structures comprise one or more inlet channels, to supply liquid by centrifugal force to the reaction chamber. Alternatively, however, the liquid could also be on. Any other species can reach the Reaktip_ns_karηme_r_, for example via a feed channel while exerting a pressure or by manual filling.

Der Rotationsantrieb kann beispielsweise entworfen sein, um PC-gesteuert ein Frequenzprotokoll durchzuführen, um einen zeitabhängigen Zentrifugaldruck zu erzeugen, um für die einzelnen durchzuführenden Schritte die Flussraten und den zeitlichen Ablauf exakt zu steuern.For example, the rotary drive may be designed to perform a frequency controlled PC-controlled protocol to generate a time-dependent centrifugal pressure to precisely control flow rates and timing for each step to be performed.

Die vorliegende Erfindung schafft somit Vorrichtungen und Verfahren, die insbesondere geeignet sind, um Mikroarray- Experimente auf eine zunehmend automatisierte Weise durchzuführen. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit, Probenflüssigkeit und die darin enthaltenen Moleküle effizient Fängermolekülen des Mikroarrays zuzuführen und während des gesamten Experiments zu verhin- dern, dass das Mikroarray austrocknet. Dadurch können zuverlässige, reproduzierbare Ergebnisse bei nur sehr geringen Totvolumen erhalten werden. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere auch für den Einsatz in sogenannten „Lab-on-a-Disk"-Systemen, die eine flexible Plattform für eine vollständig integrierte und schnelle Verarbeitung von Experimenten darstellen.The present invention thus provides apparatuses and methods that are particularly suitable for performing microarray experiments in an increasingly automated manner. In particular, the present invention provides a way to efficiently deliver sample liquid and the molecules contained therein capture molecules of the microarray and to prevent during the entire experiment that the microarray dries out. As a result, reliable, reproducible results can be obtained with only a very small dead volume. The present invention is also particularly suitable for use in so-called "lab-on-a-disk" systems, which provide a flexible platform for fully integrated and fast processing of experiments.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Durchführung von Mikroarray-Experimenten mit einem reduzierten Zeitaufwand, einer schnellen und homogenen Reaktion, einem automatisierten Waschvorgang, einem reduzierten Verbrauch von Probe und Reagenzien, sowie einer integrierten Abfallhandhabung. Durch die Elimination von ungesteuerten Trocknungsschritten durch die Siphon-Struktur kann ferner die Empfindlichkeit des Mikroarray-Experiments erhöht werden. Auf diese Weise wird die Verwendung getrennter Vorrichtungen, wie Objektträger-Wascheinrichtungen und dergleichen obsolet und Handhabungsschritte werden automatisiert. Schließlich ermöglicht die Symmetrie des Rotors bzw. des Rotationskörpers potentiell, dass mehrere Mikroarray-Experimente paral- _„lel _ d_ur_chge_führt werden . The present invention enables microarray experiments to be performed with reduced time, a fast and homogeneous reaction, an automated washing process, a reduced consumption of sample and reagents, and an integrated waste handling. Furthermore, by eliminating uncontrolled drying steps through the siphon structure, the sensitivity of the microarray experiment can be increased. In this way, the use of separate devices such as slide cleaners and the like becomes obsolete and handling steps are automated. After all the symmetry of the rotor or the rotary body potentially allows that several be microarray experiments paral- _"lel _ d_ur_chge_führt.

Claims

Patentansprüche claims

] Vorrichtung zum„._Handhabe_n . eiηe_r___flüs_s_i_gen _J?robe, mit folgenden Merkmalen:] Device for "._ Handhabe_n. eiηe_r ___ flüs_s_i_gen _J robe, with the following features:

einem Körper, der eine Kammer (30; 46; 80; 92; 100) und einen Auslasskanal (32; 50; 70) aufweist,a body having a chamber (30; 46; 80; 92; 100) and an outlet channel (32; 50; 70),

wobei in der Kammer eine Erfassungsstruktur (60; 94) angeordnet ist, die eine Erfassung einer Eigenschaft der Probe ermöglicht, undwherein in the chamber a detection structure (60; 94) is arranged, which allows detection of a property of the sample, and

wobei der Auslasskanal (32; 50; 70) mit der Kammer fluidisch verbunden ist und nach dem Siphon-Prinzip den Füllstand in der Kammer einstellt.wherein the outlet channel (32; 50; 70) is fluidically connected to the chamber and adjusts the level in the chamber according to the siphon principle.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Antriebseinrichtung (14) zum Rotieren des Körpers, um das gegebene, zentrifugale Kraftfeld zu erzeugen, auf- weist.2. Apparatus according to claim 1, further comprising drive means (14) for rotating the body to produce the given centrifugal force field.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Steuereinrichtung (16) aufweist, die konfiguriert ist, um die Antriebseinrichtung (14) zu steuern, um den Körper mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor zu rotieren, der ein mehrfaches Beschleunigen und ein mehrfaches Abbremsen in den gleichen oder unterschiedlichen Drehrichtungen aufweist.The apparatus of claim 1 or 2, further comprising control means (16) configured to control the drive means (14) to rotate the body with a time-varying rotational vector including multiple acceleration and multiple deceleration has the same or different directions of rotation.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Erfassungsstruktur (60; 94) ein Mikroarray vonApparatus according to any of claims 1 to 3, wherein the sensing structure (60; 94) comprises a microarray of

Trägerstrukturen zum Einfangen von Molekülen aus der Probe aufweist.Carrier structures for trapping molecules from the sample.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Erfassungsstruktur eine Sensorstruktur aufweist. 5. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the detection structure comprises a sensor structure.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Sensorstruktur einen Biosensor, einen Sauerstoffsensor oder einen

aufweist.6. Apparatus according to claim 5, wherein the sensor structure is a biosensor, an oxygen sensor or a

having.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Körper ferner einen Einlasskanal (36; 44; 84) zumThe apparatus of any of claims 1 to 6, wherein the body further includes an inlet channel (36; 44; 84) for

Einbringen der Probe in die Kammer (30; 46; 80; 92, 100) durch Zentrifugalkraft aufweist.Introducing the sample into the chamber (30; 46; 80; 92, 100) by centrifugal force.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Körper einen separaten Einlasskanal (38; 48) zum Einbringen von Reagenzien in die Kammer (30; 46; 80; 92; 100) aufweist.The apparatus of claim 7, wherein the body has a separate inlet channel (38; 48) for introducing reagents into the chamber (30; 46; 80; 92; 100).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der Körper ferner ein Abfallreservoir (34; 56; 76) aufweist, in das der Auslasskanal (32; 50; 70) mündet.The apparatus of any one of claims 1 to 8, wherein the body further comprises a waste reservoir (34; 56; 76) into which the outlet channel (32; 50; 70) opens.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Körper ein Substrat (24; 90; 96) und einen Deckel (26; 98; 102) aufweist, wobei die Kammer, der Auslasskanal und, wenn vorhanden, die Einlasskanäle und das Abfallreservoir in dem Deckel, dem Substrat oder in beidem strukturiert sind.The apparatus of any one of claims 1 to 9, wherein the body comprises a substrate (24; 90; 96) and a lid (26; 98; 102), the chamber, the outlet channel and, if present, the inlet channels and the waste reservoir is structured in the lid, the substrate, or both.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Erfassungsstruktur (60; 94) auf dem Substrat immobilisiert ist.The device of claim 10, wherein the sensing structure (60; 94) is immobilized on the substrate.

12. Verfahren zum Handhaben einer flüssigen Probe, mit folgenden Schritten:12. A method for handling a liquid sample, comprising the following steps:

Einbringen der flüssigen Probe in eine Kammer (30; 46;Introducing the liquid sample into a chamber (30; 46;

80; 92; 100), in der eine Erfassungsstruktur (60; 94) angeordnet ist, die eine Erfassung einer Eigenschaft der Probe ermöglicht, wobei ein Auslasskanal (32; 50; 70), der eine Siphon-Struktur (52; 72) aufweist, mit der Kammer fluidisch verbunden ist; und Rotieren der Kammer und des Auslasskanals, um ein zentrifugales Kraftfeld zu erzeugen, das die Füllhöhe _in. der Kammer nach dem__j3iphpn-Prinzip einstel_lt_,_ so- dass die Erfassungsstruktur von der Probe bedeckt ist.80; 92; 100), in which a detection structure (60; 94) is arranged, which allows detection of a property of the sample, wherein an outlet channel (32; 50; 70) having a siphon structure (52; 72) with the chamber is fluidly connected; and Rotating the chamber and the outlet channel to produce a centrifugal force field that the filling height _in. of the chamber according to the j3iphpn principle, so that the detection structure is covered by the sample.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei der die Kammer und der Auslasskanal mit einem zeitlich veränderlichen Drehvektor rotiert werden, der ein mehrfaches Beschleunigen und ein mehrfaches Abbremsen in der glei- chen oder unterschiedlichen Drehrichtungen aufweist.13. The method according to claim 12, wherein the chamber and the outlet channel are rotated with a time-varying rotary vector having a multiple acceleration and a multiple deceleration in the same or different directions of rotation.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Erfassungsstruktur (60; 94) ein Mikroarray von Fängerstrukturen zum Einfangen von Molekülen aus der Probe auf- weist.14. The method of claim 12 or 13, wherein the sensing structure (60; 94) comprises a microarray of capture structures for trapping molecules from the sample.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Erfassungsstruktur eine Sensorstruktur aufweist.15. The method of claim 12 or 13, wherein the detection structure comprises a sensor structure.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Sensorstruktur einen Biosensor, einen Sauerstoffsensor oder einen Cθ₂~Sensor aufweist.16. The method of claim 15, wherein the sensor structure comprises a biosensor, an oxygen sensor or a CO ₂ sensor.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem der Schritt des Einbringens der Probe das Einbringen der Probe durch einen Einlasskanal (36; 44; 84) durch Zentrifugalkraft aufweist.The method of any one of claims 12 to 16, wherein the step of introducing the sample comprises introducing the sample through an inlet channel (36; 44; 84) by centrifugal force.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, das Schritte des aufeinanderfolgenden Einbringens unterschiedlicher Flüssigkeiten in die Kammer (30; 46; 80; 92; 100) aufweist, wobei durch die Siphon-Struktur bewirkt wird, dass die Erfassungsstruktur während dieser Schritte nicht austrocknet.A method according to any one of claims 12 to 17, comprising the steps of sequentially introducing different liquids into the chamber (30; 46; 80; 92; 100), the siphon structure causing the sensing structure to not act during said steps dry out.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, das ferner einen Schritt des Einbringens einer weiteren Flüssigkeit in die Kammer (30; 46; 80; 92; 100) auf- weist, um dadurch die Probe durch den Auslasskanal (32; 70) zu entleeren, während die Kammer und der Aus- lasskanal rotiert werden, wp_bei_..jdie Siphon-„Struktur19. A method according to any one of claims 12 to 18, further comprising a step of introducing a further liquid into the chamber (30; 46; 80; 92; 100). has thereby the sample through the outlet channel (32; 70) to be emptied, while the chamber and the outlet channel are rotated wp_bei _.. JPress siphon "structure

(72) bewirkt, dass die Erfassungsstruktur (60; 94) währenddessen durch die Probe oder die weitere Flüssigkeit bedeckt ist.(72) causes the sensing structure (60; 94) to be covered by the sample or other liquid during that time.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, das ferner einen Schritt des Einbringens einer weiteren Flüssigkeit in die Kammer (30; 46; 80; 92; 100) aufweist, um dadurch die Probe durch den Auslasskanal (32; 50) zu entleeren, während die Kammer und der Auslasskanal rotiert werden, wobei die Siphon-Struktur (52) bewirkt, dass durch das Einbringen der weiteren Flüssigkeit die Probe und anschließend die weitere Flüssigkeit aus der Kammer entleert werden.The method of any one of claims 12 to 18, further comprising a step of introducing another liquid into the chamber (30; 46; 80; 92; 100) to thereby empty the sample through the outlet channel (32; 50) while the chamber and the outlet channel are rotated, the siphon structure (52) causing the introduction of the further liquid to empty the sample and subsequently the further liquid from the chamber.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die weitere Flüssigkeit eine Waschflüssigkeit ist.21. The method of claim 19 or 20, wherein the further liquid is a washing liquid.

22. Verfahren nach Anspruch 21, das ferner einen Schritt eines Einbringens von Reagenzien in die Kammer (30; 46; 80; 92; 100) nach dem Schritt des Einbringens der Waschflüssigkeit aufweist, wodurch die Waschflüssig- keit durch den Auslasskanal (32; 70) entleert wird, während die Kammer und der Auslasskanal rotieren, wobei die Siphon-Struktur (72) bewirkt, dass die Erfassungsstruktur währenddessen durch die Waschflüssigkeit oder die Reagenzien bedeckt ist. 22. The method of claim 21, further comprising a step of introducing reagents into the chamber (30; 46; 80; 92; 100) after the step of introducing the wash liquid, whereby the wash liquid is passed through the outlet channel (32; ) while the chamber and the outlet channel are rotating, the siphon structure (72) causing the sensing structure to be covered by the wash liquid or reagents during that time.