DE102005048233A1 - Apparatus and method for handling a liquid sample using a siphon structure - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Handhaben einer flüssigen Probe umfasst einen Körper, der eine Kammer und einen Auslasskanal aufweist. In der Kammer ist eine Erfassungsstruktur angeordnet, die eine Erfassung einer Eigenschaft der Probe ermöglicht. Der Auslasskanal ist mit der Kammer fluidisch verbunden und besitzt eine Siphon-Struktur, die in einem gegebenen zentrifugalen Kraftfeld zu einer definierten Füllhöhe der flüssigen Probe in der Kammer führt. Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung von Mifroarray-Experimenten geeignet.An apparatus for handling a liquid sample comprises a body having a chamber and an outlet channel. A detection structure is arranged in the chamber, which enables a property of the sample to be detected. The outlet channel is fluidly connected to the chamber and has a siphon structure which, in a given centrifugal force field, leads to a defined filling level of the liquid sample in the chamber. Such a device is particularly suitable for carrying out mifroarray experiments.

Description

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 The present application relates to a method and an apparatus to handle a liquid Sample using a centrifugal siphon structure, the are suitable to carry out from microarray experiments to support.

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 molecules"), 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.One Microarray is a parallel arrangement of a plurality of different, but defined "catcher structures", which are also called reaction points can be in a miniaturized grid (for example, 500 microns) on a mostly flat substrate. The catcher structures can For example, catcher molecules, such as DNA, cDNA, Proteins, antibodies, biological Cells or the like, be. A "microarray-based Test "allows the Detection of the molecules complementary to the capture molecules. Microarray-based Tests are great economic interest, for example in gene expression analysis, SNP analysis (SNP = Single Nucleotide Polymorphism) or for 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 charakteristischen Zeiten abhängig, die es dauert, bis die komplementären Moleküle zu den Fängermolekülen gelangt sind und dort reagiert haben, beispielsweise eine DNA hybridisiert haben.A "microarray-based Test "consists of one Procedure with several substeps. First, a defined microarray, So the substrate with the immobilized capture molecules, in contact with the examining liquid brought so that the complementary molecules react with the catcher molecules can. The reaction can take up to several hours and is from the dependent on characteristic times, it takes until the complementary molecules have reached the catcher molecules and reacts there have hybridized, for example, a DNA.

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 Zeitdauern 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.By continuous "stirring" or a suitable fluid guide can the complementary molecules very much catcher molecules be brought very close so that the diffusion lengths are strong shortened and thus the durations for the reaction, for example, the hybridization, greatly reduced can be. After the reaction of the molecules with the microarray further process steps, such as washing the substrate and thus the microarray, d. H. the removal of unbound molecules by exchanging the liquid to be examined with a defined buffer, or feeding of reagents, for example fluorescently labeled detection antibodies 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.According to the state In the art, for example, microarrays are processed by the sample and the relevant reagents are pipetted manually. Due to the planar surface of the substrate, typically in the form of a microscope slide here the consumption of sample and reagents high. Besides that is the overflow of the Microarray reaction points with the sample to be examined are not controlled. Due to the non-continuous closed substrate it can very quickly lead to drying effects at individual reaction points come that negatively 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.Out the prior art, it is also known, microarrays in one process a closed fluidic structure. Here are it technical solutions For example, by a targeted mixing of the sample in reaction chambers taking advantage of surface acoustic waves. Such techniques were for example from the company Advalytix AG (www.advalytix.de) disclosed.

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 Mixing", Analytical Chemistry, Bd. 76, Nr. 23, 1. Dezember 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.A alternative technique was a targeted mixing of the Sample in reaction chambers by a coupled rotational movement to perform two axes. Such a technique is available at M.A. Bynum et al., "Hybridization Enhancement using Microfluidic Planetary Centrifugal Mixing ", Analytical Chemistry, Vol. 76, No. 23, December 1, 2004, pages 7,039-7,044. According to this technique Samples are applied to seal slides and with a Microarray covered to form a chamber. The chamber will then used in a planetary centrifuge. The centrifuge Turn the chamber around one outside the chamber axis of rotation at a rotational speed of 1,200 revolutions per minute. In addition, the chamber still at a rate of 10 revolutions per minute about its own axis turned.

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, pp. 560-565 a mixing of liquids in a mixing chamber in which the mixing chamber is in rotation with changing periodically Is subjected to rotation.

Johan Vanderhoeven et al., „DNA Microarray Enhancement Using a Continuously and Discontinuously Rotating Microchamber", Analytical Chemistry, Vol. 77, No. 14, 15. Juli 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.Johan Vanderhoeven et al., "DNA Microarray Enhancement Using a Continuously and Discontinuously Rotating Microchamber ", Analytical Chemistry, Vol. 77, no. 14, 15 July 2005, p 4474 bis 4480, describe a DNA microarray hybridization in which a set of rotating, circular Chambers covering the microarray area at a depth of 1.6 to 70 μm is placed on the same. A substrate in which the chambers are formed are set in rotation while the microarray is kept stationary becomes.

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 necessary ones diger active and complex systems for excitation and control to achieve a targeted mixing of the sample in 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 durchgeführten Reaktion mit der Probe vermieden wird, selbst dann, wenn nacheinander unterschiedliche Flüssigkeiten zu einer Erfassungsstruktur zugeführt werden sollen.The The object underlying the present invention is that an apparatus and a system for handling a liquid sample to create that allow it drying of the detection structure, in particular during the typically on the hourly scale reaction with the sample is avoided, even if successively different Liquids too fed to a detection structure should be.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Handhaben einer flüssigen Probe, mit folgenden Merkmalen:
einem Körper, der eine Kammer und einen Auslasskanal aufweist,
wobei in der Kammer eine Erfassungsstruktur angeordnet ist, die eine Erfassung einer Eigenschaft der Probe ermöglicht, und
wobei der Auslasskanal mit der Kammer fluidisch verbunden ist und nach dem Siphon-Prinzip den Füllstand in der Kammer einstellt.
The present invention provides an apparatus for handling a liquid sample, having the following features:
a body having a chamber and an outlet channel,
wherein in the chamber, a detection structure is arranged, which allows detection of a property of the sample, and
wherein the outlet channel is fluidically connected to the chamber and adjusts the level in the chamber according to the siphon principle.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Handhaben einer flüssigen Probe, mit folgenden Schritten:
Einbringen der flüssigen Probe in eine Kammer, in der eine 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; und
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.
The present invention further provides a method of handling a liquid sample, comprising the steps of:
Placing the liquid sample in 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
Rotating the chamber and the outlet channel to produce a centrifugal force field, which results in a defined filling level of the sample in the chamber by a siphon structure.

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.Under a siphon structure is generally a gravitational field, in the Case of the present invention, the centrifugal field, exposed Structure to understand which a reservoir and a connecting channel comprising one end connected to the reservoir and the other end has an outlet. The system is with a liquid at least partially filled.

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.To The system now strives for the principle of communicating tubes a hydrostatic equilibrium state, in which all Menisci take the same position in the direction of the force field. Is the outlet channel designed so that it follows the principle the communicating tubes Completely with liquid filled, flows, if the position of the outlet below the liquid level in the hydrostatic Balance is as long as liquid from the outlet until the liquid level in the reservoir at the height the outlet is located. In sanitary engineering, the continuous liquid column of the Connection channel as odor stop, which is odor-proof even after rinsing remains.

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.As soon as the connection channel completely with liquid filled is, the liquid level can also independently of the course of this connecting channel solely by the height of his Outlet be adjusted. By lowering the outlet below of the reservoir bottom, the reservoir is emptied as long as the continuous liquid column not is interrupted. Is the connection of the connection channel for example, 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 full filling The siphon can either by the principle of communicating tubes through fill up into the reservoir until the common liquid level in the hydrostatic Equilibrium state above the highest point of the connection channel lies, and / or by the capillary driven filling of 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.When Siphon effect is here generally the regulation of the level in a reservoir through the course and the position of the connection channel be understood on the principle of communicating tubes.

Durch das Versehen des Auslasskanals mit einer zentrifugalen 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 Durchführung 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 is it possible according to the invention to ensure that the detection structure does not dry out, i. always with liquid is covered, even if successively different liquids be introduced into the fluid chamber. That's the way it is, for example during execution required by microarray experiments, successively different Liquids on pass the microarray, which by the solution approach according to the invention advantageously possible is without running the risk that the microarray dries 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 Konvektionsströme 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.at embodiments According to the present invention, the method may further comprise a step of Rotating the chamber with a time-varying rotary vector, the having multiple accelerations and multiple decelerations, by hydrodynamic inertial effects convection currents of the sample in the chamber to generate the sample at the detection structure pass by. Optionally also phases with temporally constant or vanishing rotation vector added become.

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 Erfassungsstruktur 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 inventive Device includes a drive device configured to subject the chamber to rotation and a controller configured to control the drive device to rotate the chamber with a time-varying rotational vector that includes multiple acceleration and multiple deceleration to generate by hydrodynamic inertial forces convection currents of a sample located in the chamber to guide the sample past the detection structure. Such embodiments are based on the recognition that convection currents generated by rotation with a time-varying rotary vector can advantageously be utilized to pass a large portion of a sample arranged in a sample chamber past a detection structure, or around the parts of a sample containing the sample Detection structure is exposed to change in an easy and fast way.

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.at preferred embodiments According to the invention, the detection structure is represented by a microarray, i. H. a parallel arrangement of a plurality of different, but defined catcher structures or catcher molecules that on a carrier are immobilized, 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 Reaktanden 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 is suitable the present invention in particular for the processing of Microarrays, wherein drying of the microarray are prevented can and in preferred embodiments a quasi-instantaneous active introduction of sample and reagents to the reactants in the microarray points by rotating the chamber with a time-varying Rotary vector, which as a shaking mode can be designated takes place. Furthermore, carried by, driven by the centrifugal field and possibly capillary forces, a quick removal unbound reactant 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 Mikroarray-Experiment beschleunigt. Somit kann aufgrund einer erzwungenen Konvektion einer in einer Reaktionskammer angeordneten Probe die Zeit beispielsweise für eine Hybridisierung reduziert werden.at preferred embodiments of the present invention form a microarray body and a lid together a closed reaction chamber. By alternating Rotational movements of the reaction chamber can cause convection in the chamber brought which is the coupling (between sample and microarray) in one Accelerated microarray experiment. Thus, due to a forced Convection of a sample arranged in a reaction chamber Time for example a hybridization can be reduced.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Reaktionskammer vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein.at preferred embodiments can the reaction chamber completely with liquid filled be.

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 werden, 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 Probenkammern, beispielsweise Reaktionskammern, und einen oder mehrere Auslassbereiche aufweisen.at embodiments According to the present invention, the chamber may be formed in a body, being the body a substrate and a cover chip has. One or more such Body can in a rotor can be used, which via a rotary motor in rotation is displaceable. The detection structure, for example the microarray, may be immobilized on the substrate while in the lid chip a channel structure, which has at least the reaction chamber and the outlet channel, is structured. Alternatively, the detection structure on the Part of the body, For example, the lid, be immobilized, in which the channel structures are formed while the lid can be a planar member. The channel structure can one or more inlet regions, one or more sample chambers, For example, reaction chambers, and one or more outlet areas exhibit.

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 entsprechender Kanalstrukturen, die sternförmig auf der Scheibe angeordnet sind, aufweisen.at embodiments According to the present invention, the body itself as a body of revolution, for example a disc, be formed, which is rotatable about an axis of rotation is. Such a rotary body can also be formed of substrate and cover chip and a Channel structure required to implement the present invention or for parallelization a plurality of corresponding channel structures, the star-shaped are arranged on the disc.

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, CO2-Sensoren oder Biosensoren, die Biomoleküle verwenden, um Eigenschaften einer Probe nachzuweisen.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.

Die Kanalstrukturen sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass das Zusammenspiel aus Zentrifugalkraft und Kapillarkraft mit synchronisierter Probenzugabe und Reagenzienzugabe 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 Reaktionskammer 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.The channel structures are preferably designed such that the interaction of centrifugal force and capillary force with synchronized sample addition and reagent addition, for example, allows complete processing of 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, as in the centrifugal force field of the siphon Ka nal determines the 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 Kammervolumen 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 hydrodynamisch 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.The siphon principle also shows that the newly introduced volume in an already completely filled siphon channel corresponds to the displaced volume. To ensure complete fluid exchange in the chamber, the newly introduced volume must therefore at least equal 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 will not be flushed out. Ideally, takes place in the chamber 46 So a complete volume exchange instead. 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.

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 Method can be used in embodiments the invention, a successive introduction of different liquids into the chamber. According to the invention, one or more liquids be supplied in different ways to the chamber, e.g. centrifugal or by pipetting or pumping systems. Furthermore, according to the invention instead a centrifugal pre-filling the Siphon structure also carried out a purely capillary pre-filling of the siphon structure.

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.The The present invention is in accordance with preferred embodiments thus in an apparatus and method for processing Microarrays on a planar substrate, wherein the invention Integration of the typical example described below by way of example Steps of a microarray-based experiment allows. These steps involve adding the sample to a reaction chamber and blocking them, optionally washing several times the reaction chamber and thus the microarray, the detection, d. H. dyeing, of the microarray and a following, again possibly multiple Washing the microarray. Also reading the microarray, the on any conventional Way could be done to get 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.Consequently allows the present invention provides a nearly complete integration of all necessary Steps to process a microarray-based experiment, whereby the reduction of the manual work steps helps, the To increase reproducibility of microarray-based experiments. Of the Body, in which the fluidic structures are formed, preferably consists of a substrate and a lid, can be produced easily and inexpensively and can therefore be used as a disposable article.

Bei einem Pilot-Experiment hatte die Reaktionskammer ein Volumen von ca. 50 μL, wobei das Gesamtvolumen bestehend aus Probe, Reagenzien und Puffern bei dem durchgeführten Experiment bei lediglich 500 μL lag. Dies stellt generell eine erhebliche Reduktion des Verbrauchs der zum Teil sehr teueren Flüssigkeiten dar. Bedingt durch die optimierten hydrodynamischen Bedingungen, die durch die Anwendung der 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 Beschleunigung der Prozesszeit sowie eine erhebliche Reduktion der Flüssigkeitsvolumina denkbar.at In a pilot experiment, the reaction chamber had a volume of about 50 μL, the total volume consisting of sample, reagents and buffers at the performed Experiment at only 500 μL was. This generally represents a significant reduction in consumption the sometimes very expensive fluids Due to the optimized hydrodynamic conditions, by the application of rotation with a time-varying Rotational vector can be achieved and the alternative or supportive by a meandering reaction chamber can be achieved agreed reduce the process time to 45 minutes in the pilot experiment. there deleted the vast majority of these Time on the reaction / incubation between the initially introduced Sample with the detection structure while washing in less than a minute has ended. Generally, another is drastic Acceleration of the process time as well as a considerable reduction of the Liquid volumes 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 veränderlichen Drehvektor eine verkürzte Prozessdauer, während die fluidische „Siphon-Struktur" eine kontrollierte Umgebung liefert.The usable according to the invention closed reaction chamber allows compared to a non-capped substrate that microarray-based Experiment permanently in a controlled environment, which runs In particular, it prevents the microarray spots from drying out. Especially allows the optional "stirring" in the reaction space by rotating with a temporally variable rotation vector a shortened process duration, while the fluidic "siphon structure" a controlled Environment supplies.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the enclosed drawings closer explained. Show it:

1 und 2 schematisch eine Draufsicht und eine Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei 2 schematisch eine Querschnittansicht entlang der Linie X-X von 1 darstellt. 1 and 2 schematically a plan view and a cross-sectional view of an embodiment of a device according to the invention, wherein 2 schematically a cross-sectional view along the line XX of 1 represents.

3 bis 5 schematische Ausführungsbeispiele von Kanalstrukturen von Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 3 to 5 schematic embodiments of channel structures of embodiments of a device according to the invention;

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

7 die Ergebnisse eines unter Verwendung der Erfindung durchgeführten Experiments; 7 the results of an experiment carried out using the invention;

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

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

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

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 that with a wave 12 connected by a rotary motor 14 is drivable. The rotor 10 can in any way, for example on a step portion of the shaft 12 to be appropriate. The rotary motor 14 is 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 3 näher erläutert wird, eine Reaktionskammer 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 in Deckel und Substrat strukturiert sein. Durch die Kombination 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 has four receiving areas 20 for receiving modules according to the invention containing fluid structures 22 , The modules consist in the embodiment shown of a substrate 24 and a lid 26 wherein fluid structures in the substrate 24 are formed. The fluid structures include, as discussed below with reference to FIG 3 is explained in more detail, a reaction chamber 30 , an outlet channel 32 with a centrifugal siphon structure 32 , a waste reservoir area 34 as well as two inlet channels 36 and 38 , In the embodiment shown, the fluid structures are in the substrate 24 structured. Alternatively, the fluid structures could also be structured in the lid or in the lid and substrate. The combination of substrate and lid creates 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 becomes the rotary motor 14 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 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 described. 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 3 gezeigten Beispiel umfassen die Fluidikstrukturen 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 Reaktionskammer 46 verbunden ist. Die Einlasskanäle 44 und 48 sind bezüglich eines zentrifugalen Kraftsystems (siehe Pfeil Fv in 3) radial innen an die Reaktionskammer 46 angeschlossen. Radial außen ist an die Reaktionskammer ein Auslasskanal 50 angeschlossen, der eine derartige Siphon-Struktur 52 aufweist, die zunächst aus einem radial nach außen verlaufenden 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 Reaktionskammer 46, also Δr < 0. Eine Entlüftung 54 ist für die Siphon-Struktur vorgesehen. 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.At the in 3 In the example shown, the fluidic structures comprise an inlet area 40 for a sample or an analyte and an inlet area 42 for reagents. The inlet area 40 is via an inlet channel 44 with a reaction chamber 46 connected while the inlet area 42 via an inlet channel 48 with the reaction chamber 46 connected is. The inlet channels 44 and 48 are with respect to a centrifugal force system (see arrow F v in 3 ) radially inward to the reaction chamber 46 connected. Radially outward is an outlet channel to the reaction chamber 50 connected, which is 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 in turn from a radially outwardly extending channel section 52c is formed. The radial position of the outlet of the channel structure is below the bottom of the reaction chamber 46 , ie Δr <0. A vent 54 is intended for the siphon structure. The vent 54 can optionally be hydrophobized completely or in sections. The outlet channel 50 empties. in a waste reservoir 56 , The vent 54 is in the waste reservoir 56 intended. At the end of the exhaust duct 50 Optionally, a hydrophobized section 57 be provided.

Die Siphon-Struktur 52 ist ausgelegt, um bei einem gegebenen zentrifugalen Kraftfeld, das durch die Rotationsgeschwindigkeit, die die Zentrifugalkraft Fv 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 Reaktionskammer 46 in dieser Phase stets vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist.The siphon structure 52 is designed to set a defined liquid level in the reaction chamber at a given centrifugal force field determined by the rotational speed which results in the centrifugal force F v , the dimensions of the fluidic structures and the liquids used, upon initial filling with the sample 46 to create. Preferably, the structure is designed such that the reaction chamber 46 in this phase is always completely filled with liquid.

Die Einlassbereiche 40 und 42 weisen Einlassbereichsöffnungen 40a und 42a auf. Beim Befüllvorgang der beiden Einlässe dient der jeweils inaktive Kanal als Entlüftung. In 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 areas 40 and 42 have inlet area openings 40a and 42a on. When filling the two inlets, each inactive channel serves as a vent. In 4 An alternative structure is shown where all the fluids pass through a single channel 84 be fed, but this makes the vent difficult. The channel 84 is at its radially inner end with an inlet area 82 connected to an inlet area opening 82a and at its radially outer end with a chamber 80 connected.

In den Ausführungsbeispielen von 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 Ausführungsbeispiel die Probe mit dem Mikroarray im Schüttelmodus inkubiert. Ist der Siphon-Kanal hingegen vollständig 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 rmax erzwingt.In the embodiments of 3 and 4 corresponds to the coordinate Δr of 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 is filled with the detection structure with a volume, so that the liquid level in the equilibrium state of the centrifugal field below is located halfway from the radially innermost position of the siphon channel, this liquid level remains constant at Δr> 0, regardless of the rotational frequency. In this phase, the sample is incubated with the microarray in the shaking mode in this embodiment. On the other hand, if the siphon channel is completely filled with fluid up to its outlet, the fluid from the chamber will continuously flow into the outlet during centrifugation. Such filling can take place for example by the capillary force at low speeds or at rest structure, or by adding a volume of liquid that forces an equilibrium liquid level above the radially innermost point of the Siphonkanals r max (temporary).

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 Reaktionskammer 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 so merged with a microarray substrate that in the reaction chamber, the microarray 60 is arranged. The walls of the channel structures preferably have hydrophilic properties. The inlet area 40 and the inlet channel 44 serve to sample liquid by centrifugal force on the rotating arrangement of the reaction space 46 supply. The inlet area 42 and the inlet channel 48 serve to reagents by the centrifugal force on the rotating arrangement of the reaction space 46 supply. The outlet channel 50 The purpose of this is to leave the first sample in the chamber at any high speed and during the shaking mode, thus maintaining a constant liquid level in the reaction chamber 46 adjust. Preferably, the reaction chamber 46 always completely filled with liquid in this phase and it is thus reliably prevented drying out of the reaction chamber and thus of the microarray arranged therein. Already in the reaction chamber 46 located liquid is displaced by the subsequently supplied liquid volumes in the waste area. The inlet areas 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. Furthermore, the vent includes 54 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.One embodiment a method according to the invention will now be based on performing a microarray experiment described.

Dabei wird zunächst eine Probenflüssigkeit, d.h. ein Analyt, in die Reaktionskammer 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, 2) mit einer geeigneten Rotation beaufschlagt wird, um durch die Zentrifugalkraft Fv 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 rmax einstellt, sodass sich die Reaktionskammer noch nicht durch den Siphon zentrifugal entleeren kann.First, a sample liquid, ie an analyte, is introduced into the reaction chamber 46 introduced by the inlet area 40 filled with the sample liquid and at the same time or subsequently the channel structure (for example by the rotary motor 14 with the associated control device 16 . 2 ) is applied with a suitable rotation to the liquid by the centrifugal force F v through the inlet channel 44 in the reaction chamber 46 contribute. 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 Reaktionskammer Konvektionsströme 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 Konvektionsströme 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 time-variable rotary vector, hydrodynamic inertial forces generate convection currents of the liquid located there within the reaction chamber. Thus, the length of time for the mixing of complementary molecules in the sample to the capture molecules by a specific "stirring" in the reaction chamber 46 located liquid can be reduced. Due to the convection currents, molecules that can be far away from the capture molecules in the stationary case are also transported close to the immobilized capture molecules. Furthermore, unbound reactants are rapidly removed from the capture molecules.

Nach einer für die Prozessierung des Mikroarrays ausreichenden 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 Siphonstruktur zentrifugal oder durch die Kapillarkraft bei geeignet kleinem Zentrifugalfeld befüllt. Mit vollständig befülltem Siphon findet im Zentrifugalfeld eine kontinuierliche Entleerung der Reaktionskammer 46 statt.After a sufficient time for the processing of the microarray time is then over the inlet area 42 a washing liquid in the reaction chamber 46 introduced by centrifugal force through the inlet channel 48 , This will put you in the reaction chamber 46 Sample liquid through the outlet channel 50 displaced and filled the siphon structure centrifugally or by the capillary force at a suitable small centrifugal field. With a completely filled siphon, a continuous evacuation of the reaction chamber takes place in the centrifugal field 46 instead of.

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 feeding the washing liquid can over the inlet area 42 and the inlet channel 48 taking advantage of the centrifugal force further reagents, such as fluorescently labeled detection antibodies in the reaction chamber 46 be introduced. 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 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 3 the inlet channels 44 and 48 as well as the outlet channel 50 represent the flow-determining channels, ie have a cross section through which the hydrodynamic flow resistances are defined.

In 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 rmax abgeschnittene Struktur basiert im Zentri fugalfeld direkt auf dem Prinzip der kommunizierenden Röhren. Im hydrostatischen Gleichgewicht stellt ein Flüssigkeitspegel Δr > 0 oberhalb von rmax die vollständige Befüllung sowie damit gleichzeitig auch die Festlegung des Gleichgewichts-Flüssigkeitspegels auf rmax sicher. Das Ende des Siphonkanals bei rmax liegt dabei vorzugsweise oberhalb der Erfassungsstruktur und gewährleistet damit eine vollständige Befüllung derselben, wie wiederum durch den Füllstand 58 angezeigt ist.In 5 is schematically shown a channel structure whose outlet channel 70 an alternative siphon structure 72 having. The siphon structure includes a radially outwardly extending portion in the flow direction 70a and a radially inward extending portion in the flow direction 70b in a waste reservoir 76 that with a vent 76a is provided, flows. This structure, which is cut off at the highest point of the siphon r max, is based directly on the principle of communicating tubes in the centrifuge field. In hydrostatic equilibrium provides a liquid level .DELTA.R> 0 above r max complete filling and thus also the determination of the equilibrium liquid level to r max safe. The end of the siphon channel at r max is preferably above the detection structure and thus ensures a complete filling of the same, as again by the level 58 is displayed.

Mit der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren wurde ein Experiment durchgeführt, dessen Ablauf in den 6a und 6b schematisch dargestellt ist und dessen Ergebnisse in 7 gezeigt sind. Spezieller wurden zwei Experimente durchgeführt, wobei bei dem in 6a gezeigten Experiment ein Mikroarray-Substrat 90 verwendet wurde, in dem die Reaktionskammer 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 course of which in the 6a and 6b is shown schematically and its results in 7 are shown. More specifically, two experiments were carried out with the in 6a experiment shown a microarray substrate 90 was used in which the reaction chamber 92 is structured and on 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 6b wurde ein nicht-strukturiertes Substrat und insbesondere ein PDMS-Substrat 96 (Polydimethylsiloxan-Substrat) ohne Kanalstrukturen verwendet.According to the experiment 6b became a non-structured substrate and in particular a PDMS substrate 96 (Polydimethylsiloxane substrate) used without channel structures.

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.at In both experiments, BSA (bovine serum albumin) was used the well-documented EDC-NHS affinity ligand coupling to the respective substrate immobilized to the surface density increase the immobilized capture molecules.

Die entsprechenden Mikroarray-Substrate sind unter Punkt 1 in den 6a und 6b gezeigt. Die Substrate wurden dann mit einem jeweiligen Deckel versehen, wobei gemäß 6a ein unstrukturierter Deckel 98 verwendet ist, während gemäß 6b eine Reaktionskammer 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 Zielkonzentration cBSA von Maus-Anti-BSA-Antikörpern aufweist, in die Reaktionskammer eingebracht, wie unter Punkt 2 der 6a und 6b zu sehen ist. Nachfolgend wurden Schaf-Anti-Maus-Cy3-Antikörper zugeführt, siehe Punkt 3 in 6a und 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 corresponding microarray substrates are below point 1 in the 6a and 6b shown. The substrates were then provided with a respective lid, according to 6a an unstructured lid 98 is used while according to 6b a reaction chamber 100 in the lid 102 is structured. In doing so, the lid provides 98 a PDMS lid while the lid 102 represents a COC lid. Subsequently, the sample having a known target concentration cBSA of mouse anti-BSA antibodies was introduced into the reaction chamber as in point 2 of the 6a and 6b you can see. Subsequently, sheep anti-mouse Cy3 antibodies were added, see item 3 in 6a and 6b , The specific antigen-antibody complexes are formed. This is followed by a washing step, followed by fluorescent detection antibodies 104 be supplied with which the said complexes are marked.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in 7 gezeigt, wobei die Kurve 110 das COC-Mikroarray-Substrat mit Kanalstruktur betrifft, während die Kurve 112 das PDMS-Mikroarray-Substrat ohne Kanalstruktur betrifft. 7 zeigt, dass eine klare und reproduzierbare Korrelation für variierende Zielkonzentrationen cBSA 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 in 7 shown, with the curve 110 the COC microarray substrate with channel structure affects while the curve 112 relates to the PDMS microarray substrate without channel structure. 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 8a, 8b und 8c gezeigt. 8a zeigt ein Umschalten zwischen maximalen Rotationsfrequenzen fmax mit unterschiedlichem Drehsinn. Die maximale Rotationsfrequenz kann beispielsweise 8 Hz betragen, während die maximale Rotationsbeschleunigung ± 32 Hz/s betragen kann. 8b zeigt ein Umschalten zwischen einer Maximalrotationsfrequenz fmax und einer Rotationsfrequenz von 0, so dass das Rotationsprotokoll, wie es in 8 gezeigt ist, unter Verwendung von Zentrifugen, die nur in einer Drehrichtung betreibbar sind, durchgeführt werden kann. Schließlich zeigt 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 a multiple acceleration and multiple deceleration and possibly also phases with a constant rotation vector are in the 8a . 8b and 8c shown. 8a shows a switching between maximum rotational frequencies f max with different directions of rotation. For example, the maximum rotational frequency may be 8 Hz, while the maximum rotational acceleration may be ± 32 Hz / s. 8b shows a switching between a maximum rotational frequency f max and a rotational frequency of 0, so that the rotation protocol as shown in FIG 8th can be performed using centrifuges, which are operable in one direction only, can be performed. Finally shows 8c a rotation protocol in which after accelerating to the respective maximum rotational frequency, a short rotation takes place at this maximum rotational frequency.

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 3 und 5 dargestellt. Bezüglich der Füllstandhöhen bezieht sich die Kurve 120 auf die Siphon-Struktur nach 3, während sich die Kurve 122 auf die Siphon-Struktur nach 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 Durchspülens vom Waschpuffer. In den Ruhephasen Δt1 und Δt2 werden Flüssigkeitsvolumina zugefügt. 9 shows by way of example the respective frequency protocols v (t) and level heights in the reaction chamber Δr as a function of the time t for the siphons in the manner of 3 and 5 shown. Regarding the level heights the curve refers 120 to the siphon structure after 3 while the bend 122 to the siphon structure after 5 refers. The time scale is not linearly scaled here, for example, the sample incubation time in shake mode is typically at least a factor 10 longer than the subsequent phase of purging the wash buffer. In the resting phases Δt 1 and Δt 2 liquid volumes are added.

Wie der Kurve 120 in 9 zu entnehmen ist, ist die Mikroarray-Struktur nach 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.Like the curve 120 in 9 it can be seen, the microarray structure is after 3 completely covered during shaking mode. On the addition of a subsequent volume and the so connected complete filling of the siphon, the chamber is continuously emptied during rotation, such as the section 120a the curve 120 can be seen.

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 Fluidstrukturen 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. So could instead of the described disc-shaped rotor 10 a four-arm rotor can be used. Again alternatively, the body in which the fluid structures are formed could be formed as a rotational body, 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 beliebige andere Arten in die Reaktionskammer gelangen, beispielsweise über einen Zuführkanal unter Ausübung eines Drucks oder durch manuelle Befüllung.at preferred embodiments In accordance with the invention, the channel structures comprise one or more inlet channels for liquid supplied by centrifugal force of the reaction chamber. Alternatively, however, could the liquid get into the reaction chamber in any other ways, for example about a feed channel under exercise of 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.Of the Rotary drive, for example, can be designed to be PC-controlled to carry out a frequency protocol, around a time-dependent To generate centrifugal pressure to be carried out for each Steps to precisely control the flow rates and timing.

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 verhindern, 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 the present invention thus provides apparatus and methods which are particularly suited to microarray experiments to an increasingly automated Way to perform. In particular, the present invention provides a way sample liquid and the molecules contained within efficiently catcher molecules of the Supply microarrays and while of the entire experiment to prevent the microarray from drying out. Thereby can reliable, reproducible results obtained with only a very small dead volume become. The present invention is particularly suitable for the Use in so-called "lab-on-a-disk" systems, the one flexible platform for a complete one represent 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 parallel durchgeführt werden.The present invention enables the implementation of microarray experiments with a reduced amount of time, one fast and homogeneous reaction, an automated washing process, a reduced consumption of sample and reagents, as well as a integrated waste handling. By the elimination of uncontrolled drying steps The sensitivity of the microarray experiment can be further improved by the siphon structure elevated become. In this way, the use of separate devices, like slide-washing devices and the like become obsolete and handling steps are automated. Finally, the Symmetry of the rotor or the body of revolution potentially that multiple microarray experiments carried out in parallel become.

Claims (22)

Vorrichtung zum Handhaben einer flüssigen Probe, mit folgenden Merkmalen: einem Körper, der eine Kammer (30; 46; 80; 92; 100) und einen Auslasskanal (32; 50; 70) aufweist, wobei in der Kammer eine Erfassungsstruktur (60; 94) angeordnet ist, die eine Erfassung einer Eigenschaft der Probe ermöglicht, und wobei der Auslasskanal (32; 50; 70) mit der Kammer fluidisch verbunden ist und nach dem Siphon-Prinzip den Füllstand in der Kammer einstellt.Device for handling a liquid sample, comprising: a body having a chamber ( 30 ; 46 ; 80 ; 92 ; 100 ) and an outlet channel ( 32 ; 50 ; 70 ), wherein in the chamber a detection structure ( 60 ; 94 ) is arranged, which allows a detection of a property of the sample, and wherein the outlet channel ( 32 ; 50 ; 70 ) is fluidly connected to the chamber and adjusts the level in the chamber according to the siphon principle. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Antriebseinrichtung (14) zum Rotieren des Körpers, um das gegebene, zentrifugale Kraftfeld zu erzeugen, aufweist.Device according to claim 1, further comprising a drive device ( 14 ) for rotating the body to produce the given centrifugal force field. 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.Device according to claim 1 or 2, further comprising a control device ( 16 ) configured to drive the drive means ( 14 ) to rotate the body with a time-varying rotational vector having multiple accelerations and multiple decelerations in the same or different directions of rotation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Erfassungsstruktur (60; 94) ein Mikroarray von Trägerstrukturen zum Einfangen von Molekülen aus der Probe aufweist.Device according to one of Claims 1 to 3, in which the detection structure ( 60 ; 94 ) has a microarray of support structures for trapping molecules from the sample. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Erfassungsstruktur eine Sensorstruktur aufweist.Device according to one of claims 1 to 3, wherein the detection structure has a sensor structure. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Sensorstruktur einen Biosensor, einen Sauerstoffsensor oder einen CO2-Sensor aufweist.Apparatus according to claim 5, wherein the sensor structure comprises a biosensor, an oxygen sensor or a CO 2 sensor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Körper ferner einen Einlasskanal (36; 44; 84) zum Einbringen der Probe in die Kammer (30; 46; 80; 92, 100) durch Zentrifugalkraft aufweist.Device according to one of claims 1 to 6, wherein the body further comprises an inlet channel ( 36 ; 44 ; 84 ) for introducing the sample into the chamber ( 30 ; 46 ; 80 ; 92 . 100 ) by centrifugal force. 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.Device according to claim 7, in which the body has a separate inlet channel ( 38 ; 48 ) for introducing reagents into the chamber ( 30 ; 46 ; 80 ; 92 ; 100 ) having. 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.Device according to one of claims 1 to 8, wherein the body further comprises a waste reservoir ( 34 ; 56 ; 76 ) in which the outlet channel ( 32 ; 50 ; 70 ) opens. 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.Device according to one of Claims 1 to 9, in which the body is a substrate ( 24 ; 90 ; 96 ) and a lid ( 26 ; 98 ; 102 ), wherein the chamber, the outlet channel and, if present, the inlet channels and the waste reservoir are structured in the lid, the substrate or both. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Erfassungsstruktur (60; 94) auf dem Substrat immobilisiert ist.Device according to Claim 10, in which the detection structure ( 60 ; 94 ) is immobilized on the substrate. Verfahren zum Handhaben einer flüssigen Probe, mit folgenden Schritten: Einbringen der flüssigen Probe in eine Kammer (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 Siphon-Prinzip einstellt, sodass die Erfassungsstruktur von der Probe bedeckt ist.Method for handling a liquid sample, comprising the following steps: introducing the liquid sample into a chamber ( 30 ; 46 ; 80 ; 92 ; 100 ), in which a collection structure ( 60 ; 94 ) is arranged, which allows a detection of a property of the sample, wherein an outlet channel ( 32 ; 50 ; 70 ), which has a siphon structure ( 52 ; 72 ), is fluidically connected to the chamber; and rotating the chamber and the outlet channel to create a centrifugal force field that adjusts the level in the chamber according to the siphon principle so that the sensing structure is covered by the sample. 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 gleichen oder unterschiedlichen Drehrichtungen aufweist.Method according to claim 12, wherein the chamber and the outlet channel with a time-varying Rotate vector, which is a multiple speeding and a multiple deceleration in the same or different Has directions of rotation. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Erfassungsstruktur (60; 94) ein Mikroarray von Fängerstrukturen zum Einfangen von Molekülen aus der Probe aufweist.Method according to Claim 12 or 13, in which the detection structure ( 60 ; 94 ) has a microarray of capture structures for trapping molecules from the sample. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Erfassungsstruktur eine Sensorstruktur aufweist.A method according to claim 12 or 13, wherein the Detection structure has a sensor structure. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Sensorstruktur einen Biosensor, einen Sauerstoffsensor oder einen CO2-Sensor aufweist.The method of claim 15, wherein the sensor structure comprises a biosensor, an oxygen sensor or a CO 2 sensor. 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 (10). 36 ; 44 ; 84 ) by centrifugal force. 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 ), wherein the siphon structure causes the sensing structure to not dry out during these steps. 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 Auslasskanal rotiert werden, wobei die Siphon-Struktur (72) bewirkt, dass die Erfassungsstruktur (60; 94) währenddessen durch die Probe oder die weitere Flüssigkeit bedeckt ist.The method of any one of claims 12 to 18, further comprising a step of introducing another liquid into the chamber (12). 30 ; 46 ; 80 ; 92 ; 100 ), thereby passing the sample through the outlet channel ( 32 ; 70 ) while the chamber and the outlet channel are rotated, the siphon structure ( 72 ) causes the collection structure ( 60 ; 94 ) while being covered by the sample or the further liquid. 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 (12). 30 ; 46 ; 80 ; 92 ; 100 ) to thereby sample through the outlet channel ( 32 ; 50 ) while the chamber and the outlet channel are rotated, the siphon structure ( 52 ) causes the sample and then the further liquid to be emptied from the chamber by introducing the further liquid. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die weitere Flüssigkeit eine Waschflüssigkeit ist.A method according to claim 19 or 20, wherein the more liquid a washing liquid is. 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 Waschflüssigkeit 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.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 washing liquid, whereby the washing liquid through the outlet channel ( 32 ; 70 ) is discharged while the chamber and the outlet channel rotate, the siphon structure ( 72 ) causes the sensing structure to be covered by the washing liquid or reagents during this time.
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