EP1508373A2

EP1508373A2 - Sample carrier with channel for liquids

Info

Publication number: EP1508373A2
Application number: EP04019480A
Authority: EP
Inventors: Herbert Backes
Original assignee: Borowsky Richard Dipl-Kfm; Herbener Heinz-Gerd; Latza Reinhard Dr med
Current assignee: Borowsky Richard Dipl-Kfm; Latza Reinhard Dr med
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2005-02-23
Also published as: EP1508373A3

Abstract

Multi-purpose laboratory sample holder comprising an air bleed passage with one or more passages allowing for the flow of liquid, where the sample holder has several ring-shaped air bleed passages arranged in, e.g. a hexagonal array, is new. Multi-purpose laboratory sample holder comprising an air bleed passage with one or more passages allowing for the flow of liquid, where the sample holder has several ring-shaped air bleed passages arranged in, e.g. a hexagonal array. The sample feed is located centrally within the ring and crosses the ring-shaped air bleed passage. The liquid passage has an array of micro electronic components, e.g. PCR, sensors and pumps. The sample holder has several reaction chambers, each equally spaced from the air bleed passage.

Description

Im PCT-Antrag der WO 99/46045 ist ein Probenträger beschrieben, der im Wesentlichen folgende Merkmale aufweist: Der Träger besitzt wenigstens eine Probenauftragstelle, hat mindestens einen Verteilerkanal, von dem mindestens ein Zuleitungskanal zu mindestens einer Testvertiefung hinführt. Diese mindestens eine Testvertiefung ist mit einem Entlüftungskanal verbunden, damit die durch die Testflüssigkeit verdrängte Luft entweichen kann. Der Träger wird durch Mikrospritzverfahren hergestellt und durch Plasmabehandlung bzw. Pfropfung oberflächenaktiviert, damit sich die Testvertiefungen mittels Kapillarkräften füllen können.In the PCT application of WO 99/46045 a sample carrier is described, having substantially the following features: The carrier has at least a sample application site, has at least one distribution channel, from the at least one supply channel to at least one test well takes you. This at least one test well is with a vent channel connected to escape the displaced by the test liquid air can. The carrier is produced by micro-injection and surface-activated by plasma treatment or grafting, so that fill the test wells using capillary forces.

Es hat sich herausgestellt, dass beim Befüllen der Reaktionskammern Flüssigkeit in die Entlüftungskanäle gelangen kann. Eine verschlechterte Entlüftung führt jedoch dazu, dass auch die Befüllung der Reaktionskammern behindert ist.It has been found that when filling the reaction chambers Liquid can get into the ventilation channels. A deteriorated Venting, however, leads to the fact that the filling of the reaction chambers is hampered.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßen Probenträger weiter zu entwickeln.The invention is therefore based on the object, a generic To further develop sample carriers.

Dies wird dadurch gelöst, dass mehrere Flüssigkeitskanäle in einen ringartigen, beispielsweise sechseckigen, Entlüftungskanal münden.This is solved by having several fluid channels in one ring-like, for example, hexagonal, venting channel open.

Dies hat den Vorteil, dass bei einer Verstopfung im Entlüftungskanal die Entlüftung über eine andere Wegstrecke erfolgen kann. This has the advantage that with a blockage in the vent channel the venting can be done over another route.

Vorteilhaft ist es, wenn der Probenträger mehrere ringartige Entlüftungskanäle aufweist. Beispielsweise können mehrere Untersuchungssysteme auf einem Probenträger angeordnet werden, wobei jeweils einem ringartigen Entlüftungskanal eine Probezuführeinrichtung zugeordnet ist.It is advantageous if the sample carrier several annular venting channels having. For example, several examination systems be arranged on a sample carrier, each one ring-like venting channel is associated with a sample feeder.

Eine besonders günstige Anordnung wird erreicht, wenn der Probenzufluss, dass heißt die Probenzuführeinrichtung innerhalb des ringartigen Entlüftungskanals liegt.A particularly favorable arrangement is achieved when the sample inflow, that is, the sample supply means within the ring-like Venting channel is located.

Besondere Gegebenheiten können dazu führen, dass es vorteilhaft ist, wenn der Probenzufluss den ringartigen Entlüftungskanal kreuzt. Dies ermöglicht es, dass das Probenträgersystem einfacher mit anderen Mikrosystemen zu verbinden ist. Hierbei seien insbesondere Probenvorbereitungselemente, PCR-Einrichtungen und externe Pumpen erwähnt.Special circumstances can cause it to be beneficial is when the sample inflow crosses the annular venting channel. This Allows the sample carrier system to work more easily with other microsystems to connect. Here are in particular sample preparation elements, Mentioned PCR devices and external pumps.

Kumulativ oder alternativ wird vorgeschlagen, dass mehrere Reaktionskammern jeweils gleich beabstandet zum Entlüftungskanal angeordnet sind.Cumulatively or alternatively it is proposed that several reaction chambers each equally spaced to the vent channel arranged are.

Weiterhin ist das von Vorteil, wenn der Entlüftungskanal mehrere Entlüftungsöffnungen aufweist. Hierdurch kann erreicht werden, dass auch bei Verstopfungen noch eine gute Entlüftung des Systems stattfinden kann.Furthermore, this is advantageous if the ventilation channel more Having vents. This can be achieved, that too with blockages still a good ventilation of the system can take place.

Die vorliegende Erfindung verzichtet auf den Verteilerkanal, da sich dieser als nachteilig erwiesen hat. Fernerhin wird dieser Chip nicht durch Mikrospritzverfahren hergestellt, sondern aus einem flüssigen Material, das aus Methacrylat und einem Zusatzstoff besteht, der mittels Lasereinstrahlung zur Härtung gebracht wird. Mit dem Zusatzstoff wird erreicht, dass der Grenzwinkel eines Wassertropfens auf der Oberfläche zwischen 15 und 40 Grad liegt. Auf diese Art wird die Fluidik dauerhaft gewährleistet. Das beschriebene Verfahren hat weiterhin den Vorteil, dass Boden, Körper und Deckelung dieses Chips aus unterschiedlichen Materialien sein können. Dadurch ist es möglich, den optischen. Anforderungen unterschiedlicher Messverfahren gerecht zu werden. Der Chip kann zwischen 1 und 10000 Testvertiefungen pro cm² besitzen.The present invention dispenses with the distribution channel, as this has proven to be disadvantageous. Furthermore, this chip is not made by micro-injection process, but from a liquid material, which consists of methacrylate and an additive which is brought to hardening by means of laser irradiation. The additive ensures that the critical angle of a drop of water on the surface is between 15 and 40 degrees. In this way, the fluidics are permanently guaranteed. The method described has the further advantage that the bottom, body and cap of this chip can be made of different materials. This makes it possible to use the optical. Requirements of different measuring methods. The chip can have between 1 and 10,000 test wells per cm ² .

Ein Problem bei dem aus der WO 99/46045 bekannten Probenträger liegt darin, dass ein frisch hergestellter Chip noch keine Kapillarkräfte auf die Flüssigkeit ausübt. Daher muss der Chip unterschiedlichen Oberflächenbehandlungsverfahren unterzogen werden, um die geforderten Kapillarkräfte auf die Flüssigkeit auswirken zu können. Die bekannten Verfahren sind jedoch nicht zufriedenstellend. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, dass eine große Kavität nicht dazu geeignet ist, die geforderten Kapillarkräfte auf die Flüssigkeit auszuüben. Daher werden am Boden der Kavität anstelle einer ebenen Fläche Bodenkanäle vorgesehen. Diese Bodenkanäle erleichtern die Verteilung der Flüssigkeit am Kavitätsboden und verhindern einen Abriss der Kapillarströmung. Nach der vollständigen Bedeckung des Bodens mit Flüssigkeit entfällt das Problem eines Strömungsabrisses und die Kavität füllt sich schnell auf.A problem with the sample carrier known from WO 99/46045 This is because a freshly made chip still has no capillary forces exerts the liquid. Therefore, the chip must have different surface treatment methods be subjected to the required capillary forces to be able to affect the liquid. The known methods but are not satisfactory. The invention is therefore the Problem underlying that a large cavity is not suitable, the required Apply capillary forces to the liquid. Therefore, on Bottom of the cavity provided instead of a flat surface floor channels. These floor channels facilitate the distribution of the liquid at the bottom of the cavity and prevent the capillary flow from breaking off. After the complete Covering the floor with liquid eliminates the problem of Stall and the cavity fills up quickly.

Diese Bodenkanäle ermöglichen das Anordnen von Siebstrukturen. So können innerhalb eines Flüssigkeitsleitkanals kammartige Barrieren oder siebartige Trennvorrichtungen vorgesehen werden, um größere Partikel aus der Flüssigkeit zurück zu halten. Beispielsweise kann auch der gesamte Flüssigkeitsleitkanal in mehrere kleinere Flüssigkeitsleitkanäle zerlegt werden, um die an der Flüssigkeit Kapillarkräfte ausübende Oberfläche zu erhöhen.These floor channels allow the arrangement of sieve structures. Thus, within a Flüssigkeitsleitkanals comb-like barriers or sieve-like separation devices are provided to larger particles to hold back from the liquid. For example, the entire Fluid guide divided into several smaller Flüssigkeitsleitkanäle be to the capillary forces exerted on the liquid surface to increase.

Üblicherweise werden die Flüssigkeitskanäle mit einer Abdeckung versehen. Zwischen der Abdeckung und den Wänden des Flüssigkeitsleitkanals entsteht hierbei ein Winkel von maximal 90 Grad. Dieser Winkel kann zu einer Ansammlung von Flüssigkeit am Übergang zwischen den Wänden und der Abdeckung führen und somit das Ausfüllen der Flüssigkeitsleitkanäle mit Flüssigkeit behindern. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, dass zwischen den Wänden und der Abdeckung eine Abschrägung vorgesehen ist, so dass der Winkel zwischen der Abdeckung und der Abschrägung sowie der Winkel zwischen der Abschrägung und der Flüssigkeitsleitkanalwand mehr als 90 Grad aufweist.Usually, the fluid channels with a cover Mistake. Between the cover and the walls of the Flüssigkeitsleitkanals This creates an angle of maximum 90 degrees. This angle can cause an accumulation of fluid at the junction between the Walls and the cover lead and thus filling the Flüssigkeitsleitkanäle hinder with liquid. Therefore, according to the invention suggested that between the walls and the cover a bevel is provided so that the angle between the cover and the bevel and the angle between the bevel and the Flüssigkeitsleitkanalwand has more than 90 degrees.

Auch beim Einleiten der Flüssigkeit in eine Vertiefung entsteht an der Mündung gerne ein Flüssigkeitsabriss. Dieser wird dadurch verhindert, dass die Tiefe des Leitkanals zur Vertiefung hin zunimmt.Also when introducing the liquid into a depression arises the mouth like a liquid tear. This is prevented by that the depth of the guide channel increases towards the depression.

Bei bekannten Probenträgern entstehen auch Probleme mit Luftblasen in Entlüftungsleitungen. Dem wird dadurch entgegengewirkt, dass der Übergang zwischen einer eine Flüssigkeit enthaltenen Vertiefung und dem Entlüftungskanal abgerundet ist. Dies führt zu einem kontinuierlichen Übergang zwischen Vertiefung und Entlüftungskanal, der den Abfluss von Luft erleichtert.In known sample carriers also arise problems with air bubbles in ventilation pipes. This is counteracted by the fact that the Transition between a recess containing a liquid and the Venting channel is rounded. This leads to a continuous transition between depression and venting duct, which drain the outflow Air relieved.

Die Entfernung von Luft aus dem Probenträger wird weiterhin dadurch verbessert, dass die Entlüftungskanäle hydrophobisiert sind. Dies wird durch hydrophobe Polymere oder spezielle Strukturen wie zum Beispiel Lotuseffekt oder durch Beschichtung mit Nanogelen erzielt.The removal of air from the sample carrier is still characterized improves that the venting channels are hydrophobized. This is made by hydrophobic polymers or special structures such as Lotus effect or achieved by coating with nanogels.

Im Stand der Technik wird eine Probenauftragstelle vorgesehen, von der ein Verteilerkanal wegführt. Zwischen dem Verteilerkanal und verschiedenen Testvertiefungen sind Zuleitungskanäle vorgesehen, die in ihrem Durchmesser kleiner sind als der Verteilerkanal. Dieser Aufbau führt zu Strömungsbehinderungen am Übergang zwischen Verteilerkanal und Zuführkanal und erschwert eine genau an den Strömungsfluss angepasste Dimensionierung der Leitungen. Erfindungsgemäß wird daher vorgesehen, dass je ein Flüssigkeitskanal direkt von der Probenaufnahmekammer zu den Reaktionskammern führt. Dieser Kanal kann in seiner Dimensionierung optimal an das zuführende Flüssigkeitsvolumen und die erforderlichen Kapillarkräfte angepasst werden.In the prior art, a sample application site is provided by which leads away a distribution channel. Between the distribution channel and different Test wells are provided in supply channels that are in their Diameter smaller than the distribution channel. This structure leads to flow obstructions at the junction between distribution channel and Feed channel and complicates a precisely adapted to the flow flow Dimensioning of the cables. The invention therefore provides each one fluid channel directly from the sample receiving chamber to leads to the reaction chambers. This channel can be in its sizing optimal to the supplying liquid volume and the required Capillary forces are adjusted.

Um am Zufluss zu einer Reaktionskammer einen optimalen Flüssigkeitsfluss zu erreichen wird vorgeschlagen, dass der Probenzufluss zu einer Reaktionskammer spitzwinklig ausgebildet ist und der spitzwinklige Zufluss sich vorzugsweise bis zum Bodenbereich der Reaktionskammer erstreckt. Der Probenzufluss geht somit zunächst in einen sich spitzwinklig öffnenden Bereich über. Dieser Bereich erstreckt sich vertikal in Richtung zum Boden der Reaktionskammer und ermöglicht der Flüssigkeit durch Kapillarkräfte gezogen entlang der diesen Bereich begrenzenden Wände nach unten zu fließen.At the inflow to a reaction chamber an optimal liquid flow It is suggested that the sample inflow into a Reaction chamber is formed at an acute angle and the acute-angled Inflow preferably to the bottom of the reaction chamber extends. The sample inflow is thus initially in an acute angle opening area over. This area extends vertically in the direction to the bottom of the reaction chamber and allows the liquid through Capillary forces pulled along walls bounding this area to flow down.

Das gleiche Prinzip der Kapillarkräfte wird auch zur besseren Benetzung der Wände genutzt. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Reaktionskammem strukturierte Wände aufweisen, vorzugsweise mit einer Zick-Zack-Struktur, deren Kanten sich senkrecht erstrecken. Die Strukturierung der Wände der Reaktionskammern erhöht die Kapillarkräfte, die von den Wänden auf die in der Reaktionskammer befindliche Flüssigkeit wirken. Insbesondere eine Zickzackstruktur mit senkrechten Kanten führt zu einer guten Benetzung der Wände der Reaktionskammer.The same principle of capillary forces is also used for better wetting used the walls. For this purpose, it is proposed that the reaction chambers have structured walls, preferably with a zig-zag structure, their edges extend vertically. The structuring The walls of the reaction chambers increase the capillary forces generated by the Walls on the liquid in the reaction chamber act. In particular, a zigzag structure with vertical edges leads to a good wetting of the walls of the reaction chamber.

Besonders gute Ergebnisse wurden dadurch erzielt, dass genau diagonal zum Zufluss eine Be- und/oder Entlüftung vorgesehen ist. Dies reduziert Totraumbereiche, die schlechter zu entlüften sind.Particularly good results were achieved by being exactly diagonal for the inflow of a ventilation and is provided. This reduces Dead space areas, which are worse to vent.

Die speziellen Ausbildungsarten der Kammer sind auch unabhängig von den übrigen Ansprüchen und insbesondere unabhängig von der ringförmigen Ausbildung der Kanäle erfindungswesentlich.The special types of training of the chamber are also independent from the other claims and in particular independently of the annular Training the channels essential to the invention.

Die Figur 1 zeigt einen Probenträger 1 mit zwei eingezeichneten Reaktionswegen 2, 3 zwischen dem Probenzulauf 4 und dem Entlüftungskanal 5 durch Reaktionskammern 11 und 12. Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit wurden die übrigen vier Reaktionswege nicht eingezeichnet.FIG. 1 shows a sample carrier 1 with two marked reaction paths 2, 3 between the sample inlet 4 and the venting channel 5 through reaction chambers 11 and 12. For clarity the remaining four pathways were not drawn.

Einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 zeigt die Figur 2. Besondere Schwierigkeiten entstehen beim Ein- und Auslauf der Entlüftungsleitungen 5. Hier muss dafür gesorgt werden, dass Flüssigkeiten nicht durch Kapillarkräfte weitergeleitet werden. Ein hierfür vorgesehenes Entlüftungsstrukturelement 6 ist in Figur 3 gezeigt. Die gepunkteten Linien zeigen, wie die Außenkanten des Entlüftungsstrukturelementes 6 aus einfachen geometrischen Körpern zusammengesetzt sind.An enlarged detail of Figure 1 shows the figure 2. Special Difficulties arise in the inlet and outlet of the vent lines 5. Care must be taken here that liquids do not leak through Capillary forces are forwarded. A dedicated venting structural element 6 is shown in FIG. The dotted lines show as the outer edges of the vent structure element 6 from simple composed of geometric bodies.

Figur 4 zeigt die Außenkontur eines Proben- oder Reaktionsgefäßes mit der angesprochenen Zickzackstruktur 8 zur Erhöhung der Kapillarkräfte. Die schematische Darstellung in Figur 4 zeigt einen waagerechten Schnitt durch ein Reaktionsgefäß mit einem Zufluss 9 und einem Abfluss 10, bei dem die senkrechten Kanten deutlich zu erkennen sind.FIG. 4 shows the outer contour of a sample or reaction vessel with the mentioned zigzag structure 8 for increasing the capillary forces. The schematic representation in Figure 4 shows a horizontal Section through a reaction vessel with an inlet 9 and a drain 10, where the vertical edges are clearly visible.

Claims

Sample carrier with at least one fluid channel, characterized in that a plurality of fluid channels open into an annular, for example, hexagonal, venting channel.

Sample carrier according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of annular venting channels.

Sample carrier according to one of the preceding claims, characterized in that the sample inflow lies within the annular venting channel.

Sample carrier according to one of the preceding claims, characterized in that the sample inflow crosses the annular venting channel.

Sample carrier according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid channel is in communication with microsystem elements such as PCR, sensors, pumps.

Sample carrier according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of reaction chambers are arranged in each case equally spaced from the ventilation channel.

Sample carrier according to one of the preceding claims, characterized in that the ventilation channel has a plurality of ventilation openings.

Sample carrier according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid channel has a bottom surface which has further guide channels, wherein the further guide channels are dimensioned so that the liquid transport takes place in them due to capillary forces.

Sample carrier, characterized in that the further guide channels have at least one separating device, which preferably contains a comb or sieve structure.

Sample carrier, characterized in that at least one guide channel has a Leitkanalabdeckung and between Leitkanalwänden and the Leitkanalabdeckung a bevel is provided, wherein the angle between Leitkanalabdeckung and bevel and between cover and Leitkanalwänden are greater than 90 °.

Sample carrier, characterized in that a guide channel opens into a depression and the depth of the guide channel increases toward the depression.

Sample carrier, characterized in that it comprises at least one recess and a venting channel there opening, wherein the transition between recess and venting channel is rounded.

Sample carrier, characterized in that it comprises a venting channel which is hydrophobized.

Sample carrier, characterized in that it comprises Probenaufnahmekammem and reaction chambers and each leads a Flüssigkeitsleitkanal directly from the sample receiving chamber to the reaction chamber.

Sample carrier, characterized in that it is made of methacrylate and an additive which hardens on light, preferably laser radiation.

Sample carrier, characterized in that the critical angle of a drop of water on one of its surfaces is between 15 and 40 °.

Sample carrier, characterized in that the bottom, body and / or cap are made of different materials.

Sample carrier, characterized in that the sample inflow to a reaction chamber is formed at an injection angle and the acute-angled inflow preferably extends to the bottom region of the reaction chamber.

Sample carrier, characterized in that the reaction chamber has structured walls, preferably with a zigzag structure, the edges of which extend vertically.

Sample carrier, characterized in that exactly diagonal to the inflow a loading and / or venting is provided.