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1. WO2007085395 - MIKROFLUIDISCHE ANORDNUNG UND MODULARES LAB-ON-A-CHIP-SYSTEM

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Mikrofluidische Anordnung und modulares
Lab-On-A-Chip-System

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine mikrofluidische Anordnung zum Trennen von Stoffgemischen durch Zentrifugalkräfte, ein modulares Lab-On-A-Chip-System zur automatisierten
Durchführung von mikrofluidischen Prozessen mit wenigstens einer solchen mikrofluidischen Anordnung sowie eine
Betreibereinrichtung zum Betreiben der mikrofluidischen Anordnung .

Um die zum Beispiel in einem biochemischen oder
medizinischen Labor durchzuführenden Analyse,- und
Diagnoseprozesse weitestgehend automatisieren zu können, kommen sogenannte Lab-On-A-Chip-Systeme zum Einsatz, bei denen Proben im Mikroliterbereich oder kleiner verarbeitet werden können. Deshalb wird ein solches System oft auch als mikrofluidisches System bezeichnet.

Bei diesen Lab-On-A-Chip-Systemen werden die normalerweise in einem Labor durchzuführenden Verfahrensschritte auf einen oder mehreren Kunststoffchips oder
Kunststoffplättchen durchgeführt. Derartige Kunststoffchips weisen unter anderem mikrofluidische Kanäle,
Reaktionskammern, Mischerstrukturen und funktionalisierte Oberflächen auf. Diese Lab-On-A-Chip-Systeme werden mit Hilfe von entsprechenden Betreibergeräten, welche die Aktuatorik und eventuell Chemikalienvorrate enthalten, betrieben .

Bei zahlreichen Prozessen ist es jedoch erforderlich, zur Analyse von Substanzen Stoffgemische in Fraktionen
unterschiedlicher Dichte aufzutrennen. Beispielsweise ist es für medizinische Untersuchungen häufig erforderlich, Blut in rote Blutzellen und in Plasma aufzutrennen.

Lab-on-a-Chipsysteme weisen nur stationär angeordnete
Einrichtungen und mikrofluidische Chips auf, so dass eine Auftrennung von Stoffgemischen über Zentrifugalkräfte in derartigen Systemen bisher nicht möglich ist.

Aus dem Aufsatz "Bio-Disk, eine vielseitige, zentrifugale, mikrofluidische Plattform für die Point-of-Care-Diagnostik" von Dr. Jens Ducree et al., J. Chem. Eng. Technol . , 2005, 28, Seiten 613-616, ist eine rotierbare Bio-Disk bekannt, bei der die Zentrifugalkraft ausgenutzt wird, um Proben innerhalb der Bio-Disk zu bewegen und zu mischen. Ein
Nachteil derartiger Bio-Disks ist darin zu sehen, dass auf ihr samtliche Fluidkanale, Reaktionsraume und weitere
Funktionalitaten enthalten sind. Da die Zentrifugalkraft zudem als Antrieb benutzt wird, ist es nicht möglich, an derartige Bio-Disks weitere Chipmodule anzubinden. Ein Einsatz in einem Lab-on-a-Chipsystem ist somit nicht möglich .

Weiterhin ist aus der WO 2004/061413 A2 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Trennen von Partikeln in einer
mikrofluidischen Einrichtung beschrieben. Die
mikrofluidische Einrichtung kann ein mikrofluidischer Chip sein, welcher eine Aufnähmekämmer aufweist, in die eine zu trennende Probe eingeführt werden kann. Weiterhin ist eine Trennkammer in dem mikrofluidischen Chip integriert, in der die Bestandteile eines zu trennenden Stoffgemisches
getrennt werden können. Beispielsweise ist der
mikrofluidische Chip geeignet, Blut in Plasma und rote Blutzellen zu trennen, wobei das Plasma aus der Trennkammer in eine Aufnähmekämmer entweichen kann. Dem Dokument sind keine Hinweise zu entnehmen, wie eine solche
mikrofluidische Einrichtung zur automatisierten Auftrennung von Stoffgemischen in ein Lab-on-a-Chipsystem integriert werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mikrofluidische Anordnung zu schaffen, mit der in
Abhängigkeit von der zu untersuchenden Stoffgemischprobe eine optimale Auftrennung erreicht werden kann und die in ein Lab-on-a-Chipsystem zur automatischen Befüllung,
Entleerung und Auftrennung von Stoffgemischen eingesetzt werden kann.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist darin zu sehen, ein Lab-On-A-Chip-System derart weiter zu
entwickeln, dass in einem solchen System Stoffgemische automatisch aufgetrennt werden können.

Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, einen rotierbaren, vorzugsweise aus Polymer hergestellten
mikrofluidischen Chip herzustellen, der ausschließlich zur Trennung von Stoffgemischen durch Zentrifugalkräfte
ausgebildet ist. Weiterhin ist ein vom rotierbaren Chip getrennter Statorchip vorgesehen, über den der rotierbare Chip vorzugsweise automatisch befüllt und entleert werden kann .

Ein weiterer Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Statorchip die Kopplungsstelle zu anderen
Funktionsmodulen eines modularen Lab-On-A-Chip-Systems bildet.

Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach ist eine mikrofluidische Anordnung zum Trennen von Stoffgemischen durch Zentrifugalkräfte vorgesehen. Die mikrofluidische Anordnung weist einen in Drehbewegung versetzbaren Rotorchip, welcher wenigstens einen
mikrofluidischen Kanal, wenigstens eine mikrofluidische Trennkammer und wenigstens eine erste, mit dem
mikrofluidischen Kanal verbundene Öffnung zum Befϋllen und/oder Entleeren des Rotorchips enthält, auf. Weiterhin ist ein Statorchip vorgesehen, der wenigstens einen mikrofluidischen Kanal und wenigstens eine erste Öffnung aufweist, wobei der Rotorchip über die Öffnungen zum
Befϋllen und/oder Entleeren fluidisch mit dem Statorchip verbindbar ist.

Der Statorchip kann weitere Elemente aufweisen, wie zum

Beispiel mikrofluidische Kanäle, Reaktionskammern und/oder Mikromischer , so dass eine Prozessabfolge mit der
mikrofluidischen Anordnung durchgeführt werden kann.

Mit der mikrofluidischen Anordnung ist es insbesondere möglich, aus Lebensmittelproben das Protein Gluten zu extrahieren. Hierzu müssen ungelöste Probenbestandteile abgetrennt werden. Das Probenvolumen kann bei ca 500μl liegen, in denen 50mg der Lebensmittelprobe suspendiert sind.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.

Zunächst sei erwähnt, dass unter "Stoffgemisch"
insbesondere eine Mischung, Emulsion und/oder Dispersion aus flüssigen, gasförmigen und/oder festen Stoffen, wie z. B. Blut (Plasma, Blutkörperchen), oder Partikel mit einer funktionalisierten Oberfläche in einer Flüssigkeit zu verstehen ist.

Mit dem Begriff "Entleeren" wird die Entnahme zumindest eines Teils des Stoffgemisches, beispielsweise die Entnahme einzelner oder mehrerer getrennter Fraktionen des
Stoffgemisches nach dem Zentrifugieren verstanden.

Weiterhin sei angemerkt, dass der Begriff "Statorchip" dahingehend zu verstehen ist, dass der Statorchip im
Betrieb der mikrofluidischen Anordnung nicht bewegt wird und somit als definierter Ankopplungspunkt für andere
Funktionsmodule, Versorgungs- und/oder Aktuatorikanschlüsse eines Lab-On-A-Chip-Systems dienen kann. Ein solches modulares Lab-on-a-Chipsystem ist zum Beispiel aus der Veröffentlichung "Automated chip-based device for simple and fast nucleic acid amplification", Münchow, G.; Dadic, D. et al. in Expert Rev. Mol. Diagn. 5(4), 2005, S. 613ff bekannt .

Der Ausdruck "mikrofluidisch" weist insbesondere daraufhin, dass Probenmengen im Mikroliterbereich von der Anordnung verarbeitet werden können. Dank des besonderen Aufbaus der mikrofluidischen Anordnung können jedoch auch Probenmengen bis in den Milliliterbereich verarbeitet werden.

Der Ausdruck "Chip" bezeichnet beispielsweise ein rechteck-oder scheibenförmiges Plättchen, welches eine Fläche von beispielsweise 4 bis 25 qcm und eine Dicke von etwa 1 bis 10mm aufweisen kann.

Zweckmaßigerweise sind sowohl der Rotorchip als auch der Statorchip als Einwegchip, welche Polymermaterial enthalten können, herstellbar. Vorzugsweise werden die Einwegchips mit einem kostengünstigen Massenherstellungsverfahren, wie z. B. Spritzguss, Heißpragen oder Reaktionsgießen,
hergestellt .

Wenn die mikrofluidischen Kanäle und/oder Trennkammern im Rotorchip in definierter Weise dimensioniert sind, kann die mikrofluidische Anordnung auch zum Abmessen von zu
bearbeitenden Stoffgemischen verwendet werden; denn in diesem Fall kann der Rotorchip mit einer definierten, vorbestimmten Stoffgemischmenge befullt werden.

Mit dem erfindungsgemaßen Rotorchip ist es möglich,
Stoffgemischmengen vorzugsweise bis zu 1 ml zu verarbeiten.

Weisen der Rotor- und der Statorchip zudem zweite Offnungen auf, ist es möglich, den Rotorchip über die ersten
Offnungen zu befullen und den Rotorchip über die zweiten Offnungen zu entleeren. Wahrend des Betriebes ist hierbei lediglich darauf zu achten, dass der Rotor zum Befullen mit geeigneten Mitteln und/oder Strukturen in einer ersten Stellung gehalten wird, so dass die ersten Offnungen des Rotors mit den ersten Öffnungen des Statorchips fluchten, und dass zum Entleeren des Rotorchips der Rotorchip ebenso mit geeigneten Mitteln und/oder Strukturen in einer zweiten Stellung gehalten wird, so dass die zweiten Öffnungen des Rotorchips mit den zweiten Offnungen des Statorchips fluchten. Die geeigneten Mittel und/oder Strukturen können beispielsweise jeweils komplementäre Strukturen auf Rotor-und Statorchip sein, wie etwa Pins oder Erhebungen auf der Statorchipoberfläche, die beim fluidischen Verbinden der Chips in passende Ausnehmungen im Rotorchip eingreifen. Die Mittel und / oder Strukturen können derart angeordnet sein, dass Rotor- und Statorchip jeweils nur in einer ersten und einer zweiten Stellung zum Befullen und Entleeren
miteinander gekoppelt werden. In einer erfindungsgemaßen Ausfuhrungsform können erste und zweite Stellung auch identisch sein.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Rotorchip einen zentralen Drehpunkt auf. Weiterhin ist in dem
Rotorchip ein mikrofluidischen Kanal vorgesehen, der zwei längliche, parallel verlaufende Kanalabschnitte aufweist, die jeweils an einem Ende mit einem länglichen Querkanal verbunden sind und somit einen U-formigen, mikrofluidischen Kanal bilden. Am jeweils anderen Ende der beiden länglichen Kanalabschnitte ist jeweils eine Öffnung zum Befullen bzw. zum Entleeren des Rotorchips vorgesehen. Der Querkanal und die Verbindungsbereiche, an denen die beiden länglichen Kanäle mit dem Querkanal verbunden sind, bilden jeweils eine mikrofluidische Trennkammer, wobei von einer
mikrofluidischen Trennkammer oder dem mikrofluidischen Kanal in Richtung zum Drehpunkt des Rotorchips ein
mikrofluidischer Kanalarm abgeht, über den der Überstand einer Probe entnommen werden kann.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Rotorchips enthalt der Rotorchip einen mikrofluidischen Kanal, der sich im Wesentlichen symmetrisch um einen zentral liegenden
Drehpunkt erstreckt. Hierdurch kann eine Unwucht bei der Zentrifugation und eine ungleichmaßge Verteilung der Probe über den Rotorchip vermindert werden.

Um eine möglichst große Stoffgemischmenge aufnehmen zu können, kann der Rotorchip eine mehreckige Flache besitzen, wobei in jeder Ecke des Rotorchips eine mikrofluidische Trennkammer angeordnet ist, die mit einem mikrofluidischen Kanal, der sich im wesentlichen symmetrisch um eine in der Mitte des Rotorchips befindliche Öffnung erstreckt, verbunden sind. Die Öffnung fallt mit dem Drehpunkt des Rotorchips zusammen. Der mikrofluidische Kanal kann in der Nahe des äußeren Randes des Rotorchips verlaufen. Bei der zuvor beschriebenen Form des Rotorchips kann der gesamte Überstand nach der Trennung eines eingefüllten
Stoffgemisches entnommen werden, wahrend der Rest des Stoffgemisches in den Trennkammern verbleibt.

Um Bestandteile oder Fraktionen der zu analysierenden Probe, welche eine höhere Dichte als andere Bestandteile besitzen, von den übrigen Bestandteilen besser trennen zu können, kann der Rotorchip auch mindestens eine
mikrofluidische Trennkammer aufweisen, die vorzugsweise in Form mehrerer, in etwa fingerförmig angeordneter, vom mikrofluidischen Kanal ausgehender, vom Drehpunkt gesehen radial nach Außen gerichteter einzelner Kanäle ausgebildet ist. Die einzelnen, die mikrofluidische Trennkammer bildenden Kanäle, haben vorzugsweise einen wesentlich kleineren Kanalquerschnitt als der mikrofluidische Kanal und einen größeren Abstand vom Drehpunkt als der
mikrofluidische Kanal. Auf diese Weise wird ein Ausspulen oder ein Aufwirbeln der in der Trennkammer gesammelten Bestandteile der Probe bei der Entleerung des Rotorchips noch weitergehender verhindert.

Um auch meist unerwünschte Bestandteile der Probe mit geringer Dichte, wie beispielsweise Gas oder Luft, von der Probe abtrennen zu können, gehen vom mikrofluidische Kanal in wenigstens einem Bereich in Richtung zum Drehpunkt strahlenförmig angeordnete Kanäle oder auch Kammern aus. Diese innen liegenden Kanäle oder Kammern haben im
Wesentlichen einen geringeren Abstand vom Drehpunkt als der mikrofluidische Kanal. Diese Kanäle und / oder Kammern können bei der Zentrifugation beispielsweise, das beim Befullen des Rotorchips in den Trennkammern verbleibende Gas aufnehmen

Durch die Ausgestaltung und Dimensionierung der außen liegenden mikrofluidischen Trennkammern, der innen
liegenden Kanäle und / oder Kammern und des
mikrofluidischen Kanals kann der Rotorchip in einfacher Art und Weise an die jeweilige Trennaufgabe angepasst werden.

Der Rotorchip kann mit Drehzahlen zwischen einigen hundert Umdrehungen bis zu etwa hunderttausend Umdrehungen pro Minute betrieben werden. Insbesondere bei derart hohen Drehzahlen ist darauf zu achten, dass Unwuchten vermieden werden. Dies wird vorzugsweise durch einen quadratischen oder kreisförmigen Rotorchip erreicht, bei dem der
Drehpunkt in der Mitte des Rotorchips liegt und der
wenigstens eine mikrofluidische Kanal und gegebenenfalls die Trennkammern und die innenliegenden Kanäle und / oder Kammern rotationssymmetrisch um den Drehpunkt angeordnet sind. Ein bevorzugter Drehzahlbereich reicht von etwa 1000 Umdrehungen bis zu etwa 50000 Umdrehungen pro Minute.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Rotorchip zwei mikrofluidische Kanäle aufweisen, die in einem
vorbestimmten Bereich durch eine für Flüssigkeiten und/oder Gase durchlassige Wand miteinander verbunden sind. Hierzu kann eine entsprechend poröse oder mikrostrukturierte Wand verwendet werden. Hierbei ist der eine Kanal naher zum Drehpunkt angeordnet als der andere Kanal. Dieser Rotorchip mit einer für Flüssigkeiten und/oder Gase durchlassigen Wand ermöglicht beispielsweise die Trennung eines
Stoffgemischs, bei der benetzte Partikel in einer
benetzenden Flüssigkeit vorhanden sind und von dieser getrennt werden sollen. Die für Flüssigkeiten und/oder Gase durchlässige Wand sorgt dafür, dass bei Rotation des
Rotorchips die benetzende Flüssigkeit in den
mikrofluidischen Kanal, der den größeren Abstand zum
Drehpunkt des Rotorchips aufweist, entweichen kann, da die Partikel den fluiddurchlassigen Bereich der Wand nicht passieren können. Der innere mikrofluidische Kanal fungiert in diesem Fall als mikrofluidische Trennkammer.

Angemerkt sei jedoch, dass im Sinne der Erfindung eine mikrofluidische Trennkammer und die innen liegenden Kanäle und / oder Trennkammern sowohl den weiterzuverarbeitenden Probenanteil oder den nicht weiterzuverarbeitenden
Probenanteil nach der Zentrifugation enthalten kann.

Um das Entleeren des mikrofluidischen Kanals zu verbessern, kann der wenigstens eine mikrofluidische Kanal des
Rotorchips mit einem weiteren mikrofluidischen Kanal verbunden sein, über den zum Entleeren des wenigstens einen mikrofluidischen Kanals ein Über- oder Unterdruck angelegt werden kann.

Der Statorchip weist beispielsweise dritte Offnungen auf, an die eine Aktuatorik und/oder wenigstens eine Pumpe zum Befullen und Entleeren des Rotorchips oder zum Anlegen eines Über- oder Unterdrucks an den Rotorchip ankoppelbar sind. Die dritten Offnungen können sich beispielsweise an einer Stirnfläche des Statorchips befinden und mit einem der mikrofluidischen Kanäle verbunden sein.

Die ersten, zweiten und/oder dritten Offnungen im
Statorchip sind mit wenigstens einem mikrofluidischen Kanal verbunden, über die zu bearbeitende Stoffgemische zum
Rotorchip gefuhrt und aus diesem wieder entnommen werden können.

Die zu zentrifugierenden Stoffgemische weisen vorzugsweise Stoffe unterschiedlicher Dichte auf.

Um den Rotorchip in eine Drehbewegung versetzen zu können, ist eine Antriebseinrichtung vorgesehen. Eine
Kopplungseinrichtung dient zum Herstellen und Lösen einer fluidischen Verbindung zwischen dem Rotorchip und dem
Statorchip, wobei die Befüllung und Entleerung des
Rotorchips über den Statorchip erfolgt.

Die Antriebseinrichtung, die Kopplungseinrichtung, der Rotorchip und der Statorchip können Bestandteil einer
Baugruppe oder eines Funktionsmoduls sein. Hierzu weist die mikrofluidische Anordnung beispielsweise einen Rahmen auf, in dem die Antriebseinrichtung federnd, vorzugsweise in vertikaler Richtung, gelagert ist.

Der Statorchip kann am Rahmen befestigt sein und
beispielsweise eine Öffnung zum Durchfuhren der
Antriebsachse der Antriebseinrichtung aufweisen. Der
Rotorchip ist, sofern es sich um eine vertikale Anordnung handelt, oberhalb des Statorchips angeordnet und weist ebenfalls in der Mitte eine Öffnung auf, durch die die Antriebsachse hindurch gefuhrt ist. Die Antriebsachse weist ein Halteelement zum Halten des Rotorchips auf, wobei im Rotationsbetrieb der Rotorchip im Abstand zum Statorchip angeordnet ist, um frei drehbar gelagert sein zu können.

Die Form der Öffnung in dem Rotorchip und die Ausgestaltung des Halteelements können derart aufeinander abgestimmt sein, dass der Rotorchip nur in einer vordefinierten
Stellung bezuglich des Statorchips gehalten werden kann. Auf diese Weise können fest definierte Befull- und
Entleerungspositionen des Rotorchips bezüglich des Statorchips erreicht werden, ohne dass eine weitere
Justierung des Rotorchips bezüglich des Statorchips
erfolgen muss. Auch die Kopplungseinrichtung kann am Rahmen befestigt sein und weist eine Einrichtung zum Heranfuhren des Rotorchips im Ruhezustand an den Statorchip auf, um zwischen dem Rotorchip und dem Statorchip eine fluidische Verbindung zum Befullen und Entleeren des Rotorchips herzustellen .

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Offnungen im
Rotorchip und im Statorchip zum Befullen und Entleeren des Rotorchips mit Standarddichtungen, wie z. B.
Flachdichtungen oder O-Ringen, abgedichtet sein können.

Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 21 gelost.

Danach ist ein modulares Lab-On-A-Chip-System zur
automatisierten Durchführung von mikrofluidischen Prozessen mit wenigstens einer mikrofluidischen Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 beschrieben.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteranspruche .

Das modulare Lab-On-A-Chip-System kann eine
Betreibereinrichtung als separates Funktionsmodul,
Vorratsbehalter zum Aufbewahren von Rotorchips,
Statorchips und/oder Chemikalien sowie eine Einrichtung zum automatisierten Zufuhren und Entfernen eines Rotor-und/oder Statorchips bzw. von der Betreibereinrichtung aufweisen.

Die beispielsweise als separates Funktionsmodul
ausgebildete Betreibereinrichtung weist eine Antriebseinrichtυng, die u. a. zum Rotieren eines
Rotorchips ausgebildet ist, eine Halteeinrichtung zum
Halten eines Statorchips sowie eine Kopplungseinrichtung auf, die den Rotorchip im Ruhezustand an den Statorchip heranfuhren kann, um zwischen dem Rotorchip und dem
Statorchip eine fluidische Verbindung zum Befullen und Entleeren des Rotorchips herzustellen.

Weiterhin ist wenigstens eine Aktuatoreinrichtung und/oder wenigstens eine Pumpe zum Ankoppeln an den Statorchip vorgesehen, um den Rotorchip automatisiert befullen und entleeren zu können. Die Aktuatoreinrichtung und/oder Pumpe können ein weiteres separates Funktionsmodul bilden.

Um die mikrofluidische Anordnung in einem modularen Lab-On-A-Chip-System integrieren zu können, kann der Statorchip über ein mikrofluidisches Verbindungselement mit wenigstens einem weiteren Funktionsmodul verbunden werden.

Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls mit den Merkmalen des Anspruchs 26 gelost.

Danach ist eine Betreibereinrichtung zum Betreiben einer mikrofluidische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 vorgesehen. Die Betreibereinrichtung weist eine
Antriebseinrichtung zum Antreiben des Rotorchips, und eine Kopplungseinrichtung zum Herstellen und Lösen einer
fluidischen Verbindung zwischen dem Rotorchip und dem
Statorchip auf, wobei die Befüllung und Entleerung des Rotorchips über den Statorchip erfolgt.

Vorteilhafterweise umfasst die Betreibereinrichtung eine erste Halteeinrichtung, in der die Antriebseinrichtung federnd gelagert ist.

Weiterhin kann eine zweite Halteeinrichtung zur Aufnahme des Statorchips vorgesehen sein, wobei der
der Rotorchip oberhalb oder unterhalb des Statorchips angeordnet ist. Die Antriebseinrichtung weist eine
Antriebsachse auf, die den Rotorchip halten kann, wobei im Rotationsbetrieb der Rotorchip im Abstand zum Statorchip angeordnet ist. Die Kopplungseinrichtung kann eine
Einrichtung aufweisen, die den Rotorchips im Ruhezustand an den Statorchip heranführt, um zwischen dem Rotorchip und dem Statorchip eine fluidische Verbindung zum Befϋllen und Entleeren des Rotorchips herzustellen. Nach dem Befüllen oder Entleeren sorgt die Kopplungseinrichtung dafür, dass ein ausreichender Abstand zwischen dem Rotorchip und dem Statorchip hergestellt wird, um eine freie Rotation des Rotorchips zu ermöglichen.

Vorteilhafterweise kann die Betreibereinrichtung
Vorratsbehälter zum Aufbewahren von Rotorchips, Statorchips und/oder zu verwendende Chemikalien sowie eine Einrichtung zum automatisierten Zuführen und Entfernen eines Rotor-und/oder Statorchips zur bzw. von der Betreibereinrichtung aufweisen .

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die in einem Rotorchip und in einem Statorchip gebildeten mikrofluidischen Kanäle und Trennkammern als Nuten und Ausnehmungen im Chip
ausgebildet sein können und mit einer Folie abgedeckt sind, so dass ein allseitig geschlossener Kanalraum entsteht.
Lediglich über Öffnungen im Chip, sowohl in der Deckelfolie als auch im Chipkörper, können Proben eingeführt oder entnommen werden. Die bevorzugte Anordnung der Rotor- und Statorchips im Betrieb erfolgt mit den Chipkörpern
zueinander .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer
mikrofluidischen Anordnung zum Trennen von
Stoffgemischen und die dazugehörende
Betreibereinrichtung,
Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Anordnung mit einer
montierten Kopplungseinrichtung,
Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 2 dargestellten
Anordnung teilweise im Schnitt,
Fig. 4 die in Fig. 2 dargestellte Kopplungseinrichtung in einer ersten Position, bei der eine Befüllung oder

Entleerung des Rotorchips über den Statorchip
erfolgen kann,
Fig. 5 die in Fig. 2 dargestellte Kopplungseinrichtung in einer zweiten Position, bei der sich der Rotorchip frei drehen kann,
Fig . 6 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rotorchips,

Fig . 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotorchips,

Fig . 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotorchips,

Fig . 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotorchips, F Fiigg.. 1 100 ein Ausführungsbeispiel eines Statorchips,
Fig . 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Statorchips, und
Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rotorchips.

In Fig. 1 ist eine beispielhafte mikrofluidische Anordnung 10 zum Trennen von Stoffgemischen durch Zentrifugalkräfte, nachfolgend auch kurz Zentrifugenmodul genannt,
dargestellt. Das Zentrifugenmodul 10 weist beispielsweise einen Rahmen 20 auf. Der Rahmen 20 umfasst eine Bodenplatte 21, wobei in jeder Ecke der Bodenplatte ein Pfosten 22 angeordnet ist. Die Pfosten 22 tragen eine Halteeinrichtung 23, die im vorliegenden Beispiel zum Halten eines
Statorchips 30 und einer Antriebseinrichtung 40 ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung kann im Zentrum des Rahmens 20 angeordnet sein. Die Antriebseinrichtung 40 enthält
beispielsweise einen von einer Hülse 43 umgebenen
Elektromotor 42, der eine Antriebsachse aufweist, von der in Fig. 1 lediglich der obere Abschnitt dargestellt ist. Der Motor 42 ist in Fig. 3 dargestellt.

Der obere Abschnitt ist als Halteelement 41 zum Halten eines Rotorchips 50 ausgebildet. Das Halteelement 41 weist gegenüber der Antriebsachse einen größeren Querschnitt auf. Die Antriebsachse führt durch eine Öffnung, die sich im Zentrum des Statorchips 30 befindet. Eine solche Öffnung ist beispielsweise in Fig. 10 mit Bezugszeichen 32
dargestellt. Die Öffnung 32 ist derart dimensioniert, dass das Halteelement 41 durch die Öffnung 32 geführt werden und dass sich die Antriebsachse darin frei drehen kann.

Der Rotorchip 50 weist in der Mitte beispielsweise eine im Wesentlichen rechteckförmige 52 Öffnung auf, in die das ebenfalls rechteckförmige Halteelement 41 der Antriebsachse eingeführt ist. Die Form des Halteelementes 41 und die Form der Öffnung 52 im Rotorchip 50 sind derart ausgebildet, dass der Rotorchip 50 nur in einer vorbestimmten
Ausrichtung auf das Halteelement 41 aufgesetzt werden kann. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Rotorchip 50 in einer Position gegenüber dem Statorchip 30 gehalten wird, in der der Rotorchips 50 ordnungsgemäß befüllt und entleert werden kann. Weiterhin sind in dem Rotorchip 50 ein
mikrofluidischer Kanal 53, vier Trennkammern 56 und zwei • Öffnungen 54 und 55 vorgesehen, die in Fig. 7 vergrößert dargestellt sind.

Das in Fig. 1 gezeigte Zentrifugenmodul 10 ist vertikal ausgerichtet, so dass der Rotorchip 50, wie dargestellt oberhalb des Statorchips 30 gehalten wird. Der Rotorchip 50 kann alternativ auch unterhalb des Statorchips 30
angeordnet sein. Bei der vertikalen Anordnung des
Zentrifugenmoduls 10 dreht sich der Rotorchip 50 in der horizontalen Ebene. Das Zentrifugenmodul 10 kann auch um 90° gedreht aufgestellt werden, so dass der Rotorchip 50 in der vertikalen Ebene gedreht werden kann. In diesem Fall wäre der Rotorchip 50 rechts oder alternativ links vom Statorchip 30 angeordnet. Der Statorchip 30 kann
beispielsweise mit vier Schrauben an der Halteeinrichtung 22 losbar befestigt sein. Die Schrauben können durch vier im Statorchip 50 ausgebildete Locher 85 hindurch gesteckt werden .

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Rotorchip 50 und der Statorchip 30, wie dargestellt, als
rechteckformige Plattchen aus Polymer hergestellt sein können. Denkbar ist auch, den Rotorchip 50 und/oder den Statorchip 30 als kreisförmige Plattchen auszubilden. Die Kantenlange eines rechteckformigen Rotorchips kann
beispielsweise zwei bis drei Zentimeter betragen, wahrend die Kantenlange eines rechteckformigen Statorchips
beispielsweise zwischen drei und vier Zentimeter liegen kann. Die Dicke der Chips betragt beispielsweise ein bis zwei Millimeter.

Damit der Rotorchip 50 zum Befullen und Entleeren gegen den Statorchip 30 gedruckt werden und wahrend des
Trennprozesses frei und schwingungsfrei drehen kann, ist der Motor 42 und somit auch die Antriebsachse bezuglich der Langsachse der Antriebseinrichtung 40 federnd gelagert.

Fig. 3 zeigt, dass in der Hülse 43 eine Feder 44
eingesetzt, auf der der Motor 42 aufliegt. In Fig. 3 sind weiterhin die Bodenplatte 21, die beiden äußeren Pfosten 22 sowie im Schnitt die Halteeinrichtung 23 dargestellt, an die der Statorchip 30 beispielsweise festgeschraubt ist. Durch die Feder 44 kann der Rotorchip 50 zusammen mit dem Elektromotor 42 angehoben oder abgesenkt werden.

Zum Befüllen oder Entleeren des Rotorchips muss eine fluidische Verbindung zwischen dem Rotorchip 50 und dem Statorchip 30 hergestellt werden können. Hierzu ist eine in den Fig. 2, 4 und 5 dargestellte Kopplungseinrichtung 60 vorgesehen, die ebenfalls an der Halteeinrichtung 23 lösbar befestigt werden kann. Die Kopplungseinrichtung 60 sitzt beispielsweise auf dem Statorchip 30 auf. Mittels vier Schrauben 70, die durch Öffnungen 80 im Statorchip 50 durchgeführt werden, kann die Kopplungseinrichtung 60 an der Halteeinrichtung 23 befestigt werden.

Ferner weist die Kopplungseinrichtung 60 eine Einrichtung 65 auf, die den Rotorchip 50 zum Statorchip hin und vom Statorchip weg bewegen kann. Die Einrichtung 65 ist
beispielsweise als Druckplatte 65 ausgebildet, die wiederum mit einer Gegenplatte 62 verbunden ist. Druckplatte 65 und Gegenplatte 62 werden zum Beispiel über vier Druckfedern 67 in einem vorbestimmten Abstand zueinander gehalten. Die Druckfedern werden von Schrauben 64 geführt, die durch entsprechende Bohrungen in der Druckplatte 65 und der
Gegenplatte 63 verlaufen. Die Kopplungseinrichtung 60 weist ferner eine Halteeinrichtung 61 auf, die die Gegenplatte 62 und die Druckplatte 65 höhenverstellbar abstützt. Die
Halteeinrichtung 61 enthält beispielsweise zwei
gegenüberliegende Randabschnitte 61a und 61b, über die die Kopplungseinrichtung mit dem Rahmen 20 verbunden ist. Die beiden Randabschnitte 61a und 61b sind durch zwei parallel verlaufende Schenkel 61c verbunden. Die Schenkel 61c sind zwischen der Gegenplatte 62 und der Druckplatte 65
angeordnet und dienen für die Druckplatte 65 als
Anlagefläche, wie dies in Fig. 5 näher dargestellt ist. Die Gegenplatte 62 und die Druckplatte 65 können manuell über zwei Rändelschrauben 66 in der Höhe verstellt werden.
Die Druckfedern 67 bewirken, dass der Rotorchip 50 mit definierter Kraft an den Statorchip 30 angedrückt werden kann.

Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, befindet sich die Druckplatte 65 in der obersten Position, in der sie an den Schenkeln 61c anliegt. In dieser Position der Druckplatte 65 kann sich der Rotorchip 50 frei drehen, da die Feder 44 den Motor 42 und den Rotorchip von dem Statorchip 30 weg drücken kann.

Fig. 4 zeigt die Kopplungseinrichtung 60, bei der die
Druckplatte 65 in eine untere Position bewegt worden ist. Der nicht mehr rotierende Rotorchip 50 wird nunmehr an den Statorchip 30 angedrückt, so dass sich eine fluidische Verbindung zwischen dem Rotorchip 50 und dem Statorchip 30 bildet.

Obwohl die in den Fig. 2, 3, 4 und 5 dargestellte
Kopplungseinrichtung 60 als manuell betätigbare Einrichtung dargestellt ist, ist es denkbar, eine elektrisch oder pneumatisch gesteuerte Kopplungseinrichtung zum
automatisierten Bewegen eines Rotorchips bezüglich eines Statorchips vorzusehen.

In Fig. 6 ist ein beispielhafter Rotorchip 90 zum Einsatz in dem Zentrifugenmodul 10 dargestellt. Der Rotorchip 90 weist im Zentrum eine Öffnung 98 zur Aufnahme des Haltelements 41 der Antriebsachse auf. Die Öffnung 98 legt somit den Drehpunkt des Rotorchips 90 fest. In dem
Rotorchip 90 ist ein mikrofluidischer Kanal ausgenommen, der zwei parallel verlaufende, längliche Abschnitte 91 und 92 aufweist, die an einem Ende mit einem quer verlaufenden Kanal 93 verbunden sind. In den beiden Verbindungsbereichen des Querkanals 93 und den Kanalabschnitten 91 und 92 ist jeweils eine Ausnehmung vorgesehen, die als Trennkammern 94 und 95 fungieren können. Der mikrofluidische Kanal verlauft derart, dass die Trennkammern 94 und 95 einen möglichst großen Abstand zum Drehpunkt des Rotorchips 90 aufweisen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich wahrend der Rotation des Rotorchips 90 getrennte dichtere Bestandteile in den Trennkammern 94 und 95 ansammeln, so dass eine Aufwirbelung bei der Entnahme des Uberstandes verringert werden kann.

Der nutzbare überstand verbleibt im mikrofluidischen Kanal. Die länglichen Kanalabschnitte 91 und 92 weisen
Endabschnitte mit jeweils einer Öffnung 96, die naher als der übrige mikrofluidische Kanal am Drehpunkt des
Rotorchips 90 liegen. Damit wird sichergestellt, dass wahrend der Drehung des Rotorchips 90 infolge der
auftretenden Zentifugalkrafte keine Probe aus den Offnungen 96 entweichen kann. Die Offnungen 96 dienen als Einlass oder Auslass für eine Probe. Vom mikrofluidischen Kanal 91 erstreckt sich ein Kanalarm 97, der zum Drehpunkt des
Rotorchips 90 hin verlauft und für die Entnahme des
Uberstandes eines getrennten Stoffgemisches dient. Bei Verwendung des Rotorchips 90 ist darauf zu achten, dass ein Statorchip verwendet wird, dessen Offnungen mit den
Offnungen 96 und 97 des Rotorchips 90 zur Deckung gebracht werden können, um den Rotorchip über den Statorchip
befϋllen und entleeren zu können.

In Fig. 7 ist der in Fig. 1 dargestellte Rotorchip 50 detaillierter dargestellt. In der Oberflache des Rotorchips 50 ist ein etwa sternförmig verlaufender, mikrofluidischer Kanal 53 mit zwei Offnungen 54 und 55 in der Nahe des
Drehpunktes des Rotorchips 50 eingebracht. Der Drehpunkt wird durch die Öffnung 52 definiert, in der das
Halteelement 41 der Antriebseinrichtung 40 aufgenommen werden kann. Durch die Offnungen 54 und 55 kann der
Rotorchip 50 mit einer Probe befullt und anschließend der überstand entnommen werden. Der mikrofluidische Kanal 53 weist vier wellenförmige Abschnitte auf, wobei der mittlere Bereich 53a, 53b, 53c und 53d jedes Abschnitts den
kürzesten Abstand zur Öffnung 52 aufweist, wahrend die äußeren, in den jeweiligen Ecken des Rotorchips liegende Kanalbereiche einen möglichst großen Abstand zum Drehpunkt des Rotorchips 50 aufweisen. Die vier Kanalbereiche, die den größten Abstand zur Öffnung 52 aufweisen, munden jeweils in eine Trennkammer 56. Damit ist sichergestellt, dass das wahrend der Rotation des Rotorchips 50 entstehende Zentrifugat in den kreisförmigen Trennkammern 56 gesammelt wird. Die gewählte mikrofluidische Kanalform sorgt dafür, dass der gesamte, sich im mikrofluidischen Kanal 53
befindliche Überstand einer Probe entnommen werden kann. Einen zusatzlichen Kanalbereich, wie er in Fig. 6 zur
Entnahme des Uberstandes erforderlich ist, benotigt die in Fig. 7 dargestellte Anordnung nicht.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines in das Zentrifugenmodul 10 einsetzbaren Rotorchips dargestellt. Wiederum ist in der Mitte des Rotorchips 100 eine Öffnung 101 zur Aufnahme des Halteelements 41 der
Antriebseinrichtung 40 vorgesehen. Die Öffnung 101 bildet wiederum den Drehpunkt des Rotorchips 100. Der Rotorchip 100 weist einen gebogenen Kanalabschnitt 102 auf, dessen Abstand zur Öffnung 101 und somit zum Drehpunkt des
Rotorchips 100 wachst. An dem der Öffnung am nächsten liegenden Endbereich des Kanalabschnittes 102 ist eine Öffnung 103 zur Entnahme eines Überstandes vorgesehen. Am äußeren Ende des Kanalabschnitts 102 ist eine Trennkammer

104 vorgesehen, in der sich während der Drehung des
Rotorchips 100 überwiegend das Zentrifugat ansammelt, da die Trennkammer 104 bezüglich des Drehpunktes des
Rotorchips 100 einen möglichst großen Abstand aufweist. Von der Trennkammer 104 führt ein beispielsweise L-förmiger Kanalabschnitt 105 zur Öffnung 101 hin. Der Kanalabschnitt

105 weist am äußeren Ende, das den geringsten Abstand zum Drehpunkt des Rotorchips 100 besitzt, eine Öffnung 106 zum

Befüllen des Rotorchips 100 auf. Im vorliegenden Beispiel ist die Breite des Kanalabschnitts 102, in dem sich der Überstand ansammeln kann, deutlich breiter als der
Kanalabschnitt 105, der zum Befüllen des Rotorchips 100 dient. In den Kanalabschnitt 102 mündet ein Kanalarm 107, der zum Drehpunkt des Rotorchips 100 verläuft. Am äußeren Ende des Kanalarms 107 ist eine Öffnung 108 vorgesehen, über die ein Druckmittel zur Entladung eines Überstandes im Kanalabschnitt 102 angelegt werden kann.

In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform eines Rotorchips dargestellt. Der Rotorchip 110 weist wiederum in der Mitte eine Öffnung 111 auf, die zur Aufnahme des Halteelementes 41 der Antriebsachse und somit als Drehpunkt des Rotorchips dient. In dem Rotorchip 110 ist ein innen liegender, im wesentlichen rechteckförmiger, mikrofluidischer Kanal 112 angeordnet, der zwei Endabschnitte 112a und 112b aufweist, in denen Öffnungen 113 vorgesehen sind. Die Öffnungen 113 befinden sich beispielsweise in unmittelbarer Nähe der Öffnung 111. Um den mikrofluidischen Kanal 112 herum befindet sich ein zweiter, vorzugsweise rechteckförmiger, mikrofluidischer Kanal 114, der einen größeren Abstand zur Öffnung 111 und somit zur Drehachse des Rotorchips 110 aufweist. Der äußere mikrofluidische Kanal enthält zwei Endabschnitte 114a und 114b, die jeweils eine Öffnung 115 in der Nahe der Öffnung 111 aufweisen. Der außen liegende mikrofluidische Kanal 114 und der innen liegende
mikrofluidische Kanal 112 weisen eine gemeinsame
fluiddurchlassige, zum Beispiel eine mikrostrukturierte Wand 116 auf, durch die die beiden Kanäle miteinander verbunden sind. Mit Hilfe des Rotorchips 110 können
beispielsweise benetzte Partikel, z. B. mit DNA behaftete Partikel, bei der Aufreinigung von DNA von der benetzenden Flüssigkeit getrennt werden. Beispielsweise wird eine Probe über einen entsprechend ausgebildeten Statorchip in die Öffnung 113 des innen liegenden, mikrofluidischen Kanals 112 eingegeben. Wahrend des Trennprozesses wird infolge der auftretenden zentrifugalen Kräfte und der Partikelgroße die benetzende Flüssigkeit aus dem inneren Kanal 112 durch die poröse Wand 116 in den außen liegenden mikrofluidischen Kanal 114 entweichen. Über die Offnungen 115 kann die
Flüssigkeit dann mit Hilfe eines entsprechend ausgebildeten Statorchips entnommen werden. Die benetzten Partikel bleiben in dem inneren Kanal 112 zurück und können nunmehr getrocknet werden. Auf diese Weise ist es möglich, das Zentrifugenmodul 10 auch als Trockner einzusetzen.

In Fig. 12 ist ein weiterer beispielhafter Rotorchip 140 dargestellt, dessen mikrofluidischer Kanal ahnlich dem mikrofluidischen Kanal des in Fig. 7 dargestellten
Rotorchips 50 ausgebildet ist. In der Oberflache des
Rotorchips 140 ist ein etwa sternförmig verlaufender, mikrofluidischer Kanal 143 mit zwei Offnungen 144 und 145 in der Nahe des Drehpunktes des Rotorchips 140 eingebracht. Der Drehpunkt wird durch eine Öffnung 142 definiert, in der das Halteelement 41 der Antriebseinrichtung 40 aufgenommen werden kann. Durch die Offnungen 144 und 145 kann der
Rotorchip 140 mit einer Probe befullt und anschließend die im mikrofluidischen Kanal enthaltenen Bestandteile der Probe entnommen werden. Der mikrofluidische Kanal 143 weist vier wellenförmige Abschnitte 143a, 143b, 143c und 143d auf, wobei der mittlere Bereich 147 jedes Abschnitts den kürzesten Abstand zur Öffnung 142 hat, wahrend die äußeren, in den jeweiligen Ecken des Rotorchips 140 liegende
Kanalbereiche einen möglichst großen Abstand zum Drehpunkt des Rotorchips 140 aufweisen. Der Abschnitt 143c ist im mittleren Bereich aufgetrennt, wobei in dem einen
Abschnittsende die Öffnung 144 und in dem anderen
Abschnittsende die Öffnung 145 vorgesehen ist. Die beiden Abschnittsenden weisen vorzugsweise zur Öffnung 142, d. h. zum Drehpunkt des Rotorchips 140 hin.

In einer beispielhaften Ausfuhrungsform mundet jeder der vier äußeren Kanalbereiche, die den größten Abstand zur Öffnung 142 aufweisen, jeweils in eine fingerförmige
Trennkammer 146, deren einzelne fingerförmige Kammern 146a sich strahlenförmig radial nach außen, d. h. zum Rand des Rotorchips 140 hin erstrecken. Damit ist sichergestellt, dass wahrend der Rotation des Rotorchips 50 Fraktionen der zu analysierenden Probe mit höherer Dichte in den -fingerförmigen Trennkammern 146 gesammelt werden. Die fingerförmigen Trennkammern 146 verbessern die Abtrennung der im mikrofluidischen Kanal enthaltenen Fraktion von der Fraktion höherer Dichte und verhindern bei der Entleerung des Rotorchips ein erneutes Ausspulen und Vermiscchen der dichteren Fraktion mit der zu gewinnenden Fraktion.

Die mittleren Bereiche 147 der drei wellenförmigen
Abschnitte 143a, 143b und 143d munden jeweils in mehrere nach innen gerichtete, vorzugsweise längliche Kammern oder Kanäle 148. Denkbar wäre auch, dass die mittleren Bereiche 147 jeweils nur in eine einzige Kammer 148 munden. Ferner ist denkbar, dass nur ein mittlerer Bereich 147 in einen oder mehrere Kammern 148 mundet. Die mittleren Bereiche 147 weisen zum Drehpunkt des Rotorchips 140 gerichtete Wölbungen auf, von denen sich die Kammern 148
strahlenförmig radial nach innen erstrecken. Radial nach innen bedeutet, dass die Kammern 148 innerhalb des vom mikrofluidischen Kanal 143 eingeschlossenen Bereichs liegen. Diese Kammern 148 nehmen Fraktionen mit niedriger Dichte bei der Zentrifugation auf. Durch die Ausgestaltung und Dimensionierung der außen liegenden fingerförmigen Trennkammern 146 und der innen liegenden Kammern oder Kanäle 148 kann der Rotorchip 140 in einfacher Weise an die jeweilige Trennaufgabe angepasst werden.

In Fig. 10 ist eine Ausfuhrungsform des Statorchips 30 dargestellt. In dem Statorchip 30 ist ein erster
mikrofluidischer Kanal 121 vorgesehen, der an einer
Stirnseite des Statorchips 120 beginnt und dort eine
Öffnung 122 aufweist. An die Öffnung 122 kann eine
Aktuatoreinrichtung angeschlossen werden, um einen
Rotorchip mit einer Probe befullen zu können. Am anderen Ende des mikrofluidischen Kanals 121 ist in der Nahe der Öffnung 32 eine Öffnung 123 vorgesehen, die mit einer entsprechenden Öffnung in einem Rotorchip, beispielsweise dem Rotorchip 50, zum Fluchten gebracht werden kann, wenn der Rotorchip beispielsweise befullt werden soll. Der
Statorchip 30 weist einen weiteren mikrofluidischen Kanal 124 auf, dessen eine Ende in der Nahe der Öffnung 32 liegt und eine Öffnung 125 aufweist. Eine weitere Öffnung 126 kann am gegenüber liegenden Ende des Kanals 124, das weiter von der Öffnung 32 entfernt ist, angeordnet sein. Über den Kanal 124 kann beispielsweise der Überstand aus einem entsprechend ausgebildeten Rotorchip entnommen werden.
Hierzu ist die Öffnung 126 beispielsweise mit einer Pumpe verbindbar .

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform eines
Statorchips, der beispielsweise vier separate
mikrofluidische Kanäle 131 bis 134 aufweist. Jeder
mikrofluidische Kanal weist einen Endabschnitt auf, der mit einer Öffnung 135a, 135b, 135c bzw. 135d verbunden ist.

Darüber hinaus weist jeder mikrofluidische Kanal einen in der Nähe einer in der Mitte des Statorchips angebrachten Öffnung 138 auf, welche wiederum mit einer Öffnung 139a, 139b, 139c bzw. 139d verbunden sind. Die Öffnungen 139a bis 139d korrespondieren mit entsprechenden Öffnungen in einem Rotorchip, um den Rotorchip befüllen und entleeren zu können. An die Öffnungen 135a bis 135d können zum Beispiel Pumpen, Aktuatoreinrichtungen und/oder Verbindungselemente angeschlossen werden. Verbindungslemente dienen zum
Beispiel dazu, das in Fig. 1 gezeigte Zentrifugenmodul 10 an ein weiteres Funktionsmodul eines Lab-o-a-Chipsystem anzuschließen .

Die in den Fig. 10 und 11 gezeigten Statorchips zeichnen sich dadurch aus, dass die mikrofluidischen Kanäle in der Nähe des Zentrums des Statorchips Öffnungen aufweisen und sich dann nach außen zum Randbereich erstrecken. Damit ist sichergestellt, dass Öffnungen, die zum Befüllen und
Entleeren eines Rotorchips verwendet werden, in der Nähe des Drehpunktes eines Rotorchips angeordnet werden können.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die in Fig. 1 gezeigte Antriebseinrichtung 40 und die in Fig. 4 und 5 gezeigte Kopplungseinrichtung 60 Bestandteile einer separaten
Betreibereinrichtung sein können, die als unabhängiges

Funktionsmodul eines Lab-On-A-Chip-System fungieren kann.

Innerhalb des nicht dargestellten Lab-On-A-Chip-Systems oder der Betreibereinirchtung können Vorratsbehälter zur Aufnahme von Statorchips, Rotorchips und/oder zu verwendender Chemikalien vorgesehen sein. Weiterhin kann eine Zuführungseinrichtung vorgesehen sein, die dafür sorgt, dass Statorchips und Rotorchips automatisiert einer Betreibereinrichtung zugeführt werden, die beispielsweise eine Halteeinrichtung zum Halten eines Statorchips und einer Antriebseinrichtung aufweist, die einen Rotorchip hält und in Drehbewegung versetzen kann.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Zentrifugenmoduls 10 näher erläutert.

Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, dass der im
Zentrifugenmodul 10 verwendete Rotor dem in Fig. 7
dargestellten Rotorchip 50 entspricht, während der
Statorchip 30 im Wesentlichen dem in Fig. 10 dargestellten Statorchip entspricht. In diesem Zusammenhang denke man sich lediglich die Öffnungen 123 und 125 im Statorchip 30 nach Fig. 10 in einem derartigen Abstand von der Öffnung 32 entfernt, dass sie mit den Öffnungen 54 und 55 des
Rotorchips 50 in Verbindung gebracht werden können.

Weiterhin sei angenommen, dass an die Öffnung 122 des
Statorchips eine Aktuatoreinrichtung vorgesehen ist, so dass die eine Probe über den mikrofluidischen Kanal 121, die Öffnung 123, die Öffnung 55 in den mikrofluidischen Kanal 53 des Rotorchips 50 eingeführt werden kann.
Weiterhin sei angenommen, dass die Öffnung 126 des
Statorchips 120 mit einer Pumpe (nicht dargestellt)
verbunden ist, um den Überstand aus dem mikrofluidischen Kanal 53 des Rotors 50 entnehmen zu können.

Es sei nunmehr angenommen, dass sich der Rotor 50 im
Ruhezustand befindet und die Druckplatte 65 durch
Betätigung der Rändelschrauben 66 in Richtung zur
Bodenplatte 21 bewegt wird, so dass in der Endposition der Rotorchip 50 an den Statorchip 30 angedruckt wird, wodurch eine fluidische Verbindung über die Öffnung 123 im
Statorchip 30 und über die Öffnung 55 im Rotorchip 50 hergestellt wird. Nunmehr wird ein zu zentrifugierendes Stoffgemisch in einer nicht dargestellte
Aktuatoreinrichtung durch die Öffnung 122, den
mikrofluidischen Kanal 121, die Öffnung 123, die Öffnung 55 des Rotorchips 50 in den mikrofluidischen Kanal 53
eingeführt. Wenn der Rotorchip 50 über den Statorchip 30 mit dem Probengemisch befullt wird, bleiben die
Trennkammern 56 zunächst aufgrund der verengten Offnungen der Trennkammern 56 zum mikrofluidischen Kanal 53 aufgrund bestehender Oberflachenspannungen der Probenflussigkeit unbefullt, d. h. die zu Beginn enthaltende Luft beleibt in den Trennkammern 56. Erst durch die bei der Zentrifugation auf das Probengemisch wirkenden Kräfte werden die schweren Bestandteile des Probengemischs in die Trennkammern 56 gepresst und zumindest Teile der darin enthaltenen Luft gelangen in den mikrofluidischen Kanal 53. Bei der
Entleerung des mikrofluidischen Kanals 53 verbleiben die in den Trennkammern 56 enthaltenen Teile des Probengemischs im Rotorchip 50. Durch die verengten Verbindungen der
Trennkammern 56 zum mikrofluidischen Kanal 53 ist die
Gefahr der Mitentnahme unerwünschter Bestandteile des
Probengemischs verringert.

Anschließend wird die Druckplatte 65 der
Kopplungseinrichtung 60 in die in Fig. 5 gezeigte Stellung bewegt, wodurch, verursacht durch die Federkraft 44, der Motor 42 und der Rotorchip 50 angehoben werden. Nunmehr wird die Antriebseinrichtung 40 aktiviert und der Rotorchip 50 um die in Fig. 1 gezeigte Drehachse D in Drehbewegung versetzt. Infolge der durch die Drehbewegung verursachten Zentrifugalkräfte sammelt sich das Zentrifugat in den
Trennkammern 56 des Rotorchips 50 an. Nach Beendigung des Trennprozesses wird die Druckplatte 65 der
Kopplungseinrichtungn 60 wieder in Richtung Bodenplatte 21 bewegt, wodurch die Antriebseinrichtung 40 und der
Rotorchip 50 nach unten bewegt wird, so dass der Rotorchip 50 in der Endposition der Grundplatte 65 wiederum an den Statorchip 120 angedruckt wird, so dass sich eine
fluidische Verbindung zwischen dem Rotorchip 50 und dem Statorchip 120 bildet. Nunmehr wird die der Öffnung 126 zugeordnete Pumpe aktiviert, um den sich im
mikrofluidischen Kanal 52 enthaltenen Überstand vollständig aus dem Rotorchip 50 zu entnehmen und gegebenenfalls einem separaten Funktionsmodul zuzuführen.

Anschließend wird die Kopplungseinrichtung 60 vom Rahmen 20 gelost, so dass der Statorchip 30 und der Rotorchip 50, welche als Einwegchips ausgebildet sind, entfernt und entsorgt werden können. Nunmehr steht das Zentrifugenmodul 10 für einen weiteren Trennvorgang bereit, indem wiederum ein geeigneter Statorchip an der Halteeinrichtung 23 des Rahmens 20 befestigt wird und ein dazu angepasster
Rotorchip auf die Halteeinrichtung 41 der Antriebsachse der Antriebseinrichtung 40 gesetzt wird.