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1. WO2012045753 - PLATEFORME MICROFLUIDIQUE

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[ DE ]

Beschreibung

Mikrofluidische Plattform

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrofluidische Plattform mit wenigstens einem Mittel zum Auslösen einer Bewegung einer Flüssigkeit, insbesondere Probenflüssigkeit, zwischen wenigstens zwei Orten der mikrofluidischen Plattform.

Der Begriff "M ikrofluidische Plattform" soll bei der vorl iegenden Erfindung sämtliche Gegenstände oder Vorrichtungen umfas sen , i n d e ne n zu u nte rs u che n de od e r zu manipulierende Probenflüssigkeiten in Kavitäten aufgenommen werden können und durch geeignete M ittel (bspw. in Mikrokanälen wirkende Kapil larkräfte) zu entsprechend vorgesehenen Reaktionsorten transportiert werden können.

Insbesondere werden von der vorliegenden Erfindung mikrofluidische Plattformen wie bspw. Probenträger, Teststreifen, Biosensoren oder dergleichen umfasst, welche zur Durchführung einzelner Tests oder M essungen dienen können. Beispielsweise können biologische F l üssi g keiten (z . B . Bl ut, U ri n od er Spei chel) zu m ei nen auf Kran kheitserreger, Unverträglichkeiten und zum anderen aber auch auf ihr Gehalt beispielsweise an Glukose (Blutzucker) oder Cholesterol (Blutfett) untersucht werden. Dazu finden auf den mikrofluidischen Plattformen entsprechende Nachweisreaktionen oder ganze Reaktionskaskaden statt.

Hierfür ist es erforderlich, dass die biologische Probenflüssigkeit zu dem dafür vorgesehenen Reaktionsort bzw. den Reaktionsorten mit geeigneten Mitteln transportiert wird. Ein solcher Transport der Probenflüssigkeit kann beispielsweise mittels passiver Kapillarkräfte (durch entsprechende Kapillarsysteme bzw. Mikrokanäle) erfolgen oder auch mittels einer aktiven Aktorik.

Als aktive Aktorik werden beispielsweise Spritzen- oder Membranpumpen verwendet, die sich außerhalb der mikrofluidischen Plattform oder auch auf dieser befinden können.

I m Allgemeinen weisen mikrofluidische Plattformen einen Probenaufgabebereich in der Größenordnung von wenigen Millimetern zur Aufgabe einer Probenflüssigkeitsmenge in der Größenordnung von einigen Mikrolitern auf, wobei die Probenflüssigkeit (beispielsweise Blut) über einen Mikrokanal bzw. über ein Mikrokanalsystem zu entsprechenden Probennutzbereichen bzw. Reaktionsorten transportiert werden muss. Dieser Transport bzw. diese Bewegung der Probenflüssigkeit soll zuverlässig und auf einfache Weise erfolgen.

I n der DE 10 2004 050 062 A1 sind beispielsweise derartige mikrofluidische Plattformen beschrieben, wobei mehrere gebrauchsfähige Plattformen miteinander als Endlosstreifen verbunden und zum Gebrauch jeweils einzeln vom Streifen abtrennbar sind. Der Transport der Probenflüssigkeit erfolgt hier ausschließlich über Kapillarkräfte.

Die DE 20 2009 008 052 111 beschreibt eine mikrofluidische Plattform, bei der als Mittel zum Auslösen einer Bewegung einer Probenflüssigkeit bzw. zum Transport derselben sowohl Kapillarkräfte als auch ein aktives Element in Form einer Druckquelle eingesetzt wird. Durch die gezeigte Vorrichtung sollen Transportvorgänge in dem mikrofluidischen System präzise und sicher gesteuert werden können, wobei der Fertigungsaufwand für die mikrofluidische Plattform vergleichsweise gering gehalten werden soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine alternative gattungsgemäße mikrofluidische Plattform bereitzustellen, mit welcher zuverlässig und leicht handhabbar zumindest ein Teil einer Flüssigkeit, insbesondere Probenflüssigkeit zwischen zwei Orten der mikrofluidischen Plattform transportiert werden kann.

Die wenigstens zwei Orte können beispielsweise zum einen ein Probeaufgabebereich sein, in dem eine Probenflüssigkeit aufgegeben wird und zum anderen ein Probennutzbereich bzw. Reaktionsbereich, zu dem die Probenflüssigkeit transportiert werden und in dem diese mit geeigneten Reagenzien eine bestimmte Nachweisreaktion vollführen soll . Sowohl der Probenaufgabebereich als auch der Probennutzbereich können dabei als Kavitäten ausgebildet sein.

Die oben genannte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar.

Die Erfindung geht aus von eine mikrofluidischen Plattform mit wenigstens einem Mittel zum Auslösen einer Bewegung einer Flüssigkeit, insbesondere Probenflüssigkeit, zwischen wenigstens zwei Orten der mikrofluidischen Plattform.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das wenigstens eine Mittel wenigstens ein volumen- und/oder formveränderliches Element umfasst, welches an wenigstens einem beweglich mit der mikrofluidischen Plattform verbundenen Bauteil angebracht ist und durch Bewegung des Bauteils in eine derartige Position bringbar ist, dass das Element unter

Veränderung seines Volumens und/oder seiner Form bewirkt, dass die an dem wenigstens einen Ort befindliche Flüssigkeit zumindest teilweise von diesem Ort zu dem wenigstens einen anderen Ort bewegt wird.

Durch diese Maßnahme ist es auf sehr einfache Weise möglich, eine Flüssigkeit zwischen zwei Orten einer mikrofluidischen Plattform zu bewegen, wobei auf externe, von der mikrofluidischen Plattform im wesentlichen unabhängige Geräte (bspw. externe Pumpen) verzichtet werden kann. Selbstverständlich können auf der mikrofluidischen Plattform noch zusätzliche kapillare Kanäle vorgesehen sein, in denen ein Transport der Flüssigkeit lediglich passiv durch

Kapillarkräfte erfolgt.

Es hat sich als sehr zweckmäßig erwiesen, wenn das wenigstens eine volumen- und/oder formveränderliche Element durch Bewegung des Bauteils in eine derartige Position bringbar ist, dass das Element unter Volumenzunahme zumindest eine Kavität wenigstens teilweise ausfüllt oder unter Volumenabnahme zumindest eine zuvor wenigstens teilweise durch das Element ausgeführte Kavität zumindest teilweise wieder freigibt oder dass bei Veränderung der Form des Elementes das Volumen wenigstens einer durch das Element zumindest teilweise begrenzten Kavität veränderbar ist.

Ein wesentliches Merkmal ist hier also das volumen- und/oder formveränderliche Element. Wenn dieses unter Volumenzunahme zumindest eine Kavität wenigstens teilweise ausfüllt, so kann die Kavität vorzugsweise ein Probenaufgabebereich der mikrofluidischen Plattform sein.

Befindet sich nun in diesem Probenaufgabebereich vorher aufgegebene Probenflüssigkeit, so wird diese entsprechend der Volumenzunahme des Elementes in den Probenaufgabebereich hinein aus diesem verdrängt und kann in Richtung beispielsweise eines Probenutzbereiches transportiert werden.

Das Element, welches also sein Volumen und in gewisser Weise auch seine Form verändert, ist somit ein Bauteil, um eine Art Überdruckpumpe zum Transport einer Probe von einem

Probenaufgabebereich hin zu einem Probennutzbereich zu realisieren.

Umgekehrt ist es aber auch denkbar, dass das Element unter Volumenabnahme zumindest eine zuvor wenigstens teilweise durch das Element ausgefüllte Kavität zumindest teilweise wieder freigibt. In diesem Fall entsteht durch das freigewordene Volumen in der Kavität ein Vakuum. Ist nun die Kavität fluidisch (beispielsweise über entsprechende Mikrokanäle) mit einem Probennutzbereich und dieser wiederum mit einem Probenaufgabebereich verbunden, so wird hierdurch ein Transport einer auf den Probenaufgabebereich aufgebrachten

Probenflüssigkeit in Richtung des Probennutzbereichs bzw. in Richtung der besagten, freigegebenen Kavität ausgelöst.

In diesem Fall dient das volumen- und/oder formveränderliche Element somit als eine Art Vakuumpumpe zum Transport der Probenflüssigkeit.

Schließlich ist es noch denkbar, dass das Element lediglich in seiner Form veränderlich ist und in einer bestimmten Position zumindest teilweise eine Kavität begrenzt. Hier kann

beispielsweise ein Probenaufgabebereich Bestandteil der Kavität sein, welche durch das formveränderliche Element zumindest teilweise begrenzt wird. Wird nun das formveränderliche Element, welches beispielsweise membranartig ausgebildet sein kann, in die Kavität hineingedrückt, so verringert sich das Volumen der durch das formveränderliche Element begrenzten Kavität.

Hierdurch wird eine Art manuelle Membranpumpe realisiert, welche in die mikrofluidische Plattform integriert ist und wiederum einen Transport der Probenflüssigkeit zu einem mit dem Probenaufgabebereich fluidisch verbundenen Probennutzbereich auslösen kann.

Beim Nachlassen des Druckes auf das formveränderliche, membranartige Element wird das Volumen der durch dieses zumindest teilweise begrenzten Kavität jedoch wieder vergrößert, so dass der Transport einer Flüssigkeit in umgekehrter Richtung, also wieder hin zur durch das Element zumindest teilweise begrenzten Kavität, realisierbar ist. Entsprechende

Anwendungsfälle sind durchaus denkbar.

Es hat sich dabei als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn das Bauteil deckelartig ausgebildet ist und in wenigstens einer Position wenigstens eine Kavität überdeckt. Es kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das deckelartige Bauteil die mikrofluidische Plattform zumindest von zwei gegenüberliegenden Seiten überdeckt.

Ist die Kavität beispielsweise ein Probenaufgabebereich, so wird durch die Bewegung des deckelartigen Bauteils sozusagen eine Doppelfunktion gelöst. Zum einen wird der Transport einer auf den Probenaufgabebereich aufgegebenen Probenlösung durch das volumen-und/oder formveränderliche Element bewirkt, zum andern wird gleichzeitig der

Probenaufgabebereich verdeckt und somit eine nachträgliche Kontaminierung der Probenflüssigkeit, beispielsweise durch den Benutzer oder auch eine Kontaminierung der Umgebung durch die Probenflüssigkeit zuverlässig verhindert.

Die mikrofluidische Plattform lässt sich dabei besonders einfach handhabbar gestalten, wenn das deckelartige Bauteil verschieb- oder verschwenkbar mit der mikrofluidischen Plattform verbunden ist.

Zweckmäßigerweise ist dabei wenigstens ein Dichtungsmittel vorzusehen, derart, dass in der wenigstens einen, die wenigstens eine Kavität überdeckenden Position des deckelartigen Bauteils die überdeckte Kavität nach außen abgedichtet ist. Hierdurch lässt sich die Wirkung des volumen- und/oder formveränderlichen Elementes verstärken.

Sehr zweckmäßig ist dabei, wenn das Dichtungsmittel am deckelartigen Bauteil an der der wenigstens einen abzudeckenden Kavität zugewandten Seite vorgesehen ist. Alternativ könnte das Dichtungsmittel auch an der mikrofluidischen Plattform, und zwar um die abzudeckende Kavität herum vorgesehen sein. Als Dichtungsmittel kann beispielsweise eine folienartige Dichtung Verwendung finden, welche entsprechend auf dem abzudichtenden Bereich aufgeklebt sein kann. Aber auch andere Formen der Dichtung, wie beispielsweise lippenartige Dichtungen sind denkbar.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das deckelartige Bauteil wenigstens eine Kavität oder Öffnung aufweist, in der das wenigstens eine volumen-und/oder formveränderliche Element zumindest teilweise gehalten ist. Hierdurch kann das Element bei Bewegung des deckelartigen Bauteils leicht mitgenommen werden.

Insbesondere ist es nun zweckmäßig, wenn das volumen- und/oder formveränderliche Element in einer ersten, die Kavität freigebenden Position des deckelartigen Bauteils komprimiert ist und das deckelartige Bauteil in eine zweite Position bringbar ist, in der die Kavität dichtend abgedeckt ist und sich das volumen- und/oder formveränderliche Element in die Kavität hinein entspannt hat, wobei die Kavität fluidisch mit wenigstens einer anderen Kavität, insbesondere einem Probennutzbereich verbunden ist.

Dabei kann die Kavität vorteilhaft als Probenaufgabebereich eines medizintechnischen

Messinstrumentes, beispielsweise eines Biosensors, eines Teststreifens oder dergleichen ausgebildet sein. Entspannt sich das volumen- und/oder formveränderliche Element nach

entsprechender Bewegung des deckelartigen Bauteils nun in den Probenaufgabebereich hinein, so wird die Probenflüssigkeit in Richtung des Probennutzbereichs gedrückt.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass das volumen- und/oder formveränderliche Element in einer ersten Position des deckelartigen Bauteils in eine Kavität der mikrofluidischen Plattform hinein entspannt ist und das deckelartige Bauteil in eine zweite, die Kavität dichtend abdeckende Position bringbar ist, in der das volumen- und/oder

formveränderliche Element die Kavität wieder freigegeben hat und komprimiert ist, wobei die Kavität der mikrofluidischen Plattform fluidisch mit wenigstens einer anderen Kavität, insbesondere mit einem Probennutzbereich und einem Probenaufgabebereich verbunden ist.

Gemäß dieser Weiterbildung wird bei Bewegung des deckelartigen Bauteils eine in den

Probenaufgabebereich aufgegebene Probenflüssigkeit in Richtung der freigegebenen Kavität, also mithin auch in Richtung des Probennutzbereichs transportiert.

Um hierbei eine leichte Bewegung des deckelartigen Bauteils zu gewährleisten, sollte zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das volumen- oder formveränderliche Element an der der Kavität zugewandten Seite Schrägen aufweist.

Noch eine andere Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass das volumen- und/oder formveränderliche Element membranartig ausgebildet ist und das deckelartige Bauteil in eine solche Position bringbar ist, in der zumindest eine Kavität dichtend abgedeckt wird und in der das membranartige Element eine Kavität zumindest bereichsweise begrenzt, wobei durch Druck auf das membranartige Element das dadurch zumindest bereichsweise begrenzte Volumen der Kavität verringerbar ist. Durch diese Weiterbildung ist insbesondere eine quasi in das deckelartige Bauteil integrierte Membranpumpe realisierbar.

Es ist natürlich auch denkbar, dass die mikrofluidische Plattform vorteilhaft mehrere Kavitäten aufweist und mehrere volumen- und/oder formveränderliche Elemente vorgesehen sind, welche an dem wenigstens einen, beweglich mit der mikrofluidischen Plattform verbundenen Bauteil angebracht sind. Hierdurch kann beispielsweise eine Vielzahl von (unter Umständen auch unterschiedlichen) Probenflüssigkeiten beispielsweise in mehrere Probenaufgabebereiche aufgegeben werden und mit einer Bewegung des Bauteils eine Bewegung der Probenflüssigkeit in der zuvor beschriebenen Weise initiiert werden.

Die Erfindung betrifft aber nicht nur eine mikrofluidische Plattform wie beschrieben, sondern auch ein Verfahren zum Auslösen einer Bewegung einer Flüssigkeit, insbesondere

Probenflüssigkeit, zwischen wenigstens zwei Orten einer mikrofluidischen Plattform, insbesondere unter Verwendung einer erfindungsgemäßen, mikrofluidischen Plattform.

Erfindungsgemäß weist das Verfahren wenigstens folgende Verfahrensschritte auf:

wenigstens eine Kavität wird mit wenigstens einem beweglich mit der mikrofluidischen Plattform verbundenen Bauteil dichtend abgedeckt

wenigstens ein an dem wenigstens einen beweglich mit der mikrofluidischen Plattform verbundenen Bauteil angebrachtes, volumen- und/oder formveränderliches Element wird derart in seinem Volumen und/oder in seiner Form verändert, dass eine in der wenigstens einen Kavität befindliche Flüssigkeit zumindest teilweise aus der Kavität herausbewegt oder dass eine Flüssigkeit zumindest in Richtung dieser Kavität bewegt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet sehr zuverlässig das Auslösen einer Bewegung einer Flüssigkeit zwischen wenigstens zwei Orten einer mikrofluidischen Plattform.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass das wenigstens eine volumen- und/oder formveränderliche Element durch Bewegung des Bauteils in eine derartige Position gebracht wird, dass das Element unter Volumenzunahme die zumindest eine Kavität wenigstens teilweise ausfüllt oder unter Volumenabnahme die zumindest eine zuvor wenigstens teilweise durch das Element ausgefüllte Kavität zumindest teilweise wieder freigibt oder dass bei Veränderung der Form des Elementes das Volumen wenigstens einer durch das Element zumindest teilweise begrenzten Kavität verändert wird.

Insbesondere sind dabei vorteilhaft drei Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar:

Es kann vorgesehen sein, dass das volumen- und/oder formveränderliche Element in einer ersten, die Kavität freigebenden Position des deckelartigen Bauteils komprimiert wird und das deckelartige Bauteil in eine zweite Position gebracht wird, in der die Kavität dichtend abgedeckt ist und sich das volumen- und/oder formveränderliche Element in die Kavität hinein entspannt, wobei die Kavität fluidisch mit wenigstens einer anderen Kavität, insbesondere einem

Probennutzbereich verbunden ist.

Das Verfahren kann aber vorteilhaft aber auch so ausgestaltet sein, dass das volumen-und/oder formveränderliche Element in einer ersten Position des deckelartigen Bauteils in eine Kavität der mikrofluidischen Plattform hinein entspannt wird und das deckelartige Bauteil in eine zweite, die Kavität dichtend abdeckende Position gebracht wird, in der das volumen- und/oder formveränderliche Element die Kavität wieder freigegeben hat und komprimiert ist, wobei die Kavität der mikrofluidischen Plattform fluidisch mit wenigstens einer anderen Kavität, insbesondere mit einem Probennutzbereich und einem Probenaufgabebereich verbunden ist.

Eine dritte vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens kann vorsehen, dass das volumen-und/oder formveränderliche Element membranartig ausgebildet ist und das deckelartige Bauteil in eine solche Position gebracht wird, in der zumindest eine Kavität dichtend abgedeckt wird und in der das membranartige Element die wenigstens eine Kavität zumindest bereichsweise begrenzt, wobei durch Druck auf das membranartige Element das dadurch zumindest bereichsweise begrenzte Volumen der wenigstens einen Kavität verringert wird.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sollen anhand von Ausführungsbeispielen verdeutlicht werden, welche mit Hilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1a die prinziphafte Darstellung einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen

Plattform (bevorzugtes Ausführungsbeispiel) in einer Schnittansicht gemäß Schnittverlauf A aus Fig. 1 b mit komprimiertem volumen- und/oder formveränderlichen Element,

Fig. 1 b eine Draufsicht auf die mikrofluidische Plattform gemäß Fig. 1 a,

Fig. 1 c eine Ansicht der mikrofluidischen Plattform gemäß Fig. 1 a, wobei ein

verschiebbarer Deckel bereits teilweise verschoben ist,

Fig. 1d ebenfalls eine Ansicht gemäß Fig. 1 a, wobei der Deckel der mikrofluidischen

Plattform bis zum Anschlag verschoben ist mit expandiertem volumen- und/oder formveränderlichen Element,

a ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen Plattform in einer prinziphaften Schnittdarstellung gemäß Schnittverlauf A in Fig. 2b mit entspanntem volumen- und/oder formveränderlichen Element,

b eine Draufsicht auf die mikrofluidische Plattform gemäß Fig. 2a,

c eine Darstellung der mikrofluidischen Plattform gemäß Fig. 2a, wobei ein

Deckel der mikrofluidischen Plattform bereits teilweise verschoben ist mit bereits komprimiertem volumen- und/oder formveränderlichem Element,

d ebenfalls eine Darstellung gemäß Ansicht aus Fig. 2a, wobei der Deckel der mikrofluidischen Plattform bis zum Anschlag verschoben ist,

e eine Ansicht der mikrofluidischen Plattform in der Stellung gemäß Fig. 2d von oben,

a ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen

Plattform in einer seitlichen Schnittdarstellung gemäß Schnittverlauf A aus Fig. 3b mit unverformtem, volumen- und/oder formveränderlichem Element,

b eine Ansicht der mikrofluidischen Plattform gemäß Fig. 3a von oben,

c eine Ansicht der mikrofluidischen Plattform gemäß Fig. 3a, wobei ein Deckel der mikrofluidischen Plattform bis zum Anschlag verschoben ist,

d eine Ansicht der mikrofluidischen Plattform gemäß Ansicht aus Fig. 3c, wobei das volumen- und/oder form veränderliche Element (Membran)

heruntergedrückt (verformt) ist,

e eine Draufsicht auf die mikrofluidische Plattform in der Position gemäß Fig. 3d,

ein viertes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße mikrofluidische Plattform in einer prinziphaften Draufsicht.

Zunächst soll auf die Fig. 1 a bis d Bezug genommen werden. So ist eine mikrofluidische Plattform in Form eines Biosensors 1 ersichtlich. Der Biosensor 1 weist einen Grundkörper 10 auf, welcher nur teilweise, und zwar in dem für die Erfindung relevanten Bereich, dargestellt ist. Der Grundkörper 10 ist ein vergleichsweise flaches, und in einer Draufsicht (vergleiche Fig. 1 b) rechteckiges Bauteil, welches in dem gezeigten Ausschnitt mit einem Probenaufgabebereich 100 und einem Probennutzbereich 101 versehen ist. Der Probenaufgabebereich 100 und der Probennutzbereich 101 sind in der Draufsicht durch in etwa kreisrunde Kavitäten gebildet.

Dabei dient der Probenaufgabebereich 100 zur Aufgabe einer Probenflüssigkeit P (gestrichelt angedeutet), welche über einen Mikrokanal 102 mit dem Probennutzbereich 101 verbunden ist. Der Probennutzbereich 101 kann beispielsweise Reagenzien enthalten, so dass in den

Probennutzbereich 101 gelangende Probenflüssigkeit P entsprechende Nachweisreaktionen zum Nachweis eines bestimmten Analyten hervorruft. Der Probennutzbereich 101 wiederum kann über einen Mikrokanal 103 mit nicht näher dargestellten, weiteren Kavitäten bzw.

Entlüftungseinrichtungen versehen sein.

Die Kavität des Probenaufgabebereichs 100 ist zur Aufnahme der Probe P nach oben hin geöffnet. Der Probennutzbereich 101 und auch die Mikrokanäle 102, 103 sind nach oben durch eine dünne Abdeckfolie 14, welche beispielsweise auf den Grundkörper 10 aufgeklebt sein kann, abgedeckt. An der linken Seite ist der Grundkörper 10 mit einem beweglichen Deckel 1 1 verschieblich verbunden, welcher in der Draufsicht im Grundriss in etwa rechteckförmig ausgestaltet ist. Der Deckel 1 1 weist ein Deckel-Oberteil 1 10, ein Deckel-Unterteil 1 11 sowie eine Deckel-Rückwand 112 auf. Die genannten Teile des Deckels 11 können sowohl mehrteilig miteinander verbunden als auch einstückig ausgebildet sein.

Es ist ersichtlich, dass das linke Ende des Grundkörpers 10 zwischen dem Oberteil 1 10 und dem Unterteil 11 1 des Deckels 1 1 aufgenommen wird. Dabei befindet sich in den Fig. 1 a und 1 b der Deckel 11 in einer ausgefahrenen Position, in der er den Probenaufgabebereich 100 nicht verdeckt, also freigibt, damit von oben eine Probenflüssigkeit P in den

Probenaufgabebereich 100 aufgegeben werden kann.

Weiterhin ist ersichtlich, dass im Deckeloberteil 1 10 eine in etwa kreisrunde Ausnehmung 1 13 eingebracht ist, in der ein volumen- und/oder formveränderliches Element 12 gehalten ist. Das Element 12 kann beispielsweise an seiner Oberseite mit dem Deckel-Oberteil 1 10 verklebt sein Vorzugsweise ist das volumen- und/oder formveränderliche Element 12 aus komprimier- bzw. verformbarem Kunststoff, beispielsweise Schaumstoff oder Gummi.

Um nun die in den Probenaufgabebereich 100 aufgebrachte Probenflüssigkeit P bzw.

zumindest einen Teil davon in Richtung des Probennutzbereichs 101 zu bewegen, arbeitet der dargestellte Biosensor 1 wie folgt:

Nach Aufgabe der Probenflüssigkeit P in den Probenaufgabebereich 100 (Fig. 1 a) wird der bewegliche Deckel 11 in Richtung des Grundkörpers 10 nach rechts verschoben (Fig. 1 c, erster Verfahrensschritt S1). Hierbei wird die Kavität des Probenaufgabebereichs 100 durch das Deckel-Oberteil 1 10 abgedeckt, so dass die im Probenaufgabebereich 100 befindliche

Probenflüssigkeit P nicht mehr nach oben bzw. nach außen aus dem Probeaufgabebereich 100 entweichen kann. Genauer gesagt, erfolgt eine im Wesentlichen dichtende Abdeckung der Kavität des Probenaufgabebereichs 100. Eine dichtende Abdeckung des

Probenaufgabebereichs 100 durch den Deckel 11 wird dabei durch eine Dichtung 13 verstärkt, welche an der dem Probenaufgabebereich 100 zugewandten Unterseite des Deckel-Oberteils 1 10 angebracht, vorzugsweise angeklebt ist. Die Dichtung 13 ist dabei vorzugsweise folienartig ausgebildet und weist eine in der Draufsicht in etwa rechteckige Form auf, welche die

Ausnehmung 1 13 des Deckel-Oberteils 1 10 umgibt. Lediglich eine in etwa kreisrunde

Aussparung ist vonnöten, damit das volumen- und/oder formveränderliche Element 12 hindurchtreten kann.

In der in der Fig. 1 c dargestellten Position ist zwar die Kavität des Probenaufgabebereichs 100 bereits im Wesentlichen abgedichtet, jedoch befindet sich das volumen- und/oder

formveränderliche Element 12 noch in einem komprimierten bzw. gespannten Zustand.

Wird der Deckel 1 1 nun noch weiter nach rechts geschoben (Fig. 1 d, zweiter Verfahrensschritt S2) kommt das in dem Deckel 1 1 gehaltene Element 12 zur Deckung mit dem

Probenaufgabebereich 100 und kann sich in dessen Kavität hinein entspannen (vergleiche Bezugszeichen 12' und Pfeil). Das expandierte Element 12' füllt die Kavität des

Probenaufgabebereichs 100 im Wesentlichen aus bzw. ist nur geringfügig geringer als diese. Auf Grund der Ausdehnung bzw. Volumenzunahme des Elementes 12 in den

Probenaufgabebereich 100 hinein wird die darin befindliche Probenflüssigkeit P in den

Mikrokanal 102 und damit auch in die Kavität des Probennutzbereichs 101 verdrängt (vgl. P').

Je nach Dimensionierung der Kavitäten von Probenaufgabebereich 100, Probennutzbereich 101 sowie der Mikrokanäle 102, 103 gelangt die in den Probennutzbereich 101 verdrängte Probenflüssigkeit P' über den Mikrokanal 103 auch noch in weitere, nicht näher dargestellte Kavitäten, welche unter Umständen noch für weitere Nachfolgereaktionen vonnöten sind. Auch bei der Verdrängung der Probenflüssigkeit P durch das sich in die Kavität des

Probenaufgabebereichs 100 ausdehnende Element 12 wird durch die zusätzliche Dichtung 13 im Wesentlichen verhindert, dass Probenflüssigkeit P aus dem Deckel 11 nach außen entweichen kann.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Deckel 11 so ausgelegt, dass er in der geöffneten Stellung (Fig. 1 a, b) durch geeignete Rast- bzw. Fixiermittel (nicht dargestellt) in der gezeigten Position aufgehalten wird und nur nach Überwindung einer bestimmten Kraft eine Bewegung des Deckels 11 möglich ist. Nach Schließen des Deckels 1 1 (Fig. 1 d) ist dieses nicht mehr möglich, so dass ein zuverlässiger Verschluss des Probenaufgabebereichs 100 vom einmal benutzten Biosensor 1 gewährleistet ist. Dennoch wäre es denkbar, die beschriebene

Bewegung reversibel auszuführen, indem man das Element 12 beispielsweise mit geeigneten Schrägen ausstatten würde.

Bei dem in den Fig. 1 a bis d gezeigten Ausführungsbeispiel fungiert das volumen- und/oder formveränderliche Element 12 quasi als Überdruckpumpe zum Auslösen einer Bewegung der Probenflüssigkeit P zwischen dem Probenaufgabebereich 100 und zumindest dem

Probennutzbereich 101.

In den Fig. 2a bis e wird nunmehr ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße mikrofluidische Plattform in Form eines Biosensors 2 beschrieben. Der Biosensor 2 weist gleichermaßen einen mit dem Grundkörper 10 in seiner Form vergleichbaren Grundkörper 20 auf, welcher an seinem linken Ende mit einer in etwa kreisrunden Kavität 200 versehen ist. Die Kavität 200 ist über einen Mikrokanal 202 mit der in etwa kreisrunden Kavität eines

Probennutzbereichs 201 verbunden. Der Probennutzbereich 201 ist über einen Mikrokanal 203 wiederum mit der in etwa kreisrunden Kavität eines Probenaufgabebereichs 204 verbunden. Der Probenaufgabebereich 204 ist nach oben offen und gestattet die Aufgabe einer

Probenflüssigkeit P (vgl. Fig. 2a).

Dahingehend sind jedoch die Mikrokanäle 202, 203 und auch der Probennutzbereich durch eine Abdeckfolie 24, welche beispielsweise mit dem Grundkörper 20 verklebt ist, nach oben hin abgedeckt. An der linken Seite des Grundkörpers 20 ist ein Deckel 21 beweglich mit diesem verbunden. Der Deckel 21 befindet sich in der in den Fig. 2a bis 2b gezeigten Position in einer ausgefahrenen Stellung und weist wiederum ein Deckel-Oberteil 210, ein Deckel-Unterteil 211 und eine Deckel-Rückwand 212 auf. Diese Teile können wiederum mehrteilig miteinander

verbunden aber auch einstückig ausgebildet sein. Im Deckel-Oberteil 210 ist eine etwa kreisrunde Kavität 213 eingebracht, in der wiederum ein in etwa kreisrundes volumen- und/oder formveränderliches Element 22 gehalten ist. Das Element 22 füllt in der in den Fig. 2a und b dargestellten Position des Deckels 21 die Kavität 200 des Grundkörpers 20 im Wesentlichen aus.

Des Weiteren ist ersichtlich, dass das Element 22 eine Schräge 220 aufweist, welche in den Figuren auf der der Kavität 200 zugewandten Seite und in Schieberichtung, also rechts

(vergleiche Pfeile) vorgesehen ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zeigt die Fig. 2a einen ersten Verfahrensschritt (S1 '), in der die Kavität 200 durch das Element 22 im Wesentlichen ausgefüllt wird. In einem zweiten Verfahrensschritt S2' (Fig. 2c) wird nun der Deckel 21 in Richtung des Grundkörpers 20 nach rechts geschoben. Das Verschieben wird durch die Schräge 220 erleichtert. Gleichzeitig wird durch die Öffnungskante der Kavität 200 das Element 22 zusammengedrückt und aus der Kavität 200 hinausbewegt (vergleiche Pfeil und Bezugszeichen 22'). Das Volumen des

Elementes 22 nimmt dabei also ab. Selbstverständlich sind, wie auch bei dem

Ausführungsbeispiel in Fig. 1 , Mischformen denkbar, bei denen neben einer in erster Linie auftretenden Volumenänderung des Elementes 22 auch eine gewisse Formänderung auftritt.

Wie auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 eine folienartige Dichtung 23 vorgesehen, welche die Kavität 213 des Deckel-Oberteils 210 umgibt. Die Dichtung 23 verstärkt die abdichtende Wirkung des Deckels 21 , die dazu führt, dass bei der Komprimierung des Elementes 22 hin zum komprimierten Zustand (22') und damit Freigabe des Volumens der Kavität 200, in der Kavität 200 ein Unterdruck entsteht und somit die

Probenflüssigkeit P aus dem Probenaufgabebereich 204 in Richtung der fluidisch mit diesem verbundenen Kavität 200 gesaugt wird. Da in Strömungsrichtung der Probenflüssigkeit P der Probennutzbereich 201 der Kavität 200 vorgeschaltet ist, gelangt die Probenflüssigkeit P von dem Probenaufgabebereich 204 über den Mikrokanal 203 zunächst zum Probennutzbereich 201.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dient das volumen- und/oder formveränderliche Element 22 also quasi als Vakuumpumpe zum Transfer der Probenflüssigkeit P vom

Probenaufgabebereich 204 zum Probennutzbereich 201 (vergleiche P' in Fig. 2c und d).

Auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind nicht näher dargestellte Rastmittel vorgesehen, die den Deckel 21 in der in Fig. 2a bzw. b gezeigten Offenstellung halten und ein Verschieben des Deckels erst unter Aufbringung einer gewissen Lösekraft ermöglichen. Desgleichen sind in der in Fig. 2d gezeigten Schließstellung des Deckels 21 geeignete Mittel vorgesehen, die ein Halten des Deckels 21 in dieser Position gewährleisten. Dennoch sind auch in diesem

Ausführungsbeispiel Anwendungsfälle denkbar, in denen ein mehrmaliges Öffnen und

Schließen des Deckels 21 erwünscht ist. Hierbei wäre (wie auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1) besonderer Wert auf die geeignete Auswahl des Werkstoffs für das volumen-und/oder formveränderliche Element 22 zu legen, damit dieser die reversiblen Bewegungen gegebenenfalls in einer Vielzahl vollführen kann.

In den Fig. 3a bis e wird nun noch ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße mikrofluidische Plattform gezeigt. Darin ist ein Biosensor 3 ersichtlich, welcher wiederum einen in der Form mit den Grundkörpern 10 und 20 vergleichbaren Grundkörper 30 und einen beweglich mit diesem verbundenen Deckel 31 zeigt. Der Grundkörper 30 des Biosensors 3 ist wiederum nur teilweise (im Bereich des Deckels 31) dargestellt und weist dort einen

Probenaufgabebereich 300 zur Aufgabe einer Probenflüssigkeit P auf, welcher über einen Mikrokanal 302 mit einem Probennutzbereich 301 fluidisch verbunden ist. Vom

Probennutzbereich 301 geht wiederum ein Mikrokanal 303 ab, weicher den Probennutzbereich 301 mit anderen, nicht näher dargestellten Kavitäten bzw. Entlüftungseinrichtungen verbinden kann. Der Probennutzbereich 301 sowie die Mikrokanäle 302 und 303 sind über eine geeignete Abdeckfolie 34 nach oben hin abgedeckt.

Der Deckel 31 weist in ähnlicher Weise wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ein Oberteil 310, ein Unterteil 311 sowie eine Rückwand 312 auf.

Im Deckeloberteil 310 ist zudem eine in etwa kreisrunde Durchgangsöffnung 313 eingebracht. Im oberen Bereich der Durchgangsöffnung 313 ist dabei ein volumen- und/oder

formveränderliches Element 32 in Form eines membranartigen Teils angebracht, vorzugsweise verklebt oder verschweißt.

Des Weiteren ist wiederum an der Unterseite des Deckel-Oberteils 310 eine folienartige

Dichtung 33 vorgesehen, welche die Öffnung 313 umgibt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind geeignete, nicht näher dargestellte Mittel vorgesehen, die den Deckel 31 , vorzugsweise rastend in seiner in Fig. 3a und b gezeigten Offenstellung bzw. in seiner Schließstellung (Fig. 3c und d) halten.

Wird nun unter Aufbringung einer Lösekraft der Deckel 31 in Richtung des Grundkörpers 30 bis zum Anschlag nach rechts verschoben (Schritt S1", Fig. 3c), so wird die Öffnung 313 des Deckels 31 in etwa zur Deckung mit dem Probenaufgabebereich 300 gebracht. In dieser Position wird durch die Öffnung 313 und die Kavität des Probenaufgabebereichs 300 ein Volumen V gebildet, welches nach oben durch das membranartige Element 32 begrenzt wird. Gleichzeitig ist das Volumen V nach außen durch den Deckel 31 abgedichtet, wobei die dichtende Wrkung durch die erwähnte Dichtung 33 noch verstärkt wird.

Wird in einem weiteren Schritt nun das membranartige Element 32 hinuntergedrückt (S2", 32', Fig. 3d), so wird das Volumen V verringert (V). Die Folge ist, dass die unter dem

membranartigen Element 32 befindliche Probenflüssigkeit P durch den Mikrokanal 302 in den Probennutzbereich 301 gepumpt wird (Ρ').

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wirkt das volumen- und/oder formveränderliche Element 32 also quasi als manuelle Membranpumpe. Dabei sei angemerkt, dass nach Lösen des Drucks auf das Element 32' dieses wieder in seine Ausgangsform (32) zurückgelangt. Hierdurch wird natürlich das unter dem membranartigen Element 32 befindliche Volumen wieder vergrößert, so dass ein (unter Umständen gewünschter) bidirektionaler

Pumpmechanismus realisierbar ist.

Schließlich sei noch darauf hinzuweisen, dass in den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 3 zwar immer nur ein volumen- und/oder formveränderliches Element angezeigt ist, welches in einem Deckel gehalten ist. Es ist aber auch durchaus möglich und vorteilhaft, wenn ein oder mehrere Deckel vorgesehen sind, welche mit den mikrofluidischen Plattformen beweglich verbunden sind und mehrere volumen- und/oder formveränderliche Elemente in den Deckeln gehalten werden. Dies ermöglicht, dass mit einer Bewegung des oder der Deckel gleichzeitig mehrere Pumpvorgänge ausgelöst werden können.

So ist in Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für einen Biosensor 4 beschrieben, welcher einen Grundkörper 40 mit mehreren Probenaufgabebereichen 400 und mehreren

Probennutzbereichen 401 aufweist. Die Probennutzbereiche 401 sind mit den

Probenaufgabebereichen 400 über entsprechende Mikrokanäle 402 verbunden. Zur Abdeckung der Mikrokanäle 402 sowie der Probennutzbereiche 401 ist eine geeignete Abdeckfolie 403 vorgesehen. Entlüftungseinrichtungen sind nicht dargestellt.

Des Weiteren ist ein Deckel 41 verschiebbar mit dem Grundkörper 40 verbunden und weist mehrere volumen- und/oder formveränderliche Elemente 42 auf, die beispielsweise jeweils nach Art des der Fig. 1 gezeigten Elementes 12 ausgeführt sein können. Wrd nun der Deckel 41 in Richtung des Grundkörpers 40 nach rechts verschoben, so gelangen die Elemente 42 zur Deckung mit den Probenaufgabebereichen 400, expandieren in diese hinein und verdrängen eine darin aufgegebene Probenflüssigkeit in Richtung der Mikrokanäle 402 bzw. der

Probennutzbereiche 401. Es können also mit einer Bewegung des Deckels 41 drei

Pumpvorgänge gleichzeitig ausgelöst werden.

Eine bewegliche Verbindung der genannten Deckel mit den Grundkörpern der mikrofluidischen Plattformen ist selbstverständlich auch auf andere Art und Weise möglich. Beispielsweise kann statt einer Schiebebewegung auch eine Dreh- oder Klappbewegung vorgesehen sein.

Die beschriebenen mikrofluidischen Plattformen 1 bis 4 sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, wobei die bekannten Kunststoff-Bearbeitungsverfahren, insbesondere das

Spritzgießen, zur Anwendung kommen. Die die in den Grundkörpern 10 bis 40 eingebrachten Kavitäten und Mikrokanäle verdeckenden Folien 14, 24, 34 und 403 können beispielsweise selbstklebende Folien sein oder mit Heißkleber versehene Folien, die auf die Oberfläche der Grundkörper laminiert werden. Alternativ ist eine Abdeckung natürlich auch mit festen Deckeln möglich, welche beispielsweise durch UV-Klebung, Ultraschall-Schweißen, Laserschweißen oder Hochfrequenz-Schweißen mit den Grundkörpern verbunden werden.

Bezugszeichenliste

Biosensor

Grundkörper

Probenaufgabebereich

1 Probennutzbereich

Mikrokanal

Mikrokanal

Deckel

0 Deckel-Oberteil

1 Deckel-Unterteil

Deckel-Rückwand

3 Ausnehmung im Deckel-Oberteil

, 12' volumen- und/oder formveränderliches Element

Dichtung

Abdeckfolie

Biosensor

Grundkörper

0 Kavität des Grundkörpers

1 Probennutzbereich

2 Mikrokanal

3 Mikrokanal

4 Probenaufgabebereich

Deckel

0 Deckel-Oberteil

1 Deckel-Unterteil

2 Deckel-Rückwand

3 Kavität des Deckel-Oberteils

, 22' volumen- und/oder formveränderliches Element

0 Schräge des volumen- und/oder formveränderlichen Elementes

Dichtung

Abdeckfolie

Biosensor

Grundkörper

0 Probenaufgabebereich

301 Probennutzbereich

302 Mikrokanal

303 Mikrokanal

31 Deckel

310 Deckel-Oberteil

311 Deckel-Unterteil

312 Deckel-Rückwand

313 Öffnung des Deckel-Oberteils

32 volumen- und/oder formveränderliches Element

33 Dichtung

34 Abdeckfolie

4 Biosensor

40 Grundkörper

400 Probenaufgabebereiche

401 Probennutzbereiche

402 Mikrokanäle

403 Abdeckfolie

41 Deckel

42 volumen- und/oder formveränderliches Elemente

43 Dichtung

P, P' Probenflüssigkeit

S1.S2 Verfahrensschritte

S1 \S2' Verfahrensschritte

S1",S2" 1 Verfahrensschritte

V, V von Membran begrenztes Volumen