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DE60023862T2 - MICROMASSETTE DEVICE FOR CHEMICAL ANALYSIS - Google Patents

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ECOLE POLYTECH
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL
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Abstract

The invention relates to an apparatus for performing chemical assays in an aqueous medium. The apparatus contains a reaction chamber(s) and a liquid in-flow channel connected to each chamber. The flow of liquid through the fluid in-flow channel to the reaction chamber is controlled by the presence of a hydrophobic inner surface on the walls of the in-flow channel. Under normal conditions fluid will not flow through the channel. However, application of an external force pushes the liquid through said channel into the reaction chamber. The invention is applicable to the monitoring of many different molecular interactions, in particular molecular recognition between an immobilised affinity partner and a species in solution, such as immunoglobulin/antigen interaction, DNA hybridisation, haptamer-protein interaction, drug and virus detection, high throughput screening of synthetic molecules and for determining the concentration and reaction kinetics of target species.

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren der Anwesenheit einer Zielspezies in einer wässrigen Probe und auch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration und Reaktionskinetik von Zielspezies. Die Erfindung ist auf die Überwachung (das Monitoring) vieler verschiedener molekularer Wechselwirkungen anwendbar, insbesondere auf molekulare Erkennung zwischen einem immobilisierten Affinitätspartner und einer Spezies in Lösung, wie Immunoglobulin/Antigen-Wechselwirkung, DNA-Hybridisierung, Haptamer-Protein-Wechselwirkung, Arzneimittel- und Virusdetektion und Hochdurchsatz-Screening synthetischer Moleküle.These The invention relates to a device for detecting presence a target species in an aqueous Sample and also a device for determining the concentration and reaction kinetics of target species. The invention is to the monitoring (monitoring) of many different molecular interactions applicable, in particular to molecular recognition between a immobilized affinity partner and a species in solution, like Immunoglobulin / antigen interaction, DNA hybridization, haptamer-protein interaction, Drug and virus detection and high throughput synthetic screening Molecules.

Da viele Affinitätskomplexbildungen zwischen zwei Reaktionspartnern diffusionskontrolliert sind, hängt die zum Erreichen des Reaktionsgleichgewichts erforderliche Zeit direkt von dem Massentransport des Moleküls ab. Die Diffusionszeit eines Moleküls in einer Lösung ist proportional zu dem Quadrat der Weglänge; in der Regel braucht ein kleines Molekül weniger als eine Sekunde, um durch 10 μm hindurch zu diffundieren, während es zwei Stunden benötigt, um einen Millimeter zurückzulegen. Um die Gleichgewichtszeit der Reaktion herabzusetzen, müssen die chemischen Partner daher so nahe wie möglich beieinander aufgebracht werden; die Gleichgewichtszeit kann dramatisch herabgesetzt werden, indem die Reaktorgröße auf Mikrodimensionen reduziert wird, ein Partner auf der Oberfläche des Reaktors immobilisiert wird und der Reaktor mit dem zweiten Partner gefüllt wird.There many affinity complexations between two reactants are diffusion controlled, depends time required to reach the reaction equilibrium directly from the mass transport of the molecule. The diffusion time of a molecule in one solution is proportional to the square of the path length; usually needs one small molecule less than one second to diffuse through 10 μm, while it takes two hours to travel one millimeter. To reduce the equilibrium time of the reaction, the chemical partners therefore as close as possible applied to each other become; the equilibrium time can be dramatically reduced by the reactor size on microdimensions is reduced, a partner immobilized on the surface of the reactor and the reactor is filled with the second partner.

Die Verwendung von Mikroreaktoren erhöht nicht nur die Geschwindigkeit der Affinitätsassays, sondern erleichtert auch das Erhalten von Informationen, die Reaktionskinetiken betreffen, was zum Verständnis der thermodynamischen Stabilität von Komplexen wichtig ist. Die Affinitätskonstante Kd ist das Verhältnis zwischen den vorwärts und rückwärts gerichteten Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten k+ und k, die für die Assoziationsbeziehungsweise Dissoziationskonstanten stehen. Eine starke Komplexbildung ist durch eine sehr rasche Assoziation und eine sehr langsame Dissoziation gekennzeichnet, die im speziellen Fall von Sorbensaffinitätsassays Adsorption und Desorption von der Oberfläche des Mikroreaktors sind. Das Verständnis dieser thermodynamischen Eigenschaften kann für die Studie der Kreuzreaktivität zwischen mehreren Antigenen oder der unspezifischen Adsorption eines Matrixelements während eines Affinitätsassays verwendet werden. Die Komplexbildung von Partnern mit höherer Affinität wird durch Modulieren der Inkubationszeit der Lösung begünstigt, und die unspezifische Adsorption wird dann auf ein Minimum reduziert. Diese Tatsache kann wegen der Minimierung des Hintergrundsignals bei der Abnahme der Detektionsgrenze in Immunosorbensassays ein wichtiger Faktor sein. Dieses Verfahren kann auch zur Überwachung der Adsorption von Antigenen mit unterschiedlichem Molekulargewicht verwendet werden.The use of microreactors not only increases the speed of the affinity assays, but also facilitates obtaining information related to reaction kinetics, which is important for understanding the thermodynamic stability of complexes. The affinity constant K d is the ratio between the forward and backward reaction rate constants k + and k - , which stand for the association and dissociation constants, respectively. Strong complex formation is characterized by a very rapid association and very slow dissociation, which in the specific case of sorbent affinity assays are adsorption and desorption from the surface of the microreactor. Understanding these thermodynamic properties can be used to study cross-reactivity between multiple antigens or nonspecific adsorption of a matrix element during an affinity assay. Complex formation of higher affinity partners is favored by modulating incubation time of the solution and nonspecific adsorption is then minimized. This fact may be an important factor because of the minimization of the background signal in decreasing the detection limit in immunosorbent assays. This method can also be used to monitor the adsorption of antigens of different molecular weight.

Da der Diffusionskoeffizient eines Moleküls proportional zu seiner Masse ist, unterscheidet sich die Diffusionszeit des Moleküls durch die Reaktionskammer für kleine und große Moleküle. Im Fall von Molekülen mit unterschiedlichem Molekulargewicht und demselben Epitop (z. B. Fibrinabbauprodukten) kann die Kd für alle Moleküle die gleiche sein, während der Diffusionskoeffizient für jedes von ihnen verschieden ist. Wenn ein kinetisches Experiment durchgeführt wird, erreichen die kleineren Moleküle die Antikörper quantitativ vor den größeren. Das Überwachen des aus der Affinitätsreaktion resultierenden Signals als Funktion der Zeit kann somit nützliche Informationen über die Kinetik liefern, was zum Verständnis des Abbauprozesses beitragen kann. Diese kinetischen Ereignisse können durch Modulieren der Verweilzeit von Molekülen in Kontakt mit ihren Reaktionspartnern verfolgt werden, was sich am leichtesten erreichen lässt, indem ein Antikörper auf den Wänden einer Reihe von Mikroreaktoren immobilisiert wird und unterschiedliche Lösungen des interessierenden Analyten für unterschiedliche Zeiträume inkubiert werden.Since the diffusion coefficient of a molecule is proportional to its mass, the diffusion time of the molecule through the reaction chamber differs for small and large molecules. In the case of molecules having different molecular weights and the same epitope (z. B. fibrin degradation products), the K d for all molecules to be the same, while the diffusion coefficient is different for each of them. When a kinetic experiment is performed, the smaller molecules quantitatively reach the antibodies before the larger ones. Monitoring the affinity response resulting signal as a function of time may thus provide useful information about the kinetics, which may aid in understanding the degradation process. These kinetic events can be tracked by modulating the residence time of molecules in contact with their reactants, which is most easily achieved by immobilizing an antibody on the walls of a series of microreactors and incubating different solutions of the analyte of interest for different periods of time.

In der Vergangenheit sind analytische Verfahren des oben beschriebenen Typs (wie enzymgebundene Immunosorbensassays – ELISAs) mit Mikrotiterplatten durchgeführt worden und waren relativ langsam. Es wurden in den vergangenen Jahren große Anstrengungen unternommen, die Größe von Analysevorrichtungen auf Mikrometermaßstab zu reduzieren, um die Reaktionszeiten zu verringern: Diese miniaturisierten Systeme sind als "Mikromaßstab-Vollanalysesysteme" (μ-TAS)1 bezeichnet worden, und sie sind bereits als zweckmäßiges Mittel zum Manipulieren und Analysieren kleiner Probemengen bekannt2–8. Die meisten μ-TAS-Vorrichtungen sind bislang durch Photolithographie, nasschemisches Ätzen oder Dünnfilmabscheidung auf Substraten wie Glas, Quarz und Silizium hergestellt worden9,10. Um die Produktionskosten herabzusetzen, sind Kunststoffsubstrate auch maschinell mikrobearbeitet worden, wobei entweder Gießen von Silikonkautschuk11–14, Spritzgießen15, Prägen16,17 oder Laserphotoablation18 verwendet wurden. Diese Strukturen sind planare Vorrichtungen mit Kanälen von Mikrometergröße, die oft durch thermisches oder anodisches Binden an eine Glasabdeckung versiegelt sind. Miteinander verbundene Kanäle lassen sich leicht fertigen, wodurch die rasche Trennung und Reaktionen in Volumina von wenigen Picolitern möglich werden. Andere Vorteile von μ-TAS sind die Verringerung von Proben- und Reagenzverbrauch und die höhere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, verglichen mit Vorrichtungen im Labormaßstab21,22.In the past, analytical methods of the type described above (such as enzyme-linked immunosorbent assays - ELISAs) have been performed with microtiter plates and have been relatively slow. Great efforts have been made in recent years to reduce the size of micrometer scale analyzers to reduce response times: these miniaturized systems have been termed "full-scale microanalysis systems" (μ-TAS) 1 , and they are already useful Means for manipulating and analyzing small sample quantities known 2-8 . Most μ-TAS devices have heretofore been made by photolithography, wet-chemical etching, or thin-film deposition on substrates such as glass, quartz, and silicon 9,10 . In order to reduce production costs, plastic substrates have also been machine-micromachined using either casting of silicone rubber 11-14 , injection molding 15 , stamping 16, 17, or laser photoablation 18 . These structures are planar devices with channels of micrometer size, often sealed by thermal or anodic bonding to a glass cover. Interconnected channels are easy to fabricate, allowing for rapid separation and reactions in volumes of a few picoliters. Other advantages of μ-TAS are the reduction in sample and reagent consumption, and the higher accuracy and reproducibility compared to laboratory-scale devices 21,22 .

Es sind auch kompetitive Immunoassays auf Mikrochips23–25 durchgeführt worden, die Mikrokanäle sind jedoch nur zum elektrophoretischen Trennen von freien und gebundenen Formen von Antigen oder Antikörper verwendet worden. In diesen Assays werden Antikörper und markiertes Antigen in spezifischen Mengen zu der zu analysierenden Probe gegeben. Die Probe wird dann mit einer Mischung der markierten und nativen Antigene inkubiert, die um eine begrenzte Anzahl von Antikörperbindungsstellen konkurrieren. Der Mikrokanal wird dann zum Trennen des freien markierten Antigens von dem Komplex durch Kapillarelektrophorese verwendet, und die Quantifizierung wird durch Lumineszenz (Fluoreszenz oder Chemilumineszenz) am Ende des Trennkanals durchgeführt. Die gemessene Menge an freiem markiertem Antigen wird dann unter Verwendung einer zuvor bestimmten Kalibrierungskurve mit der Analytkonzentration in der Probe in Beziehung gesetzt. Es ist bei diesem Assaytyp wesentlich, die Adsorption eines Reaktionspartners auf den Mikrokanalwänden zu vermeiden.Competitive immunoassays have also been performed on microchips 23-25 , but the microchannels have been used only to electrophoretically separate free and bound forms of antigen or antibody. In these assays, antibody and labeled antigen are added in specific amounts to the sample to be analyzed. The sample is then incubated with a mixture of the labeled and native antigens that compete for a limited number of antibody binding sites. The microchannel is then used to separate the free labeled antigen from the complex by capillary electrophoresis, and the quantification is performed by luminescence (fluorescence or chemiluminescence) at the end of the separation channel. The measured amount of free labeled antigen is then related to the analyte concentration in the sample using a previously determined calibration curve. It is essential in this type of assay to avoid adsorption of a reactant on the microchannel walls.

Für die Simultananalyse mehrerer Proben ist ein weiterer Typ von Immunoassayvorrichtung entwickelt worden26. In diesem Fall wurden biotinmarkierte Antikörper im Muster auf einen avidinbeschichteten Wellenleiter aufgebracht, um so eine Gruppierung von sechs vertikal orientierten Streifen mit festgelegten Antikörpern zu bilden, die auf der Wellenleiteroberfläche durch Avitin-Biotin-Brücken immobilisiert waren. Die Proben wurden danach mit einem Sandwich-Immunoassayformat analysiert, indem eine weitere Gruppierung von sechs horizontal orientierten Linien, die das entsprechende fluoreszenzmarkierte Antigen in verschiedenen Konzentrationen enthielten, im Muster darüber gelegt wurde. Fluoreszenzkomplexe an der Oberfläche des Wellenleiters wurden danach durch einen Diodenlaser angeregt, und die Fluoreszenzintensitäten der 36 Quadratpunkte wurden durch eine CCD-Kamera erfasst. Dieser Immunosensor ermöglicht die Parallelanalyse mehrerer Proben und die simultane Detektion von mehr als einem Analyten pro Probe.For the simultaneous analysis of several samples another type of immunoassay device has been developed 26 . In this case, biotin-labeled antibodies were patterned on an avidin-coated waveguide to form a grouping of six vertically oriented strips of fixed antibodies immobilized on the waveguide surface by avitin-biotin bridges. The samples were then analyzed by a sandwich immunoassay format by overlaying another array of six horizontally oriented lines containing the corresponding fluorescently labeled antigen at various concentrations. Fluorescence complexes on the surface of the waveguide were then excited by a diode laser, and the fluorescence intensities of 36 square dots were detected by a CCD camera. This immunosensor enables the parallel analysis of multiple samples and the simultaneous detection of more than one analyte per sample.

Zahlreiche Analysenverfahren verwenden Lumineszenz zum Detektieren eines interessierenden Analyten. Lumineszenz ist der Oberbegriff, der sich auf die Emission von elektromagnetischer Strahlung (UV, sichtbarem Licht oder IR) durch ein angeregtes Molekül bezieht, das in seinen Grundzustand relaxiert, und kann durch Photoanregung (Photolumineszenz) oder durch chemische Reaktion (Chemilumineszenz und Elektrochemilumineszenz) induziert werden. Chemifluoreszenz (CF) ist eine weitere Klasse von Lumineszenzreaktionen, die den Reaktionsmechanismus von sowohl PL als auch CL kombiniert. In diesem Fall wird ein fluorogenes Substrat A durch chemische Reaktion in ein Fluoreszenzprodukt C umgewandelt, und die Lumineszenz wird durch Anregung dieses Produkts erzeugt: A + B → C + D, hv1 + C → C* und C* → C + hv2 Numerous analytical methods use luminescence to detect an analyte of interest. Luminescence is the generic term that refers to the emission of electromagnetic radiation (UV, visible light, or IR) by an excited molecule that relaxes to its ground state, and can be induced by photoexcitation (photoluminescence) or chemical reaction (chemiluminescence and electrochemiluminescence) become. Chemifluorescence (CF) is another class of luminescent reactions that combines the reaction mechanism of both PL and CL. In this case, a fluorogenic substrate A is converted by chemical reaction into a fluorescent product C, and the luminescence is generated by exciting this product: A + B → C + D, hv 1 + C → C * and C * → C + hv 2

Zu analytischen Zwecken kann einer der Reaktanten des Assaysystems, der Lumineszenz erzeugen kann, an ein Molekül gebunden werden, um es spezifisch zu "markieren". Die Anwesenheit oder Abwesenheit einer beobachtbaren Markierung, die an ein oder mehrere der Bindungsmaterialien gebunden ist, wird dann als Indikator für die Existenz eines interessierenden Analyten verwendet. Es hat sich ein großer Bereich von Experimenten zum Detektieren und Quantifizieren von Spurenmengen von Pharmazeutika, Mikroorganismen, Hormonen, Viren, Antikörpern, Nukleinsäuren und anderen Proteinen gemäß derartigen Verfahren entwickelt. In klinischen Diagnostika werden mittlerweile beispielsweise kompetitive und Sandwich-Immunoassays, die Lumineszenzdetektion verwendet, auf Routinebasis27,28 verwendet.For analytical purposes, one of the reactants of the assay system that can produce luminescence can be bound to a molecule to specifically "tag" it. The presence or absence of an observable label bound to one or more of the binding materials is then used as an indicator of the existence of an analyte of interest. There has been developed a wide range of experiments for detecting and quantifying trace amounts of pharmaceuticals, microorganisms, hormones, viruses, antibodies, nucleic acids and other proteins according to such methods. For example, in clinical diagnostics, competitive and sandwich immunoassays utilizing luminescence detection are now being used routinely 27,28 .

Bei enzymvermittelten Immunoassays wird ein Molekül mit einem Enzym markiert, das die Lumineszenzreaktion katalysiert. Typische Beispiele sind die Detektion von Immunoreagenzien, die mit Meerrettichperoxidase (HRP) oder alkalischer Phosphatase (ALP) markiert sind, die in Anwesenheit von Wasserstoffperoxid und Hydroxidionen die Oxidation von Luminol und Dioxetanen beziehungsweise die Hydrolyse von phosphathaltigen Reagenzien erleichtern. ALP ist in ähnlicher Weise in CF-Assays zur Abspaltung einer Phosphatgruppe von einem fluorogenen Substrat verwendet worden, um ein Produkt mit hoher Fluoreszenz zu erhalten29.In enzyme-mediated immunoassays, a molecule is labeled with an enzyme that catalyzes the luminescence reaction. Typical examples are the detection of immunoreagents labeled with horseradish peroxidase (HRP) or alkaline phosphatase (ALP), which in the presence of hydrogen peroxide and hydroxide ions facilitate the oxidation of luminol and dioxetanes or the hydrolysis of phosphate-containing reagents. ALP has been similarly used in CF assays to cleave a phosphate group from a fluorogenic substrate to obtain a product with high fluorescence 29 .

Lumineszenzassayverfahren werden weitverbreitet zur Analyse von Peptiden, Proteinen und Nukleinsäuren verwendet. Es ist gezeigt worden, dass CL ein hochempfindliches Detektionsverfahren sowohl in Fließ-Injektions-Analyse (FIA) als auch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie ist30–32, und sie ist auch in der Kapillarelektrophorese (CE)33,34 zur Detektion von Aminosäuren, Neurotransmittern35, Seltenerdmetallionen36 oder markierten Proteinen37 verwendet worden. In Immunoassays ist Lumineszenz jedoch das am häufigsten verwendete Detektionsverfahren27,34,38–43.Luminescent assay methods are widely used for the analysis of peptides, proteins and nucleic acids. It is shown that CL is a highly sensitive detection method in both flow injection analysis (FIA) and high performance liquid chromatography 30-32 , and it is also useful in capillary electrophoresis (CE) 33,34 for the detection of amino acids, neurotransmitters 35 , rare earth metal ions 36 or labeled proteins 37 have been used. However, in immunoassays luminescence is the most commonly used detection method 27, 34, 38-43 .

Unter den Verfahren des Standes der Technik zur Messung der enzymatischen Reaktionsgeschwindigkeit offenbart US-A-4,621,059 ein Verfahren, bei dem das Licht, das von einer lumineszierenden Substanz emittiert wird, die durch eine Kapillarsäule fließt und mit einem immobilisierten Enzym reagiert, durch mehrere optische Fasern aufgefangen wird, die um die Längsrichtung der Säule herum angeordnet sind, um die Enzymaktivität oder die Menge des interessierenden Analyten aus der Verteilung der Lumineszenzintensität zu ermitteln.Under the method of the prior art for measuring the enzymatic Reaction rate, US-A-4,621,059 discloses a method in which the light emitted by a luminescent substance being passed through a capillary column flows and reacts with an immobilized enzyme by multiple optical Fibers are collected around the longitudinal direction of the column are arranged to the enzyme activity or the amount of interest To determine analytes from the distribution of luminescence intensity.

US-A-5,624,850 beschreibt ein Verfahren zur Durchführung von Immunoassays in Kapillaren, wobei Fluoreszenz zum Detektieren eines interessierenden Analyten in durchscheinenden Kapillaren mit einem Innendurchmesser von ~0,1 μm bis 1,0 mm verwendet wird. Homogene Chemilumineszenz-Immunoassays können in ähnlicher Weise wie beispielsweise in US-A-5,017,473 beschrieben durchgeführt werden, wobei ein Licht absorbierendes Material und ein lumineszent markierter Tracer mit dem Analyt/Antianalyt-Komplex inkubiert werden, so dass das gesamte emittierte Licht außer demjenigen, das zu dem gebundenen Tracer gehört, durch das Licht absorbierende Material absorbiert wird.US-A-5,624,850 describes a method for performing immunoassays in capillaries, wherein Fluorescence for detecting an analyte of interest in translucent Capillaries with an inner diameter of ~ 0.1 microns to 1.0 mm is used. Homogeneous chemiluminescent immunoassays can be performed in a similar manner as, for example in US-A-5,017,473, wherein a light absorbent material and a luminescently labeled tracer the analyte / anti-analyte complex are incubated so that the entire emitted light except that which belongs to the bound tracer, by the light absorbing Material is absorbed.

In US-A-5,585,069 ist ein Verfahren offenbart, bei dem zwei oder mehr Proben parallel in einem System verarbeitet werden, das mehrere Mulden aufweist, die durch einen oder mehrere Kanäle verbunden sind, um eine Probe mit mechanischem oder elektrokinetischem Pumpen von einer Mulde zur anderen zu bewegen. In dieser Vorrichtung werden die Kanäle einfach als Verbindungen zwischen zwei Mulden verwendet und werden nicht als Reaktions- oder Detektionskammern verwendet.In US-A-5,585,069 discloses a method in which two or more Samples are processed in parallel in one system, the more one Has troughs connected by one or more channels are to make a sample with mechanical or electrokinetic pumps to move from one hollow to another. In this device, the channels simply used as connections between two hollows not used as reaction or detection chambers.

Eine der Hauptschwierigkeiten, die mit der Verwendung von μ-TAS-Geräten verbunden ist, ist wegen der niedrigen Reynolds-Zahlen der Ströme das richtige Mischen der Reagenzien. Ein weiteres Problem liegt in der genauen Zeitgebung des Fluideintritts, was für kinetische Untersuchungen wesentlich ist. Die Anmelder haben, als sie sich dieser Probleme angenommen haben, gefunden, dass der Fluideintritt in eine Reaktionskammer (beispielsweise einen Mikrokanal) mittels einer hydrophoben Schranke genau kontrolliert werden kann.A the main difficulties associated with the use of μ-TAS devices is the right one, because of the low Reynolds numbers of the currents Mixing the reagents. Another problem lies in the exact Timing of fluid entry, indicating kinetic studies is essential. The applicants have, as they are aware of these problems have found that the fluid enters a reaction chamber (For example, a microchannel) by means of a hydrophobic barrier can be controlled exactly.

Die vorliegende Anmeldung liefert daher in einem Aspekt eine Vorrichtung, umfassend: mindestens eine Reaktionskammer, mindestens einen Fluidzuflusskanal in Verbindung mit der oder jeder Reaktionskammer, und Schrankenmittel, die zur Verhinderung des Durchflusses von wässrigem Fluid durch den Fluidzuflusskanal/die Fluidzuflusskanäle in die Reaktionskammer(n) angepasst sind, bis eine Fluideintrittskraft auf das Fluid einwirkt, wobei das Schrankenmittel mindestens einen Teil des oder jedes Fluidzuflusskanals mit einer hydrophoben Innenfläche umfasst.The present application therefore provides in one aspect a device comprising: at least one reaction chamber, at least one fluid inlet channel in conjunction with the or each reaction chamber, and barrier means, for preventing the passage of aqueous fluid through the fluid inlet channel (s) Fluid inflow channels in the reaction chamber (s) are adapted to a fluid inlet force acting on the fluid, wherein the barrier means at least one Part of the or each fluid inlet channel having a hydrophobic inner surface comprises.

Die Vorrichtung hat vorzugsweise mehrere Reaktionskammern, die die Form von Mikrokanälen annehmen, wobei jeder einen dazugehörigen Fluidzuflusskanal aufweist. Alternativ können mehrere Mikrokanäle durch einen einzigen Zuflusskanal bedient werden, der in eine gemeinsame Rohrleitung einspeist, die mit den Mikrokanälen in Verbindung steht. In einigen bevorzugten Ausführungsformen wird die Fluideintrittskraft durch Aspirationsmittel geliefert, die mit einer gemeinsamen Rohrleitung verbunden sind, die an ihrem von dem Zuflusskanal entfernten Ende mit jedem Mikrokanal in Verbindung steht. In anderen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung ein drehbares Trägerelement, die Fluideintrittskraft wird durch Zentrifugaldruck bereitgestellt, wenn das Substrat zum Rotieren gebracht wird. Das Trägerelement kann zweckmäßig das Substrat der Mikrokanalvorrichtung bilden, wobei die Mikrokanäle allgemein radial angeordnet sind. Das drehbare Trägerelement kann alternativ als Träger für eine oder mehrere Vorrichtungen mit parallelen Mikrokanälen dienen.The Device preferably has a plurality of reaction chambers, which are the shape assume of microchannels, each one having an associated one Fluid inlet channel has. Alternatively, multiple microchannels can pass through a single inflow channel operated in a common Feed pipeline that communicates with the microchannels. In some preferred embodiments the fluid entry force is delivered by aspiration means, which are connected to a common pipeline connected to their away from the inflow channel to each microchannel stands. In other embodiments the device comprises a rotatable support element, the fluid entry force is provided by centrifugal pressure when the substrate for Rotating is brought. The carrier element can appropriate that Form substrate of the microchannel device, wherein the microchannels in general are arranged radially. The rotatable support member may alternatively as a carrier for one or multiple devices with parallel microchannels are used.

Der Vorteil einer gemeinsamen Quelle der Fluideintrittskraft für alle Mikrokanäle liegt darin, dass simultanes Füllen gewährleistet werden kann, wobei die Fluidproben durch die hydrophoben Schrankenmittel am Eintreten in die Mikrokanäle gehindert werden, bis die Fluideintrittskraft ausgeübt wird. Der Grad der Fluideintrittskraft kann zudem auch leicht kontrolliert werden, um rasches Füllen der Mikrokanäle und adäquates Mischen zu gewährleisten. Die Mikrokanäle können auch durch Ausübung einer verstärkten Kraft auf das Fluid in den Kanälen, beispielsweise durch Erhöhen des Aspirationsgrads oder durch Erhöhen der Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsträgerelements, in effizienter und rascher Weise geleert werden. Daher lässt sich ein genauer Endpunkt eines Assays erreichen. Es ist in vielen Fällen vorteilhaft, die Probe vor dem Überwachen auf gebundene Zielspezies auszuwerfen.Of the Advantage of a common source of fluid inlet force for all micro-channels is in that simultaneous filling guaranteed can be, with the fluid samples through the hydrophobic barrier means on entering the microchannels be prevented until the fluid inlet force is applied. The degree of fluid entry force can also be easily controlled be to fast filling the microchannels and adequate To ensure mixing. The microchannels can also by exercise a reinforced Force on the fluid in the channels, for example, by increasing the degree of aspiration or by increasing the rotational speed the rotation support element, be emptied in an efficient and rapid way. Therefore, it is possible reach an exact endpoint of an assay. It is beneficial in many cases the sample before monitoring to eject bound target species.

Gewünschtenfalls kann ein flüssiges Reagenz oder ein Waschfluid in einem versiegelten Hohlraum bereitgestellt werden, der ein Reservoir bildet, wobei es vorzugsweise ein derartiges Reservoir pro Mikrokanal gibt. Die Reservoire können so angeordnet sein, dass sie über normalerweise geschlossene Ventile mit ihren jeweiligen Mikrokanälen in Verbindung stehen, und können zum Auswerfen ihres Inhalts durch solche Ventile gebracht werden, wenn jeweilige Kolben auf sie einwirken. Alternativ kann es ein einzelnes Reservoir geben, das über ein normalerweise geschlossenes Ventil mit einer gemeinsamen Rohrleitung in Verbindung steht, die in alle Mikrokanäle einspeist.If desired, can be a liquid Reagent or a washing fluid provided in a sealed cavity which forms a reservoir, preferably one such Reservoir per micro channel gives. The reservoirs can be arranged so that she over normally closed valves communicate with their respective microchannels stand, and can be ejected through such valves to eject their contents, when respective pistons act on them. Alternatively it can be give single reservoir that over a normally closed valve with a common pipe which feeds into all microchannels.

Detektion von Zielspezies mit den Mikrokanälen kann mit konventionellen Mitteln erreicht werden. Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung sind beispielsweise so aufgebaut, dass mindestens ein Teil der Oberfläche des Mikrokanals aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, um elektrochemische Detektion zu ermöglichen. Dies kann beispielsweise ein leitendes Polymermaterial oder eine Elektrode sein. In einigen Ausführungsformen kann mindestens ein Teil der Mikrokanalwände aus einem Halbleitermaterial gebildet werden, wie Indiumoxid. Das Halbleitermaterial ist vorzugsweise transparent. Die Detektion kann alternativ durch Lumineszenz- oder Fluoreszenzmittel erreicht werden, wobei in diesem Fall ein elektromagnetischer Strahlungsdetektor wie eine Photodiode oder ein Sekundärelektronenvervielfältiger bereitgestellt wird.Detection of target species with the microchannels can be achieved by conventional means. For example, preferred embodiments of the device are configured such that at least a portion of the surface of the microchannel is formed of an electrically conductive material to facilitate electrochemical detection. This may be, for example, a conductive polymer material or an electrode. In some embodiments, at least a portion of the microchannel walls may be formed from a semiconductor material, such as indium oxide. The semiconductor material is preferably transparent. The detection can alternatively be performed by luminescence or fluorescent means, in which case an electromagnetic radiation detector such as a photodiode or a secondary electron multiplier is provided.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass chemische Reagenzien auf den Innenseiten der Mikrokanäle immobilisiert werden können, wodurch die Möglichkeit von Assays vom ELISA-Typ in einem System vom μ-TAS-Typ geboten wird. An den Mikrokanalwänden können eine Anzahl verschiedener Reagenztypen befestigt werden, beispielsweise Oligonukleotide, Polypeptide, Proteine (wie Enzyme) oder andere natürliche oder synthetische Moleküle. Diese können zweckmäßig auf der Oberfläche der Mikrokanalwände adsorbiert sein oder kovalent daran gebunden sein (beispielsweise mittels Amidbindungsbildung mit Succinimid) oder elektrostatisch daran gebunden sein (beispielsweise mit einem Vernetzer wie Polylysin). Die Innenseite des Mikrokanals und/der des Fluidzuflusskanals kann auch mit chemisch-funktionalen Gruppen versehen sein, die durch chemische oder physikalische Behandlung gebildet worden sind.One particular advantage of the invention is that chemical reagents on the insides of the microchannels can be immobilized thus the possibility of ELISA-type assays in a μ-TAS type system. On the microchannel walls can a Number of different types of reagents, for example oligonucleotides, Polypeptides, proteins (such as enzymes) or other natural or synthetic molecules. These can appropriate on the surface the microchannel walls be adsorbed or covalently bound thereto (for example by amide bond formation with succinimide) or electrostatically be bound (for example with a crosslinker such as polylysine). The inside of the microchannel and / or the fluid inflow channel can also be provided with chemical-functional groups by chemical or physical treatment have been formed.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung wie oben definiert, das die folgenden Stufen aufweist, die in beliebiger Reihenfolge oder simultan durchgeführt werden können: Bilden mindestens einer Reaktionskammer und Bilden mindestens eines Fluidzuflusskanals in Verbindung mit der Reaktionskammer bzw. den Reaktionskammern, wobei mindestens ein Teil des oder jedes Fluidzuflusskanals eine hydrophobe Innenfläche aufweist, die so angepasst ist, dass sie als Schrankenmittel wirkt, um den Durchgang von Fluid durch den Fluidzuflusskanal in die Reaktionskammer(n) solange zu verhindern, bis eine Fluideintrittskraft auf dieses Fluid wirkt.The The invention also extends to a method of manufacture a device as defined above, comprising the following steps, which can be performed in any order or simultaneously: Form at least one reaction chamber and forming at least one fluid inflow channel in connection with the reaction chamber or the reaction chambers, wherein at least a portion of the or each fluid inflow channel a hydrophobic inner surface which is adapted to act as a barrier means, the passage of fluid through the fluid inlet channel into the reaction chamber (s) as long as to prevent a fluid entry force on this fluid acts.

Die Vorrichtung wird zur leichteren Fertigung vorzugsweise in zwei Hauptteilen gebildet: einem Substrat, in dem die Mikrokanäle (und möglicherweise auch die Zuflusskanäle) als Vertiefungen gebildet sind (beispielsweise durch Spritzgießen, Heißprägen, Photoablation, Gießen oder Polymerisation auf einer Form) und einer Deckschicht, die über dem Substrat und über den Vertiefungen aufgebracht wird, um die Mikrokanäle (und gegebenenfalls auch die Zuflusskanäle) zu bilden. In Ausführungsformen, in denen die Zuflusskanäle nicht in dem Substrat hergestellt worden sind, können sie beispielsweise hergestellt werden, indem eine laminierte Deckschicht mit einem Laser durchbohrt wird, oder indem oberhalb des Einlasses der Reaktionskammer eine Verbindungsstelle aufgebracht wird, die aus einem hydrophoben Material wie Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt ist.The Device is for ease of manufacture, preferably in two main parts formed: a substrate in which the microchannels (and possibly also the inflow channels) as Wells are formed (for example by injection molding, hot stamping, photoablation, to water or polymerization on a mold) and a topcoat overlying the substrate and over the wells is applied to the microchannels (and optionally also the inflow channels). In embodiments, in which the inflow channels not prepared in the substrate, they can be produced, for example be pierced by a laminated cover layer with a laser is or above the inlet of the reaction chamber a Joint is applied, which consists of a hydrophobic material as polydimethylsiloxane (PDMS) is made.

Die Vorrichtung kann aus jedem beliebigen geeigneten Material gebildet werden, beispielsweise Keramiken, Glas, Halbleitern, Polymeren oder Kombinationen davon. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden sowohl das Substrat als auch die Laminierungsschicht aus Polymermaterial gebildet, das nicht nur leichte Bildung der Mikrokanäle (beispielsweise durch Photoablation) zulässt, sondern auch das Verschmelzen der beiden Komponenten mittels einer thermischen Laminierungstechnik ermöglicht. Es ist zu diesem Zweck bevorzugt, dass mindestens eines der Polymere aus einem Material ist, das einen relativ niedrigen Schmelzpunkt hat, beispielsweise Polyethylen mit einem Schmelzpunkt unter 200°C. Die Laminierungsschicht kann vorteilhaft aus einem elastomeren Material sein, wie Polydimethylsiloxan (PDMS). Es ist in Vorrichtungen, die zusammen mit optischen Detektionsmitteln verwendet werden sollen, bevorzugt, dass die Laminierungsschicht aus einem im Wesentlichen transparenten Material gebildet wird und das Substrat aus einem im Wesentlichen opaken Material (wie einem Keramikmaterial oder kohlenstoffgefülltem Polymer) gebildet wird.The Device may be formed of any suitable material For example, ceramics, glass, semiconductors, polymers or Combinations of it. In a particularly preferred embodiment Both the substrate and the lamination layer are made Polymer material formed, not only easy formation of the microchannels (for example by photoablation), but also the merging of the two components by means of a thermal lamination technology allows. It is for this purpose preferred that at least one of the polymers is of a material, which has a relatively low melting point, for example polyethylene with a melting point below 200 ° C. The lamination layer may advantageously be made of an elastomeric material such as polydimethylsiloxane (PDMS). It is in devices that to be used together with optical detection means, preferred that the lamination layer of a substantially transparent material is formed and the substrate is made of a essentially opaque material (such as a ceramic material or carbon-filled Polymer) is formed.

In einem Aspekt erstreckt sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung wie definiert, umfassend die Stufen: Aufbringen von mindestens einer Probe einer zu testenden wässrigen Lösung am Ende mindestens eines Fluidzuflusskanals entfernt von mindestens einer Reaktionskammer, Herbeiführen des Eintretens der Probe in die Reaktionskammer(n) über den Fluidzuflusskanal bzw. die Fluidzuflusskanäle durch Ausüben einer Fluideintrittskraft und Überwachen der Probe in der Reaktionskammer bzw. den Reaktionskammern auf Anwesenheit oder Konzentration einer Zielsubstanz.In In one aspect, the invention extends to a method for Operating a device as defined, comprising the steps: Applying at least one sample of an aqueous to be tested solution at the end of at least one fluid inlet channel away from at least a reaction chamber, induce the entry of the sample into the reaction chamber (s) via the Fluid inflow channel or the fluid flow channels by exerting a Fluid entry force and monitoring the sample in the reaction chamber or the reaction chambers for presence or concentration of a target substance.

In Ausführungsformen der Vorrichtung mit Aspirationsmitteln wird die Fluideintrittskraft vorzugsweise durch Aktivieren des Aspirationsmittels ausgeübt, um für einen Zeitraum im Bereich von 0,1 bis 100 s verminderten Druck auf die Mikrokanäle auszuüben. Die Aspirationsmittel können danach aktiviert werden, um die Mikrokanäle zu evakuieren, um den Mikrokanälen noch niedrigeren Druck zur Verfügung zu stellen, gegebenenfalls in Kombination mit der Zufuhr von Waschfluid aus einem Reservoir.In embodiments the device with Aspirationsmitteln is the fluid inlet force Preferably, by activating the Aspirationsmittels exercised for a Period in the range of 0.1 to 100 s reduced pressure on the microchannels exercise. The aspirants can then be activated to evacuate the microchannels to the microchannels yet lower pressure available too optionally in combination with the supply of washing fluid from a reservoir.

In Ausführungsformen der Vorrichtung, die mit drehbaren Substraten oder Trägern aufgebaut sind, wird die Fluideintrittskraft vorzugsweise durch Drehen des Substrats oder des Trägers mit einer Winkelgeschwindigkeit im Bereich von 1 bis 1000 Umdrehungen pro Minute für einen Zeitraum im Bereich von 1 bis 100 s bereitgestellt. Die Mikrokanäle können dann durch Drehen des Substrats oder Trägers mit einer erhöhten Winkelgeschwindigkeit im Bereich von 10 bis 100.000 Umdrehungen pro Minute für einen Zeitraum im Bereich von 1 bis 100 Sekunden evakuiert werden.In embodiments the device constructed with rotatable substrates or supports, For example, the fluid entry force is preferably achieved by rotating the substrate or the carrier at an angular velocity in the range of 1 to 1000 revolutions per minute for provided a period in the range of 1 to 100 s. The microchannels can then by rotating the substrate or carrier at an increased angular velocity in the range of 10 to 100,000 revolutions per minute for one Period can be evacuated in the range of 1 to 100 seconds.

Die Erfindung wird anschließend detaillierter in Bezug auf die angefügten Zeichnungen als Beispiele beschrieben, worin:The Invention will follow in more detail with reference to the attached drawings as examples in which:

1 ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, die a) nach Absetzen eines wässrigen Probetropfens auf der hydrophoben Schranke und b) nach dem Laden der Probe dargestellt ist. 1 Figure 3 is a schematic cross section of one embodiment of a device according to the invention, which is shown a) after settling an aqueous sample drop on the hydrophobic barrier and b) after loading the sample.

2 ist eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die die Stufen des parallelen Probenehmens, -ladens, und -waschens zeigt, die durch Aspiration erreicht werden. 2 Figure 10 is a schematic plan view of an embodiment of a device according to the invention, showing the steps of parallel sampling, loading, and washing achieved by aspiration.

3 ist eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der parallele Füll- und Waschstufen durch Zentrifugalkraft erreicht werden. 3 is a schematic plan view of an alternative embodiment of a device according to the invention, in which parallel filling and washing stages are achieved by centrifugal force.

4 ist eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der die Lösung durch leichte Aspiration geladen und durch starke Aspiration gewaschen wird. 4 is a schematic plan view of another embodiment of a device according to the invention, in which the solution is charged by slight aspiration and washed by strong aspiration.

5a ist eine Partialdraufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Fluidreservoir neben dem Fluidzuflusskanal beinhaltet. 5a is a partial plan view of an embodiment of a device according to the invention, which includes a fluid reservoir adjacent to the fluid inlet channel.

5b besteht aus zwei vertikalen Querschnitten der Vorrichtung von 5a zusammen mit einem dazugehörigen Kolben, wodurch die Wirkung des Kolbens illustriert wird, der in das versiegelte Reservoir eindringt und dessen Inhalt über ein Ventil in die Reaktionskammer auswirft. 5b consists of two vertical cross sections of the device of 5a together with an associated piston, which illustrates the action of the piston, which penetrates into the sealed reservoir and ejects its contents via a valve into the reaction chamber.

6 ist eine Draufsichtdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die durch UV-Laser-Photoablation einer Polycarbonat-CD hergestellt worden ist, wobei die Ausführungsform im Wesentlichen wie die Vorrichtung von 3 aufgebaut ist. 6 FIG. 11 is a top plan view of one embodiment of a device made by UV laser photoablation of a polycarbonate CD, which embodiment is essentially similar to the device of FIG 3 is constructed.

7 ist eine Eichkurve, die aus einem Fluoreszenz-Bildgebungsgerät unter Verwendung von ALP-DDi-Lösung in dem Mikrokanal einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten wurde. 7 Fig. 13 is a calibration curve obtained from a fluorescence imaging apparatus using ALP-DDi solution in the microchannel of one embodiment of a device according to the invention.

8 ist eine graphische Darstellung, die Fluoreszenzergebnisse darstellt, die das Bindungsniveau zwischen DDi-ALP in einem Test zeigt, der die Verwendung zweier Mikrokanäle der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, wobei einer nur mit BSA und der andere mit BSA und Anti-DDi (in der Figur mit BSA + Ab angegeben) inkubiert wurde. 8th Figure 4 is a graph illustrating fluorescence results showing the level of binding between DDi-ALP in a test involving the use of two microchannels of the device of the invention, one with BSA only and the other with BSA and anti-DDi (shown in the Figure BSA + Ab indicated) was incubated.

9 ist ein Fluoreszenzbild, das unter Verwendung einer Vorrichtung des in 6 dargestellten Typs erhalten wurde, wobei unterschiedliche Mikrokanäle mit unterschiedlichen Konzentration von DDi-ALP inkubiert wurden. 9 is a fluorescence image generated using a device of the type described in U.S. Pat 6 was obtained, wherein different microchannels were incubated with different concentration of DDi-ALP.

10 ist eine graphische Darstellung, die die Fluoreszenzintensität illustriert, die aus unterschiedlichen Konzentrationen von ALP-DDi in einer Vorrichtung des in 6 dargestellten Typs mit antikörperbeschichteten Mikrokanälen erhalten wurde. 10 Figure 4 is a graph illustrating the fluorescence intensity resulting from varying concentrations of ALP-DDi in a device of the present invention 6 of the type shown with antibody-coated microchannels.

11 ist eine graphische Darstellung, die die Variation der Fluoreszenzintensität im Zeitverlauf aus einer Inkubation von ALP-DDi in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mindestens einem antikörperbeschichteten Mikrokanal illustriert, und 11 Figure 4 is a graph illustrating the variation in fluorescence intensity over time from incubation of ALP-DDi in one embodiment of the device of the invention with at least one antibody-coated microchannel, and

12 ist eine graphische Darstellung, die die Fluoreszenzintensität (die gebundenes ALP-DDi zeigt) in einem kompetitiven Immunoassay mit D-Dimer unter Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mindestens einem antikörperbeschichteten Mikrokanal illustriert. 12 Figure 3 is a graph illustrating fluorescence intensity (showing bound ALP-DDi) in a competitive immunoassay with D-dimer using one embodiment of the device of the invention having at least one antibody-coated microchannel.

Die Mikrokanalvorrichtungen der 1 bis 6 werden durch LTV-Laser-Photoablation von im Handel erhältlichen Polymeren produziert, wie PET oder Polycarbonat. Das Photoablationsverfahren wird in bekannter Weise durchgeführt, wie beispielsweise zuvor von den Anmeldern der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde. Kurz gesagt wurde eine Polymerfolie mit destilliertem Wasser und Ethanol gespült und danach auf einer X,Y-Arbeitsplattform (Microcontrol, Frankreich) befestigt. Danach wurden UV-Laserpulse (193 nm) (Lambda Physik LPX 205 i, Deutschland) durch eine Photomaske und eine 10:1 Linse mit einer Frequenz von 50 Hz mit 200 mJ/Puls auf das Polymersubstratziel geschossen, was pro Puls einer Fluoreszenz von 1 J/cm2 auf der Oberfläche entspricht. Während des Photoablationsverfahrens wurde das Polymersubstrat mit einem X,Y-Schrittmotor (Microcontrol, Frankreich) mit einer Geschwindigkeit von 0,2 mm/s horizontal bewegt, was zu 22 mm langen linearen Kanälen führte. Diese Mikrokanäle sind in der Regel zwischen 1 und 1000 μm breit, und in diesem Beispiel waren sie ungefähr 100 μm breit. Die Tiefe der Kanäle war durch Kontrolle der Anzahl der verwendeten Laserpulse auf 40 μm festgelegt (jeder Puls trug durch Photoablation ungefähr 150 nm ab). Die Kanäle wurden danach durch thermische Laminierung einer Polyethylenschicht über der Basispolymerfolie versiegelt, die Kanäle zeigten dann eine trapezoide Form, wobei drei Wände aus dem Substratpolymer (PET oder Polycarbonat) bestanden und die Decke aus der Laminierung (Polyethylen) bestand. Fluidzuflusskanäle (oder "Schranken") (1) werden entweder durch Beschießen mit ausreichenden Laserpulsen geöffnet, oder werden mechanisch durch die hydrophobe Laminierungsschicht gebohrt. Die Schranken, die einen Durchmesser zwischen 10 μm und 10 mm haben können, haben infolge der Beschaffenheit des Polymers hydrophobe Innenseiten und inhibieren daher den Durchgang wässriger Fluida.The microchannel devices of 1 to 6 are produced by LTV laser photoablation of commercially available polymers such as PET or polycarbonate. The photoablation process is carried out in a known manner, for example as previously described by the applicants of the present invention. Briefly, a polymeric film was rinsed with distilled water and ethanol and then mounted on an X, Y work platform (Microcontrol, France). Thereafter, UV laser pulses (193 nm) (Lambda Physik LPX 205 i, Germany) were bombarded by a photomask and a 10: 1 lens at a frequency of 50 Hz at 200 mJ / pulse onto the polymer substrate target, giving a fluorescence of 1 J / cm 2 on the surface. During the photoablation process, the polymer substrate was moved horizontally with a X, Y stepping motor (Microcontrol, France) at a speed of 0.2 mm / s, resulting in 22 mm long linear channels. These microchannels are typically between 1 and 1000 microns wide, and in this example they were about 100 microns wide. The depth of the channels was fixed at 40 μm by controlling the number of laser pulses used (each pulse was approximately 150 nm by photoablation). The channels were then sealed by thermal lamination of a polyethylene layer over the base polymer film, the channels then showed a trapezoidal shape with three walls of the substrate polymer (PET or polycarbonate) and the lamination (polyethylene) blanket. Fluid inflow channels (or "barriers") (1) are opened either by bombardment with sufficient laser pulses, or are mechanically drilled through the hydrophobic lamination layer. The barriers, which may have a diameter between 10 μm and 10 mm, have hydrophobic insides due to the nature of the polymer and therefore inhibit the passage of aqueous fluids.

Die genaue Anordnung der Mikrokanäle ist für den Betrieb der Erfindung nicht entscheidend, obwohl zwei allgemeine Geometrien von den Anmeldern entwickelt und getestet worden sind und sich als vorteilhaft erwiesen haben. In der ersten sind mehrere Mikrokanäle parallel zueinander angeordnet, zweckmäßig auf einem allgemein rechteckigen Substrat. Die Zuflusskanal-"Schranken" der verschiedenen Mikrokanäle sind miteinander ausgerichtet, um rasches und effizientes Beladen mit Testlösungen aus einer linearen Mehrfachpipettiervorrichtung (siehe 2) zu ermöglichen. In der zweiten Konfiguration sind die Mikrokanäle radial auf einem allgemein kreisförmigen Substrat angeordnet, wobei die Zuflusskanalschranken entweder in Richtung der Mitte des Kreises und die entgegengesetzten (Ausfluss)-Enden der Mikrokanäle in Richtung des Umkreises (3 und 6) weisen, oder anders herum (4).The exact arrangement of the microchannels is not critical to the operation of the invention, although two general geometries have been developed and tested by the Applicants and have proven to be advantageous. In the first several microchannels are arranged parallel to each other, expediently on a generally rectangular substrate. The inflow channel "barriers" of the various microchannels are aligned to allow rapid and efficient loading of test solutions from a linear multi-pipetting device (see US Pat 2 ). In the second configuration, the microchannels are radially disposed on a generally circular substrate, with the inflow channel barriers either toward the center of the circle and the opposite (outflow) ends of the microchannels in the direction of the circumference (FIG. 3 and 6 ), or the other way round ( 4 ).

Es können viele verschiedene Mittel zur Bereitstellung der Fluideintrittskraft verwendet werden, wobei die bevorzugten Mittel Aspiration und Zentrifugalkraft sind. In der Vorrichtung von 2 wird eine gemeinsame Rohrleitung (3) an den Ausflussenden der Mikrokanäle (2) bereitgestellt, an die während des Betriebs der Vorrichtung ein verminderter Druck angelegt wird, um Fluid durch die Fluidzuflussschranken in die Mikrokanäle zu ziehen. Wie in der letzten Darstellung in 2 zu sehen ist, kann das Aspirationsmittel auch verwendet werden, um eine stärkere Aspirationskraft auszuüben, um den Inhalt der Mikrokanäle in einen Abfluss auszuwerfen, gegebenenfalls zusammen mit der Zufuhr eines Waschfluida. Die in 4 dargestellte Vorrichtung arbeitet in ähnlicher Weise, wobei die Aspiration an den gemeinsamen Ausflussabfluss (6) angelegt wird. In der in den 3 und 6 dargestellten Vorrichtung wird Fluid dazu gebracht, die Fluidzuflussschranken zu passieren und in die Mikrokanäle zu gelangen, indem das Substrat zur Erzeugung von Zentrifugalkraft gedreht wird. In der dargestellten Anordnung hat jeder Mikrokanal seinen eigenen Abfluss (7).Many different means of providing the fluid entry force may be used, the preferred means being aspiration and centrifugal force. In the device of 2 becomes a common pipeline ( 3 ) at the outflow of the microchannels ( 2 ) to which a reduced pressure is applied during operation of the device to draw fluid through the fluid flow barriers into the microchannels. As in the last presentation in 2 As can be seen, the aspirating agent can also be used to exert a stronger aspiration force to eject the contents of the microchannels into a drain, optionally together with the supply of a washing fluid. In the 4 The device shown operates in a similar manner, with the aspiration at the common outflow ( 6 ) is created. In the in the 3 and 6 As shown, fluid is caused to pass through the fluid inlet barriers and into the microchannels by rotating the substrate to produce centrifugal force. In the illustrated arrangement, each microchannel has its own drain ( 7 ).

In einer aspirationsgetriebenen Vorrichtung (wie in den 2 und 4) wird in der Regel eine 2 μl Probe mittels Pipette auf jeder Schranke (1) aufgebracht. Die Lösung wird danach mittels einer kurzen Aspiration aus der gemeinsamen Rohrleitung (3; 6) in den Mikrokanal geladen. Die Technik gewährleistet Homogenität der Lösung über den gesamten Mikrokanal. Der Mikrokanal wird nach der Inkubation aspiriert und drei Mal mit 2 μl gespült. Es ist erwähnenswert, dass das Waschlösungsvolumen viel größer als das Volumen des Mikrokanals (etwa 100 nl) ist, um effizientes Waschen zu gewährleisten. Die Füll- und Waschverfahren können unter Verwendung von durch Zentrifugaldruck getriebenen Vorrichtungen erreicht werden, indem über jeder Schranke (1) 2 μl Lösung aufgebracht werden. Langsames Drehen führt zum Laden der Probe in den Mikrokanal bzw. die Mikrokanäle, und schnelleres Drehen wird anschließend zum Auswerfen der Probe aus dem Mikrokanal bzw. den Mikrokanälen verwendet.In an aspiration-driven device (as in Figs 2 and 4 ) is usually a 2 ul sample by pipette on each barrier ( 1 ) applied. The solution is then removed by a short aspiration from the common pipeline ( 3 ; 6 ) loaded into the microchannel. The technique ensures homogeneity of the solution across the entire microchannel. The microchannel is aspirated after incubation and rinsed three times with 2 μl. It is worth noting that the wash solution volume is much larger than the volume of the microchannel (about 100 nl) to ensure efficient washing. The filling and washing processes can be accomplished using centrifugally-driven devices by placing over each barrier ( 1 ) 2 μl of solution are applied. Slow rotation results in loading the sample into the microchannel or microchannels, and faster spinning is then used to eject the sample from the microchannel (s).

5 illustriert eine optionale Modifikation der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei jeder Mikrokanal ein dazugehöriges Fluidreservoir (10) aufweist, das durch einen versiegelten Hohlraum gebildet ist, der sich neben der Fluidzuflussschranke (1) befindet. Das Reservoir steht mittels eines normalerweise geschlossenen Ventils (12), das Ventilelement (13) umfasst, das unter Druck in Vertiefung (14) verformt werden kann, mit Mikrokanälen (2) in Verbindung. Reservoir (10) ist durch Siegelung (15) bedeckt, die durch abwärtsgerichteten Druck gebrochen werden kann, der von Kolben (11) ausgeübt wird, der in enger Passung in Reservoir (10) geformt ist. Die abwärtsgerichtete Bewegung von Kolben (11) in Reservoir (10) erhöht den Fluiddruck in dem Reservoir, wodurch Ventil (12) geöffnet wird und Fluid aus dem Reservoir in den Mikrokanal eintreten kann. In Abhängigkeit von den Anforderungen eines beliebigen speziellen Assays kann das Reservoir entweder mit einem Reagenz oder mit Waschfluid gefüllt werden. 5 illustrates an optional modification of the device according to the invention, wherein each microchannel has an associated fluid reservoir (FIG. 10 ) formed by a sealed cavity adjacent to the fluid inlet barrier ( 1 ) is located. The reservoir is connected by means of a normally closed valve ( 12 ), the valve element ( 13 ) under pressure in well ( 14 ) can be deformed with microchannels ( 2 ) in connection. Reservoir ( 10 ) is sealed by seal ( 15 ), which can be broken by downward pressure applied by pistons ( 11 ) in close fitting in reservoir ( 10 ) is shaped. The downward movement of pistons ( 11 ) in reservoir ( 10 ) increases the fluid pressure in the reservoir, whereby valve ( 12 ) is opened and fluid from the reservoir can enter the microchannel. Depending on the requirements of any particular assay, the reservoir may be filled with either a reagent or washing fluid.

Es wurden beispielhaft verschiedene Tests durchgeführt, um die Nützlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines Immunoassays auf D-Dimer festzustellen. D-Dimer wird als diagnostischer Indikator bei thromboembolischen Ereignissen verwendet: Thrombosen der tiefen Venen und Lungenembolie können durch Überwachen der D-Dimerkonzentration im Blut diagnostiziert werden. In der Vergangenheit wurde der zuverlässigste Assay auf D-Dimer durch ELISA-Techniken durchgeführt, beispielsweise der "Asserachrom D-Di" von Diagnostica Stago. Die Standard-ELISA-Techniken sind für Notfallsituationen jedoch ungeeignet, und es sind alternative Techniken auf Membranbasis entwickelt worden, die Detektionssysteme auf Farbbasis verwenden48. Diese leiden jedoch unter dem Nachteil, dass der Detektionsmechanismus zu subjektiv ist.Various tests have been carried out, by way of example, to determine the usefulness of the device according to the invention when carrying out an immunoassay for D-dimer. D-dimer is used as a diagnostic indicator in thromboembolic events: deep vein thrombosis and pulmonary embolism can be diagnosed by monitoring blood D-dimer levels. In the past, the most reliable assay on D-dimer was performed by ELISA techniques, for example the "Asserachrom D-Di" from Diagnostica Stago. However, the standard ELISA techniques are unsuitable for emergency situations, and alternative membrane-based techniques have been developed using color-based detection systems 48 . However, these suffer from the disadvantage that the detection mechanism is too subjective.

In den vorliegenden Tests wurde die Detektion des Enzyms durch eine Chemifluoreszenzsubstratlösung (VCR, Amersham) bewirkt. Dieses System basiert auf der Fluoreszenzdetektion des AttoPhos-Substrats, das von ALP hydrolysiert wird. Die Mikrokanäle wurden danach einem Fluoreszenzbildgebungsschirm (MP840, Molecular Dynamics) ausgesetzt, und jeder Kanal wurde 1 Minute abgelesen. Das Bild wurde danach mit Image Quant-Software (Molecular Dynamics) quantifiziert. Die Kalibrierung des Enzyms in dem Mikrokanal wurde erreicht, indem die Substratlösung mit unterschiedlichen Enzymkonzentrationen gemischt und 5 Minuten inkubiert wurde. Die Mikrokanäle wurden danach mit den Mischungen gefüllt und mit dem Fluoreszenzbildgebungsgerät analysiert. In den eigentlichen Tests wurde das Enzym auf der Oberfläche der Mikrokanäle immobilisiert, und die VCR-Lösung wurde zu den Kanälen gegeben, wobei die Fluoreszenz 5 Minuten später gemessen wurde.In the present tests, the detection of the enzyme was effected by a chemiluminescent substrate solution (VCR, Amersham). This system is based on fluorescence detection of the AttoPhos substrate, which is hydrolyzed by ALP. The microchannels were then exposed to a fluorescent imaging screen (MP840, Molecular Dynamics) and each channel was read 1 minute. The image was then quantified using Image Quant software (Molecular Dynamics). Calibration of the enzyme in the microchannel was achieved by mixing the substrate solution at different enzyme concentrations and incubating for 5 minutes. The microchannels were then filled with the mixtures and analyzed with the fluorescence imaging device. In the actual tests, the enzyme was immobilized on the surface of the microchannels and the VCR solution was added to the channels, measuring the fluorescence 5 minutes later.

Immobilisierung der Proteine wurde durch einstündige Physisorption bei Raumtemperatur erreicht. Der IgG-Antikörper der Maus (Serbio, Frankreich) wurde immobilisiert, indem entweder 10 oder 100 μg/ml in dem Mikrokanal aufgebracht und eine Stunde in einer feuchten Kammer inkubiert wurden. Die Oberfläche wurde dann mit PBS und 20% Tween (Tween/Wasser: 0,2 ml/L, Fischer, Deutschland) gewaschen und eine Stunde mit einer Lösung von 50 μg/ml wärmegeschocktem BSA (Sigma, USA) in der Waschpufferlösung blockiert. Nach einer weiteren Waschstufe wurden die Kanäle individuell mit der Antigenlösung gefüllt. Nach fünf Minuten (außer bei dem kinetischen Experiment, wobei andere Zeiträume unten spezifiziert sind) wurden die Mikrokanäle gespült, und eine Lösung von 10 μg/ml mit alkalischer Phosphatase markiertem Antigen (ALD-DDi) wurde eingebracht und nach fünf Minuten erneut gespült.immobilization the proteins became by one hour Physisorption at room temperature achieved. The IgG antibody of Mouse (Serbio, France) was immobilized by either 10 or 100 μg / ml applied in the microchannel and one hour in a moist Chamber were incubated. The surface was then washed with PBS and 20% Tween (Tween / water: 0.2 ml / L, Fischer, Germany) and an hour with a solution of 50 μg / ml wärmegeschocktem BSA (Sigma, USA) blocked in the wash buffer solution. After a further washing step, the channels were individually filled with the antigen solution. To five minutes (except at the kinetic experiment, with other periods below were specified), the microchannels were rinsed, and a solution of 10 μg / ml Alkaline phosphatase labeled antigen (ALD-DDi) was introduced and after five Rinsed again for a few minutes.

Die Fluoreszenzabhängigkeit von der Enzymkonzentration nach 5 Minuten Inkubation ist graphisch in 7 dargestellt. Die Nachweisgrenze wird im Bereich von 1 ng·ml–1 erreicht. Der nicht-lineare Detektionsbereich ergibt sich aus der Tatsache, dass das Hydrolyseprodukt nicht sehr gut löslich ist und in höheren Konzentrationen an der Oberfläche ausfallen kann. Dieses System kann dennoch zur Quantifizierung der Enzymkonzentration in dem Mikrokanal verwendet werden.The fluorescence dependence of the enzyme concentration after 5 minutes of incubation is graphically in 7 shown. The detection limit is reached in the range of 1 ng · ml -1 . The non-linear detection range results from the fact that the hydrolysis product is not very soluble and may precipitate at higher surface concentrations. This system can still be used to quantify the enzyme concentration in the microchannel.

Zur Untersuchung der Aktivität der adsorbierten Antikörper in dem Mikrokanal wurden zwei unterschiedliche Inkubationsverfahren eingesetzt. Erstens wurden einige Kanäle nur mit BSA inkubiert. Zweitens wurden einige weitere Kanäle mit Ab und danach mit BSA inkubiert. Danach wurde jeder Kanal mit dem DDi-ALP gefüllt, eine Stunde inkubiert und nach dem bereits beschriebenen Verfahren durch Aspiration gewaschen. Die Fluoreszenzintensität jedes Kanals wurde dann gemessen, und die Ergebnisse sind in 8 dargestellt. Die nur mit BSA inkubierten Kanäle zeigten eine geringe Fluoreszenz, die sich von derjenigen des Polymersubstrats selbst nicht signifikant unterschied. Im Unterschied dazu zeigten die mit den Antikörpern inkubierten Kanäle viel mehr Fluoreszenz, wodurch gezeigt wird, dass DDi-ALP auf den Antikörpern adsorbiert wurde. Dies Experiment zeigt, dass einige der adsorbierten Antikörper auf der Oberfläche noch aktiv sind, und dass BSA ein wirksames Blockierungsmittel für die unspezifische Adsorption des DDi-ALP-Komplexes ist.To study the activity of the adsorbed antibodies in the microchannel, two different incubation procedures were used. First, some channels were only incubated with BSA. Second, several more channels were incubated with Ab and then with BSA. Thereafter, each channel was filled with the DDi-ALP, incubated for one hour and washed by aspiration according to the procedure already described. The fluorescence intensity of each channel was then measured and the results are in 8th shown. The BSA-only incubated channels showed low fluorescence, which did not differ significantly from that of the polymer substrate itself. In contrast, the channels incubated with the antibodies showed much more fluorescence, indicating that DDi-ALP was adsorbed on the antibodies. This experiment shows that some of the adsorbed antibodies are still active on the surface, and that BSA is an effective blocking agent for nonspecific adsorption of the DDi-ALP complex.

9 zeigt die Fluoreszenz des Substrats in den Kanälen nach Adsorption verschiedener Konzentrationen von ALP-DDi auf den aus 10 μg·ml–1 adsorbierten Antikörpern. Die Fluoreszenzintensität der Mikrokanallinien zeigt eindeutig den Konzentrationsgradienten in den verschiedenen Mikrokanälen. Die relative Intensität jedes Mikrokanals ist in 10 graphisch dargestellt. Die Sättigung der Kanäle wird bei etwa 30 μg/ml erreicht. 9 shows the fluorescence of the substrate in the channels after adsorption of various concentrations of ALP-DDi on the adsorbed from 10 ug · ml -1 antibodies. The fluorescence intensity of the microchannel lines clearly shows the concentration gradient in the various microchannels. The relative intensity of each microchannel is in 10 shown graphically. The saturation of the channels is achieved at about 30 μg / ml.

11 zeigt die Fluoreszenzintensität von Mikrokanälen, die für verschiedene Zeiträume inkubiert worden sind. Bei kurzen Inkubationszeiten (< 5 Minuten) nimmt die Intensität linear zu, wodurch gezeigt wird, dass die Antigene durch die Antikörper sehr rasch eingefangen werden. Es wird angenommen, dass noch nicht alle Antigene die Oberfläche durch Diffusion erreicht haben. Diese erste Neigung folgt ungefähr der Diffusion der Moleküle zu den Wänden. Die Moleküle reagieren dann rasch, und die Reaktion wird quasi diffusionskontrolliert. Nach 5 Minuten der Inkubation wird die Reaktion durch langsamere Kinetiken kontrolliert, die durch zwei verschiedene Phänomene angetrieben werden. Erstens diffundieren große Moleküle langsamer und erreichen daher die Oberfläche nach einer langen Zeit. In diesem Fall können die Moleküle teilweise abgebaute Fibrinprodukte sein, deren Molekulargewicht größer als 1000 kD sein kann. Zweitens gibt es eine Neigung zu unspezifischer Adsorption, solche Reaktionen sind viel langsamer als immunologische Erkennung und werden durch elektrostatische oder hydrophobe Wechselwirkungen angetrieben, die Reorganisation auf Molekularebene erfordern. Dieser Typ von unspezifischer Adsorption kann daher durch kurze Inkubationszeiten ausgeschlossen werden. 11 shows the fluorescence intensity of microchannels that have been incubated for different periods of time. For short incubation times (<5 minutes), the intensity increases linearly, indicating that the antigens are captured by the antibodies very rapidly. It is believed that not all antigens have reached the surface by diffusion. This first tilt roughly follows the diffusion of the molecules to the walls. The molecules then react quickly, and the reaction is quasi-diffusion-controlled. After 5 minutes of incubation, the reaction is controlled by slower kinetics driven by two different phenomena. First, large molecules diffuse more slowly and therefore reach the surface after a long time. In this case, the molecules may be partially degraded fibrin products whose molecular weight may be greater than 1000 kD. Second, there is a tendency for nonspecific adsorption, such reactions are much slower than immunological recognition and are driven by electrostatic or hydrophobic interactions requiring reorganization at the molecular level. This type of nonspecific adsorption can therefore be excluded by short incubation times.

12 zeigt die Fluoreszenzabhängigkeit der D-Dimerkonzentration nach einem kompetitiven Immunoassay. In dem unteren Konzentrationsbereich sind die meisten der immobilisierten Antikörperstellen nicht durch das DDi besetzt; wodurch das DDi-ALP in einer großen Menge vorhanden sein kann und daher mehr Fluoreszenzsubstrate hydrolysieren kann. Bei Konzentrationen über 1000 ng·ml–1 sind D-Dimermoleküle an den meisten der Antikörperstellen vorhanden, und daher sind für DDi-ALP nur wenige Stellen verfügbar. Der mittlere Teil des Konzentrationsbereichs (100 bis 1000 ng·ml–1) zeigt die starke Konzentrationsabhängigkeit des Systems, wobei die beiden Größenordnungen des Nachweisbereichs in dem interessierenden Bereich für diagnostische Anwendungen liegen49. 12 shows the fluorescence dependence of the D-dimer concentration after a competitive immunoassay. In the lower concentration range, most of the immobilized antibody sites are not occupied by the DDi; whereby the DDi-ALP can be present in a large amount and therefore hydrolyze more fluorescent substrates. At concentrations above 1000 ng.ml -1 , D-dimer molecules are present at most of the antibody sites, and therefore only a few sites are available for DDi-ALP. The middle part of the concentration range (100 to 1000 ng.ml -1 ) shows the strong concentration dependence of the system, with the two orders of magnitude of detection range in the range of interest for diagnostic applications 49 .

Diese Experimente zeigen die Umsetzbarkeit von ELISA-Techniken in Mikrokanälen. Die zur Vollendung eines Assays (einschließlich Kalibrierung) erforderliche Zeit kann auf weniger als 10 Minuten reduziert werden, verglichen mit einer typischen Zeit von 3 Stunden für einen ELISA in einer Mikrotiterplatte, weil rasche Gleichgewichtszeiten und rasche Füll- und Spülverfahren genutzt werden können. Es können gewünschtenfalls Hunderte von Mikrokanälen auf einem Substrat bereitgestellt werden, und die Fähigkeit, simultanes Füllen zu gewährleisten, bietet die Möglichkeit für hocheffiziente parallele Assays.These Experiments show the feasibility of ELISA techniques in microchannels. The required to complete an assay (including calibration) Time can be reduced to less than 10 minutes compared with a typical time of 3 hours for an ELISA in a microtiter plate, because rapid equilibrium times and rapid filling and rinsing procedures can be used. It can if desired Hundreds of microchannels be provided on a substrate, and the ability to simultaneous filling to ensure, offers the possibility for highly efficient parallel assays.

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Claims (59)

Vorrichtung zur Durchführung chemischer Assays, die wässrige Fluida beinhalten, wobei die Vorrichtung umfasst: mindestens eine Reaktionskammer, mindestens einen Fluidzuflusskanal in Verbindung mit der oder jeder Reaktionskammer, und Schrankenmittel, die zur Verhinderung des Durchflusses von wässrigem Fluid durch den Fluidzuflusskanal/die Fluidzuflusskanäle in die Reaktionskammer(n) angepasst sind, bis eine Fluideintrittskraft auf das Fluid einwirkt, wobei die Reaktionskammer eine hydrophile Innenfläche hat und das Schrankenmittel mindestens einen Teil des oder jedes Fluidzuflusskanals mit einer hydrophoben Innenfläche umfasst.Apparatus for carrying out chemical assays which aqueous Include fluids, the device comprising at least one Reaction chamber, at least one fluid inlet channel in conjunction with the or each reaction chamber, and barrier means used for Preventing the flow of aqueous fluid through the fluid inlet channel (s) Fluid inflow channels in the reaction chamber (s) are adapted to a fluid inlet force acting on the fluid, wherein the reaction chamber is a hydrophilic palm and the barrier means at least part of or each Fluid inflow channel having a hydrophobic inner surface comprises. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reaktionskammer einen Mikrokanal mit mindestens einer Dimension im Bereich von 1 bis 1000 μm umfasst.Apparatus according to claim 1, wherein the reaction chamber a microchannel with at least one dimension in the range of 1 up to 1000 μm includes. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Fluidzuflusskanal in einem Substrat gebildet ist, von dem mindestens ein Teil aus einem hydrophoben Material besteht.Apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein the fluid inlet channel is formed in a substrate, of which at least a part consists of a hydrophobic material. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Fluidzuflusskanal in einem Substrat gebildet ist, von dem mindestens ein Teil physikalisch oder chemisch behandelt worden ist, um es hydrophob zu machen.Apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein the fluid inlet channel is formed in a substrate, of which at least a part has been physically or chemically treated to it to make hydrophobic. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fluidzuflusskanal eine Querschnittfläche im Bereich von 10 μm2 bis 1000 mm2 hat.Device according to one of the preceding claims, wherein the fluid inlet channel has a cross-sectional area in the range of 10 microns 2 to 1000 mm 2 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fluidzuflusskanal als Komplementärform zu einer Standardpipette (beispielsweise vom Eppendorf(RTM)-Typ) geformt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the fluid inflow channel is shaped as a complementary form to a standard pipette (for example of the Eppendorf (RTM) type). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fluideintrittskraft durch Kolbendruck bereitgestellt wird.,Device according to one of the preceding claims, wherein the fluid entry force is provided by piston pressure. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mehrere separate Reaktionskammern, die jeweils mit einem Zuflusskanal und zugehörigem Schrankenmittel in Verbindung stehen.Device according to one of the preceding claims, comprising several separate reaction chambers, each with an inflow channel and related Barrier means in connection. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei jede Reaktionskammer mit einem separaten Zuflusskanal ausgestattet ist.Apparatus according to claim 8, wherein each reaction chamber equipped with a separate inflow channel. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Zuflusskanal vorliegt, der eine gemeinsame Rohrleitung für alle Reaktionskammern liefert.Apparatus according to claim 8, wherein an inflow channel present, which provides a common pipeline for all reaction chambers. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8, 9 oder 10, soweit abhängig von Anspruch 2, wobei jeder Mikrokanal an seinem von dem Zuflusskanal entfernten Ende mit einer gemeinsamen Rohrleitung in Verbindung steht, wobei die gemeinsame Rohrleitung an ein Aspirationsmittel angeschlossen ist, das angepasst ist, um selektiv verminderten Druck an die Rohrleitung anzulegen und so im Betrieb Fluid durch den Mikrokanal zu ziehen.Device according to claims 8, 9 or 10, as far as dependent on Claim 2, wherein each microchannel is at its from the inflow channel distant end with a common pipe in communication stands, with the common piping to an aspirating agent connected, which is adapted to selectively reduced pressure to put on the pipeline and so in operation fluid through the microchannel to draw. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die gemeinsame Rohrleitung eine Querschnittfläche im Bereich von 0,01 mm2 bis 25 cm2 hat.Apparatus according to claim 10 or claim 11, wherein the common conduit has a cross-sectional area in the range of 0.01 mm 2 to 25 cm 2 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrokanäle allgemein parallel zueinander angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the microchannels are arranged generally parallel to each other. Vorrichtung nach Anspruch 13, soweit abhängig von einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Mikrokanäle allgemein senkrecht zu der gemeinsamen Rohrleitung angeordnet sind.Apparatus according to claim 13, as far as dependent on one of the claims 10 to 12, the microchannels are arranged generally perpendicular to the common pipe. Vorrichtung, die mehrere Vorrichtungen nach Anspruch 14 gemeinsam auf einem Band angebracht umfasst.Device comprising multiple devices according to claim 14 mounted together on a tape. Vorrichtung nach Anspruch 11, die ein im Wesentlichen kreisförmiges Substrat umfasst, wobei die Mikrokanäle im Wesentlichen radial angeordnet sind, wobei ihr jeweiliger Zuflusskanal in Richtung der Peripherie des Kreises weist und ihr entgegengesetztes Ende mit einer mittigen Kammer in Verbindung steht, die an das Aspirationsmittel angeschlossen ist.Apparatus according to claim 11, which is a substantially circular Substrate, wherein the microchannels arranged substantially radially are, with their respective inflow channel towards the periphery of the circle points and its opposite end with a central one Chamber communicates connected to the aspiration agent is. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, die ein im Wesentlichen kreisförmiges Substrat umfasst, wobei die Mikrokanäle im Wesentlichen radial angeordnet sind, der Zuflusskanal bzw. die Zuflusskanäle in Richtung der Mitte des Kreises angeordnet sind und jeder Mikrokanal eine Abfallkammer am entgegengesetzten Ende in Richtung der Peripherie des Kreises aufweist.Apparatus according to claim 8 or claim 9 which a substantially circular Substrate, wherein the microchannels arranged substantially radially are, the inflow channel or the inflow channels in the direction of the center of Circle are arranged and each microchannel a waste chamber on having opposite end in the direction of the periphery of the circle. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei die Dicke des im Wesentlichen kreisförmigen Substrats im Bereich von 50 bis 5000 μm liegt.Apparatus according to claim 16 or claim 17, wherein the thickness of the substantially circular substrate in the area from 50 to 5000 microns lies. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das kreisförmige Substrat drehbar ist und die Fluideintrittskraft durch Zentrifugaldruck bereitgestellt wird, wenn das Substrat zum Rotieren gebracht wird.The device of claim 16, wherein the circular substrate is rotatable and the fluid inlet force provided by centrifugal pressure becomes when the substrate is rotated. Vorrichtung, die mehrere Vorrichtungen nach Anspruch 13 oder Anspruch 14 auf einem drehbaren Trägerelement angeordnet umfasst, und wobei die Fluideintrittskraft durch Zentrifugaldruck bereitgestellt wird, wenn das Trägerelement zum Rotieren gebracht wird.Device comprising multiple devices according to claim 13 or claim 14 comprises arranged on a rotatable support member, and wherein the fluid entry force is provided by centrifugal pressure when the carrier element is made to rotate. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die oder jede Reaktionskammer daran anschließend mit einem versiegelten Hohlraum ausgestattet ist, der ein mit einem wässrigen Fluid gefülltes Reservoir bildet.Device according to one of the preceding claims, wherein then seal the or each reaction chamber with a sealed one Cavity is equipped, which is filled with an aqueous fluid reservoir forms. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Reservoir über ein normalerweise geschlossenes Ventil mit der Reaktionskammer in Verbindung steht, das durch Ausübung von erhöhtem Druck auf das wässrige Fluid in dem Hohlraum zum Öffnen gebracht werden kann.The apparatus of claim 21, wherein the reservoir via a normally closed valve communicating with the reaction chamber stands by exercising of heightened Pressure on the watery Fluid in the cavity for opening can be brought. Vorrichtung nach Anspruch 22, die ferner ein Kolbenelement mit einem Außenprofil umfasst, das so geformt ist, dass es in den Hohlraum passt, wobei der Hohlraum durch eine zerreißbare Siegelung verschlossen ist, die im Betrieb durch den Kolben zerrissen wird, wobei die Bewegung des Kolbens in den Hohlraum den erforderlichen erhöhten Druck liefert, um das wässrige Fluid aus dem Hohlraum über das Ventil in die Reaktionskammer zu drücken.The apparatus of claim 22, further comprising a piston member with an external profile which is shaped so that it fits into the cavity, wherein the Cavity through a rupturable Seal closed, which ruptured during operation by the piston is, whereby the movement of the piston into the cavity the necessary increased Pressure provides to the watery Fluid from the cavity over to push the valve into the reaction chamber. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der Oberfläche der Reaktionskammer aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, und die Vorrichtung ferner elektrische Detektierungsschaltkreise aufweist, die mit dem leitenden Teil verbunden sind, um die Detektion einer Zielspezies in der Reaktionskammer durch elektrochemische Mittel zu ermöglichen.Device according to one of the preceding claims, wherein at least part of the surface of the Reaction chamber formed of an electrically conductive material and the device further comprises electrical detection circuits which are connected to the conductive part to the detection of a Target species in the reaction chamber by electrochemical means to enable. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der leitende Teil aus einem leitenden Polymermaterial gebildet ist.The device of claim 24, wherein the conductive Part is formed of a conductive polymer material. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei der leitende Teil durch eine Elektrode gebildet ist.The device of claim 24, wherein the conductive Part is formed by an electrode. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Elektrode aus einem Halbleitermaterial ist.The device of claim 26, wherein the electrode made of a semiconductor material. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei das Halbleitermaterial im Wesentlichen transparent ist.The device of claim 27, wherein the semiconductor material is essentially transparent. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei das Halbleitermaterial Indiumoxid ist.The device of claim 28, wherein the semiconductor material Indium oxide is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, die ferner elektromagnetische Strahlungsdetektionsmittel umfasst, die angepasst sind, um von einer Zielspezies in der Reaktionskammer emittierte Strahlung zu detektieren.Apparatus according to any one of claims 1 to 23, further comprising electromagnetic Radiation detection means adapted to from a target species detect radiation emitted in the reaction chamber. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei das Detektierungsmittel mindestens eine Photodiode oder mindestens eine Sekundärelektronenvervielfältigergruppierung umfasst, die über mindestens einen Teil der Reaktionskammer angeordnet ist.The device of claim 30, wherein the detecting means at least one photodiode or at least one secondary electron multiplier group that covers over at least a part of the reaction chamber is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein chemisches Reagenz auf mindestens einem Teil der Innenfläche der Reaktionskammer immobilisiert ist, wobei das Reagenz zur Wechselwirkung mit einer Zielspezies angepasst ist, deren Anwesenheit oder Konzentration bestimmt werden soll.Device according to one of the preceding claims, wherein a chemical reagent on at least a portion of the inner surface of the Reaction chamber is immobilized, with the reagent for interaction is adapted to a target species, their presence or concentration should be determined. Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei das Reagenz ein Oligonukleotid, ein Polypeptid, ein Protein oder anderes natürliches oder synthetisches Molekül umfasst.The device of claim 32, wherein the reagent an oligonucleotide, a polypeptide, a protein or other natural or synthetic molecule includes. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder Anspruch 33, wobei das Reagenz auf der Innenfläche der Reaktionskammer adsorbiert ist.Apparatus according to claim 32 or claim 33, wherein the reagent on the inner surface the reaction chamber is adsorbed. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder Anspruch 33, wobei das Reagenz kovalent an die Innenfläche der Reaktionskammer gebunden ist.Apparatus according to claim 32 or claim 33, wherein the reagent is covalently bound to the inner surface of the reaction chamber is. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die kovalente Bindung über ein Succinimid-Bindungsmittel erreicht ist.The device of claim 35, wherein the covalent Binding over a succinimide-binding agent is reached. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder Anspruch 33, wobei das Reagenz elektrostatisch über einen Vernetzer an die Innenfläche der Reaktionskammer gebunden ist.Apparatus according to claim 32 or claim 33, wherein electrostatically transfer the reagent a crosslinker to the inner surface the reaction chamber is bound. Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei der Vernetzer Polylysin ist.The device of claim 37, wherein the crosslinker Polylysine is. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der Innenfläche der Reaktionskammer und/oder des Fluidzuflusskanals mit chemisch funktionellen Gruppen ausgestattet ist, die durch chemische oder physikalische Behandlung der Oberfläche gebildet sind.Device according to one of the preceding claims, wherein at least a part of the inner surface the reaction chamber and / or the fluid inlet channel with chemical functional groups equipped by chemical or physical treatment of the surface are formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein Substrat umfasst, in dem die Reaktionskammer und/oder die Fluidzuflusskanäle als Vertiefung(en) gebildet sind, wobei die Reaktionskammer und/oder der Fluidzuflusskanal durch eine Deckschicht versiegelt sind, die über dem Substrat aufgebracht ist.Device according to one of the preceding claims, which comprises a substrate in which the reaction chamber and / or the fluid supply channels as well (s) are formed, wherein the reaction chamber and / or the fluid inlet channel are sealed by a cover layer applied over the substrate is. Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei das Substrat und die Deckschicht aus Polymermaterialien gebildet sind, wobei der Schmelzpunkt von mindestens einem der Materialien ausreichend niedrig ist, um zu ermöglichen, dass das Substrat und die Deckschicht durch thermische Laminierung miteinander versiegelt werden.The device of claim 40, wherein the substrate and the cover layer are formed of polymeric materials, wherein the melting point of at least one of the materials is sufficient is low to enable that the substrate and the cover layer by thermal lamination be sealed together. Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei das mindestens eine Material Polyethylen ist.Apparatus according to claim 41, wherein said at least a material is polyethylene. Vorrichtung nach Anspruch 40 oder Anspruch 41, wobei die Deckschicht aus einem elastomeren Material gebildet ist.Apparatus according to claim 40 or claim 41, wherein the cover layer is formed from an elastomeric material. Vorrichtung nach Anspruch 43, wobei das elastomere Material Polydimethylsiloxan (PDMS) ist.The device of claim 43, wherein the elastomeric Material polydimethylsiloxane (PDMS) is. Vorrichtung nach Anspruch 40, soweit abhängig von Anspruch 30 oder 31, wobei mindestens ein Teil des Substrats aus einem im Wesentlichen opaken Material gebildet ist und die Deckschicht aus einem im Wesentlichen transparenten Material gebildet ist.Apparatus according to claim 40, as far as dependent on Claim 30 or 31, wherein at least a part of the substrate a substantially opaque material is formed and the cover layer is formed of a substantially transparent material. Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei das im Wesentlichen opake Material ein kohlenstoffgefülltes Polymer oder ein Keramikmaterial umfasst.The device of claim 45, wherein the substantially opaque material is a carbon filled polymer or ceramic material includes. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 46, umfassend die folgenden Stufen, die in beliebiger Reihenfolge oder simultan durchgeführt werden können: Bilden mindestens einer Reaktionskammer mit einer hydrophilen Innenfläche und Bilden mindestens eines Fluidzuflusskanals in Verbindung mit der Reaktionskammer bzw. den Reaktionskammern, wobei mindestens ein Teil des oder jedes Fluidzuflusskanals eine hydrophobe Innenfläche aufweist, die so angepasst ist, dass sie als Schrankenmittel wirkt, um den Durchgang von Fluid durch den Fluidzuflusskanal in die Reaktionskammer solange zu verhindern, bis eine Fluideintrittskraft auf dieses Fluid wirkt.Method for producing a device according to one of the claims 1 to 46, comprising the following stages, in any order or performed simultaneously can be: Forming at least one reaction chamber having a hydrophilic inner surface and Forming at least one fluid inlet channel in conjunction with the Reaction chamber or the reaction chambers, wherein at least one Part of the or each fluid inlet channel has a hydrophobic inner surface, which is adapted so that it acts as a barrier means to the Passage of fluid through the fluid inlet channel into the reaction chamber as long as to prevent a fluid entry force on this fluid acts. Verfahren nach Anspruch 47, wobei die Vorrichtung aus polymerem Material gebildet ist.The method of claim 47, wherein the device is formed of polymeric material. Verfahren nach Anspruch 48, wobei die Vorrichtung durch Spritzgießen, Heißprägen, Photoablation, Gießen oder Polymerisation auf einer Form gebildet ist.The method of claim 48, wherein the device by injection molding, Hot stamping, photoablation, to water or polymerization is formed on a mold. Verfahren nach Anspruch 48 oder Anspruch 49, umfassend die Stufen: Bilden eines Substrats mit mindestens einer Vertiefung darin und Aufbringen einer Deckschicht über dem Substrat, um die oder jede Vertiefung zu versiegeln, um so mindestens einen Fluidzuflusskanal und/oder mindestens eine Reaktionskammer zu bilden.The method of claim 48 or claim 49, comprising the steps: forming a substrate with at least one recess and applying a topcoat over the substrate around or To seal each well, so at least one fluid inlet channel and / or at least one reaction chamber. Verfahren nach Anspruch 50, wobei die Deckschicht durch thermische Laminierung mit dem Substrat versiegelt wird.The method of claim 50, wherein the cover layer is sealed to the substrate by thermal lamination. Verfahren nach Anspruch 47, wobei mindestens ein Teil der Vorrichtung aus einem Keramikmaterial, Glas, einem Leiter- oder einem Halbleitermaterial gebildet ist.The method of claim 47, wherein at least one Part of the device made of a ceramic material, glass, a conductor or a semiconductor material is formed. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 46, umfassend die Stufen: Aufbringen von mindestens einer Probe einer zu testenden wässrigen Lösung am Ende mindestens eines Fluidzuflusskanals entfernt von mindestens einer Reaktionskammer, wobei mindestens ein Teil des oder jedes Fluidzuflusskanals eine hydrophobe Innenfläche aufweist; Herbeiführen des Eintretens der Probe in die Reaktionskammer(n) über den Fluidzuflusskanal bzw. die Fluidzuflusskanäle durch Ausüben einer Fluideintrittskraft und Überwachen der Probe in der Reaktionskammer bzw. den Reaktionskammern auf Anwesenheit oder Konzentration einer Zielsubstanz.Method for operating a device according to the claims 1 to 46, comprising the steps of applying at least one Sample of an aqueous to be tested solution at the end of at least one fluid inlet channel away from at least a reaction chamber, wherein at least a portion of the or each Fluid inlet channel has a hydrophobic inner surface; Induce the Entering the sample into the reaction chamber (s) via the fluid inlet channel or through the fluid flow channels exercise a fluid inlet force and monitoring the sample in the reaction chamber or the reaction chambers for presence or concentration of a target substance. Verfahren nach Anspruch 53, wobei die Probe(n) zum Verlassen der Reaktionskammer(n) gebracht wird bzw. werden, bevor die Reaktionskammer(n) oder die ausgeworfene Probe auf Anwesenheit oder Konzentration einer Zielsubstanz überwacht wird.The method of claim 53, wherein the sample (s) for Leaving the reaction chamber (s) is brought or before the reaction chamber (s) or ejected sample for presence or concentration of a target substance is monitored. Verfahren nach den Ansprüchen 53 oder 54, wobei die oder jede Probe mittels einer Pipette, einer Spritze oder einer elektrisch betriebenen Einspritzvorrichtung aufgebracht wird.A method according to claims 53 or 54, wherein the or each sample by means of a pipette, a syringe or a syringe electrically operated injection device is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 55 zum Betreiben einer Vorrichtung nach Anspruch 11 oder irgendeinem davon abhängigen Anspruch, wobei die Fluideintrittskraft durch Aspirationsmittel bereitgestellt wird, wobei die Aspirationsmittel zum Anlegen von vermindertem Druck an die oder jede Reaktionskammer für einen Zeitraum im Bereich von 0,1 bis 100 s aktiviert werden.Method according to one of claims 53 to 55 for operating An apparatus according to claim 11 or any claim dependent thereon, wherein the fluid entry force is provided by aspiration means, wherein the aspirating agent for applying reduced pressure to the or each reaction chamber for a period in the range of 0.1 to 100 s are activated. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 55 zum Betreiben einer Vorrichtung nach Anspruch 19 oder Anspruch 20 oder irgendeinem davon abhängigen Anspruch, wobei die Fluideintrittskraft durch Drehen des Substrats oder des Trägerelements mit einer Winkelgeschwindigkeit im Bereich von 1 bis 1000 Umdrehungen pro Minute für einen Zeitraum im Bereich von 1 bis 100 s bereitgestellt wird.Method according to one of claims 53 to 55 for operating a device according to claim 19 or claim 20 or any depend on it Claim, wherein the fluid inlet force by rotating the substrate or the carrier element at an angular velocity in the range of 1 to 1000 revolutions per minute for a period in the range of 1 to 100 s is provided. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die Probe aus der Reaktionskammer ausgeworfen wird, indem das Substrat mit einer höheren Winkelgeschwindigkeit im Bereich von 10 bis 100.000 Umdrehungen pro Minute für einen Zeitraum im Bereich von 1 bis 100 s gedreht wird.The method of claim 57, wherein the sample comprises the reaction chamber is ejected by the substrate with a higher Angular velocity in the range of 10 to 100,000 revolutions per minute for a period in the range of 1 to 100 s is rotated. Verfahren nach einem der Ansprüche 53 bis 55 zum Betreiben einer Vorrichtung nach Anspruch 7 oder irgendeinem davon abhängigen Anspruch, wobei die Fluideintrittskraft durch Kolbendruck geliefert wird.Method according to one of claims 53 to 55 for operating a device according to claim 7 or any claim dependent thereon, wherein the fluid entry force is provided by piston pressure.
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