DE102012205511A1

DE102012205511A1 - Revolverbauteil für ein Reagenzgefäß

Info

Publication number: DE102012205511A1
Application number: DE102012205511A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Steigert; Martina Daub; Nils Paust; Günter Roth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-10-10
Also published as: WO2013149761A1; EP2834005B1; EP2834005A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Revolverbauteil (10) für ein Reagenzgefäß, wobei an dem Revolverbauteil (10) mindestens eine Gefäßstruktur (14) ausgebildet ist, in welche mindestens eine Flüssigkeit (16) einfüllbar oder eingefüllt ist, und wobei das Revolverbauteil (10) mindestens eine an und/oder in der mindestens einen Gefäßstruktur (14) angeordnete Kapillarstruktur (18), mittels welcher eine Kapillarkraft auf die mindestens eine Flüssigkeit (16) ausübbar ist, aufweist, wodurch die mindestens eine Flüssigkeit (16) zumindest teilweise in ein Innenvolumen (20) der mindestens einen Kapillarstruktur (18) einsaugbar ist. Ebenso betrifft die Erfindung ein Reagenzgefäß-Einsetzteil und ein Reagenzgefäß. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zentrifugieren eines Materials und ein Verfahren zum Druckbehandeln eines Materials.

Description

Die Erfindung betrifft ein Revolverbauteil für ein Reagenzgefäß. Ebenso betrifft die Erfindung ein Reagenzgefäß-Einsetzteil und ein Reagenzgefäß. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zentrifugieren eines Materials und ein Verfahren zum Druckbehandeln eines Materials.
Stand der Technik
In der DE 10 2010 003 223 A1 ist eine Vorrichtung zum Einsetzen in einen Rotor einer Zentrifuge beschrieben. Die im Format eines Standard-Zentrifugenröhrchens ausgebildete Vorrichtung kann verschiedene Revolver umfassen, welche axial übereinander angeordnet sind. Die Revolver können Kanäle, Kavitäten, Reaktionskammern und weitere Strukturen für die Durchführung von fluidischen Einheitsoperationen aufweisen. Über eine integrierte Kugelschreibermechanik können die Revolver bezüglich ihrer Positionen zueinander rotiert werden, wodurch sich die Strukturen der Revolver zueinander schalten lassen. Eine Aktualisierung der Kugelschreibermechanik ist nach dem Einsetzen der Vorrichtung in eine Zentrifuge mittels einer durch den Betrieb der Zentrifuge bewirkten Zentrifugalkraft auslösbar. Gleichzeitig können Flüssigkeiten entlang dem Kraftvektor der bewirkten Zentrifugalkraft transferiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein Revolverbauteil für ein Reagenzgefäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Reagenzgefäß-Einsetzteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10, ein Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11, ein Verfahren zum Zentrifugieren eines Materials mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Verfahren zum Druckbehandeln eines Materials mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
Vorteile der Erfindung
Die von der mindestens einen Kapillarstruktur bewirkte Kapillarkraft kann dazu genutzt werden, die mindestens eine Flüssigkeit innerhalb der mindestens einen Gefäßstruktur, aus der mindestens einen Gefäßstruktur heraus und/oder in die mindestens eine Gefäßstruktur des Revolverbauteils zu transferieren. Wie unten genauer ausgeführt wird, ist mittels der Kapillarkraft auch ein Flüssigkeitstransport entgegen einer mittels eines Betriebs einer Zentrifuge bewirkten Zentrifugalkraft und/oder entgegen einer mittels eines Betriebs einer Druckvariiervorrichtung bewirkten Druckkraft realisierbar. Außerdem kann die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur auch vorteilhaft dazu genutzt werden, die mindestens eine Flüssigkeit zwischenzuspeichern. Die mindestens eine Kapillarstruktur in und/oder an dem Revolverbauteil ist somit eine vorteilhafte Steuerkomponente zum Steuern eines Flüssigkeitstransports der mindestens einen Flüssigkeit und/oder Speichern der mindestens einen Flüssigkeit.
Wie nachfolgend genauer beschrieben wird, ist die mindestens eine Kapillarstruktur auch als passive Ventilstruktur und/oder passive Mischkomponente zum Mischen von Flüssigkeiten einsetzbar. Die mindestens eine Kapillarstruktur an und/oder in dem Revolverbauteil kann somit für eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die mindestens eine Kapillarstruktur einen mittleren Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,1 μm bis 1 mm auf. Der mindestens eine mittlere Durchmesser kann insbesondere in einem Bereich zwischen 1 μm bis 100 μm liegen. Dies gewährleistet eine ausreichend hohe Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur, mittels welcher die mindestens eine Flüssigkeit (wahlweise) in das Innenvolumen der mindestens einen Kapillarstruktur einsaugbar ist.
Beispielsweise kann die mindestens eine Kapillarstruktur aus Glas, Silica (Kieselgel), einem Polymer, einem Gewebestoff und/oder einem Gel gebildet sein. Die mindestens eine Kapillarstruktur ist somit vergleichsweise einfach und kostengünstig ausführbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die mindestens eine Kapillarstruktur an ihrer mindestens einen Innenwand mit Proteinen, Antigenen, Antikörpern, Enzymen, DNA-Teilsträngen, RNA-Teilsträngen und/oder Epoxidharz beschichtet. Während eines Transferierens der mindestens einen Flüssigkeit durch die mindestens eine Kapillarstruktur und/oder eines Zwischenspeicherns der mindestens einen Flüssigkeit in der mindestens einen Kapillarstruktur können biochemische/molekularbiologische Reaktionen zielgerichtet ausgeführt werden. Die mindestens eine Kapillarstruktur ist somit vielseitig einsetzbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mittels der mindestens einen Kapillarstruktur ausübbare Kapillarkraft größer als eine Gewichtskraft der mindestens einen in die mindestens eine Gefäßstruktur einfüllbaren oder eingefüllten Flüssigkeit. Die mindestens eine Kapillarstruktur kann somit dazu genutzt werden, die mindestens eine Flüssigkeit entgegen der Gewichtskraft zu transferieren und/oder trotz der Gewichtskraft zwischenzuspeichern.
Beispielsweise weist das Revolverbauteil eine Revolveraußenwand auf, welche so ausgebildet ist, dass das Revolverbauteil in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist. Als Ergänzung oder als Alternative dazu kann das Revolverbauteil in einem Einsetzteilgehäuse eines Reagenzgefäß-Einsetzteils einsetzbar sein, welches so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß-Einsetzteil in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist. Das Revolverbauteil kann somit während eines Zentrifugierens, eines Anlegens eines Überdrucks und/oder eines Anlegens eines Unterdrucks vorteilhaft eingesetzt werden.
Bevorzugter Weise ist die mindestens eine zumindest teilweise in die mindestens eine Kapillarstruktur eingesaugte Flüssigkeit mittels einer bei einem Betrieb der Zentrifuge, in deren Rotoreinrichtung das Reagenzgefäß mit dem darin eingesetzten Revolverbauteil angeordnet ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder mittels bei einem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß mit dem darin eingesetzten Revolverbauteil angeordnet ist, bewirkbaren Druckkraft aus der mindestens einen Kapillarstruktur heraus transferierbar. Somit kann die mittels der Kapillarkraft in die mindestens eine Kapillarstruktur eingesaugte mindestens eine Flüssigkeit auf einfache Weise wieder aus der Kapillarstruktur herausgepresst werden. Da das Herauspressen der mindestens einen Flüssigkeit mittels der Zentrifugalkraft und/oder mittels der Druckkraft ausführbar ist, ohne dass die mindestens eine Kapillarstruktur in ihrer Form (wesentlich) verändert wird, kann der Einsaugvorgang und/oder der Auspressvorgang beliebig oft (reversibel) wiederholt werden. Wie unten genauer ausgeführt wird, ist deshalb die mindestens eine Kapillarstruktur sowohl als passive Ventilstruktur zum Schalten von Flüssigkeiten, als auch als passive Mischkomponente zum Mischen von Flüssigkeiten einsetzbar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die mindestens eine Gefäßstruktur jeweils mindestens eine erste Kammer mit einer Befüll- und/oder Druckausgleichöffnung und eine zweite Kammer, welche bis auf eine Flüssigkeitsaustauschöffnung zu der ersten Kammer luft- und/oder flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist, wobei die mindestens eine Kapillarstruktur in einem als schwammartige Masse ausgebildeten Kapillarsystem ausgeformt ist, welche in der zweiten Kammer angeordnet ist. Dies gewährleistet eine kostengünstige Ausführung der mindestens einen Kapillarstruktur, welche für eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten einsetzbar ist.
Die in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch mittels eines Reagenzgefäß-Einsetzteils realisierbar, welches ein Einsetzteilgehäuse aufweist, welches so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß-Einsetzteil in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist, und welches mindestens ein in dem Einsetzteilgehäuse angeordnetes Revolverbauteil entsprechend der erfindungsgemäßen Technologie aufweist.
Außerdem sind diese Vorteile gewährleistbar durch ein Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung mit mindestens einem in dem Reagenzgefäß angeordneten Revolverbauteil entsprechend der erfindungsgemäßen Technologie.
Die Vorteile sind auch bewirkbar durch Ausführen des Verfahrens zum Zentrifugieren eines Materials. In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Verfahren die zusätzlichen Schritte auf: Zumindest einmaliges zwischenzeitliches Reduzieren der aktuellen Drehgeschwindigkeit auf eine zweite Soll-Drehgeschwindigkeit, welche eine zweite Zentrifugalkraft kleiner als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur bewirkt, wodurch das zu zentrifugierende Material und/oder die andere Flüssigkeit zumindest teilweise in die mindestens eine Kapillarstruktur eingesaugt werden, und Erhöhen der aktuellen Drehgeschwindigkeit auf eine dritte Soll-Drehgeschwindigkeit, welche eine dritte Zentrifugalkraft größer als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur bewirkt.
Außerdem sind die Vorteile bewirkbar durch das Ausführen des Verfahrens zum Druckbehandeln eines Materials. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Verfahren die zusätzlichen Schritte aufweisen: Zumindest einmaliges Angleichen des Unter- oder Überdrucks in Richtung des Atmosphärendrucks auf einen zweiten Soll-Druck, welcher eine zweite Druckkraft kleiner als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur bewirkt, wodurch das Material und/oder die andere Flüssigkeit zumindest teilweise in die mindestens eine Kapillarstruktur eingesaugt werden, und Verstärken des Unter- oder Überdrucks weg von dem Atmosphärendruck auf einen dritten Soll-Druck, welcher eine dritte Druckkraft größer als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur bewirkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
1a und 1b schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des Revolverbauteils;
2a bis 2c schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des Revolverbauteils;
3a und 3b schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform des Revolverbauteils;
4a bis 4c schematische Darstellungen einer vierten Ausführungsform des Revolverbauteils;
5a bis 5c schematische Darstellungen einer fünften Ausführungsform des Revolverbauteils;
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Reagenzgefäß-Einsetzteils;
7 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Zentrifugieren eines Materials; und
8 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Druckbehandeln eines Materials.
Ausführungsformen der Erfindung
1a und 1b zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform des Revolverbauteils.
Das in 1a und 1b (zumindest teilweise) schematisch dargestellte Revolverbauteil 10 ist in einem Reagenzgefäß verwendbar. Beispielsweise kann das Revolverbauteil 10 eine Revolveraußenwand 12 aufweisen, welche so ausgebildet ist, dass das Revolverbauteil 10 in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann das Revolverbauteil 10 aufgrund seiner Revolveraußenwand 12 in einem Einsetzteilgehäuse eines Reagenzgefäß-Einsetzteils einsetzbar sein, welches so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß-Einsetzteil in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist. Die Einsetzbarkeit des Revolverbauteils 10/des Reagenzgefäß-Einsetzteils in das betreffende Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder eine Druckvariiervorrichtung kann so interpretiert werden, dass die Revolveraußenwand 12/eine Außenwand des Einsetzteilgehäuses zu einer Innenwand des Reagenzgefäßes korrespondiert. Vorzugsweise kontaktiert die Revolveraußenwand 12/die Außenwand des Einsetzteilgehäuses die Innenwand des Reagenzgefäßes derart, dass auch während eines Betriebs der Zentrifuge und/oder der Druckvariiervorrichtung ein verlässlicher Halt des Revolverbauteils 10/des Reagenzgefäß-Einsetzteils in dem betreffenden Reagenzgefäß gewährleistet ist.
Unter dem Reagenzgefäß kann beispielsweise ein (Standard)-Reagenzglas/Reagenzröhrchen verstanden werden. Weitere Ausführungsbeispiele sind Zentrifungenröhrchen, 1,5 ml Eppendorf-Röhrchen, 2 mL Eppendorf-Röhrchen, 5 mL Eppendorf-Röhrchen und Mikrotiterplatten, wie z.B. 20 µL Mikrotiterplatten (pro Kavität). Ebenso kann das Reagenzgefäß ein Testträger oder eine Einwegkartusche sein, welche als Lab-on-a-Chip-system auf einem plastikartengroßen Kunststoffsubstrat ausgebildet sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausbildbarkeit des Reagenzgefäßes nicht auf die hier aufgezählten Beispiele limitiert ist. Außerdem sind die Maße des Reagenzgefäßes lediglich aufgrund einer erwünschten Einsetzbarkeit des Reagenzgefäßes in der Zentrifuge und/oder in der Druckvariiervorrichtung vorgegeben. Die Ausführbarkeit der im Weiteren beschriebenen erfindungsgemäßen Technologien schreibt jedoch keine äußere Form des Reagenzgefäßes vor. Außerdem kann das Reagenzgefäß zur Aufnahme von Proben in einer Menge ausgelegt sein, welche wahlweise aus einem Bereich von wenigen µL bis zu 1L gewählt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass unter der im Weiteren erwähnten Zentrifuge und Druckvariiervorrichtung keine bestimmten Gerätetypen zu verstehen sind. Stattdessen ist die erfindungsgemäße Technologie mittels jeder Zentrifuge nutzbar, mittels welcher eine (Mindest-)Zentrifugalkraft ab 20 g ausübbar ist. Ebenso kann die erfindungsgemäße Technologie für jede Druckvariiervorrichtung genutzt werden, mittels welcher ein Unter- und/oder Überdruck anlegbar ist.
Unter dem Revolverbauteil 10 kann insbesondere ein Revolver für ein Reagenzgefäß verstanden werden. Das Revolverbauteil 10 kann z.B. derart ausgelegt sein, dass es mittels einer geeigneten Mechanik, welche an dem Revolverbauteil 10 oder getrennt von dem Revolverbauteil 10 angeordnet sein kann, um eine Drehachse 11 drehbar ist. Die Drehachse 11 kann insbesondere mittig durch das Revolverbauteil 10 verlaufen und/oder senkrecht zu dem mindestens einen Gefäßboden ausgerichtet sein. Insbesondere können das Revolverbauteil 10/das Reagenzgefäß-Einsetzteil auch für ein Zusammenwirken mit einer Kugelschreibermechanik ausgebildet sein, bzw. eine Kugelschreibermechanik umfassen. Das Revolverbauteil 10/das Reagenzgefäß-Einsetzteil kann ein Volumen kleiner als 5 Milliliter fassen. Das Revolverbauteil 10 kann so insbesondere so ausgelegt sein, dass es in einem Stapel weiterer Revolver und/oder Reaktionskammern integrierbar ist. Mittels einer Kugelschreibermechanik können (axial übereinander gestapelte) Revolver, Reaktionskammern und/oder Kavitäten axial wie auch azimutal zueinander positioniert werden. Bezüglich einer möglichen Ausführung der Kugelschreibermechanik wird auf die DE 2010 003 223 A1 verwiesen.
An dem Revolverbauteil 10 ist mindestens eine Gefäßstruktur 14 ausgebildet, in welche mindestens eine Flüssigkeit 16 einfüllbar oder eingefüllt ist. Die mindestens eine Flüssigkeit 16 kann beispielsweise ein zu untersuchendes Material/Probenmaterial und/oder mindestens eine Chemikalie sein. Es wird darauf hingewiesen, dass das im Weiteren beschriebene Revolverbauteil 10 nicht auf die Verwendung bestimmter Flüssigkeiten limitiert ist. Außerdem können an dem Revolverbauteil 10 mehrere Gefäßstrukturen 14 ausgebildet sein, welche sich von der Drehachse 11 radial zu der Revolveraußenwand 12 erstrecken. Die Ausbildbarkeit des Revolverbauteils 10 ist nicht auf eine bestimmte Form der mindestens einen Gefäßstruktur 14 und/oder eine bestimmte Anzahl von Gefäßstrukturen 14 des Revolverbauteils 10 limitiert.
Außerdem weist das Revolverbauteil 10 mindestens eine an und/oder in der mindestens einen Gefäßstruktur 14 angeordnete Kapillarstruktur 18 auf, mittels welcher eine Kapillarkraft auf die mindestens eine Flüssigkeit 16 ausübbar ist. Mittels der Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur 18 ist die mindestens eine Flüssigkeit 16 zumindest teilweise in ein Innenvolumen 20 der mindestens einen Kapillarstruktur 18 einsaugbar. Außerdem ermöglicht die mindestens eine Kapillarstruktur 18 zumindest ein zeitweises Zwischenspeichern der mindestens einen darin eingesaugten Flüssigkeit 16. Die mindestens eine Kapillarstruktur 18 kann somit zu einem Flüssigkeitstransport der mindestens einen Flüssigkeit 16 innerhalb der mindestens einen Gefäßstruktur 14, aus der mindestens einen Gefäßstruktur 14 heraus, und/oder in die mindestens eine Gefäßstruktur 14 hinein genutzt werden. Des Weiteren ist die mindestens eine Kapillarstruktur 18 eine vorteilhafte Speicherkomponente zum Speichern/Zwischenspeichern von der mindestens einen Flüssigkeit 16, auch ohne dass die mindestens eine Kapillarstruktur 18 ein mechanisches/verstellbares Element aufweist.
Vorzugsweise weist die mindestens eine Kapillarstruktur 18 einen mittleren Durchmesser auf, welcher in einem Bereich zwischen 0,1 μm bis 1 mm liegt. Insbesondere kann der mittlere Durchmesser der mindestens einen Kapillarstruktur 18 in einem Bereich zwischen 1 μm bis 500 μm, vorzugsweise zwischen 1 µm und 100 µm, liegen. Man kann dies auch so umschreiben, dass die mindestens eine Kapillarstruktur 18 eine Porengröße in einem Bereich zwischen 0,1 μm bis 1 mm aufweist.
Die mindestens eine Kapillarstruktur 18 kann beispielsweise aus Glas, Silica, einem Polymer, wie beispielsweise Polyester, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Nylon und/oder Polyvinylidenfluorid, einem Gewebestoff und/oder einem Gel gebildet sein. Die mindestens eine Kapillarstruktur 18 kann insbesondere als Glasfilter ausgebildet sein. Die Ausbildbarkeit der mindestens einen Kapillarstruktur 18 ist jedoch nicht auf die hier aufgezählten Materialien limitiert. Beispielsweise kann die mindestens eine Kapillarstruktur 18 auch aus einem Revolvermaterial des Revolverbauteils 10 ausgebildet sein. Obwohl es aufgrund der einfachen Ausstattung des Revolverbauteils 10 mit der mindestens einen Kapillarstruktur 18 vorteilhaft ist, das Revolvermaterial auch als Kapillarmaterial zu verwenden, ist die Herstellbarkeit der mindestens einen Kapillarstruktur jedoch nicht auf das einstückige Ausbilden der mindestens einen Kapillarstruktur 18 mit dem Revolverbauteil 10 mittels eines Gussverfahrens oder eines Spritzgussverfahrens beschränkt. Anstelle einer einstückigen Ausbildung der mindestens einen Kapillarstruktur 18 mit dem Revolverbauteil 10 kann das Revolverbauteil 10 auch zuerst ohne die mindestens eine Kapillarstruktur 18 geformt werden und anschließend mit der mindestens einen Kapillarstruktur 18 bestückt werden.
Des Weiteren kann die mindestens eine Kapillarstruktur 18 auch eine kontinuierliche, diskontinuierliche und/oder definierte Geometrie aufweisen. Somit kann die mindestens eine Kapillarstruktur 18 beispielsweise einen runden Kanalquerschnitt, einen viereckigen Kanalquerschnitt und/oder einen mehreckigen Kanalquerschnitt aufweisen. Die mindestens eine Kapillarstruktur 18 kann einzeln oder als Bündel eingesetzt werden. Anstelle einer einzelnen Kapillarstruktur 18 oder einer definierten Anzahl von Kapillarstrukturen 18 kann das Revolverbauteil auch ein Kapillarsystem aus flies-, filter-, säulen- und schwammartigen Kapillarstrukturen 18 haben.
Das Revolverbauteil 10 kann trotz seiner vorteilhaften Einsetzbarkeit mittels eines Gussverfahrens oder eines Spritzgussverfahrens einstückig hergestellt sein. Das Revolverbauteil 10 ist somit kostengünstig herstellbar. Das Innenvolumen des Revolverbauteils 10/des Reagenzgefäß-Einsetzteils kann zumindest teilweise aus einem Polymer, z.B. aus COP, COC, PC, PA, PU, PP, PET und/oder PMMA, sein. Auch weitere Materialien sind zum Bilden des Innenvolumens des Revolverbauteils 10/des Reagenzgefäß-Einsetzteils geeignet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die mindestens eine Kapillarstruktur 18 an ihrer mindestens einen Innenwand 22 mit Proteinen, Antigenen, Antikörpern, Enzymen, DNA-Teilsträngen, RNA-Teilsträngen und/oder Epoxidharz beschichtet. Man kann dies auch als eine Immobilisierung der mindestens einen Innenwand 22 der mindestens einen Kapillarstruktur 18 mit biologischen Sonden umschreiben. Somit können während eines Einsetzens der mindestens einen Kapillarstruktur 18 zum Transferieren/Transportieren, Zwischenspeichern, Speichern, Zurückhalten und/oder Mischen der mindestens einen Flüssigkeit 16 biochemische/molekularbiologische Reaktionen, wie insbesondere spezifische Protein- und/oder DNA-Bindungen, enzymatische Umsetzungen und/oder DNA-Hybridisierungen durchgeführt werden. Außerdem können während der hier beschriebenen Vorgänge unspezifische Bindungen unterbunden werden. Dies erweitert die Einsetzbarkeit der mindestens einen Kapillarstruktur 18.
Des Weiteren kann die mindestens eine Innenwand 22 der mindestens einen Kapillarstruktur 18 auch so beschichtet/modifiziert sein, dass ihre Benetzungseigenschaften und/oder ihr Kontaktwinkel eine besonders hohe Kapillarkraft auf die mindestens eine Flüssigkeit 16 bewirken. Beispielsweise kann die mindestens eine Innenwand 22 der mindestens einen Kapillarstruktur 18 aufgrund ihrer Beschichtung/Modifizierung stark hydrophil sein. Insbesondere kann dazu die mindestens eine Innenwand 22 der mindestens einen Kapillarstruktur 18 eine vergleichsweise hohe Rauigkeit aufweisen.
Vorzugsweise ist die mittels der mindestens einen Kapillarstruktur 18 (auf die mindestens eine Flüssigkeit 16) ausübbare Kapillarkraft größer als eine Gewichtskraft der mindestens einen in die mindestens eine Gefäßstruktur 14 einfüllbaren oder eingefüllten Flüssigkeit 16. Die mindestens eine zumindest teilweise in die mindestens eine Kapillarstruktur 18 eingesaugte Flüssigkeit 16 kann mittels einer bei einem Betrieb der Zentrifuge, in deren Rotoreinrichtung das Reagenzgefäß mit dem darin eingesetzten Revolverbauteil 10 angeordnet ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder mittels einer bei einem Betrieb der Druckvariiervorrichtung in welcher das Reagenzgefäß mit dem darin eingesetzten Revolverbauteil 10 angeordnet ist, bewirkbaren Druckkraft aus der mindestens einen Kapillarstruktur 18 heraus transferierbar sein. Beispielsweise kann die Kapillarkraft, welche mittels der mindestens einen Kapillarstruktur 18 auf die mindestens eine Flüssigkeit 16 ausübbar ist, einer Zentrifugalbeschleunigung von höchstens 1000 g, höchstens 500 g, insbesondere höchstens 200 g, entsprechen. Somit kann mittels eines Zentrifugierens des Revolverbauteils 10 mit einer Beschleunigung von 1000 g, 500 g, insbesondere 200 g, die in die mindestens eine Kapillarstruktur 18 eingesaugte mindestens eine Flüssigkeit 16 auf einfache Weise wieder herausgepresst werden. Damit kann die in der mindestens einen Kapillarstruktur 18 zwischengespeicherte mindestens eine Flüssigkeit 16 auf einfache Weise wieder aus dieser heraustransferiert werden.
Bei der Ausführungsform der 1a und 1b ist die mindestens eine Kapillarstruktur 18 als gebogene Kapillare ausgebildet. Die mindestens eine Kapillarstruktur 18 weist eine Ansaugöffnung 24 und eine Austrittsöffnung 26 auf, wobei die Austrittsöffnung 26 in Bezug zu einer Wirkrichtung 28 einer mittels einer Zentrifuge bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder einer mittels einer Druckvariiervorrichtung bewirkbaren Druckkraft zurückversetzt ist. Sofern keine Zentrifugalkraft und/oder keine Druckkraft größer als der Kapillarkraft auf die in die mindestens eine Kapillarstruktur 18 eingesaugte Flüssigkeit 16 ausgeübt wird, ist das Innenvolumen 20 der mindestens einen Kapillarstruktur 18 mit der mindestens einen Flüssigkeit 16 befüllt. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die mindestens eine Kapillarstruktur 18 ein Ansaugen der mindestens einen Flüssigkeit 16 entgegen einer Wirkrichtung 28 der mittels einer Zentrifuge bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder der mittels einer Druckvariiervorrichtung bewirkbaren Druckkraft ermöglicht. So lange die als Zentrifugalkraft und/oder Druckkraft bewirkbare Aktuationskraft kleiner als die Kapillarkraft ist, ist die mindestens eine Flüssigkeit 16 verlässlich in die mindestens eine Kapillarstruktur 18 einsaugbar. Übersteigt die auf die in dem Innenvolumen 20 eingefüllte Flüssigkeit 16 ausgeübte Zentrifugalkraft und/oder Druckkraft hingegen die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur 18, so bewirkt die vorteilhafte Form der mindestens einen Kapillarstruktur 18 einen ersten Flüssigkeitsfluss 30 einer ersten Flüssigkeitsmenge, welche aus der jeweiligen Ansaugöffnung 24 der mindestens einen Kapillarstruktur 18 herausgepresst wird, und einen zweiten Flüssigkeitsfluss 32 einer zweiten Flüssigkeitsmenge, welche die mindestens eine Kapillarstruktur 18 durch die jeweilige Austrittsöffnung 26 verlässt. Die erste Flüssigkeitsmenge entspricht dabei einem ersten Teilvolumen der mindestens einen Kapillarstruktur 18, welches sich von der jeweiligen Ansaugöffnung 24 zu einer (virtuellen) Trennebene 34 erstreckt. Die jeweilige Trennebene 34 schneidet die zugehörige Kapillarstruktur 18 an einem der Wirkrichtung 28 am weitesten entgegen gerichteten Punkt 36, welcher auch als ein Hochpunkt der jeweiligen Kapillarstruktur 18 umschreibbar ist. Die zweite Flüssigkeitsmenge ist definiert durch ein zweites Teilvolumen der mindestens einen Kapillarstruktur 18, welches sich von der jeweiligen Austrittsöffnung 26 zu der Trennebene 34 erstreckt. Das erste Teilvolumen und das zweite Teilvolumen können gemeinsam das Innenvolumen 20 der mindestens einen Kapillarstruktur 18 ergeben.
Wie anhand von 1b erkennbar ist, kann die hier beschriebene Ausführungsform der mindestens einen Kapillarstruktur 18, sofern die aus der Austrittsöffnung 26 fließende zweite Flüssigkeitsmenge wieder in ein gemeinsames Gefäß mit der aus der Ansaugöffnung 24 austretenden ersten Flüssigkeitsmenge eingeleitet wird, als Mischer genutzt werden. Es wird insbesondere darauf hingewiesen, dass die mindestens eine vorteilhafte Kapillarstruktur 18 ein passives Mischen der mindestens einen Flüssigkeit 16 auch ohne ein mechanisches/verstellbares Element, bzw. ohne ein bewegliches Teil, ermöglicht.
Sofern die aus der Ansaugöffnung 24 austretende erste Flüssigkeit in ein (nicht skizziertes) erstes Teilgefäß geleitet wird, während die aus der Austrittsöffnung 26 austretende zweite Flüssigkeitsmenge in ein (nichtdargestelltes) zweites Teilgefäß fließt, kann die mindestens eine Kapillarstruktur 18 auch zum Abmessen einer definierten Flüssigkeitsmenge und zum Transportieren der definierten Flüssigkeitsmenge in ein gewünschtes Zielvolumen genutzt werden. Da sich das Volumen und/oder die Form der mindestens einen Kapillarstruktur die erste Flüssigkeitsmenge und die zweite Flüssigkeitsmenge genau festlegen lassen, können somit mittels der anhand der 1a und 1b dargestellten Ausführungsform Flüssigkeitsvolumina (genau) abgemessen und falls gewünscht in separate Kammern geleitet werden. In einer Weiterbildung kann die als Steigkapillare ausgebildete mindestens eine Kapillarstruktur 18 auch mehrere Auslässe aufweisen, um parallel mehrere Teilvolumina abzumessen. (Mittels einer derartigen Steigkapillare kann auch eine Mischeffizienz gesteigert werden).
In dem Revolverbauteil 10/einem damit ausgestatteten Reagenzgefäß-Einsetzteil können zusätzlich noch mindestens ein Kanal, mindestens eine Kavität und/oder mindestens eine Reaktionskammer ausgebildet sein. In dem Innenvolumen des Revolverbauteils 10/des Reagenzgefäß-Einsetzteils können Prozessschritte und Strukturen integriert sein, wie beispielsweise Sedimentationsstrukturen, Kanalstrukturen oder Siphonstrukturen zum Weiterleiten und Schalten von mindestens einer in dem Revolverbauteil 10/dem Reagenzgefäß-Einsetzteil enthaltenen Flüssigkeit. Insbesondere kann mindestens eine weitere Untereinheit des Innenvolumens des Revolverbauteils 10/des Reagenzgefäß-Einsetzteils als „Vorratsbehälter“ mit mindestens einer Flüssigkeit gefüllt sein, welche mit einem nachträglich eingefüllten, zu verarbeitenden und/oder zu untersuchenden Material/Probenmaterial mindestens eine chemische Reaktion und/oder einen biochemischen/molekularbiologischen Prozess ausführt. Der mindestens eine „Vorratsbehälter“ kann z.B. mit Chemikalien (z.B. Puffern), Enzymen, Lyphilisaten, Beads, Farbstoffen, Antikörpern, Antigenen, Rezeptoren, Proteinen, DNA-Strängen und/oder RNA-Strängen gefüllt sein. Das Revolverbauteil 10/das Reagenzgefäß-Einsetzteil können auch mit zusätzlichen Komponenten, wie beispielsweise Ventilen und/oder Pumpen, ausgestattet sein. Außerdem kann die erfindungsgemäße Technologie auch mit einer Vielzahl von herkömmlichen Aktuations-, Detektions- und/oder Steuereinheiten zusammenwirken.
2a bis 2c zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des Revolverbauteils.
Das in den 2a bis 2c (zumindest teilweise) schematisch dargestellte Revolverbauteil 10 weist anstelle einer begrenzten Anzahl von Kapillarstrukturen ein Kapillarsystem 40 auf, in welchem eine Vielzahl von Kapillarstrukturen ausgebildet ist. Das Kapillarsystem 40 kann beispielsweise als Filter ausgebildet sein. 2a zeigt das Revolverbauteil 10 unmittelbar nach einem Einfüllen der mindestens einen Flüssigkeit 16 durch eine Einfüllöffnung 42 der mindestens einen Gefäßstruktur 14 des Revolverbauteils 10. Dabei kontaktiert die mindestens eine Flüssigkeit 16 das Kapillarsystem 40, welches eine in der jeweiligen Gefäßstruktur 14 ausgebildete Kammer 44 von der Einfüllöffnung 42 abgrenzt. Die mindestens eine Flüssigkeit 16 wird anschließend in das Kapillarsystem 40 eingesaugt, wobei die Kapillarkraft ein Austreten der mindestens einen Flüssigkeit 16 in die Kammer 44 (trotz einer Gewichtskraft der mindestens einen Flüssigkeit 16) unterbindet (siehe 2b). Die mindestens eine Flüssigkeit 16 ist somit inkubierbar, wobei das Kapillarsystem 40 als Inkubationskammer/Reaktionskammer nutzbar ist. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die mittels des Kapillarsystems 40 ausübbare Kapillarkraft größer als die Gewichtskraft der mindestens einen eingesaugten Flüssigkeit 16 sein kann. Außerdem kann die bewirkbare Kapillarkraft größer als eine Zentrifugalkraft und/oder Druckkraft unter einem vorgegebenen Schwellwert sein. Somit können mittels des Kapillarsystems 40 Inkubationszeiten eingehalten werden, welche wahlweise eine Dauer von wenigen Millisekunden bis Minuten oder Stunden haben können. Erst eine Aktuationskraft Fa, welche größer als die mittels des Kapillarsystems 40 auf die mindestens eine eingesaugte Flüssigkeit 16 bewirkbare Kapillarkraft ist, führt zu einem Austreten der mindestens einen Flüssigkeit 16 aus dem Kapillarsystem 40, wodurch die mindestens eine Flüssigkeit 16 in die Kammer 44 transferiert wird (2c).
Das Kapillarsystem 40 ermöglicht somit ein sequenziellen (wahlweises) Schalten eines Flüssigkeitsstroms, welcher von der Einfüllöffnung 42 in die Kammer 44 gerichtet ist. Dabei kann die mindestens eine Flüssigkeit für eine festlegbare/definierte Haltezeit, welche in einem Bereich von wenigen Millisekunden bis Stunden liegen kann, in dem Kapillarsystem 40 zwischengespeichert werden. Der Speichermechanismus des Kapillarsystems ist ohne einen mechanischen Öffnungs- oder Verschlussmechanismus nutzbar. Deshalb ist das Kapillarsystem 40 aufgrund seiner kostengünstigen Herstellbarkeit eine vorteilhafte Alternative zu einem mechanischen Öffnungs- oder Verschlussmechanismus. Des Weiteren kann das Kapillarsystem 40 auch als Druck- und/oder Flussdrossel mit erhöhtem fluidischenen Widerstand eingesetzt werden.
3a und 3b zeigen schematische Darstellungen einer dritten Ausführungsform des Revolverbauteils.
Das in 3a und 3b (zumindest teilweise) schematisch wiedergegebene Revolverbauteil 10 wird nach einem Einsaugen der mindestens einen ersten Flüssigkeit 16 in das Kapillarsystem 40 durch die mindestens eine Befüllöffnung 42 mit mindestens einer zweiten Flüssigkeit 46 befüllt. Durch den erhöhten hydrostatischen Druck, welcher mittels der mindestens einen zweiten Flüssigkeit 46 auf die mindestens eine erste Flüssigkeit 16 ausgeübt wird, kann die mindestens eine erste Flüssigkeit 16 aus dem Kapillarsystem 40 verdrängt werden, welches mit der mindestens einen zweiten Flüssigkeit 46 befüllt wird. Wahlweise kann zum Verdrängen der mindestens einen ersten Flüssigkeit 16 aus dem Kapillarsystem 40 eine (vergleichsweise kleine) Zentrifugalkraft/Druckkraft unterstützend eingesetzt werden.
Bevorzugter Weise wird die mindestens eine zweite Flüssigkeit 46 so gewählt, dass die mittels des Kapillarsystems 40 darauf ausübbare Kapillarkraft größer als die vergleichsweise kleine Zentrifugalkraft/Druckkraft ist. Somit kann ein Eindringen der mindestens einen zweiten Flüssigkeit 46 in die Kammer 44, in welche die mindestens eine erste Flüssigkeit 16 eingefüllt ist, verhindert werden.
4a bis 4c zeigen schematische Darstellungen einer vierten Ausführungsform des Revolverbauteils.
Das in 4a bis 4c (zumindest teilweise) schematisch dargestellte Revolverbauteil 10 weist zumindest eine Gefäßstruktur 14 auf, welche jeweils mindestens eine erste Kammer 50 mit einer Befüll- und/oder Druckausgleichöffnung 52 und eine zweite Kammer 54 umfasst, wobei die zweite Kammer 54 bis auf eine Flüssigkeitsaustauschöffnung 56, über welche sie mit der ersten Kammer 50 hydraulisch verbunden ist, luft- und/oder flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Die mindestens eine Kapillarstruktur 18 ist in einem als schwammartige Masse ausgebildeten Kapillarsystem 40 ausgeformt, welches in der zweiten Kammer 54 angeordnet ist. 4a zeigt das Revolverbauteil 10 unmittelbar nach einem Einfüllen der mindestens einen Flüssigkeit 16, beispielsweise durch die Füll- und/oder Druckausgleichöffnung 52. Die mindestens eine Flüssigkeit 16 wird nach ihrem Einfüllen relativ schnell von dem Kapillarsystem 40 aufgesaugt. Dies kann zu einem (nahezu) vollständigen Befüllen der zweiten Kammer 54 führen. Beispielsweise kann auf diese Weise die erste Kammer 50 (nahezu) vollständig entleert werden.
Bevorzugter Weise ist das Revolverbauteil 10 so (in einem Reaktionsgefäß) einsetzbar, dass die Flüssigkeitsaustauschöffnung 56 während eines Betriebs der Zentrifuge/der Druckvariiervorrichtung einen in Richtung der Aktuationskraft Fa ausgerichteten Teilbereich der ersten Kammer 50 mit einem in Richtung der Aktuationskraft Fa ausgerichteten Teilbereich der zweiten Kammer 54 verbindet. Der im Weiteren beschriebene Vorteil ist auch gewährleistet, sofern die erste Kammer 50 gegenüber der zweiten Kammer 55 in Richtung der Aktuationskraft Fa ausgerichtet ist. (Unter einer Ausrichtung eines Teilbereichs in Richtung der Aktuationskraft Fa kann verstanden werden, dass der Teilbereich gegenüber einem Restbereich der zugehörigen Kammer 50 oder 54 zu der Spitze eines die Aktuationskraft Fa wiedergebenden Vektors ausgerichtet ist. Bei einer Ausrichtung der ersten Kammer 50 gegenüber der zweiten Kammer 54 in Richtung der Aktuationskraft Fa verläuft der die Aktuationskraft Fa wiedergebende Vektor von der zweiten Kammer 54 zu der ersten Kammer 50.) Sofern die Flüssigkeitsaustauschöffnung 56 während eines Betriebs der Zentrifuge/der Druckvariiervorrichtung einen in Richtung der Aktuationskraft Fa ausgerichteten Teilbereich der ersten Kammer 50 mit einem in Richtung der Aktuationskraft Fa ausgerichteten Teilbereich der zweiten Kammer 54 verbindet, kann das Befüllen des Kapillarsystems 40, so lange eine Flüssigkeitssäule in der ersten Kammer 50 höher als eine Flüssigkeitssäule in der zweiten Kammer 54 ist, mittels der Aktuationskraft Fa aktiv unterstützt werden. Nach dem Befüllen des Kapillarsystems 40/der zweiten Kammer 54, bewirkt jedoch eine anliegende Aktuationskraft Fa kleiner als eine Kapillarkraft Fk keine Störung der Zwischenspeicherung der in dem Kapillarsystem 40 aufgenommen Flüssigkeit 16. Wie anhand von 4b zu erkennen ist, bewirkt auch eine Aktuationskraft Fa kleiner als der Kapillarkraft Fk des Kapillarsystems 40, welche mittels eines Betriebs einer Zentrifuge und/oder einer Druckvariiervorrichtung auf die in das Kapillarsystem 40 eingesaugte mindestens eine Flüssigkeit 16 ausübbar ist, kein Entleeren des Kapillarsystems 40. Erst ab einer Aktuationskraft Fa größer als der Kapillarkraft Fk wird die zuvor von dem Kapillarsystem 40 eingesaugte mindestens eine Flüssigkeit 16 herausgeschleudert (siehe 4c). Auf diese Weise können mittels der Wechselwirkung der Kräfte Fa und Fk fluidische Einheitsoperationen realisiert werden.
So lange die Aktuationskraft Fa kleiner als die Kapillarkraft Fk des Kapillarsystems 40 ist, kann das Kapillarsystem 40 als ein in einen geschlossenen Zustand gesteuertes Ventil eingesetzt werden. Mittels eines Einstellens einer Aktuationskraft Fa größer als der Kapillarkraft Fk kann das Ventil in seinen offenen Zustand gesteuert werden. Ein erneutes Reduzieren der Aktuationskraft Fa unter die Kapillarkraft Fk kann zu einem (reversiblen) Steuern/Schalten des Ventils in seinen geschlossenen Zustand führen.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Schwellwert, ab welchem das Ventil von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand steuerbar ist, wahlweise vergleichsweise niedrig oder vergleichsweise hoch einstellbar ist. Beispielsweise kann mittels eines schwammartigen Kapillarsystems 40 ein Schwellwert von 20 g eingestellt werden. Durch ein Aufbringen einer Beschichtung/Modifizierung auf den Innenwänden des Kapillarsystems 40 kann dieser Schwellwert bis auf 5000 g gesteigert werden.
5a bis 5c zeigen schematische Darstellungen einer fünften Ausführungsform des Revolverbauteils.
Das in 5a bis 5c (zumindest) teilweise schematisch dargestellte Revolverbauteil 10 weist als Weiterbildung gegenüber der vorhergehenden Ausführungsform eine zusätzliche dritte Kammer 58 auf, welche bis auf eine Flüssigkeitsaustauschöffnung 60, über welche die dritte Kammer 58 mit der ersten Kammer 50 hydraulisch verbunden ist, luft- und/oder flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. In der dritten Kammer 58 ist außerdem ein weiteres Kapillarsystem 40, welches gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgebildet sein kann, angeordnet. Als weitere Ergänzung weist das hier beschriebene Revolverbauteil 10 eine Hindernisstruktur 62 auf, welche zwischen der Befüll- und/oder Druckausgleichöffnung 52 und den beiden Flüssigkeitsaustauschöffnungen 56 und 60 angeordnet ist. Die Hindernisstruktur 62 kann beispielsweise als Sieb ausgebildet sein.
Nach einem Einfüllen mindestens einer Flüssigkeit 16 in die erste Kammer 50 durch die Befüll- und Druckausgleichöffnung 52 (siehe 5a) wird die mindestens eine Flüssigkeit 16 in die beiden Kapillarsysteme 40 eingesaugt. Sofern keine Aktuationskraft Fa auf die mindestens eine Flüssigkeit 16 ausgeübt wird, welche größer als die Kapillarkraft Fk der Kapillarsysteme 40 ist, wird der in 5b schematisch wiedergegebene Ansaugvorgang 64 ununterbrochen ausgeführt und die mindestens eine eingesaugte Flüssigkeit 16 bleibt in den beiden Kapillarsystemen 40 gespeichert. Übersteigt die auf die mindestens eine eingesaugte Flüssigkeit 16 ausgeübte Aktuationskraft Fa jedoch die Kapillarkraft Fk der beiden Kapillarsysteme, so wird die mindestens eine Flüssigkeit 16 aus den Kapillarsystemen 40 in die erste Kammer 50 herausgeschleudert. Der auf diese Weise bewirkte Flüssigkeitsstrom 66 umströmt die Hindernisstruktur 62. Dies steigert eine Mischeffizienz des anhand der 5c dargestellten Vorgangs. Das anhand der 5b und 5c dargestellte Variieren der Aktuationskraft Fa um die Kapillarkraft Fk kann periodisch wiederholt werden. Auf diese Weise ist ein verlässliches Mischen der mindestens einen Flüssigkeit 16 auf einfache Weise ausführbar.
Da das mindestens eine Kapillarsystem 40 in einer Kammer 54 und 58 angeordnet ist, bei welcher eine entgegen der Aktuationskraft Fa ausgerichtete/radial außen liegende Kammerwand keine Öffnung aufweist, kann das Kapillarsystem 40 verlässlich als Langzeitspeicher der mindestens einen Flüssigkeit 16 genutzt werden. Dies kann beispielsweise bei einem Beladen des Revolverbauteils 10 mit unterschiedlichen Flüssigkeiten genutzt werden. Beispielsweise kann eine Probe in der zweiten Kammer 54 eingesaugt werden, während die restliche Prozessflüssigkeit als eine Abfallflüssigkeit in der dritten Kammer 58 eingelagert wird. Da Prozessflüssigkeiten in der Regel hochbenetzend sind, kann eine Kontamination der Probe verlässlich vermieden werden, indem ein Rückfluss der Abfallflüssigkeit aus der Kammer 58 durch das Ansaugen der Abfallflüssigkeit in das darin angeordnete Kapillarsystem 40 verhindert wird. Das Kapillarsystem 40 der Kammer 58 fungiert deshalb ähnlich eines Saugschwammes oder eines Superabsorbers.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Kapillarsystem 40 elastisch ausgelegt werden. Beispielsweise kann das Kapillarsystem 40 komprimierbar sein. In diesem Fall kann mittels einer Aktuationskraft Fa über einem Schwellwert die mindestens eine angesaugte Flüssigkeit 16 mittels eines Deformierens/Komprimierens des mindestens einen Kapillarsystems 40 nicht nur aus diesem herausgeschleudert werden, sondern auch aktiv ausgepresst werden. Dieser Effekt ist verstärkbar, indem an einem der Richtung der Aktuationskraft Fa entgegenliegenden Ende/radial innen liegenden Ende des Kapillarsystems 40 mindestens eine zusätzliche Masse angebracht wird. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann das Auspressen der von dem mindestens einen Kapillarsystem 40 angesaugten Flüssigkeit 16 auch aktiv durch eine zusätzliche Integration weiterer Aktuatoren oder Aktuationsmechanismen erfolgen, welche beispielsweise magnetisch, elektromagnetisch, elektrostatisch, piezoelektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch ausgelegt sind. Bei einer derartigen Ausstattung des Kapillarsystems 40 mit einer zusätzlichen Masse, einem zusätzlichen Aktuator und/oder einem weiteren Aktuationsmechanismus kann die mindestens eine Flüssigkeit 16 auch bei einer Aktuationskraft Fa kleiner als der Kapillarkraft Fk aus dem mindestens einem Kapillarsystem 40 heraus transferiert werden.
Durch das periodische Beladen und Ausschleudern und/oder Auspressen des Kapillarsystems 40 und dem daraus resultierenden Flüssigkeitsstrom 66 können mindestens zwei Flüssigkeiten 16 gemischt werden. Durch die mindestens eine Hindernisstruktur 62 kann die Mischeffizienz zusätzlich gesteigert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die mindestens eine Hindernisstruktur 62 sowohl ortsfest im Revolverbauteil 14 als auch beweglich ausgelegt sein kann.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Reagenzgefäß-Einsetzteils.
Das in 6 schematisch dargestellte Reagenzgefäß-Einsetzteil 70 weist ein Einsetzteilgehäuse 72 auf, welches so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß-Einsetzteil 70 in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist. Die Einsetzbarkeit des Reagenzgefäß-Einsetzteils 70 in das betreffende Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder eine Druckvariiervorrichtung kann so interpretiert werden, dass eine Außenwand 74 des Einsetzteilgehäuses 72 zu einer Innenwand des Reagenzgefäßes korrespondiert. Vorzugsweise kontaktiert die Außenwand 74 des Einsetzteilgehäuses 72 die Innenwand des Reagenzgefäßes derart, dass auch während eines Betriebs der Zentrifuge und/oder der Druckvariiervorrichtung ein verlässlicher Halt des Reagenzgefäß-Einsetzteils 70 in dem betreffenden Reagenzgefäß gewährleistet ist. Bezüglich des Reagenzgefäßes, in welches das Reagenzgefäß-Einsetzteil 70 einsetzbar ist, wird auf die oben aufgezählten Ausführungsbeispiele verwiesen. Das mit dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 70 zusammenwirkende Reagenzgefäß ist jedoch nicht auf diese limitiert.
Außerdem umfasst das Reagenzgefäß-Einsetzteil 70 mindestens ein in dem Einsetzteilgehäuse 72 angeordnetes Revolverbauteil 10a, 10b und 10c. Das mindestens eine Revolverbauteil 10a, 10b und 10c kann so ausgelegt sein, dass es um die Drehachse 11 verdrehbar ist. Außerdem kann das mindestens eine Revolverbauteil 10a, 10b und 10c auch entlang der Drehachse 11 (lateral) verstellbar sein. Auf diese Weise kann ein Abstand zwischen benachbarten Revolverbauteilen 10a, 10b und 10c variiert werden. Bezüglich der weiteren Ausführbarkeit des mindestens einen Revolverbauteils 10a, 10b und 10c wird auf die oberen Beschreibungen verwiesen.
Die laterale Verstellbarkeit des mindestens einen Revolverbauteils 10a, 10b und 10c ist beispielsweise mittels einer Kugelschreibermechanik 76, welche in 6 lediglich schematisch dargestellt ist, bewirkbar. (Komponenten der Kugelschreibermechanik können beispielsweise als Bestandteil des ersten Revolverbauteils 10a und/oder des zweiten Revolverbauteils 10b ausgebildet sein.) Anstelle der Kugelschreibermechanik 76 kann auch ein deformierbarer Polymer/Elastomer dazu genutzt werden, eine Rückstellkraft bereit zu stellen, welche ein Zurückkehren des mindestens einen Revolverbauteils 10a, 10b und 10c in eine vorgegebene Ausgangsstellung/Ausgangsstellung bewirkt. Ebenso kann ein komprimierbares Material, wie beispielsweise ein Polymer, zu diesem Zweck genutzt werden. Anstelle eines komprimierbaren Materials kann auch ein dehnbares Material eingesetzt werden, welches eine Zugkraft erzeugt, die als Rückstellkraft ein Zurückverstellen des mindestens einen Revolverbauteils 10a, 10b und 10c in eine Ausgangsstellung/Ausgangsposition bewirkt.
Die in den oberen Absätzen beschriebenen Ausführungsformen können auch verschieden untereinander kombiniert werden.
Außerdem gelten die in den oberen Absätzen gemachten Ausführungen zu einem Reagenzgefäß-Einsetzteil gemäß der erfindungsgemäßen Technologie auch für ein Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder eine Druckvariiervorrichtung, welches entsprechend den erläuterten Reagenzgefäß-Einsetzteilen ausgebildet ist. Das vorteilhafte Reagenzgefäß weist eine Außenwand auf, welche so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß in einer Zentrifuge und/oder in einer Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist. Insbesondere ist das Reagenzgefäß so ausgebildet, dass ein verlässlicher Halt des Reagenzgefäßes in der betriebenen Zentrifuge und/oder in der betriebenen Druckvariiervorrichtung gewährleistet ist. Unter einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder eine Druckvariiervorrichtung kann somit ein Reagenzgefäß verstanden werden, welches sich aufgrund seiner (äußeren) Form gut für einen Betrieb der Zentrifuge mit einer vergleichsweise großen Drehzahl und/oder für ein Anlegen eines stark von dem Atmosphärendruck abweichenden Über- und/oder Unterdrucks mittels der Druckvariiervorrichtung eignet. Das vorteilhafte Reagenzgefäß kann Gefäßstrukturen, wie beispielsweise Kanäle, Reaktionskammern, Speicherkammern und/oder aktive Komponenten, wie z.B. Ventile und/oder Pumpen aufweisen. Außerdem kann das Reaktionsgefäß Aktuations-, Detektions- und Steuereinheiten umfassen. In dem Reagenzgefäß können somit chemische Reaktionen und/oder biochemische/molekularbiologische Prozesse voll automatisiert ablaufen.
7 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Zentrifugieren eines Materials.
In einem Verfahrensschritt S1 wird das zu zentrifugierenden Material in ein Reagenzgefäß mit einem darin eingesetzten Revolverbauteil eingefüllt. Das Revolverbauteil, welches auch nach dem Einfüllen des Materials in das Reagenzgefäß eingebracht werden kann, ist mit der vorteilhaften Technologie ausgestattet. Insbesondere die oben beschriebenen Revolverbauteile können zum Ausführen des Verfahrens verwendet werden. Die Ausführbarkeit des hier beschriebenen Verfahrens ist jedoch nicht auf das Einsetzen dieser Revolverbauteile limitiert.
In einem Verfahrensschritt S2 wird eine Zentrifuge mit einer aktuellen Drehgeschwindigkeit entsprechend einer ersten Soll-Drehgeschwindigkeit betrieben, welche eine erste Zentrifugalkraft auf das zu zentrifugierende Material und/oder eine andere in das Reagenzgefäß eingefüllte Flüssigkeit bewirkt, welche größer als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur ist. Dadurch werden das zu zentrifugierende Material und/oder die andere Flüssigkeit zumindest teilweise aus der mindestens einen Kapillarstruktur heraus transferiert.
Bevorzugter Weise umfasst das Verfahren auch noch die Verfahrensschritte S2 und S3, welche jeweils mindestens einmal ausgeführt werden. In dem Verfahrensschritt S2 erfolgt ein zwischenzeitliches Reduzieren der aktuellen Drehgeschwindigkeit auf eine zweite Soll-Drehgeschwindigkeit, welche eine zweite Zentrifugalkraft kleiner als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur bewirkt, wodurch das zu zentrifugierende Material und/oder die andere Flüssigkeit zumindest teilweise in die mindestens eine Kapillarstruktur eingesaugt werden. In dem anschließenden Verfahrensschritt S3 wird die aktuelle Drehgeschwindigkeit auf eine dritte Soll-Drehgeschwindigkeit, welche eine dritte Zentrifugalkraft größer als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur bewirkt, erhöht.
Insbesondere ein wiederholten Ausführen der Verfahrensschritte S2 und S3 kann zum Mischen mehrerer Flüssigkeiten und/oder zum Pumpen von Flüssigkeit entgegen der Zentrifugalkraft genutzt werden.
8 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Druckbehandeln eines Materials.
Das mittels eines Unter- oder eines Überdrucks zu behandelnde Material, beispielsweise ein Probenmaterial, wird in ein Reagenzgefäß mit einem darin eingesetzten Revolverbauteil eingefüllt (Verfahrensschritt S10). Beispielsweise können die oben beschriebenen Revolverbauteile zum Ausführen des Verfahrens verwendet werden. Die Ausführbarkeit des hier beschriebenen Verfahrens ist jedoch nicht auf das Einsetzen dieser Revolverbauteile limitiert.
In einem Verfahrensschritt S11 wird ein Unter- oder Überdruck entsprechend einem ersten Soll-Druck angelegt, welcher eine erste Druckkraft auf das Material und/oder eine andere in das Reagenzgefäß eingefüllte Flüssigkeit bewirkt, die größer als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur ist. Auf diese Weise werden das Material und/oder die andere Flüssigkeit zumindest teilweise aus der mindestens einen Kapillarstruktur heraus transferiert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Verfahren auch die Verfahrensschritte S12 und S13 auf, welche beliebig oft wiederholbar sind. In dem Verfahrensschritt S12 erfolgt ein Angleichen des Unter- oder Überdrucks in Richtung des Atmosphärendrucks auf einen zweiten Soll-Druck, welcher eine zweite Druckkraft kleiner als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur bewirkt, weshalb das Material und/oder die andere Flüssigkeit zumindest teilweise in die mindestens eine Kapillarstruktur eingesaugt werden. Anschließend kann in dem Verfahrensschritt S13 der Unter- oder Überdruck weg von dem Atmosphärendruck auf einen dritten Soll-Druck, welcher eine dritte Druckkraft größer als die Kapillarkraft der mindestens einen Kapillarstruktur bewirkt, verstärkt werden. Danach können die Verfahrensschritte S12 und S13 mindestens einmal wiederholt werden.
Mittels der oben beschriebenen Verfahren ist eine vollständige mechanische und/oder fluidische Funktionalität ausbildbar, welche zur Automatisierung komplexer chemischer Verfahren und/oder biochemischer/molekularbiologischer Prozesse nutzbar ist. Die Automatisierung kann auch zur Detektion von Stoffen eingesetzt werden. Zusätzlich zu einem Zwischenspeichern/Speichern und einem Transport von Flüssigkeiten können mittels der Verfahren auch Ventilfunktionen und/oder Mischvorgänge ausgeführt werden. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Verfahren auch dazu genutzt werden können, mindestens eine Flüssigkeit ohne ein mechanisches Element und/oder ein bewegliches Teil entgegen einer Aktuationskraft Fa, wie beispielsweise einer Zentrifugalkraft und/oder einer Druckkraft, zu transportieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010003223 A1 [0002]
DE 2010003223 A1 [0030]

Claims

Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) für ein Reagenzgefäß, wobei an dem Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) mindestens eine Gefäßstruktur (14) ausgebildet ist, in welche mindestens eine Flüssigkeit (16) einfüllbar oder eingefüllt ist; gekennzeichnet durch mindestens eine an und/oder in der mindestens einen Gefäßstruktur (14) angeordnete Kapillarstruktur (18, 40), mittels welcher eine Kapillarkraft (Fk) auf die mindestens eine Flüssigkeit (16) ausübbar ist, wodurch die mindestens eine Flüssigkeit (16) zumindest teilweise in ein Innenvolumen (20) der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) einsaugbar ist.
Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Kapillarstruktur (18, 40) einen mittleren Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,1µm bis 1mm aufweist.
Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Kapillarstruktur (18, 40) aus Glas, Silica, einem Polymer, einem Gewebestoff und/oder einem Gel gebildet ist.
Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Kapillarstruktur (18, 40) an ihrer mindesten einen Innenwand (22) mit Proteinen, Antigenen, Antikörpern, Enzymen, DNA-Teilsträngen, RNA-Teilsträngen und/oder Epoxidharz beschichtet ist.
Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittels der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) ausübbare Kapillarkraft (Fk) größer als eine Gewichtskraft der mindestens einen in die mindestens eine Gefäßstruktur (14) einfüllbaren oder eingefüllten Flüssigkeit (16) ist.
Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) eine Revolveraußenwand (12) aufweist, welche so ausgebildet ist, dass das Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist.
Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) in einem Einsetzteilgehäuse (72) eines Reagenzgefäß-Einsetzteils (70) einsetzbar ist, welches so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß-Einsetzteil (70) in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist.
Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die mindestens eine zumindest teilweise in die mindestens eine Kapillarstruktur (18, 40) eingesaugte Flüssigkeit (16) mittels einer bei einem Betrieb der Zentrifuge, in deren Rotoreinrichtung das Reagenzgefäß mit dem darin eingesetzten Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) angeordnet ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder mittels einer bei einem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß mit dem darin eingesetzten Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) angeordnet ist, bewirkbaren Druckkraft aus der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) heraus transferierbar ist.
Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Gefäßstruktur (14) jeweils mindestens eine erste Kammer (50) mit einer Befüll- und/oder Druckausgleichöffnung (52) und eine zweite Kammer (54), welche bis auf eine Flüssigkeitsaustauschöffnung (56) zu der ersten Kammer (50) luft- und/oder flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist, umfasst, und wobei die mindestens eine Kapillarstruktur (40) in einem als schwammartige Masse ausgebildeten Kapillarsystem (40) ausgeformt ist, welches in der zweite Kammer (54) angeordnet ist.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (70) mit: einem Einsetzteilgehäuse (72), welches so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß-Einsetzteil (70) in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist; und mindestens einem in dem Einsetzteilgehäuse (72) angeordneten Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung mit: mindestens einem in dem Reagenzgefäß angeordneten Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren zum Zentrifugieren eines Materials mit den Schritten: Einfüllen des zu zentrifugierenden Materials in ein Reagenzgefäß mit einem darin eingesetzten Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in ein Reagenzgefäß mit einem darin eingesetzten Reagenzgefäß-Einsetzteil (70) nach Anspruch 10 und/oder in ein Reagenzgefäß nach Anspruch 11 (S1); und Zumindest Betreiben einer Zentrifuge mit einer aktuellen Drehgeschwindigkeit entsprechend einer ersten Soll-Drehgeschwindigkeit, welche eine erste Zentrifugalkraft auf das zu zentrifugierende Material und/oder eine andere in das Reagenzgefäß eingefüllte Flüssigkeit (16) bewirkt, welche größer als die Kapillarkraft (Fk) der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) ist, wodurch das zu zentrifugierende Material und/oder die andere Flüssigkeit (16) zumindest teilweise aus der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) heraus transferiert wird (S2).
Verfahren nach Anspruch 12, mit den zusätzlichen Schritten: Zumindest einmaliges zwischenzeitliches Reduzieren der aktuellen Drehgeschwindigkeit auf eine zweite Soll-Drehgeschwindigkeit, welche eine zweite Zentrifugalkraft kleiner als die Kapillarkraft (Fk) der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) bewirkt, wodurch das zu zentrifugierende Material und/oder die andere Flüssigkeit (16) zumindest teilweise in die mindestens eine Kapillarstruktur (18, 40) eingesaugt werden (S3), und Erhöhen der aktuellen Drehgeschwindigkeit auf eine dritte Soll-Drehgeschwindigkeit, welche eine dritte Zentrifugalkraft größer als die Kapillarkraft (Fk) der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) bewirkt (S4).
Verfahren zum Druckbehandeln eines Materials mit den Schritten: Einfüllen des zu behandelnden Materials in ein Reagenzgefäß mit einem darin eingesetzten Revolverbauteil (10, 10a, 10b, 10c) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in ein Reagenzgefäß mit einem darin eingesetzten Reagenzgefäß-Einsetzteil (70) nach Anspruch 10 und/oder in ein Reagenzgefäß nach Anspruch 11 (S10); und Zumindest einmaliges Anlegen eines Unter- oder Überdrucks entsprechend einem ersten Soll-Druck, welcher eine erste Druckkraft auf das Material und/oder eine andere in das Reagenzgefäß eingefüllte Flüssigkeit (16) bewirkt, welche größer als die Kapillarkraft (Fk) der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) ist, wodurch das Material und/oder die andere Flüssigkeit (16) zumindest teilweise aus der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) heraus transferiert wird (S11).
Verfahren nach Anspruch 14, mit den zusätzlichen Schritten: Zumindest einmaliges Angleichen des Unter- oder Überdrucks in Richtung des Atmosphärendrucks auf einen zweiten Soll-Druck, welcher eine zweite Druckkraft kleiner als die Kapillarkraft (Fk) der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) bewirkt, wodurch das Material und/oder die andere Flüssigkeit (16) zumindest teilweise in die mindestens eine Kapillarstruktur (18, 40) eingesaugt werden (S12), und Verstärken des Unter- oder Überdrucks weg von dem Atmosphärendruck auf einen dritten Soll-Druck, welcher eine dritte Druckkraft größer als die Kapillarkraft (Fk) der mindestens einen Kapillarstruktur (18, 40) bewirkt (S13).