(19)
(11)EP 2 759 343 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
30.07.2014  Patentblatt  2014/31

(21)Anmeldenummer: 13197727.4

(22)Anmeldetag:  17.12.2013
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
B01L 3/00(2006.01)
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME

(30)Priorität: 28.01.2013 DE 102013201297

(71)Anmelder: ROBERT BOSCH GMBH
70442 Stuttgart (DE)

(72)Erfinder:
  • Schmied, Ralf
    71691 Freiberg (DE)
  • Brinz, Thomas
    73266 Bissingen A.D. Teck (DE)
  • Behrens, Holger
    70192 Stuttgart (DE)
  • Klett, Gustav
    72116 Moessingen (DE)

  


(54)Einheit zum Bevorraten eines Fluids und Verfahren zur Herstellung einer Einheit zum Bevorraten eines Fluids


(57) Die Erfindung betrifft eine Einheit (104) zum Bevorraten eines Fluids (102), insbesondere einer Reagenz oder eines Hilfsstoffs für ein biochemisches Analyseverfahren, wobei die Einheit (104) einen Grundkörper (108), einen Kolben (110) und einen Verschluss (112) aufweist. Der Grundkörper (108) weist ein Durchgangskanal (120) auf, in dem das Fluid (102) angeordnet ist. Der Grundkörper (108) ist undurchlässig für das Fluid (102) und/oder Bestandteile des Fluids (102). Der Grundkörper ist dazu ausgebildet, fluiddicht mit einer Aufnahmevorrichtung (106) einer biochemischen Analyseeinheit verbunden zu werden. Der Durchgangskanal (120) verläuft von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende. Der Kolben (110) ist in dem Durchgangskanal (120) axial beweglich gelagert. Der Kolben (110) ist gegenüber dem Grundkörper (108) fluiddicht abgedichtet ausgeführt. Der Kolben (110) ist undurchlässig für das Fluid (102) und/oder Bestandteile des Fluids (102) und von dem ersten Ende des Durchgangskanals (120) zugänglich. Der Verschluss (112) ist an dem zweiten Ende des Durchgangskanals (120) angeordnet. Der Verschluss (112) ist undurchlässig für das Fluid (102) und Bestandteile des Fluids (102). Der Verschluss (112) ist fluiddicht mit dem Grundkörper (108) verbunden. Der Verschluss (112) ist dazu ausgebildet, zu bersten, wenn ein Druck in dem Fluid (102) größer als ein Berstdruck ist.




Beschreibung

Stand der Technik



[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einheit zum Bevorraten eines Fluids, auf eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen der Einheit zum Bevorraten des Fluids, auf ein System zum Bereitstellen des Fluids, auf ein Verfahren zum Herstellen der Einheit sowie auf ein Verfahren zum Bereitstellen des Fluids.

[0002] In modernen Analyseverfahren werden zunehmend kleine Einheiten für die Laboranalyse verwendet, die als Kartusche mit Komponenten eines Einweg-Labors aufgebaut ist. Die für eine Analyse benötigten Reagenzien sind hierbei in dieser Kartusche vorzuhalten. Die DE 10 2009 045 685 A1 beschreibt in diesem Zusammenhang einen mikrofluidischen Chip, der eine dehnbare Membran aufweist, welche unter Volumenverdrängung in ein Flüssigkeitsreservoir hinein dehnbar ist, um eine Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir durch einen Flüssigkeitskanalzugang in einen Flüssigkeitskanal des mikrofluidischen Chips zu bewegen.

Offenbarung der Erfindung



[0003] Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Einheit zum Bevorraten eines Fluids, eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen der Einheit zum Bevorraten des Fluids, ein System zum Bereitstellen des Fluids, ein Verfahren zum Herstellen der Einheit sowie ein Verfahren zum Bereitstellen des Fluids gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

[0004] Kunststoffe können je nach Art permeabel für bestimmte Substanzen sein, während sie undurchlässig für andere Substanzen sind. Wenn verschiedene Substanzen in einer Analyseeinheit aus Kunststoff mit mehreren unmittelbar benachbarten Kammern gelagert werden, können leicht flüchtige Substanzen durch den Kunststoff diffundieren und sich verflüchtigen oder andere, in benachbarten Kammern gelagerte Substanzen verunreinigen.

[0005] Um die Verunreinigung durch eindiffundierende Substanzen bei Reagenzien und Hilfsstoffen innerhalb einer Analyseeinheit eines biochemischen Analyseverfahrens auszuschließen, können die Reagenzien und Hilfsstoffe vorportioniert in diffusionsdichten Behältnissen gelagert werden und diese Behältnisse können erst unmittelbar vor dem Gebrauch automatisiert geöffnet werden und die Reagenzien und Hilfsstoffe in einen Analysebereich umgelagert werden. Im Analysebereich verbleiben die Reagenzien und Hilfsstoffe nur für die Dauer des Analyseverfahrens. Anschließend kann die ganze Analyseeinheit entsorgt werden. Insbesondere können leicht flüchtige Reagenzien und Hilfsstoffe in diffusionsdichten Behältnissen gelagert werden. Die diffusionsdichten Behältnisse können diffusionsdichte Einheiten mit einem diffusionsdichten Verschluss sein, die ansprechend auf einen Umlagerungsbefehl geöffnet werden, sodass die Reagenzien und Hilfsstoffe in den Analysebereich fließen können. Die Einheiten können innerhalb einer Aufnahmevorrichtung gelagert werden.

[0006] Es wird eine Einheit zum Bevorraten eines Fluids, insbesondere einer Reagenz oder eines Hilfsstoffs für ein biochemisches Analyseverfahren vorgestellt, wobei die Einheit die folgenden Merkmale aufweist:

einen Grundkörper mit einem Durchgangskanal in dem das Fluid angeordnet ist, wobei der Grundkörper undurchlässig für das Fluid und/oder Bestandteile des Fluids ist und dazu ausgebildet ist, fluiddicht mit einer Aufnahmevorrichtung einer biochemischen Analyseeinheit verbunden zu werden, wobei der Durchgangskanal von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende verläuft;

einen Kolben, der in dem Durchgangskanal axial beweglich gelagert ist, wobei der Kolben gegenüber dem Grundkörper fluiddicht abgedichtet ausgeführt ist und/oder der Kolben undurchlässig für das Fluid und Bestandteile des Fluids ist und von dem ersten Ende des Durchgangskanals zugänglich ist; und

einen Verschluss, der an dem zweiten Ende des Durchgangskanals angeordnet ist, wobei der Verschluss undurchlässig für das Fluid und/oder Bestandteile des Fluids ist und fluiddicht mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei der Verschluss dazu ausgebildet ist, zu bersten, wenn ein Druck in dem Fluid größer als ein Berstdruck ist.



[0007] Weiterhin wird eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen einer Einheit zum Bevorraten eines Fluids gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei die Aufnahmevorrichtung das folgende Merkmal aufweist:

eine Aufnahmeöffnung zum Aufnehmen des Grundkörpers, wobei die Aufnahmeöffnung ein als ein Durchgangskanal von einer Außenseite der Aufnahmevorrichtung zu einer Innenseite der Aufnahmevorrichtung ausgebildet ist, wobei die Aufnahmeöffnung dazu ausgebildet ist, an einer Außenfläche des Grundkörpers fluiddicht abzudichten, wenn der Grundkörper in der Aufnahmeöffnung angeordnet ist.



[0008] Ferner wird ein System zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analyseeinheit vorgestellt, die die folgenden Merkmale aufweist:

eine Aufnahmevorrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei die Innenseite fluidisch mit der Analyseeinheit verbunden ist; und

eine Einheit zum Bevorraten eines Fluids gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei der Grundkörper in der Aufnahmeöffnung angeordnet ist und die Außenfläche des Grundkörpers gegen die Aufnahmeöffnung fluiddicht abgedichtet ist, wobei der Grundkörper unlösbar mit der Aufnahmevorrichtung verbunden oder verbindbar ist und der Verschluss auf der Innenseite angeordnet oder anordenbar ist.



[0009] Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Einheit zum Bereitstellen eines Fluids vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Bereitstellen eines Grundkörpers mit einem Durchgangskanal und eines Kolbens, der in dem Durchgangskanal axial beweglich gelagert ist, wobei in dem Durchgangskanal das Fluid anordenbar ist und der Grundkörper undurchlässig für das Fluid und Bestandteile des Fluids ist und dazu ausgebildet ist, fluiddicht mit einer Aufnahmevorrichtung einer biochemischen Analyseeinheit verbunden zu werden, wobei der Durchgangskanal von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende verläuft, wobei der Kolben gegenüber dem Grundkörper fluiddicht abgedichtet ausgeführt ist und der Kolben undurchlässig für das Fluid und/oder Bestandteile des Fluids ist und von dem ersten Ende des Durchgangskanals zugänglich ist;

Füllen zumindest eines Teils des Durchgangskanals mit dem Fluid von dem zweiten Ende aus; und

Anordnen eines Verschlusses an dem zweiten Ende des Durchgangskanals, wobei der Verschluss undurchlässig für das Fluid und/oder Bestandteile des Fluids ist und fluiddicht mit dem Grundkörper verbunden wird, wobei der Verschluss dazu ausgebildet ist, zu bersten, wenn ein Druck in dem Fluid größer als ein Berstdruck ist, um die Einheit zum Bereitstellen des Fluids herzustellen.



[0010] Weiterhin wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analyseeinheit vorgestellt, das die folgenden Schritte aufweist:

Bereitstellen eines Systems zum Bereitstellen gemäß dem hier vorgestellten Ansatz; und

Bewegen des Kolbens von dem ersten Ende in den Durchgangskanal hinein, bis der Druck im Fluid größer ist, als der Berstdruck, um das Fluid am zweiten Ende des Durchgangskanals, auf der Innenseite bereitzustellen.



[0011] Ein Grundkörper kann beispielsweise ein Hohlzylinder sein. Ein Durchgangskanal kann eine Bohrung oder allgemein eine Öffnung in dem Grundkörper sein. Der Durchgangskanal kann geradlinig mit im Wesentlichen unverändertem Querschnitt durch den Grundkörper führen. Der Durchgangskanal kann einen unregelmäßigen Querschnitt aufweisen. Ebenso kann der Grundkörper eine prismatische Form aufweisen. Dabei kann der Durchgangskanal als Querschnitt ein verkleinertes Abbild eines Querschnitts des Grundkörpers aufweisen. Der Durchgangskanal kann auch unabhängig von dem Querschnitt des Grundkörpers geformt sein. Beispielsweise kann der des Grundkörpers außen einem Polygon entsprechen, während das Durchgangskanal zylindrisch ausgeführt ist. Dadurch kann beispielsweise die Einheit über den Querschnitt des Grundkörpers gekennzeichnet sein und ein Einstecken des Grundkörpers in die falsche Aufnahmevorrichtung verhindert werden. Im Inneren der Einheit kann ein zur Verwendung in unterschiedlich ausgeformten Grundkörpern standardisierter Kolben angeordnet sein, um Gleichteile in mehreren verschiedenen Einheiten verwenden zu können. Der Kolben kann eine Dichtung zum Abdichten an dem Grundkörper aufweisen. Der Kolben kann entlang des Durchgangskanals beweglich sein. Eine Querschnittsfläche des Durchgangskanals kann von Einheit zu Einheit verschieden sein, je nach dem, was für ein Fluid in dem Durchgangskanal angeordnet ist. Die Querschnittsfläche kann abhängig von einer benötigten Menge des Fluids in dem biochemischen Analyseverfahren sein. Die Menge des Fluids kann auch über eine Hublänge des Kolbens in dem Durchgangskanal bestimmt werden. Ein Verschluss kann ein Deckel sein. Der Verschluss kann auch eine Kappe bzw. eine Klappe sein. Der Grundkörper, der Kolben und der Verschluss können aus dem gleichen Material ausgeführt sin. Der Grundkörper, der Kolben und der Verschluss können auch aus verschiedenen Materialien angefertigt sein. Beim Bersten kann beispielsweise eine Verbindungsstelle zwischen dem Verschluss und dem Grundkörper platzen. Ebenso kann der Verschluss selber platzen. Der Druck kann ansteigen, wenn der Kolben in den Durchgangskanal in Richtung des Verschlusses gedrückt wird. Eine Aufnahmevorrichtung kann eine Schnittstelle sein, um eine Einheit aufzunehmen. Das Fluid kann auch in mehrere Kammern innerhalb des Durchgangskanals abgefüllt werden. Dann können mehrere verschiedene Spezies in einem einzelnen Durchgangskanal gelagert werden und gemeinsam von dem Kolben ausgepresst werden. Beim Auspressen können die Spezies gemischt werden.

[0012] Der Verschluss kann als diffusionsdichte Folie ausgeführt sein, die mit dem Grundkörper verschweißt ist. Alternativ oder ergänzend kann der Verschluss eine Sollbruchstelle aufweisen. Beispielsweise kann die Folie ein Laminat aus verschiedenen Kunststoffsorten und/oder Metallfolie sein. Zum Verschließen kann zumindest eine Lage der Folie mit dem Grundkörper verschmolzen werden. Eine Sollbruchstelle kann eine vorbestimmte Schwachstelle des Verschlusses sein, die beispielsweise aufgrund von Kerbwirkung zuerst versagt, wenn der Druck größer als der Berstdruck ist.

[0013] Der Verschluss kann dazu ausgebildet sein, sich zu schließen, wenn der Druck im Fluid um einen Toleranzdruck geringer als der Berstdruck ist. Der Verschluss kann sich erneut fluiddicht verschließen, wenn der Kolben in einer Position stehen bleibt, beispielsweise weil nur eine Teilmenge des Fluids bei der biochemischen Analyse gebraucht wird. Beispielsweise kann der Verschluss dazu Rückstellkräfte aufbringen, die den Verschluss erneut verschließen.

[0014] Eine Länge des Kolbens kann größer oder gleich einer Länge des Durchgangskanals sein. Alternativ oder ergänzend können der Kolben und der Durchgangskanal eine Presspassung bilden. Wenn der Kolben länger oder gleich lang wie der Grundkörper ist, kann der Kolben ohne Hilfsmittel über die gesamte Länge des Durchgangskanals gedrückt werden. Eine Presspassung kann eine Übermaßpassung sein. Wenn der Kolben einen geringfügig größeren Querschnitt aufweist, als der Durchgangskanal, dann kann der Koben am Grundkörper abdichten, ohne dass eine weitere Dichtung erforderlich ist.

[0015] Der Kolben kann auf einer dem ersten Ende zugewandten Seite eine Betätigungsfläche aufweisen, die quer zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens ausgerichtet ist. Alternativ oder ergänzend kann der Kolben einen Tiefenanschlag aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine Eindringtiefe des Kolbens in dem Durchgangskanal zu begrenzen. Unter einer Betätigungsfläche kann beispielsweise eine Aufnahme für einen Stempel zum Betätigen des Kolbens verstanden werden. Ebenso kann die Betätigungsfläche eine größere Fläche zum Betätigen des Kolbens bereitstellen, als der Kolben Querschnittsfläche aufweist. Dadurch kann der Kolben einfacher niedergedrückt werden. Beispielsweise kann der Kolben an einem aus dem Grundkörper ragenden Ende eine Verdickung aufweisen. Ein Tiefenanschlag kann eine Funktionsfläche am Kolben sein, die an einer anderen Funktionsfläche anschlägt, wenn der Kolben seine maximal geplante Eindringtiefe erreicht. Die andere Funktionsfläche kann am Grundkörper angeordnet sein. Die andere Funktionsfläche kann auch an der Aufnahmevorrichtung angeordnet sein.

[0016] Der Grundkörper kann zumindest eine Verriegelungseinrichtung zum unlösbaren Verbinden des Grundkörpers mit der Aufnahmevorrichtung aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann der Grundkörper zumindest eine Anschlagfläche aufweisen, um eine Einstecktiefe des Grundkörpers in die Aufnahmevorrichtung zu begrenzen. Alternativ oder ergänzend kann der Grundkörper zumindest eine Handhabungsfläche zum Handhaben der Einheit durch ein Handhabungssystem aufweisen. Eine Verriegelungseinrichtung kann beispielsweise eine Rastnase sein. Die Verriegelungseinrichtung kann in eingerastetem Zustand nicht mehr manuell oder mittels eines Instrumentes erreichbar, d. h. verborgen sein, sodass der Grundkörper nicht mehr aus der Aufnahmevorrichtung entfernt werden kann. Der Grundkörper kann auch eine Eingriffsfläche für eine Verriegelungseinrichtung der Aufnahmevorrichtung aufweisen. Aufnahmevorrichtung und Grundkörper können ineinander eingreifen. Eine Anschlagfläche kann an einer weiteren Anschlagfläche der Aufnahmevorrichtung anliegen, wenn der Grundkörper an einem vorgesehenen Platz angeordnet ist. Eine Handhabungsfläche kann beispielsweise als Gegenstück zu einem Greifer ausgeformt sein. An der Handhabungsfläche kann die Einheit automatisiert gefasst werden, um beispielsweise zum Füllen transportiert zu werden oder in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt zu werden.

[0017] Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
ein Blockschaltbild eines Systems zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analyseeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Einheit zum Bereitstellen eines Fluids gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analyseeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4
eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus einem System zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analyseeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5
eine Darstellung eines Systems zum Bereitstellen eines Fluids mit zwei Einheiten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.


[0018] In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

[0019] Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems 100 zum Bereitstellen eines Fluids 102 für eine biochemische Analyseeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fluid 102 ist insbesondere als ein Reagenz oder ein Hilfsstoff für ein biochemisches Analyseverfahren verwendbar. Beispielsweise kann das Fluid 102 Alkohol oder ein Alkohol-Gemisch sein, das zumindest 75% Alkohol enthält. Das System 100 besteht aus einer Einheit 104 zum Bevorraten des Fluids 102 und einer Aufnahmevorrichtung 106. Die Einheit weist einen Grundkörper 108, einen Kolben 110 und einen Verschluss 112 auf. Die Aufnahmevorrichtung 106 weist eine Aufnahmeöffnung 114, eine Bereitstellungskammer 116 und einen Kanal 118 zu einer nicht dargestellten biochemischen Analyseeinheit zum Durchführen eines biochemischen Analyseverfahrens auf.

[0020] Die Einheit 104 zum Bevorraten des Fluids 102 ist in die Aufnahmevorrichtung 106 unlösbar eingesteckt worden, nachdem die Einheit 104 hergestellt worden ist. Die Einheit 104 und die Aufnahmevorrichtung 106 sind fluiddicht miteinander verbunden. Der Grundkörper 108 der Einheit weist einen mittigen Durchgangskanal 120 auf, in dem das Fluid 102 angeordnet ist. Der Grundkörper 108 ist aus einem Material, das undurchlässig für das Fluid 102 und Bestandteile des Fluids 102 ist. Der Durchgangskanal 120 verläuft von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Grundkörpers 108. Der Kolben 110 ist in dem Durchgangskanal axial beweglich gelagert. Der Kolben 110 ist gegenüber dem Grundkörper 108 fluiddicht abgedichtet. Der Kolben 110 ist aus einem Material, das undurchlässig für das Fluid und Bestandteile des Fluids ist. Der Kolben 110 ist von dem ersten Ende des Durchgangskanals zugänglich. Der Verschluss 112 ist an dem zweiten Ende des Durchgangskanals 120 angeordnet. Der Verschluss 112 ist aus einem Material, das undurchlässig für das Fluid und/oder Bestandteilen des Fluids ist. Der Verschluss 120 ist fluiddicht mit dem Grundkörper 108 verbunden. Der Verschluss 112 ist dazu ausgebildet, zu bersten, wenn ein Druck in dem Fluid 102 größer als ein Berstdruck ist.

[0021] Die Aufnahmeöffnung 114 ist dazu ausgebildet, den Grundkörper 108 aufzunehmen. Die Aufnahmeöffnung 114 ist als ein Durchgangskanal von einer Außenseite der Aufnahmevorrichtung 106 zu einer Innenseite der Aufnahmevorrichtung 106 ausgebildet. Die Aufnahmeöffnung 114 ist dazu ausgebildet, an einer Außenfläche des Grundkörpers 108 fluiddicht abzudichten, wenn der Grundkörper 108 in der Aufnahmeöffnung 108 angeordnet ist.

[0022] Die Einheit 104 kann aus einem Material angefertigt sein, das diffusionsdicht für Lösemittel, insbesondere Alkohol ist. Das Material kann insbesondere ein Polymer sein. Dadurch können in der Einheit 104 lösemittelhaltige, insbesondere alkoholhaltige Fluide bzw. Flüssigkeiten und/oder Pasten dauerhaft verlustfrei gelagert werden, bis sie gebraucht werden. Auch zum Denaturieren neigende Fluide können in der Einheit vor Lösemitteldämpfen, insbesondere Alkoholdämpfen geschützt werden. Die Aufnahmevorrichtung 106 kann wiederum aus einem kostengünstigen und gut formbaren Material hergestellt sein, da das Fluid und andere Fluide lediglich für die Dauer des biochemischen Analyseverfahrens in der Aufnahmevorrichtung verbleibt und für Diffusionsprozesse nicht genug Zeit zur Verfügung steht.

[0023] Durch den Einsatz eines Spritzenbehälters 104 kann für die Lagerung von Alkohol als Fluid ein vorteilhafter Kunststoff (COC, PP, PE) oder Stahl verwendet werden. Der Kunststoff des Spritzen-Behälters 104 kann unabhängig vom Kunststoff der Kartusche 106 ausgewählt werden. Somit kann ein kostengünstiger Kunststoff, mit hohen Alkohol-Permeationsraten bei der Auslegung der Kartusche 106 verwendet werden (z. B. PC).

[0024] Durch die Aktuierung der Spritze 104 wird die Flüssigkeit 102 immer zu 100% ausgedrückt und es entsteht kein Verlust an teuren Reagenzien im LOC-Fluidnetzwerk 116, was zu einer Kostenoptimierung von teuren PCR-Primern führt. Zusätzlich kann die Flüssigkeit 102 dosiert bereitgestellt werden, was zu einem verbesserten Ablauf führt. Kleine Mengen (wenige µl) an Flüssigkeiten 102 können langzeitstabil gelagert und zu 100% dem Assay bereitgestellt werden. Dadurch ergibt sich eine Qualitätsverbesserung beim Ablauf des Assays.

[0025] Durch die Bewegung des Kolbens 110 können niederviskose Flüssigkeiten 102 gelagert und sicher ausgedrückt werden. Das Ausdrücken über eine Volumenverdrängung stellt ein flexibles und robustes System dar. Die Spritzen 104 können als zusätzliche Reservoire während des Prozessablaufs auf der Kartusche 100 verwendet werden, wodurch eine Reduktion der Baugröße ermöglicht wird. Durch ein Zweikammersystem innerhalb der Spritze 104 können Flüssigkeiten 102 innerhalb der Spritze 104 gemischt werden, wodurch eine weitere Reduktion der Baugröße der Kartusche 100 ermöglicht wird.

[0026] Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Herstellen einer Einheit zum Bereitstellen eines Fluids gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 weist einen Schritt 202 des Bereitstellens, einen Schritt 204 des Füllens und einen Schritt 206 des Anordnens auf. Im Schritt 202 des Bereitstellens werden ein Grundkörper mit einem Durchgangskanal und ein Kolben, der in dem Durchgangskanal axial beweglich gelagert ist, bereitgestellt. In dem Durchgangskanal ist das Fluid anordenbar. Der Grundkörper ist undurchlässig für das Fluid und/oder Bestandteile des Fluids. Der Grundkörper ist dazu ausgebildet, fluiddicht mit einer Aufnahmevorrichtung einer biochemischen Analyseeinheit verbunden zu werden. Das Durchgangskanal verläuft von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende. Der Kolben ist gegenüber dem Grundkörper fluiddicht abgedichtet ausgeführt und undurchlässig für das Fluid und Bestandteile des Fluids. Der Kolben ist von dem ersten Ende des Durchgangskanals zugänglich. Im Schritt 204 des Füllens wird der Durchgangskanal von dem zweiten Ende mit dem Fluid gefüllt. Im Schritt 206 des Anordnens wird ein Verschluss an dem zweiten Ende des Durchgangskanals angeordnet. Der Verschluss ist undurchlässig für das Fluid und Bestandteile des Fluids und wird fluiddicht mit dem Grundkörper verbunden, um die Einheit zum Bereitstellen des Fluids herzustellen. Der Verschluss ist dazu ausgebildet, zu bersten, wenn ein Druck in dem Fluid größer als ein Berstdruck ist.

[0027] Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analyseeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 weist einen Schritt 302 des Bereitstellens und einen Schritt 304 des Bewegens auf. Im Schritt 302 des Bereitstellens wird ein System zum Bereitstellen gemäß dem hier vorgestellten Ansatz bereitgestellt. Im Schritt 304 des Bewegens wird der Kolben von dem ersten Ende in den Durchgangskanal hinein bewegt, bis der Druck im Fluid größer ist, als der Berstdruck, um das Fluid am zweiten Ende des Durchgangskanals, auf der Innenseite bereitzustellen.

[0028] Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus einem System 100 zum Bereitstellen eines Fluids für eine biochemische Analyseeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 zeigt somit einen Querschnitt einer eingeclipsten Spritze 104 in der Kartusche 106. Das System 100 entspricht dem System in Fig. 1. Zusätzlich weist der Kolben 110 eine Länge auf, die größer als eine Länge des Grundkörpers 108 ist. Dadurch steht der Kolben 110 in dem dargestellten, gefüllten Zustand der Einheit 104 mit einem freien Ende über den Grundkörper 108 über. Der Kolben 110 weist an dem freien Ende eine Betätigungsfläche 400 auf. Die Betätigungsfläche 400 ist quer zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens 110 ausgerichtet. Die Betätigungsfläche 400 ist um ein Vielfaches größer als eine Querschnittsfläche des Kolbens 110. Durch die Größe der Betätigungsfläche 400 wird ein Bewegen des Kolbens 110 zu vereinfacht. An einem Rand der Betätigungsfläche 400 ist ein Kragen 402 angeordnet. Der Kragen 402 ist quer zu der Betätigungsfläche 400 ausgerichtet und weist in Richtung auf die Aufnahmevorrichtung 106. Der Kragen 402 ist um die Betätigungsfläche 400 umlaufend ausgeführt. Eine Schnittfläche des Kolbens 110, der Betätigungsfläche 400 und des Kragens 402 weist die Form eines Großbuchstaben T mit Serifen am Querstrich auf. Dabei repräsentieren der Kolben 110 den Stamm des Buchstabens, die Betätigungsfläche 400 den Querstrich und der Kragen 402 die Serifen. Der Kragen 402 ist dazu ausgebildet, als Tiefenanschlag für den Kolben 110 zu wirken. Beim Betätigen des Kolbens 110 kann der Kolben 110 so weit in den Grundkörper 108 gedrückt werden, bis eine Anschlagfläche 404 des Kragens 402 an einer Außenseite der Aufnahmevorrichtung 106 anliegt.

[0029] Der Grundkörper 108 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Hohlzylinder ausgeführt. Der Grundkörper weist eine Verriegelungseinrichtung 406 zum unlösbaren Verbinden des Grundkörpers 108 mit der Aufnahmevorrichtung 106 auf. Die Verriegelungseinrichtung 406 ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine Mehrzahl von Federn 406 ausgeführt, die aus dem Grundkörper 108 hervorstehen. Die Federn 406 sind dazu ausgebildet, beim Einführen der Einheit 104 in die Aufnahmevorrichtung 106 jeweils umgebogen zu werden und an einem Vorsprung 408 der Aufnahmevorrichtung 106 einzurasten. Dazu weist die Aufnahmevorrichtung 106 im Bereich des Durchgangskanals 114 Taschen 410 auf, die die Vorsprünge 408 ausbilden. Zwischen den Taschen 410 und der Innenseite ist eine Dichtfläche 412 angeordnet, an der die Einheit 104 den Durchgangskanal 114 fluiddicht abdichtet, wenn die Einheit 104 mit der Aufnahmevorrichtung 106 verbunden ist. Die Federn 406 liegen in eingestecktem Zustand an der zur Innenseite gerichteten Seite der Taschen 410 an und repräsentieren damit die Anschlagfläche zum Begrenzen der Einstecktiefe des Grundkörpers 108. Zwischen der Außenseite und den Taschen 410 weist den Durchgangskanal 114 Verbreiterungen auf, um Raum zum Einführen der Federn 406 bereitzustellen. Wenn die Federn 406 in den Taschen 410 angeordnet sind, erstrecken sie sich diagonal durch die Taschen 410 und verhindern ein Entfernen der Einheit 104 aus der Aufnahmevorrichtung 106. Der Durchgangskanal in dem Grundkörper 108 ist wie in Fig. 1 durch eine Folie als Verschluss 112 abgedeckt. Die Folie ist stoffschlüssig mit dem Grundkörper 108 verbunden. Um ein kontrolliertes Bersten des Verschlusses 112 zu erreichen, kann die Folie eine Sollbruchstelle aufweisen. Ebenso kann beispielsweise ein Teilbereich einer Verbindungsstelle zwischen dem Verschluss 112 und dem Grundkörper 108 schwächer als der Rest der Verbindungsstelle ausgeführt werden, damit der Verschluss in dem Teilbereich kontrolliert versagt.

[0030] Im Gegensatz zu Fig. 1 weist die Aufnahmevorrichtung 106 hier keine Bereitstellungskammer auf. Der Verschluss 112 ist unmittelbar in dem Kanal 118 angeordnet, während der Grundkörper 104 in den Kanal 118 hineinragt.

[0031] Mit anderen Worten werden die Reagenzien in sogenannte Spritzen 104 abgefüllt. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer eingeclipsten Spritze 104 in der Kartusche 106. Diese Spritzen 104 können außerhalb der Kartusche 106 befüllt werden und werden anschließend durch eine Klebefolie 112 versiegelt. Alle Spritzen 104 werden während des Produktionsprozesses in die Kartusche 106 eingeclipst, wobei alternative Befestigungsmöglichkeiten ebenfalls möglich sind, beispielsweise Schrauben oder Klemmen. Die Spritzen 104 können durch einen Deckel, wie in Fig. 5 gegen unbeabsichtigtes Betätigen während des Transports geschützt werden. Beim Bereitstellen des Fluids drückt die DxU (DxU = Diagnostic-Unit) mit einer Kraft F auf den Kolben 110 und betätigt damit die Spritze 104. Unter einer DxU kann ein Auswertegerät verstanden werden, in das die Kartusche gesteckt wird und durch das die Kartusche betrieben wird. Die Auswerteeinheit stellt auch die Schnittstelle zum Bediener her, in dem die Ergebnisse angezeigt werden. Die Menge der Reagenz, die bereitgestellt wird, kann über den Verfahrweg und durch einen definierten Anschlag 404 in der Kartusche 106 bestimmt werden. Zusätzlich kann durch den Durchmesser des Kolbens 110 das Volumen der Spritze 104 variiert werden. Für die Betätigung des Kolbens 110 sind zwischen DxU und Kartusche 100 keine Dichtelemente notwendig. Die Dichtelemente sind bereits in der Kartusche 106 und Spritze 104 integriert.

[0032] Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines Systems 100 zum Bereitstellen eines Fluids mit zwei Einheiten 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Einheiten 104 entsprechen der Einheit in Fig. 4. Beide Einheiten 104 sind nebeneinander angeordnet. Die Einheiten 104 sind in einer gemeinsamen Aufnahmevorrichtung 106 eingesteckt und unlösbar verrastet. Die Aufnahmevorrichtung 106 weist zwei nebeneinander angeordnete Durchgangslöcher auf. Die Durchgangslöcher können in eine gemeinsame Mischkammer münden, um die Fluide beider Einheiten 104 zu mischen. Ebenso können die Durchgangslöcher auch in je einer Bereitstellungskammer münden, um für das biochemische Analyseverfahren getrennt verwendbar zu sein. Um die Einheiten 104 vor einem unbeabsichtigten Betätigen zu schützen, sind die Betätigungsflächen 400 durch eine Schutzhaube 500 abgedeckt. Die Schutzhaube 500 ist an der Aufnahmevorrichtung 106 befestigt und ist dazu vorgesehen, vor der Benutzung des Systems 100 entfernt zu werden, damit die Betätigungsflächen freigelegt werden. Die Schutzhaube 500 schützt die Einheiten 104 auch vor Umwelteinflüssen, insbesondere Verschmutzungen. Dadurch kann ein Analysegerät beim Einsetzen der Analyseeinheit mit dem daran befestigten System 100 zum Bereitstellen rein gehalten werden.

[0033] Mit anderen Worten zeigt Fig. 5 eine LOC (Lab On Chip)-Kartusche 100 mit integrierten Spritzen 104 zur Reagenzienvorlagerung. Bei Lab-on-Chip (LOC) Produkten oder sogenannten Mikro-Fluidischen Plattformen (µTAS) werden medizinische und biologische Flüssigkeiten auf einem Träger prozessiert und damit Patientenproben auf das Vorhandensein von Erregern und Bakterien analysiert. Die Lab-on Chip Plattformen können als sogenannte Kartuschen aufgebaut sein, welche als Einweg-Artikel die Patientenprobe aufnehmen und verarbeiten. Für den Prozessablauf auf der Kartusche werden Flüssigkeiten benötigt, die entweder auf der Kartusche gelagert werden können oder für den Prozessablauf durch einen Bediener nachträglich zugegeben werden können. Das nachträgliche Einsetzen der Reagenzien auch von alkoholhaltigen Stoffen kann durch den hier vorgestellten Ansatz vermieden werden, da dieser erst kurz vor Ablauf des Assays bereitgestellt wird. Dadurch spielen die hohen Permeationsraten des Alkohols in günstigen Kunststoffen keine Rolle.

[0034] Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht eine langzeitstabile Lagerung aller Reagenzien eines Lab-On-Chip-Assays auf der Kartusche 100. Besonders alkoholhaltige Reagenzien oder Reagenzien mit geringen Mengen können mit den hier vorgestellten Einheiten 104 zum Bevorraten sicher innerhalb der LOC-Kartusche 100 gelagert werden. Das gezeigte System 100 stellt eine Lagerung während des Transports sicher und ermöglicht ein einfaches Öffnen und Bereitstellen der Reagenzien im Anwendungsfall. Alle Kolben der Spritzen 104 einer Kartusche 106 können über einen Balken verbunden werden, der durch die DxU heruntergedrückt wird und damit die Spritzen 104 gleichzeitig entleert.

[0035] Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

[0036] Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

[0037] Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine "und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.


Ansprüche

1. Einheit (104) zum Bevorraten eines Fluids (102), insbesondere einer Reagenz oder eines Hilfsstoffs für ein biochemisches Analyseverfahren, wobei die Einheit (104) die folgenden Merkmale aufweist:

einen Grundkörper (108) mit einem Durchgangskanal (120) in dem das Fluid (102) angeordnet ist, wobei der Grundkörper (108) undurchlässig für das Fluid (102) und/oder Bestandteile des Fluids (102) ist und dazu ausgebildet ist, fluiddicht mit einer Aufnahmevorrichtung (106) einer biochemischen Analyseeinheit verbunden zu werden, wobei das Durchgangskanal (120) von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende verläuft;

einen Kolben (110), der in dem Durchgangskanal (120) axial beweglich gelagert ist, wobei der Kolben (110) gegenüber dem Grundkörper (108) fluiddicht abgedichtet ausgeführt ist und der Kolben (110) undurchlässig für das Fluid (102) und/oder Bestandteile des Fluids (102) ist und von dem ersten Ende des Durchgangskanals (120) zugänglich ist; und

einen Verschluss (112), der an dem zweiten Ende des Durchgangskanals (120) angeordnet ist, wobei der Verschluss (112) undurchlässig für das Fluid (102) und/oder Bestandteile des Fluids (102) ist und fluiddicht mit dem Grundkörper (108) verbunden ist, wobei der Verschluss (112) dazu ausgebildet ist, zu bersten, wenn ein Druck in dem Fluid (102) größer als ein Berstdruck ist.


 
2. Einheit (104) gemäß Anspruch 1, bei der der Verschluss (112) als diffusionsdichte Folie ausgeführt ist, die mit dem Grundkörper (108) verschweißt ist und/oder der Verschluss (112) eine Sollbruchstelle aufweist.
 
3. Einheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Verschluss (112) dazu ausgebildet ist, sich zu schließen, wenn der Druck im Fluid (102) um einen Toleranzdruck geringer als der Berstdruck ist.
 
4. Einheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der eine Länge des Kolbens (110) größer oder gleich einer Länge des Durchgangskanals (120) ist und/oder bei der der Kolben (110) und der Durchgangskanal (120) eine Presspassung bilden.
 
5. Einheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Kolben (110) auf einer dem ersten Ende zugewandten Seite eine Betätigungsfläche (400) aufweist, die quer zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens (110) ausgerichtet ist und/oder der Kolben (110) einen Tiefenanschlag (404) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Eindringtiefe des Kolbens (110) in dem Durchgangskanal (120) zu begrenzen.
 
6. Einheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Grundkörper (108) zumindest eine Verriegelungseinrichtung (406) zum unlösbaren Verbinden des Grundkörpers (108) mit der Aufnahmevorrichtung (106) aufweist und/oder der Grundkörper (108) zumindest eine Anschlagfläche aufweist, um eine Einstecktiefe des Grundkörpers (108) in die Aufnahmevorrichtung (106) zu begrenzen und/oder der Grundkörper (108) zumindest eine Handhabungsfläche zum Handhaben der Einheit (104) durch ein Handhabungssystem aufweist.
 
7. Aufnahmevorrichtung (106) zum Aufnehmen einer Einheit (104) zum Bevorraten eines Fluids (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Aufnahmevorrichtung (106) das folgende Merkmal aufweist:

eine Aufnahmeöffnung (114) zum Aufnehmen des Grundkörpers(1 08), wobei die Aufnahmeöffnung (114) ein als ein Durchgangskanal von einer Außenseite der Aufnahmevorrichtung (106) zu einer Innenseite der Aufnahmevorrichtung (106) ausgebildet ist, wobei die Aufnahmeöffnung (114) dazu ausgebildet ist, an einer Außenfläche des Grundkörpers (108) fluiddicht abzudichten, wenn der Grundkörper (108) in der Aufnahmeöffnung (114) angeordnet ist.


 
8. System (100) zum Bereitstellen eines Fluids (102) für eine biochemische Analyseeinheit mit folgenden Merkmalen:

eine Aufnahmevorrichtung (106) gemäß Anspruch 7, wobei die Innenseite fluidisch mit der Analyseeinheit verbunden ist; und

eine Einheit (104) zum Bevorraten eines Fluids (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Grundkörper (108) in der Aufnahmeöffnung (114) angeordnet ist und die Außenfläche des Grundkörpers (108) gegen die Aufnahmeöffnung (114) fluiddicht abgedichtet ist, wobei der Grundkörper (108) unlösbar mit der Aufnahmevorrichtung (106) verbunden oder verbindbar ist und der Verschluss (112) auf der Innenseite angeordnet oder anordenbar ist.


 
9. Verfahren (200) zum Herstellen einer Einheit (104) zum Bereitstellen eines Fluids (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren (200) die folgenden Schritte aufweist:

Bereitstellen (202) eines Grundkörpers (108) mit einem Durchgangskanal (120) und eines Kolbens (110), der in dem Durchgangskanal (120) axial beweglich gelagert ist, wobei in dem Durchgangskanal (120) das Fluid (102) anordenbar ist und der Grundkörper (108) undurchlässig für das Fluid (102) und Bestandteile des Fluids (102) ist und dazu ausgebildet ist, fluiddicht mit einer Aufnahmevorrichtung (106) einer biochemischen Analyseeinheit verbunden zu werden, wobei das Durchgangskanal (120) von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende verläuft, wobei der Kolben (110) gegenüber dem Grundkörper (108) fluiddicht abgedichtet ausgeführt ist und der Kolben (110) undurchlässig für das Fluid (102) und/oder Bestandteile des Fluids (102) ist und von dem ersten Ende des Durchgangskanals (120) zugänglich ist;

Füllen (204) zumindest eines Teils des Durchgangskanals (120) mit dem Fluid (102) von dem zweiten Ende aus; und

Anordnen (206) eines Verschlusses (112) an dem zweiten Ende des Durchgangskanals (120), wobei der Verschluss (112) undurchlässig für das Fluid (102) und/oder Bestandteile des Fluids (102) ist und fluiddicht mit dem Grundkörper (108) verbunden wird, wobei der Verschluss (112) dazu ausgebildet ist, zu bersten, wenn ein Druck in dem Fluid (102) größer als ein Berstdruck ist, um die Einheit (104) zum Bereitstellen des Fluids (102) herzustellen.


 
10. Verfahren (300) zum Bereitstellen eines Fluids (102) für eine biochemische Analyseeinheit mit folgenden Schritten:

Bereitstellen (302) eines Systems (100) zum Bereitstellen gemäß Anspruch 8; und

Bewegen (304) des Kolbens (110) von dem ersten Ende in den Durchgangskanal (120) hinein, bis der Druck im Fluid (102) größer ist, als der Berstdruck, um das Fluid (102) am zweiten Ende des Durchgangskanals (120), auf der Innenseite bereitzustellen.


 




Zeichnung













Recherchenbericht









Recherchenbericht




Angeführte Verweise

IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente