DE102007019484A1

DE102007019484A1 - Microfluidic electrophoresis device for analysis of fluid sample containing small RNA, has control unit controlling voltage supply for isolating components into fractions, and providing fractions to injection cross

Info

Publication number: DE102007019484A1
Application number: DE200710019484
Authority: DE
Inventors: Marcus Gassmann
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-11-06

Abstract

The device has a channel (3) fluidic coupled with an injection cross (8), where the injection cross represents a cutting surface for supplying fluid sample into a detection channel (9). A voltage supply (20) is provided to move a fluid sample into the channel (3). A control unit controls the voltage supply for isolating components with different mobilities into different fractions in the channel (3). The control unit provides the fractions of the isolated components from the fluid sample to the injection cross for supplying into the detection channel.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft mikrofluidische Elektrophorese.The The present invention relates to microfluidic electrophoresis.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die Elektrophorese ist eine bedeutende Technologie, um DNA, RNA, Proteine und andere biochemischen Moleküle qualitativ und quantitativ aufzutrennen und zu charakterisieren. Das Prinzip der Elektrophorese beruht darauf, dass Biomoleküle wie Proteine, Peptide oder Nukleinsäuren geladen sind oder mit Ladung versehen werden können, und sie sich somit entsprechend im elektrischen Feld bewegen. Die Geschwindigkeiten, mit denen sich die betreffenden Moleküle in diesem elektrischen Feld bewegen, hängen von verschiedenen physikalischen und chemischen Parametern ab, wie ihrer Größe, ihrer elektrischen Ladung und weiteren Eigenschaften.The Electrophoresis is a major technology to DNA, RNA, proteins and other biochemical molecules qualitatively and quantitatively to separate and characterize. The principle of electrophoresis Based on the fact that biomolecules such as proteins, peptides or Nucleic acids are charged or provided with charge can, and they are accordingly in the electrical Move field. The speeds with which the concerned Moving molecules in this electric field, hanging from various physical and chemical parameters, such as their size, their electrical charge and more Properties.

Medien für die elektrophoretische Separation sind typischerweise Flüssigkeiten oder Gele, wobei diese bezüglich ihrer chemischen and physikalischen Eigenschaften auf diejenigen der untersuchenden Probenkomponenten abgestimmt werden. Agarose beispielsweise wird häufig für die Elektrophorese von Nukleinsäuren verwendet, wohin gegen Proteine oft mit Polyacrylamid-Gelen oder ähnlichen derartigen Gelen aufgetrennt werden. Für mikrofluidische Elektrophoresesysteme kommen auch Polydimethylacrylamid, Polyvinylpyrolidin und, Polyethylenoxid als Gele in Frage. Das Migrationsverhalten der aufzutrennenden Komponenten einer Probe lässt sich etwa durch die Porengröße festlegen, welche das Gel aufweist, siehe etwa U.S. Pat. No. 5,055,517 .Media for electrophoretic separation are typically liquids or gels, which are tuned in their chemical and physical properties to those of the sample components of interest. For example, agarose is widely used for the electrophoresis of nucleic acids, whereas proteins are often resolved with polyacrylamide gels or similar such gels. Also suitable for microfluidic electrophoresis systems are polydimethylacrylamide, polyvinylpyrolidine and, polyethylene oxide as gels. The migration behavior of the components of a sample to be separated can be determined, for example, by the pore size which the gel has, see, for example US Pat. 5,055,517 ,

Wenn die Elektrophorese in einem mikrofluidischen System durchgeführt wird, z. B. auf einem Chip, wird die Probe üblicherweise in einem Probenreservoir von etwa 5 bis 6 μl Volumen bereitgestellt. Meist wird hier die eigentliche Probe mit einem Elektrophoresepuffer gemischt. Die Probe selbst weist zumeist ein kleineres Volumen, etwa 1 μl auf. Von diesem Gemisch Probe/Elektrophoresepuffer wird meist nur ein sehr kleiner Anteil der eigentlichen Analyse unterworfen.If the electrophoresis performed in a microfluidic system is, for. On a chip, the sample usually becomes provided in a sample reservoir of about 5 to 6 μl volume. Most of time Here, the actual sample is mixed with an electrophoresis buffer. The sample itself usually has a smaller volume, about 1 μl on. Of this mixture sample / electrophoresis buffer is usually only a very small portion of the actual analysis subjected.

Verallgemeinert lässt sich sagen, dass bei Anlegen eines elektrischen Feldes die Probenkomponenten der kleinsten Größe die höchste Mobilität aufweisen und somit am schnellsten im elektrischen Feld wandern, wohingegen die großen Komponenten eine entsprechend hohe Migrationsgeschwindigkeit aufweisen. Üblicherweise kann eine Probe in einem Mikrochip-System erst zu dem eigentlichen Injektionspunkt innerhalb des Chips transportiert werden, nachdem der Chip vollständig mit Trennmedium befüllt ist. Somit erfolgt bei diesem Vortransport schon eine Auftrennung einzelner Probenkomponenten. Da die Konzentration der Probe im Probenreservoir im Vergleich zu dem Kanalsystem im Chip sehr viel größer ist, kann diese Konzentration als nahezu konstant angesehen werden. Das bedeutet, dass während des Probenvortransportes kleine, schnellere Komponenten die voran laufenden, großen, langsamen Komponenten im Kanal einholen können. Um ein repräsentatives Analyseergebnis von allen in einer Probe enthaltenen Komponenten zu erzielen, wird daher erst dann eine Injektion in einen Detektionskanal durchgeführt, wenn am Injektionskreuz ein Equilibrium der Konzentration aller Probenkomponenten vorliegt.generalized It can be said that when an electric field is applied the sample components of the smallest size the have the highest mobility and thus the fastest wander in the electric field, whereas the large components a have correspondingly high migration speed. Usually can a sample in a microchip system only to the actual Injection point can be transported inside the chip after the chip is completely filled with separation medium. Thus, this pre-transport is already a separation of individual Sample components. As the concentration of the sample in the sample reservoir much larger compared to the channel system in the chip is, this concentration can be considered almost constant. This means that during the sample advance small, faster components the progressing, big, slow ones Can catch up with components in the channel. To be a representative Analysis result of all components contained in a sample Therefore, only then will an injection into a detection channel be achieved performed when at the injection cross a Equilibrium the Concentration of all sample components is present.

OFFENBARUNGEPIPHANY

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte mikrofluidische Elektrophorese zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden durch die Unteransprüche beschrieben.It Object of the present invention is an improved microfluidic To create electrophoresis. This task is characterized by the characteristics of solved independent claims. Preferred embodiments are described by the subclaims.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine mikrofluidische Elektrophoresevorrichtung, mittels der Fluidproben analysiert werden können, welche Komponenten beziehungsweise Bestandteile mit unterschiedlichen Mobilitäten aufweisen. Die Elektrophoresevorrichtung verfügt daher vorteilhaft über einen ersten Kanal, der mit einem Injektionskreuz in fluidischer Verbindung steht, welches mit einer Detektionsvorrichtung in fluidischer Verbindung steht. Durch gesteuertes Anlegen einer Spannung an den ersten Kanal wird vorteilhaft ermöglicht, die Komponenten der Fluidprobe bereits in dem ersten Kanal so in verschiedene Fraktionen aufzutrennen, dass diese selektiv der Detektion zugeführt werden können. Durch das definierte Anlegen einer Spannung kann somit eine Fraktion kleiner, mobiler Probenkomponenten zum Injektionskreuz vorbewegt bzw. vorgezogen, in den Detektionskanal injiziert und nachfolgend separat von den großen, langsamen Probenkomponenten analysiert werden. Damit ist es vorteilhaft möglich, eine schnellere Analyse von kleinen Probenbestandteilen durchzuführen.One First embodiment of the present invention relates on a microfluidic electrophoresis device, by means of the fluid samples can be analyzed, which components or Have components with different mobilities. The electrophoresis device therefore has advantageous over a first channel, with an injection cross in fluidic Compound, which with a detection device in fluidic Connection stands. By controlled application of a voltage to the First channel is advantageously allows the components the fluid sample already in the first channel so in different fractions separate them selectively for detection can be. By the defined application of a voltage Thus, a fraction of small, mobile sample components for Injection cross advances or pulled forward into the detection channel injected and subsequently separated from the big, slow ones Sample components are analyzed. This makes it possible, perform a faster analysis of small sample components.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf die mikrofluidische Elektrophoresevorrichtung, die über eine zweite Spannungsversorgung verfügt, welche derart angelegt wird, dass nicht zur Detektion vorgesehene Fraktionen von Probenkomponenten bereits vor dem Ankommen am Injektionskreuz in ein ebenfalls bereitgestelltes Abfalldepot gezogen werden. Somit könnten vorteilhaft Komponenten, welche zu Verunreinigung des Systems und zum Verlust der Genauigkeit der Resultate führen könnten, frühzeitig entzogen werden.Further Embodiments of the invention relate to the Microfluidic electrophoresis device having a has second power supply, which applied so is that not intended for detection fractions of sample components even before arriving at the injection cross in a likewise provided Waste depot to be drawn. Thus, advantageous components, which leads to contamination of the system and loss of accuracy could lead to results, early be withdrawn.

Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich darauf, dass zusätzlich zu den Probenreservoirs Pufferreservoirs bereitgestellt werden. Der in diesen Reservoirs enthaltende Puffer kann zu einem gewünschten Zeitpunkt ebenfalls durch das Anlegen einer Spannung mittels eines zusätzlichen bereitgestellten Kanals in den zum Injektionskreuz führenden Kanal eingespeist werden. Der Puffer dient vorteilhaft dazu, zwei Proben voneinander zu trennen, so dass Probenkomponenten, welche eine hohe Mobilität aufweisen und welche in einer nachfolgenden zweiten Probe enthalten sind, nicht mit Probenkomponenten, welche eine geringe Mobilität aufweisen und welche in der ersten Probe enthalten sind, kollidieren und somit zu verfälschten Ergebnisse führen können.Further Embodiments of the present invention relate Be careful that in addition to the sample reservoir buffer reservoirs to be provided. The buffer contained in these reservoirs can at the same time also by the Applying a voltage by means of an additional provided Channels fed into the channel leading to the injection cross become. The buffer is advantageous to two samples from each other to separate so that sample components which have high mobility and which contain in a subsequent second sample are, not with sample components, which have low mobility and which are contained in the first sample, collide and thus lead to falsified results.

Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf die Durchführung des Verfahrens zur Analyse fluidischer Proben unter Verwendung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Elektrophoresevorrichtung.Further Embodiments of the present invention relate to carry out the method of analyzing fluidic Samples using the invention microfluidic electrophoresis device.

Diese und weitere Vorteile werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung deutlich und besser verständlich. Zum besseren Verständnis wird Bezug auf die anliegenden Figuren genommen, die von der Beschreibung umfasst sind. Gegenstände oder Teile in den Figuren, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein.These and further benefits will become apparent from the following detailed Description clear and easier to understand. For the better Understanding is taken with reference to the accompanying figures, which are covered by the description. Objects or parts in the figures, which are essentially the same or similar may be provided with the same reference numerals.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt die schematische Darstellung einer mikrofluidischen Elektrophoresevorrichtung mit einer Spannungsquelle. 1 shows the schematic representation of a microfluidic electrophoresis device with a voltage source.

2 zeigt die schematische Darstellung einer mikrofluidischen Elektrophoresevorrichtung mit zwei Spannungsquellen und Abfalldepot. 2 shows the schematic representation of a microfluidic electrophoresis device with two voltage sources and waste depot.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Elektrophoresevorrichtung, welche die Einspeisung von Puffer vorsieht. 3 shows a schematic representation of a microfluidic electrophoresis device, which provides the supply of buffer.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer mikrofluidischen Elektrophoresevorrichtung mit den entsprechend an der durch den Detektionskanal repräsentierten Spiegelebene gespiegelten vorliegenden Kanälen und Reservoirs. 4 shows a schematic representation of a microfluidic electrophoresis device with the corresponding mirrored at the mirror plane represented by the detection channel present channels and reservoir.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 zeigt eine mikrofluidische Elektrophoresevorrichtung für die Analyse von Fluidproben, welche Komponenten mit unterschiedlichen Mobilitäten aufweisen. Die Mobilität einer Komponente kann sowohl von ihrer Größe und chemischen Beschaffenheit, als auch von der angelegten Spannung abhängig sein. Die Elektrophoresevorrichtung umfasst einen ersten Kanal 3, der einen Detektionskanal 9 an einem Injektionskreuz 8 schneidet. Der erste Kanal 3 ist dafür vorgesehen, die Fluidprobe von dem Probenreservoir 1 in Richtung des Injektionskreuzes 8 zu befördern. Am Injektionskreuz 8, welches eine Kreuzung des Detektionskanals 9 und des ersten Kanals 3 darstellt, werden die im Kreuzungspunkt befindlichen Komponenten der Fluidprobe in den Detektionskanal 9 injiziert, von wo aus sie nach erfolgter weiterer Auftrennung einem Detektor 10 zur Analyse zugeführt werden, ehe sie in ein Auslass-Well 5 gelangen. 1 shows a microfluidic electrophoresis device for the analysis of fluid samples having components with different mobilities. The mobility of a component can be dependent both on its size and chemical nature, as well as on the applied voltage. The electrophoresis device comprises a first channel 3 that has a detection channel 9 at an injection cross 8th cuts. The first channel 3 is intended to be the fluid sample from the sample reservoir 1 in the direction of the injection cross 8th to transport. At the injection cross 8th , which is an intersection of the detection channel 9 and the first channel 3 represents, the intersecting point components of the fluid sample in the detection channel 9 from where they are after further separation of a detector 10 for analysis, before entering an outlet well 5 reach.

Die in 1 gezeigte Elektrophoresevorrichtung verfügt über eine erste Spannungsquelle 20, welche mit dem Injektionskreuz 8 und dem Probenreservoir 1 derart in Verbindung steht, dass die Probe bzw. Probenkomponenten von dem Reservoir 1 in Richtung des Injektionskreuzes 8 gezogen werden, siehe Pfeil a. Unter „Ziehen" ist hierbei zu verstehen, das die Eigenbeweglichkeit der Moleküle in dem Gel, welches sich generell im einem Kanal einer Elektrophoresevorrichtung befindet, durch eine Komponente der elektrischen Anziehung überlagert wird, welche dazu beiträgt, dass die über eine elektrische Ladung verfügenden Teilchen eine erhöhte Mobilität verliehen bekommen. Ferner verfügt die Elektrophoresevorrichtung über eine Steuereinheit (figurativ nicht dargestellt), mit welcher die erste Spannungsquelle 20 derart gesteuert werden kann, dass Komponenten mit unterschiedlichen Mobilitäten in dem ersten Kanal 3 aufgetrennt werden können. Beispielsweise kann eine Spannung derart angelegt und erhöht werden, dass sich aus der Gesamtprobe, welche in den ersten Kanal 3 eingespeist wurde, Teilchen hoher Mobilität in Richtung des Injektionskreuzes 8 bewegen. Ein auf das Injizieren der Teilchen in den Detektionskanal 9 folgendes Abschalten oder Umkehren der Spannung bewirkt, dass nachfolgende Teilchen, welche ohnehin über eine geringere Mobilität verfügen, verlangsamt werden oder zurückgezogen werden und somit nicht in das Injektionskreuz 8 eintreten. Damit ist es möglich, eine Fraktion, welche etwa kleine Teilchen wie small RNA enthält, selektiv aus der Fluidprobe abzutrennen und über das Injektionskreuz 8 in den Detektionskanal 9 einzuspeisen, siehe Pfeil b.In the 1 shown electrophoresis device has a first voltage source 20 , which with the injection cross 8th and the sample reservoir 1 in such a way that the sample or sample components from the reservoir 1 in the direction of the injection cross 8th be pulled, see arrow a. By "pulling" it is to be understood that the intrinsic mobility of the molecules in the gel, which is generally located in a channel of an electrophoresis device, is superimposed by a component of electrical attraction, which contributes to the particles having an electric charge Furthermore, the electrophoresis device has a control unit (not shown figuratively), with which the first voltage source 20 can be controlled such that components with different mobilities in the first channel 3 can be separated. For example, a voltage can be applied and increased in such a way that from the total sample, which in the first channel 3 was fed, high mobility particles in the direction of the injection cross 8th move. One on injecting the particles into the detection channel 9 the subsequent switching off or reversal of the voltage causes subsequent particles, which in any case have a lower mobility, to be slowed down or withdrawn and thus not into the injection cross 8th enter. This makes it possible to selectively separate a fraction containing small particles such as small RNA from the fluid sample and via the injection cross 8th in the detection channel 9 to feed, see arrow b.

Der Fachmann weiß, dass diese Vorgehensweise bezüglich des Anlegens und Nachlassens der Spannung zu vorbestimmten Zeitpunkten erfolgen kann, nämlich dann, wenn eine bestimmte Fraktion, welche Komponenten einer gewünschten Mobilität enthält, sich an einer entsprechenden Stelle im ersten Kanal 3 befinden. Damit lässt sich die spannungsgesteuerte Auftrennung der Komponenten durch die zeitliche Determinierung weiter verfeinern.One skilled in the art will appreciate that this approach can be applied at predetermined times to the application and release of voltage, namely, when a particular fraction containing components of a desired mobility is at a corresponding location in the first channel 3 are located. This makes it possible to further refine the voltage-controlled separation of the components by means of temporal determination.

In 2 wird eine Elektrophoresevorrichtung gezeigt, welche einen Vorziehkanal 6 hat, der den ersten Kanal 3, welcher von Probenreservoir 1 zum Injektionskreuz 8 führt, schneidet. Damit wird der erste Kanal 3 in einen Probenkanal 31 zwischen dem Probenreservoir 1 und der ersten Kreuzung 2 unterteilt, sowie in einen Injektionskanal 32, der zwischen der ersten Kreuzung 2 und dem Injektionskreuz 8 liegt. Ferner ist eine zweite Spannungsversorgung 21 vorgesehen, die derart angeordnet ist, dass sie das Probenreservoir 1 in elektronische Verbindung mit einem Abfalldepot 4 bringt, das am Ende des Vorziehkanals 6 angeordnet ist. Somit können Probenkomponenten, die in den Probenkanal 31 aufgegeben werden, und die nicht zur Detektion vorgesehen sind, an der ersten Kreuzung 2 direkt in den Vorziehkanal 6 abgelenkt und zum Abfalldepot 4 geführt werden. Damit kann eine gewünschte Fraktion im ersten Kanal 3 im Equilibrium befindlich relativ nahe am Injektionskreuz bereit gestellt werden, so dass die Vorfraktionierung vor der Injektion auf der Strecke zwischen Kreuzung 2 und dem Injektionskreuz 8 erreicht wird.In 2 becomes an electrophoresis tion shown which a Vorziehkanal 6 that has the first channel 3 , which from sample reservoir 1 to the injection cross 8th leads, cuts. This will be the first channel 3 into a sample channel 31 between the sample reservoir 1 and the first intersection 2 divided, as well as in an injection channel 32 that's between the first intersection 2 and the injection cross 8th lies. Further, a second power supply 21 provided, which is arranged so that it the sample reservoir 1 in electronic connection with a waste depot 4 brings that at the end of the Vorziehkanals 6 is arranged. Thus, sample components entering the sample channel 31 abandoned and not intended for detection at the first intersection 2 directly into the Vorziehkanal 6 distracted and to the waste depot 4 be guided. This allows a desired fraction in the first channel 3 located in the Equilibrium be prepared relatively close to the injection cross, so that the prefractionation before injection on the route between crossing 2 and the injection cross 8th is reached.

Die beiden Spannungsquellen 21 und 20 können nacheinander oder auch gleichzeitig betätigt werden, wodurch sich eine operative Überlagerung ergibt. Grundsätzlich wird eine solche mikrofluidische Elektrophoresevorrichtung über eine Vielzahl an Spannungsquellen verfügen, die zentral gesteuert werden. Entsprechend der Steuerung der Spannungsversorgung 20, 21 kann damit gezielt eine gewünschte Fraktion an Probenkomponenten, welche somit eine bestimmte Migrationsgeschwindigkeit aufweisen, zum Injektionskreuz 8 geführt werden, während die nicht benötigten Fraktionen verworfen und zum Abfalldepot geführt werden.The two voltage sources 21 and 20 can be actuated sequentially or simultaneously, resulting in an operational overlay. Basically, such a microfluidic electrophoresis device will have a plurality of voltage sources that are centrally controlled. According to the control of the power supply 20 . 21 can thus targeted a desired fraction of sample components, which thus have a certain migration speed, to the injection cross 8th be guided while the unneeded fractions are discarded and led to the waste depot.

Die in 3 dargestellte Elektrophoresevorrichtung umfasst neben dem Probenreservoir 1 ein Pufferreservoir 13. Üblicherweise weisen Probenreservoirs ein Fassungsvermögen von etwa 5 bis 6 μl auf, ebenso sind größere oder kleinere Aufnahmevolumina möglich. Ein Pufferreservoir kann über ein ebensolches Aufnahmevolumen verfügen, es kann jedoch auch durchaus größer sein. Das Pufferreservoir 13 wird über einen Pufferkanal 11 mit dem Probenkanal 31 in fluidische Verbindung gebracht, es schneidet diesen in der zweiten Kreuzung 12, die stromaufwärts der ersten Kreuzung 2 angeordnet ist. Der Kanalabschnitt, welcher zwischen der ersten Kreuzung 2 und der zweiten Kreuzung 12 liegt, dient nachfolgend als Gleichgewichtseinstellungskanal 33. Puffer kann somit vom Pufferreservoir 13 in den Pufferkanal 11 eingespeist werden.In the 3 shown electrophoresis device comprises adjacent to the sample reservoir 1 a buffer reservoir 13 , Usually sample reservoirs have a capacity of about 5 to 6 ul, as well as larger or smaller volumes are possible. A buffer reservoir may have the same capacity, but it may be larger. The buffer reservoir 13 is via a buffer channel 11 with the sample channel 31 brought into fluid communication, it cuts this in the second intersection 12 that are upstream of the first intersection 2 is arranged. The channel section, which is between the first intersection 2 and the second intersection 12 is below, serves as a balance adjustment channel 33 , Buffer can thus from the buffer reservoir 13 in the buffer channel 11 be fed.

Durch Anlegen einer entsprechenden Spannung, die durch eine dritte Spannungsquelle 22 bereitgestellt wird, wird der Puffer aus dem Pufferkanal 11 über die zweite Kreuzung 12 entlang dem Gleichgewichtskanal gezogen, von wo der Puffer über die zweite Kreuzung 2 in Richtung des Abfalldepots 4 gezogen und somit aus dem System abgeleitet wird. Grundsätzlich können alle Spannungsquellen nacheinander oder auch gleichzeitig betätigt werden, wodurch sich eine operative Überlagerung ergeben kann. Entsprechend der Steuerung der Spannungsversorgung kann damit gezielt eine gewünschte Fraktion an Probenkomponenten entweder in ein Abfalldepot oder zur Detektion bzw. Auftrennung geführt werden.By applying an appropriate voltage through a third voltage source 22 is provided, the buffer from the buffer channel 11 over the second intersection 12 pulled along the equilibrium channel, from where the buffer over the second intersection 2 in the direction of the waste depot 4 pulled and thus derived from the system. In principle, all voltage sources can be actuated in succession or simultaneously, which may result in an operational overlay. In accordance with the control of the power supply, a desired fraction of sample components can thus be selectively guided either into a waste depot or for detection or separation.

Nachdem der Kanal 3 vollständig mit der im Gleichgewicht befindlichen Probe, respektive dem Analyten, befüllt ist, wird die weitere Zuführung der Probe unterbunden, was durch Abstellen der Spannung oder Spannungsumkehr erfolgen kann. Durch Zuschalten des Pufferreservoirs 13 wird die equilibrierte Probe zum Injektionskreuz bzw. darüber hinaus gezogen. Hierbei verarmt die equilibrierte Probe an schnellen, mobilen Komponenten und es kann somit eine bestimmte Probenfraktion injiziert werden, die depletiert im Bezug auf kleine, mobile Probenbestandteile ist. Um den Kanal quasi zu spülen, kann durch Betätigen der Spannungsquelle 22 Puffer in den Kanal 3 geführt werden, bevor eine zweite Probe im Kanal 3 vorgezogen wird.After the channel 3 is completely filled with the equilibrium sample, respectively the analyte, the further supply of the sample is prevented, which can be done by switching off the voltage or voltage reversal. By connecting the buffer reservoir 13 the equilibrated sample is drawn to the injection cross or beyond. In doing so, the equilibrated sample depletes of fast, mobile components and thus can inject a particular sample fraction that is depleted relative to small, mobile sample components. To quench the channel, you can by pressing the voltage source 22 Buffer in the channel 3 be guided before a second sample in the channel 3 is preferred.

Der Puffer nimmt somit zum einen die Funktion wahr, den ersten Kanal 3 an der Stelle, an der dieser zum Gleichgewichtskanal 33 wird, bei Bedarf zu spülen und zum anderen eine equilibrierte Probe im Kanal zu bewegen und gleichzeitig die Zufuhr von neuen Probenkomponenten zu unterbinden und somit ein Verarmen der Probe an mobilen Anteilen zu erreichen, bevor diese zur Analyse injiziert wird. Das Einspeisen des Puffers in den Gleichgewichtskanal zu einem geeigneten Zeitpunkt, nachdem eine erste Probe den Gleichgewichtskanal 33 passiert hat, verhindert, dass Probenkomponenten einer zweiten Probe mit einer hohen Migrationsgeschwindigkeit die Probenkomponenten einer ersten Probe mit sehr geringer Migrationsgeschwindigkeit einholen.The buffer thus assumes the function of the first channel 3 at the point where this to the equilibrium channel 33 to flush if necessary and to move an equilibrated sample in the channel while inhibiting the delivery of new sample components and thus achieving depletion of the sample on mobile portions before it is injected for analysis. Feeding the buffer into the equilibrium channel at an appropriate time after a first sample crosses the equilibrium channel 33 prevents sample components of a second sample from migrating at a high migration rate to catch up with the sample components of a first sample at a very low migration rate.

Einspeisen eines Puffers zum geeigneten Zeitpunkt, also etwa nach der Injektion einer gewünschten Fraktion in den Detektionskanal, ermöglicht somit ein zielgerichtetes und präzises Trennen unterschiedlicher Proben zu einem gewünschten Zeitpunkt. Wie in 3 dargestellt, erfordert das Vorhandensein einer Mehrzahl von Probenreservoirs 1, die entsprechende Anzahl an Kanälen 31, welche die Pufferreservoirs mit der zweiten Kreuzung 12 bzw. mit dem Probenkanal 31 verbinden. Die vorstehenden erfindungsgemäßen Elektrophoresevorrichtungen weisen üblicherweise einen Detektor 10 auf, welcher mit dem jeweiligen Detektionskanal 9 gekoppelt ist, so dass die im Detektionskanal 9 weiter aufgetrennte Probe vom Detektor 10 optisch analysiert wird.Injecting a buffer at the appropriate time, for example after the injection of a desired fraction into the detection channel, thus makes it possible to separate different samples at a desired time precisely and precisely. As in 3 shown requires the presence of a plurality of sample reservoirs 1 , the corresponding number of channels 31 passing the buffer reservoirs to the second intersection 12 or with the sample channel 31 connect. The above electrophoresis devices according to the invention usually have a detector 10 on, which with the respective detection channel 9 is coupled, so that in the detection channel 9 further separated sample from the detector 10 is optically analyzed.

Die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse fluidischer Proben mit Komponenten unterschiedlicher Mobilitäten unter Verwendung einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen Elektrophoresevorrichtung sieht daher vor, dass zunächst eine Fluidprobe in zumindest ein Probereservoir gegeben und dem System zur Injektion zur Verfügung gestellt wird, ehe eine Spannung an das Probenreservoir und das Injektionskreuz derart angelegt wird, dass die Komponenten der Fluidprobe sich mit erhöhter Mobilität in Richtung des Injektionskreuzes bewegen. Durch entsprechende Steuerung der Spannung gelingt es, selektiv Fraktionen der Fluidprobe zum Injektionskanal vorzuziehen, die eine bestimmte Mobilität beziehungsweise Größe aufweisen. Die selektierten Fraktionen können am Injektionskreuz über den Detektionskanal der Detektion zugeführt werden, wohingegen die nicht erwünschten Fraktionen durch einen Vorziehkanal zu einem Abfalldepot oder alternativ in ein Depot zur weiteren Verwertung geführt werden können. Wenn mehr als eine Probe der elektrophoretischen Analyse zugeführt werden soll, so ist es möglich, durch eine entsprechend erfindungsgemäß gestaltete Elektrophoresevorrichtung ein Volumen an Puffer derart in das System einzuführen, dass die beiden Fluidproben nicht miteinander vermischt werden. Damit wird eine hohe Verlässlichkeit der Analysegenauigkeit erzielt. Darüber hinaus ermöglicht das vorgenannte System durch die Ableitung unerwünschter Fraktionen, die Lebensdauer der Elektrophoresegels vorteilhaft zu verlängern, insbesondere wenn die abgeleitenden Komponenten Moleküle von großer Größe sind, die aufgrund ihrer geringen Mobilität sehr lange im System verweilen und die das System im besonderem Maße beanspruchen.The Implementation of a method according to the invention for analyzing fluidic samples with components of different types Mobilities using an inventive Microfluidic electrophoresis device therefore provides that first a fluid sample in at least one sample reservoir given and provided to the system for injection before a voltage is applied to the sample reservoir and the injection cross is applied so that the components of the fluid sample with increased Move mobility in the direction of the injection cross. By appropriate control of the voltage succeeds selectively fractions the fluid sample preferable to the injection channel, the one particular Have mobility or size. The selected fractions can at the injection cross over the detection channel are fed to the detection, whereas the unwanted fractions through a Vorziehkanal to a waste depot or alternatively to a depot for further utilization can be performed. If more than one sample to be supplied to the electrophoretic analysis, so it is possible by a correspondingly designed according to the invention Electrophoresis device a volume of buffer so in the system Introduce that the two fluid samples do not match be mixed. This is a high reliability achieved the analysis accuracy. In addition, allows the aforementioned system by the derivation of unwanted Fractions to extend the lifetime of the electrophoresis gel advantageous especially when the derivative components are molecules are of big size, due to their low mobility stay in the system for a long time and the stress the system to a special degree.

Ferner muss berücksichtigt werden, dass die in den vorgenannten 1, 2 und 3 dargestellten Ausschnitte der erfindungsgemäßen elektrophoretischen Vorrichtungen tatsächlich lediglich Ausschnitte sind, es ist dem Fachmann bekannt, dass der hierin als Detektionskanal bezeichnete Kanal in Bezug auf die Bildebene quasi eine Spiegelebene darstellt und dass es zu jeder Komponente der Elektrophoresevorrichtung auf den üblicherweise verwendeten mikrofluidischen Chips eine korrespondierende Komponente gibt. Kurz dargestellt in 4, wird deutlich, dass das Probenreservoir am Injektionskreuz gespiegelt wird, so dass ein korrespondierendes Probenreservoir 1' gegenüberliegt. Analog liegen gespiegelte Kanäle vor, und ebenfalls ein gespiegeltes Abfalldepot 4', oder entsprechend andere Ausführungsformen, etwa gespiegelte Pufferreservoirs 13'. Dem Fachmann ist die Anordnung einer solchen elektrophoretischen Vorrichtung grundsätzlich bekannt. Die entsprechende erfindungsgemäße Anordnung von Spannungsquellen ergibt sich ferner aus den nachfolgenden Ansprüchen.It must also be taken into account that those mentioned in the above 1 . 2 and 3 It is known to the person skilled in the art that the channel referred to herein as the detection channel represents a mirror plane with respect to the image plane and that there is a corresponding component to each component of the electrophoresis device on the microfluidic chips commonly used gives. Shown briefly in 4 , it is clear that the sample reservoir is mirrored at the injection cross, so that a corresponding sample reservoir 1' opposite. Analogously, there are mirrored channels, and also a mirrored waste depot 4 ' , or according to other embodiments, such as mirrored buffer reservoirs 13 ' , The person skilled in the art, the arrangement of such an electrophoretic device is basically known. The corresponding arrangement of voltage sources according to the invention also results from the following claims.

Der Betrieb der Elektrophoresevorrichtung, insbesondere der Steuerung, lässt sich vorteilhaft durch ein entsprechendes Softwareprogramm unterstützen, das geeignet ist, die Betätigung der ersten Spannungsquelle 20 und aller weiteren Spannnungsquellen über eine Steuereinheit zu betätigen, so dass Fluidprobe in einem ersten Kanal (3) bewegt wird und eine Auftrennung der Komponenten der Fluidprobe mit unterschiedlichen Mobilitäten in dem ersten Kanal (3) in Fraktionen erfolgt, die sodann, soweit sie selektiert sind, entsprechend im Injektionskreuz (8) zum Einspeisen in den Detektionskanal (9) bereit gestellt werden, wenn das Programm auf einem Datenverarbeitungssystem wie einem Computer betrieben wird. Der Fachmann weiß, wie mittels eines solchen Programms auch die Steuerung der weiteren Fluid- bzw. Stoffströme unterstützt wird. Ein solches Softwareprogramm kann auf einem Datenträger gespeichert sein.The operation of the electrophoresis device, in particular the controller, can be advantageously supported by a corresponding software program which is suitable for actuating the first voltage source 20 and all other voltage sources via a control unit, so that fluid sample in a first channel ( 3 ) and a separation of the components of the fluid sample with different mobilities in the first channel ( 3 ) in fractions, which then, as far as they are selected, corresponding in the injection cross ( 8th ) for feeding into the detection channel ( 9 ) when the program is run on a data processing system such as a computer. The person skilled in the art knows how the control of the further fluid or material flows is also supported by means of such a program. Such a software program can be stored on a data medium.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5055517 [0003]

Claims

Microfluidic electrophoresis device suitable for analyzing a fluid sample comprising components having different mobilities, said electrophoresis device comprising: - a first channel ( 3 ) with an injection cross ( 8th ) is fluidically coupled, wherein the injection cross ( 8th ) an interface for feeding into a detection channel ( 9 ), - a first voltage source ( 20 ) suitable for carrying the fluid sample in the first channel ( 3 ), and - a control unit that is suitable for the first voltage source ( 20 ) to control components with different mobilities in the first channel ( 3 ), and which is suitable for separating a fraction of the separated components from the fluid sample at the injection ( 8th ) for feeding into the detection channel ( 9 ) to provide.

An electrophoresis device according to claim 1, wherein the first channel ( 3 ) the detection channel ( 9 ) at an injection cross ( 8th ) cuts.

An electrophoresis device according to claim 1 or 2, wherein the injection cross is adapted to introduce the components of the fluid sample into the detection channel (15). 9 ) feed.

Electrophoresis device according to one of the preceding claims, wherein the channel ( 3 ) is suitable, the fluid sample in the direction of the injection cross ( 8th ) to transport.

Electrophoresis apparatus according to one of the preceding Claims, wherein the separation of the fluid sample in the Fractions at a predetermined time takes place.

Electrophoresis apparatus according to one of the preceding Claims, wherein the mobilities of the components are dependent on size and voltage.

An electrophoresis device according to any one of the preceding claims, wherein the electrophoresis device comprises: - a sample reservoir ( 1 ) - a preferred channel ( 6 ), which is the first channel ( 3 ) at a first intersection ( 2 ), the first channel ( 3 ) into a sample channel ( 31 ) between the sample reservoir ( 1 ) and the first intersection ( 2 ), and into an injection channel ( 32 ) located between the first intersection ( 2 ) and the injection cross ( 8th ), is divided, - a second voltage source ( 21 ), suitable for transferring the fluid sample from the sample reservoir ( 1 ) through the sample channel ( 31 ) to the first intersection ( 2 ) and which is capable of detecting a non-detection fraction of sample components from the first junction ( 2 ) through the prefix channel ( 6 ) in a waste depot ( 4 ) to draw.

An electrophoresis apparatus according to claim 7, wherein the first voltage source ( 20 ) and the second voltage source ( 21 ) are suitable for operative superposition, and wherein a selected fraction of separated components from the fluid sample by the surgical superimposing in the direction of the injection cross ( 8th ) is pulled.

An electrophoresis device according to claim 7 or 8, wherein the electrophoresis device comprises: - a buffer reservoir ( 13 ), suitable for storing a buffer, - a buffer channel ( 11 ), suitable for the buffer from the buffer reservoir ( 13 ) along the sample channel ( 31 ) over the first intersection ( 2 ) in the direction of the waste depot ( 4 ) - a second crossing ( 12 ), the buffer channel ( 11 ) and the sample channel ( 31 ) and the upstream of the first intersection ( 2 ), so that a portion of the sample channel ( 31 ) as an equilibration channel ( 33 ) between the first and second intersections ( 2 . 12 ).

An electrophoresis device according to claim 9, comprising a device for feeding the buffer into the equilibration channel.

An electrophoresis apparatus according to any one of claims 7 to 10, comprising: - a plurality of sample reservoirs ( 1 . 1' ), - a plurality of sample channels ( 31 . 31 ' ) associated with corresponding sample reservoirs ( 1 . 1' ), wherein the prefix channel ( 6 ) the sample channels ( 31 . 31 ' ) and the injection channel ( 32 ) at the first crossing ( 2 ) connects.

Electrophoresis device according to one of the preceding claims, wherein the detection channel ( 9 ) with a detector ( 10 ) is coupled.

Electrophoresis apparatus according to one of the preceding Claims, wherein the fluid sample contains small RNA.

A method of analyzing a fluid sample comprising components having different mobilities using a microfluidic electrophoresis device according to any one of claims 1 to 13, the method comprising the steps of: - actuating a first voltage source ( 20 ) via a control unit, - moving the fluid sample in the first channel ( 3 ) and thereby separating the components with under different mobilities in the first channel ( 3 ) in fractions, - providing the fraction of the separated components from the fluid sample at the injection cross ( 8th ) for feeding into the detection channel ( 9 ).

The method of claim 14, wherein the method comprises: providing a fluid sample in a sample reservoir ( 1 ), - feeding a selected fraction of the separated components from the fluid sample at the injection cross ( 8th ) into the detection channel ( 9 ).

The method of claim 14 or 15, wherein the method having a timed actuation of the control unit.

The method of any of claims 14 to 16, wherein the method comprises - drawing the fluid sample from the sample reservoir ( 1 ) through the sample channel ( 31 ) to the first intersection ( 2 ), followed by - pulling a non-detection fraction of components from the fluid sample from the first junction ( 2 ) through the prefix channel ( 6 ) in a waste depot ( 4 ) having.

The method of any one of claims 14 to 17, wherein the method comprises operatively overlaying the first voltage source (16). 20 ) and a second voltage source ( 21 ), wherein the selected fraction of separated components in the direction of the injection cross ( 8th ) is moved.

Method according to one of claims 14 to 18, wherein the method - switching off the inflow of the sample from the first sample reservoir ( 1 ), - feeding the buffer from the buffer reservoir ( 13 ) into the buffer channel ( 11 ), - pulling the buffer out of the buffer channel via the second intersection ( 12 ) into the equilibration channel ( 33 ) after the fluid sample containing the equilibration channel ( 33 ), with respect to the mobilities of its components is in equilibrium, wherein a further supply of sample is inhibited.

The method of claim 19, wherein the method pulling the buffer out of the buffer channel via the second intersection ( 12 ) into the equilibration channel ( 33 ) after the fluid sample containing the equilibration channel ( 33 ), with respect to the mobilities of its components is in equilibrium, wherein a further supply of sample is inhibited.

Software program suitable for use in an electrophoresis method according to one of claims 14 to 20, wherein a first voltage source ( 20 ) is actuated via a control unit, and wherein a fluid sample in a first channel ( 3 ) and separating the components of the fluid sample with different mobilities in the first channel ( 3 ) is carried out in fractions, and wherein the fraction of the separated components from the fluid sample at the injection cross ( 8th ) for feeding into the detection channel ( 9 ) when the program is run on a data processing system such as a computer.

Software program according to claim 21, characterized that it is stored on a disk.