DE20312088U1

DE20312088U1 - Flusskammer

Info

Publication number: DE20312088U1
Application number: DE20312088U
Authority: DE
Original assignee: Ibidi GmbH
Current assignee: Ibidi GmbH
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2013-08-06

Abstract

Flusskammer, umfassend eine Grundplatte mit
a) wenigstens einem parallel zur Grundfläche der Grundplatte verlaufenden, geschlossenen Kanal, und
b) einer Öffnung zur Aufnahme eines Deckels, wobei durch die Öffnung ein Bereich des Kanals freigelegt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flusskammer und einen Deckel für eine Flusskammer, insbesondere für lichtmikroskopische und licht-spektroskopische Untersuchungen von Molekülen, Makromolekülen oder Zellen.
Objektträger und Probenschalen für zu untersuchende Proben werden bei den verschiedensten Untersuchungsmethoden eingesetzt und müssen daher vielen unterschiedlichen Anforderungen genügen. So werden auf silanisierte Glasoberflächen z.B. DNA, Proteine oder Zellen immobilisiert, um die Wechselwirkung dieser Objekte mit anderen Molekülen oder Zellen zu untersuchen.
Das Aufbringen von DNA kann mittels unterschiedlicher bekannter Methoden erfolgen. Sogenannte DNA-Arrays mit Spotgrössen zwischen 5μm bis 200 μm sind kommerziell erhältlich. Auch Arrays aus Proteinen sind bereits kommerziell erhältlich.
Die Auswertung geschieht zumeist über die qualitative oder quantitative Analyse der Fluoreszenz auf der Glas- oder Kunststoffoberfläche, welche die zu untersuchenden Moleküle, Makromoleküle oder Zellen enthält (z.B. mittels Mikroskopie oder Spektroskopie). Dabei können sich sowohl die zu untersuchende Substanz als auch ,Nachweismoleküle` für diese Substanzen, wie z.B. Antikörper oder fluoreszenzmarkierte Moleküle in Lösung befinden, oder sie sind bereits auf der Oberfläche immobilisiert. Neben optischen Analysemethoden existieren auch weitere Analysetechniken, die z. B. auf elektrischen Detektionsmethoden beruhen.
Ein einfacher Lösungsmittelwechsel ist auf offenen planaren Oberflächen schwierig. Die bespotteten Objektträger werden somit zumeist in entsprechenden Gefäßen gespült. Der einfache Austausch von Flüssigkeiten auf den Objektträger ist jedoch notwendig, um spezielle Reaktionen von Molekülen in der Flüssigkeit mit anderen Molekülen, Makromolekülen, Zellen etc. nachzuweisen, oder um überflüssige Moleküle, welche sich in der Flüssigkeit befinden, herauszuspülen. Zudem können überschüssige Moleküle das Fluoreszenzsignal oder Spektrum des zu untersuchenden Moleküls oder Molekülkomplexes abschwächen oder auslöschen.
Es gibt deswegen zusammenschraubbare Probenkammern, die einen Durchfluss gewährleisten können. Die für derartige Untersuchungen verwendeten Probenkammern, in denen sich die Lösung mit den Substanzen befindet, sind zumeist aus Glas oder Quarzglas. Kunststoffbehältnisse sind ebenfalls bekannt, werden wegen der schlechten optischen Eigenschaft der meisten Kunststoffe (im Vergleich zu Glas), für diese Art der Untersuchungen aber wenig verwendet.
Bei den zusammensetzbaren Probenträger müssen die eingesetzten Deckgläser durch Dichtungsringe abgedichtet werden. Dies kann erfahrungsgemäß oft zu Undichtigkeiten führen und dazu, dass in der Lösung befindliche Moleküle aufgrund eines Kontaktes mit dem Dichtungsring ihre funktionelle Struktur verändern oder an diesem adsorbieren. Dies gilt auch für die Halterung, in welcher die Kanäle eingebracht sind.
Auch bekannt sind geschlossene Flusskammersysteme (z.B. der Anmelderin) aus Kunststoff oder Kunststoff /Glas. Diese bestehen aus einer Folie/Glasplätchen und einem Grundplattesystem mit eingebrachten Gräben und Anschlüssen. Durch das Bonden dieser Folie auf den Grundplatte bildet sich ein geschlossener Kanal. Mit diesem System ist es möglich durch Bespotten der Folie mit Molekülen und anschließendem Verkleben (Bonden) einen Mikroarray in einer Flusskammer herzustellen. Auch können in diesen Kanälen Zellen gezüchtet werden. Dabei muss das Spotten der Moleküle und anschließende Bonden der Kammer jedoch zeitnah erfolgen. Ein System, welches einfach bespottetet werden kann und das anschließend leicht verdeckdelbar ist, wobei Anforderungen wie wenig Probenvolumen, definierte Abstände zwischen Deckel und Boden im Bereich von einigen zehntel Millimetern, Dichtheit, keine Beschädigung der gespotteten Moleküle beim Deckeln, optische Transparenz und billige Herstellung, existiert nicht.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und insbesondere eine Flusskammer bereitzustellen, mit der Untersuchungen der oben genannten Art in einfacher Form vorbereitet und durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Flusskammer gemäß Anspruch 1 und einen Deckel für eine Flusskammer gemäß Anspruch 21.
Erfindungsgemäß wird eine Flusskammer bereitgestellt, umfassend eine Grundplatte mit

a) wenigstens einem parallel zur Grundfläche der Grundplatte verlaufenden, geschlossenen Kanal, und
b) einer Öffnung zur Aufnahme eines Deckels, wobei durch die Öffnung ein Bereich des Kanals freigelegt werden kann.

Geschlossen bedeutet, dass der wenigstens eine Kanal zwar Ein- und/oder Auslassöffnungen aufweisen kann, ansonsten aber umfänglich durch eine Wand begrenzt ist, im Gegensatz zu einem Graben. Vorzugsweise kann ein geschlossener Kanal gebildet werden, indem die Grundplatte einen Graben umfasst, der auf der offenen Seite durch eine Folie abgedeckt ist. Insbesondere kann die Folie fest mit der Grundplatte verbunden sein, vorteilhafterweise an die Grundplatte gebondet sein. Durch das Abdecken des Grabens entsteht ein geschlossener Kanal in der Grundplatte.
Die erfindungsgemäße Flusskammer weist also in einem bestimmten Bereich eine Öffnung auf, welche einen direkten Zugang auf die innere Kanalbegrenzungswand (d.h. die Wand, durch die das Volumen des Kanals begrenzt ist) der Flusskammer ermöglicht. Dies erlaubt in einfacher Weise ein Bespotten der Wand, insbesondere des Bodens, durch die Öffnung. Damit dient der freilegbare Bereich nach dem Verdeckeln als Analysebereich.
Diese Öffnung kann mit einem Deckel verschlossen werden, so dass der zuvor zugängliche Bereich mit einer Lösung durchspült werden kann. Dadurch dass die Öffnung zur Aufnahme eines Deckels ausgebildet ist, kann ein solcher in einfacher Weise genau positioniert und angeordnet werden.
Mit der erfindungsgemäßen Flusskammer wird ein unkomplizierter und zugleich zuverlässiger Durchfluss einer zu untersuchenden Probe durch den Kanal sichergestellt. Insbesondere können Moleküle oder lebende Zellen beim Anwender leicht in den Analysebereich eingebracht werden und das System anschließend verdeckelt werden. Dies kann bei der Herstellung z.B. von DNA-Mikroarrays eine starke Erleichterung darstellen. Die vorgenannten Nachteile herkömmlicher Probenkammern werden daher vermieden.
Die Flusskammer, insbesondere die Grundplatte, kann vorteilhafterweise im Objektträger- oder Multititerplattenformat ausgebildet sein. Der wenigstens eine Kanal kann vorzugsweise ein Breite von 0,01 – 20,0 mm und eine Höhe von 0,01 – 5 mm aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein Teil der inneren Kanalbegrenzungswand in dem freilegbaren Bereich, insbesondere ein Teil der der Öffnung gegenüberliegenden inneren Kanalbegrenzungswand, funktionalisiert oder bespottet sein. Dadurch kann die Flusskammer direkt für entsprechende Untersuchungen verwendet werden.
Vorzugsweise kann der Teil der Kanalbegrenzungswand hydrophilisiert und/oder mit COOH, NH₂, Ketonen, Alkoholen oder Makromolekülen, wie DNA oder Proteine funktionalisiert sein.
Dies erleichtert oder verhindert die Immobilisierung von Molekülen an der Kanalbegrenzungswand, was für bestimmte Untersuchungsmethoden, wie z. B. Wechselwirkungsuntersuchungen zwischen Molekülen sehr wünschenswert ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der zuvor beschriebenen Flusskammern kann die Grundplatte ein optisch hochwertiges Material, insbesondere Glas, PC, PS, PP, PE, COC oder COP, umfassen. Optisch hochwertiges Material bedeutet, dass das Material keine Doppelbrechung und/oder Autofluoreszenz aufweist. Dies ist für hochempfindliche optische Untersuchungsmethoden von besonderem Vorteil.
Vorzugsweise kann die gesamte Grundplatte ein optisch hochwertiges Material umfassen.
Vorteilhafterweise kann die Dicke der Kanalwand gegenüber der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels zwischen 1 μm und 1000 μm, weiter bevorzugt zwischen 1 μm und 500 μm liegen. Dadurch werden optimale Eigenschaften für eine Vielzahl von Untersuchungsverfahren erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels gegenüberliegende Kanalwand und/oder die Kanalwand auf Seite der Öffnung eine auf die Grundplatte aufgebrachte Folie umfassen. Der geschlossene Kanal wird also durch einen mit einer Folie abgedeckten Kanal gebildet. Damit lässt sich eine besonders dünne Wanddicke erzielen, was hochempfindliche Untersuchungen begünstigt.
Die Folie kann vorzugsweise ein optisch hochwertiges Material und/oder ein zur Laserbearbeitung geeignetes Material, insbesondere PP, PS, PC, COC, COP, PET oder PEN, umfassen. Materialien wie PET oder PEN haben den Vorteil, dass sie mit einem Laser geschnitten werden können. Damit können also auf der Folie (an der den Kanal begrenzenden Seite) angeordnete Moleküle oder Zellen ausgeschnitten und aus der Flusskammer entfernt werden. Bei Verwendung einer Folie aus optisch hochwertigen Material kann die Grundplatte ein lichtundurchlässiges Material umfassen. Auf diese Weise findet die optische Untersuchung durch die Folie statt und wird durch kein störendes Umgebungslicht, das durch die Grundplatte einfällt, verfälscht.
Bei zuvor beschriebenen Flusskammern kann vorzugsweise der Kanal in dem freilegbaren Bereich verbreitert sein. Dadurch wird erreicht, dass möglichst viel Lösung im Analyse- bzw. zu verdeckelnden Bereich und wenig Lösung in der Fortsetzung des Kanals in den nicht-freilegbaren Bereichen vorhanden ist.
Vorzugsweise kann die Breite der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels gleich der Breite des Kanals in diesem Bereich sein. So wird ein bequemer Zugang auf die Kanalbegrenzungswand und damit ein einfaches Funktionalisieren oder Spotten ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die Öffnung zur Aufnahme eines Deckels zum Kanal hin eine konische und/oder stufenförmige Verjüngung, insbesondere mit einer Stufentiefe von 100 μm bis 250 μm, aufweisen.
Vorzugsweise können zwischen 2 und 20 Abstufungen angebracht sein. Die Flächen der Stufen können senkrecht aufeinander stehen oder mit einem von 90° verschiedenen Winkel. Dabei können die Flächen jeder Stufe ein mit leicht unterschiedlichen Winkel aufeinander stehen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann in oder an der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels eine Nut, insbesondere eine die Öffnung umlaufende Nut, zur Aufnahme eines Lösungs- und/oder Dichtungsmittels vorgesehen sein.
In eine umlaufende Nut oder Rinne (vorzugsweise mit einer Tiefe von 10 μm –1000 μm) können Lösungsmittel oder eine Dichtmasse z.B. Silikon zum dichten Verdeckeln eingebracht werden. Es können flüssige, aushärtende oder feste Dichtungsmaterialien (z.B. Dichtungsringe) als Dichtungsmaterial verwendet werden.
Eine Nut kann auch so ausgebildet sein, dass ein Lösungsmittel von der Nut zwischen die Grundplatte und einen in der Öffnung aufgenommenen Deckel fließen oder kriechen kann. Es können eine oder mehrere Nuten vorgesehen sein.
Vorzugsweise kann an der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels ein Richtungsgeber zum Ultraschallschweißen vorgesehen sein. Damit kann ein Deckel mittels Ultraschallverschweißen fest mit der Grundplatte verbunden werden. Ein solcher Richtungsgeber kann eine Höhe von 10 μm bis 300 μm aufweisen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Grundplatte für den wenigstens einen Kanal wenigstens eine Ein- und/oder Auslassöffnung für eine Flüssigkeit aufweisen. Damit kann unabhängig von der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels dem Kanal Flüssigkeit zugegeben oder entnommen werden. Eine Einlassöffnung kann insbesondere zur Aufnahme einer Pipettenspitze ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise kann eine Ein- oder Auslassöffnung so ausgebildet sein, dass sie leicht verschließbar sind. Dadurch wird das Austrocknen der Reservoirs, z.B. bei PCR verhindert. Auch bei anderen Analysemethoden kann dabei ein Austrocknen verhindert werden.
Vorzugsweise kann in und/oder auf der Grundplatte wenigstens ein Flüssigkeitsreservoir vorgesehen sein, in welches eine Ein- oder Auslassöffnung des Kanals mündet. Ein solches Flüssigkeitsreservoir kann beispielsweise durch den Kanal gespülte Flüssigkeit aufnehmen, was die Durchführung von Versuchen vereinfacht. Wenn an beiden Enden eines Kanals Ein- und/oder Auslassöffnungen, insbesondere mit Reservoiren, vorgesehen sind, entsteht ein kommunizierendes System.
Eine Flusskammer kann vorteilhafterweise mehrere Kanäle und Flüssigkeitsreservoire aufweisen, wobei zwei Flüssigkeitsreservoire jeweils durch einen Kanal verbunden sind. Zwei Kanäle können sich auch kreuzen oder verbinden.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann die Grundplatte ein Spritzgussrohling sein. Ein solcher Spritzgussrohling kann die entsprechenden Strukturen (z.B. Gräben, Reservoire, Anschlüsse, Bohrungen) aufweisen. Vorzugsweise kann der Rohling einen Graben aufweisen und von einer Seite mit einer Folie gebondet sein. Dieser Rohling kann auch ein längliches Loch (d.h., das in einer Dimension parallel zur Grundfläche der Grundplatte größer als in der anderen Dimension parallel zur Grundfläche ist) und von beiden Seiten mit einer Folie gebondet sein. Dadurch wird ein Kanal gebildet. Der Bereich, in dem die Öffnung zur Aufnahme eines Deckels vorgesehen ist, wird dabei nicht mit der Folie gebondet. Dies kann z.B. durch eine entsprechende Aussparung in der Folie gewährleistet werden.
Vorzugsweise kann in einem Flüssigkeitsreservoir ein saugfähiges Material vorgesehen sein. Dieses dient dazu, das Durchströmen von Flüssigkeiten auch ohne externen Druck oder externe Kippbewegungen zu ermöglichen. In verschiedenen Reservoiren können unterschiedliche Materialien mit verschiedene Quelleigenschaften und Aufnahmeeigenschaften vorgesehen sein, die auf die gewünschten Strömungsverhältnisse abgestimmt sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann in einem Kanal wenigstens ein Ventil, insbesondere Rückschlagventil, vorgesehen sein. Damit kann die Strömungsrichtung gesteuert werden.
Vorzugsweise kann ein Kanalabschnitt, der zu dem freilegbaren Bereich führt, so ausgebildet sein, dass ein Rücklauf der Flüssigkeit aus dem freilegbaren Bereich reduziert oder verhindert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann in einem Kanal und/oder auf der Grundplatte wenigstens eine Elektrode vorgesehen sein. Dies kann z.B. durch Aufdampfen erreicht werden. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes kann somit eine Durchmischung einer Lösung in dem Kanal beschleunigt werden. Dazu können insbesondere Wechsel felder angelegt werden. Dabei sind zeitlich und räumlich wechselnde Felder mit Frequenzen zwischen 0,01 Hz und 100 Hz vorteilhaft. Die elektrischen Felder können dabei vorzugsweise senkrecht und/oder waagrecht zum Kanal angelegt werden. Auch können andere elektrische und oder mechanische Komponenten vorgesehen sein, die eine Durchmischung beschleunigen.
Bei einer der zuvor beschriebenen Flusskammern kann vorteilhafterweise ein Teil der Kanalbegrenzungswand eine Mikrostrukturierung aufweist. Damit kann beispielsweise eine gleichmäßige Benetzung der Oberfläche erzielt werden, was insbesondere in verbreiterten Kanalbereichen von großem Nutzen ist.
Auch können hydrophile und hydrophobe Bereiche in einem Kanal vorgesehen sein. Damit wird das Entstehen von Luftblasen insbesondere beim Befüllen verhindert.
Vorteilhafterweise kann die Mikrostrukturierung in Form einer Beschichtung aus leitendem Material mit einer Dicke von etwa 50 nm ausgebildet sein, die Löcher mit einem Durchmesser von etwa 50 nm aufweisen.
Auf diese Weise lässt sich ein Nahfeld erzeugen, was insbesondere bei Strukturen aus leitenden Materialien, wie z.B. Metallen, im nm-Bereich (1nm–1000nm) in geeigneter Weise möglich ist. Haben solche Strukturen eine Breite von ca. 100 nm und einen Abstand untereinander von ca. 50 nm sowie eine Höhe von ca. 50 nm, entsteht bei der Beleuchtung mit Licht in einer Wellenlänge von 100–1000 nm ein Nahfeld. Dazu wird der Grundplatte von der nicht beschichteten Seite beleuchtet. Nur (fluoreszenzmarkierte) Moleküle in der unmittelbaren Nähe der beschichteten Oberfläche (100–200nm) werden durch das Nahfeld angeregt.
Durch diesen Aufbau können z.B. mit einem normalen Fluoreszenzmikroskop oder Mikroarrayreader die gleichen Untersuchungen wie sonst nur mit einen evaneszenten Feld durchgeführt werde. Dadurch können besonders Molekül/Molekülreaktionen mit geringen Bindungskonstanten nachgewiesen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Flusskammer wenigstens zwei Kanäle umfassen, wobei die Kanäle wenigstens teilweise durch eine permeable und/oder semipermeable Membran getrennt sind.
Auf der Membran können Zellen gezüchtet werden. Beispielsweise durch die Verwendung von Epithel- oder Endothelzellen können so die distale und proximate Seite von Blutgefäßen simuliert werden. Somit können Untersuchungen von Vorgängen an diesen Zellen unter Strömungsbedingungen durchgeführt werden. Auch können Migrationstudien durch die Zellen analysiert werden.
Das Vorsehen einer Membran ist unabhängig von einer Öffnung zur Aufnahme eines Deckels. Es kann auch eine Flusskammer bereitgestellt werden, umfassend eine Grundplatte mit wenigstens zwei parallel zur Grundfläche der Grundplatte verlaufenden, geschlossenen Kanälen, wobei die Kanäle wenigstens teilweise durch eine permeable und/oder semipermeable Membran getrennt sind.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann die Membran in der Grundplatte horizontal angeordnet sein. So liegt ein oberer und ein unterer Kanal vor. Dabei bildet die Membran die Decke des unteren und den Boden des oberen Kanals. Die durch die Membran getrennten Kanäle können parallel verlaufen oder sich kreuzen. Bei den gekreuzten Kanälen kann die Membran vorzugsweise lediglich im Kreuzungspunkt Decke oder Boden der Kanäle bilden. Der gekreuzte Verlauf der Kanäle hat den Vorteil, dass die Ein- oder Auslassöffnungen der Kanäle leichter zu erreichen sind.
Ja nach Anwendung kann die Kanalgröße zwischen 20 mm und 5 μm variieren. Die Fläche der Membran kann zwischen einigen cm² oder μm² liegen. Die Dicke der Membran kann zwischen 0.1μm – 500 μm liegen. Die Membran kann Löcher in einer Größe von 10 nm bis 100 μm enthalten. In einer bevorzugten Weiterbildung kann die Membran ein biokompatibles und/oder optisch hochwertiges und/oder chemisch resistentes und/oder Zellwachstum förderndes Material umfassen. Die Membran kann auch durch Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen (chemisch / physikalisch) so behandelt werden, dass Zellen gut anwachsen.
Untersuchungen von Molekülen, etc. mit Hilfe einer solchen Flusskammer können daher schnell und effizient durchgeführt werden, da auch kein kompliziertes externes Kanalsystem angeschlossen werden muss.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Zellkultivierung auf DNA Arrays erfolgen. Dies kann zur inversen Gentransfektion genutzt werden. Die Zelle interagiert dabei mit der aufgebrachten DNA. Dabei erfolgt das Zellwachstum bevorzugterweise in dem freilegbaren Bereich.
Weiterhin stellt die Erfindung einen Deckel zum Verschließen einer Flusskammer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche bereit, wobei der Deckel derart ausgebildet ist, dass er mit der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels in Eingriff bringbar ist.
Vorteilhafterweise kann der Deckel so ausgebildet sein, dass er exakt in die Öffnung passt, oder er kann einen Durchmesser aufweisen, der bis 200 μm größer oder bis 200 μm kleiner als der der Öffnung ist. Damit wird der Deckel der Art des Verschließens angepasst. Wenn beispielsweise ein Dichtungsmaterial verwendet wird, kann es von Vorteil sein, wenn der Deckel etwas kleiner als die Öffnung ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die nach Verschließen der Öffnung den Kanal begrenzende Fläche des Deckels funktionalisiert und/oder bespottet sein. Eine entsprechende Behandlung des Deckels kann in einfacher Weise vor eiern Verdeckelung durchgeführt werden.
Vorzugsweise kann der Deckel in Einbringrichtung eine konische und/oder stufenförmige Verjüngung, insbesondere mit einer Stufentiefe von 100 μm bis 250 μm, umfassen. Damit kann der Deckel insbesondere in einer konische Öffnung einen dichten Abschluss des Kanals ermöglichen.
Die konische Verjüngung und/oder die Stufen können der konischen Verjüngung und/oder den Stufen der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels entsprechen.
Gemäß einer vorteilhaften Alternative kann der Winkel der konischen Verjüngung des Deckels von dem Winkel der Öffnung zur Aufnahme des Deckels unterscheidet, wobei insbesondere der Unterschied weniger als 5° beträgt. Auch die Form, Dimensionen und/oder Winkel der Stufen können unterschiedlich zu den entsprechenden Formen, Dimensionen und/oder Winkeln der Öffnung zur Aufnahme des Deckels gewählt werden. Dadurch ist ein optimales Verkanten gewährleistet. Auf diese Weise kann der Deckel in den Grundplatte eingedrückt werden, um einen dichten Abschluss zu bilden.
Durch eine Erwärmung der Grundplatte und/oder des Deckels kann ein Aufbringen bzw. Einpressen eines Deckels erleichtert werden.
Vorteilhaftennreise kann der einen Richtungsgeber zum Ultraschallschweißen umfassen. Ein solcher Richtungsgeber kann insbesondere am Rand des Deckels vorgesehen sein. Ein Richtungsgeber kann eine Höhe von 10 μm bis 300 μm aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Deckel eine andere Shorehärte als die Grundplatte aufweisen. Damit wird eine optimale Verbindung auch bei größeren Abweichungen des Deckelformates von der Öffnungsgröße gewährleistet. So kann sich der Deckel oder die Grundplatte möglichen Abweichungen in den Dimensionen und Formen anpassen.
Vorteilhafterweise kann der Deckel ein optisch hochwertiges Material umfassen.
Vorzugsweise kann der Deckel wenigstens eine Elektrode umfassen. Damit kann, wie bereits oben diskutiert, durch Anlegen eines elektrischen Feldes somit eine Durchmischung einer Lösung in dem Kanal beschleunigt werden Ein Teil der die nach Verschließen der Öffnung den Kanal begrenzende Fläche des Deckels kann vorteilhafterweise eine Mikrostrukturierung aufweisen.
Beispielsweise kann die Mikrostrukturierung in Form einer Beschichtung aus leitendem Material mit einer Dicke von etwa 50 nm ausgebildet sein, die Löcher mit einem Durchmesser von etwa 50 nm aufweist. Damit lässt sich ein Nahfeld für Untersuchungen erzeugen.
Um den Deckel dicht mit der Grundplatte zu verbinden, kann der Deckel eine Nut, insbesondere eine den Deckel umlaufende Nut, zur Aufnahme eines Lösungs- und/oder Dichtungsmittels umfassen.
Der Deckel kann mit der Grundplatte fest verbunden werden, indem zwischen den eingebrachten Deckel und die Grundplatte Lösungsmittel eingebracht werden. Dies kann durch Benetzen des Deckelrandes und/oder des Randes der Öffnung in der Grundplatte vor dem Einbringen realisiert werden. Auch kann nach dem Einbringen des Deckels in die Grundplatte ein Lösungsmittel zwischen den Deckel und die Grundplatte eingebracht werden. Dabei zieht sich das Lösungsmittel aufgrund von Kapillarkräften in den Bereich zwischen Grundplatte und Deckel. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Lösungsmitteln in Kombination mit den oben beschriebenen Stufen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann der Deckel derart ausgebildet sein, dass nach Verschließen der Öffnung zur Aufnahme die Oberfläche des Deckels und die Oberfläche der Grundplatte in einer Ebene liegen. Damit ergibt sich eine plane Fläche, was insbesondere bei der Verwendung von nahe an die Flusskammer heranzuführende Instrumente, z.B. Mikroskopen, von Vorteil ist.
Vorzugsweise kann der Deckel ein Mittel zum Entnehmen des Deckels aus der Öffnung zur Aufnahme des Deckels umfassen. Dies ist bei vielen zellmikroskopischen Untersuchungen von Vorteil, bei dem z.B. die Zellen mit Mikromanipulatoren bearbeitet werden sollen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Deckel so gestaltet sein, dass durch das Aufbringen auf die Grundplatte histologische Schnitte fixiert werden können.
Vorzugsweise kann der Deckel eine Öffnung zur Zugabe oder Entnahme von Flüssigkeit umfassen. Damit ist der Analysebereich auch nach Verschließen der Öffnung mit dem Deckel von außen zugänglich. Die Öffnung zur Zugabe oder Entnahme von Flüssigkeit kann vorteilhafterweise auf die Geometrie von Pipettenspitzen optimiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann diese Öffnung derart ausgebildet sein, dass eine einzubringende Flüssigkeit optimal (d.h. insbesondere luftblasenfrei) in dem Kanal, insbesondere im Ana lysebereich verteilt wird. Dies kann beispielsweise durch die Geometrie und/oder Beschichtung der Öffnung zur Zugabe oder Entnahme von Flüssigkeit erreicht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit Bezug auf die in den Figuren gezeigten Beispielen erläutert. Dabei zeigt
1 eine Draufsicht einer Flusskammer von unten,
2 eine Draufsicht einer Flusskammer ohne Deckel,
3a eine Draufsicht eines Deckels,
3b eine Querschnittsansicht eines Deckels,
3c eine weitere Querschnittsansicht eines Deckels,
3d eine Draufsicht eines Deckels von unten,
4 eine perspektivische Ansicht einer Flusskammer mit einem Deckel,
5 eine seitliche Querschnittsansicht einer Flusskammer mit zwei durch eine Membran getrennte Kanäle und
6 eine Querschnittsansicht von oben einer Flusskammer mit zwei durch eine Membran getrennte Kanäle.
1 zeigt eine Draufsicht von unten eines Ausführungsbeispiels einer Flusskammer A. Auf der hier gezeigten Unterseite der Grundplatte ist eine Folie aufgebracht. In der Grundplatte ist ein Graben mit den Bereichen 2, 3 und 5 eingebracht; der Graben wird durch die Folie abgedeckt und bildet dadurch einen geschlossenen Kanal. In dem Bereich 3 ist der Kanal verbreitert; hier wird ein Teil der Kanalbegrenzungsfläche für Untersuchungen bespottet, es wird ein Detektionsreservoir gebildet.
Durch den Kanalbereich 2 gelangt eine Flüssigkeit in das Detektionsreservoir 3. Die Detektionsfläche ist dabei entweder auf der Ober- (Deckel) oder auf der Unterseite (Folie) des Detektionsreservoirs aufgebracht. Mit 1 ist die Bohrung (Einlassöffnung) gekennzeichnet, durch welche eine Flüssigkeit in den Kanal 2 gefüllt werden kann. Die entsprechende Einfüllstelle ist auf der Oberseite der Flusskammer eingebracht. Durch den Kanalbereich 5 fließt beim Spülen des Detektionsreservoirs 3 die Flüssigkeit in das Auffangreservoir 4.
2 zeigt eine noch nicht mit einem Deckel verschlossene Flusskammer von oben. Auf der Oberseite ist mit Ausnahme des zu deckelnden Bereiches 3 und der Einlassöffnung 1a ebenfalls eine Folie aufgebracht. Mit 1a ist die Einfüllstelle gekennzeichnet. Hier kann z.B. mit einer Pipette oder Spritze Flüssigkeit eingefüllt werden. Mit 7 sind die Kanäle zwischen den verschiedenen Reservoiren 4, sowie der Ausflusskanal gekennzeichnet. Somit kann eine Flüssigkeit ausgehend von der Einlassöffnung 1a nacheinander durch die Reservoire 4 fließen.
Am Rand der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels in der Grundplattes sind Strukturen 6 gezeigt. Durch Einbringen eines Deckels wird die Öffnung geschlossen. Die Strukturen 6 können auf das Ultraschallverschweißen optimiert sein, d.h. es sind umlaufende Erhöhungen in einer Größenordnung von 50 μm bis 500 μm. Zusätzlich oder alternativ können hier auch grabenförmige Strukturen für das Einbringen von Lösungsmitteln oder Dichtungsmaterialien vorgesehen sein. Auch kann der Rand Stufen in der Höhe und Breite von 10–500 μm aufweisen.
3a zeigt ein Beispiel für eine Form eines Deckels B. Die Oberseite ist mit 8 bezeichnet.
3b zeigt eine Querschnittsansicht des Deckels von einer Seite. Mit 9 sind die Strukturen am Deckelrand bezeichnet. Diese sind auf die Strukturen 6 in der in 2 gezeigten Flusskammer abgestimmt. Es kann sich um eine einfache Stufe (wie dargestellt) um mehrere Stufen, Rillen, Einbuchtungen oder sonstige Strukturen zum dichten Verdeckeln handeln. Mit 11 ist die Unterseite des Deckels bezeichnet. Diese Unterseite bildet nach Aufnehmen des Deckels durch die Öffnung in der Grundplatte einen Teil der Kanalbegrenzungswand, nämlich die Oberseite des Detektionsreservoirs 3. Dieser Deckel kann z.B. als Detektionsfläche verwendet werden (für DNA Spots oder Proteinspots). Auch können Elektroden oder andere Elemente zum Mischen von Flüssigkeiten an dem Deckel vorgesehen sein.
3c zeigt den Deckels B in einer Querschnittsansicht senkrecht zu der Ansicht in 3b.
3d zeigt die entsprechende Draufsicht von unten. Mit 10 ist hier eine Öffnung bezeichnet, die alternativ zur Öffnung 1 in 1 zu sehen ist. Durch diese kann die zu untersuchende Substanz direkt in den Kanal eingefüllt werden.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Flusskammer A mit einem Deckel B. Mit 6 ist wieder der strukturierte Rand in der Öffnung der Flusskammer, mit 3 das Detektionsreservoir bezeichnet. Insbesondere kann man an der linken Seite der Grundplatte den Auslasskanal 7 des in der Durchflussreihenfolge letzten Reservoirs sehen.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Flusskammer mit zwei parallel übereinander verlaufenden Kanälen 105 und 107 einem Deckel 102 sowie den Zuführungen 104 und 103. Der Deckel bildet mit der Oberfläche der Grundplatte eine plane Fläche. Die Kanäle sind durch eine Membran 101 getrennt. Die trennende Membran 101 bildet somit den Boden von Kanal 107 und die Decke von Kanal 105. Diese Membran 101 ist so gestaltet, dass Zellen, insbesondere Endothel- und Epithelzellen auf ihr wachsen können. Des weiteren ist sie für bestimmte Moleküle permeabel. So können z.B. Transportphänomene durch eine Zellschicht beobachtet werden. Die Unterseite 108 und die Oberseite 100 kann aus optisch hochwertigen Material sein und somit Techniken wie Fluoreszenzmikroskopie, DIC, Phasenkontrast oder Hochauflösung zugänglich sein.
6 zeigt die Aufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Flusskammer, bei der sich die Kanäle 105 und 107 kreuzen. Hier verläuft dabei der Kanal 107 oberhalb des Kanals 105. Die trennende Membran 101 bildet somit im Kreuzungsbereich den Boden von Kanal 107 und die Decke von Kanal 105. Flüssigkeiten können durch die Öffnungen 103 und 104 zu- oder abgeführt werden. Die Flusskammer kann so gestaltet sein, dass sie von oben und unten allen gängigen mikroskopischen und spektroskopischen Methoden zugänglich ist.

Claims

Flusskammer, umfassend eine Grundplatte mit a) wenigstens einem parallel zur Grundfläche der Grundplatte verlaufenden, geschlossenen Kanal, und b) einer Öffnung zur Aufnahme eines Deckels, wobei durch die Öffnung ein Bereich des Kanals freigelegt werden kann.
Flusskammer nach Anspruch 1, wobei ein Teil der inneren Kanalbegrenzungswand in dem freilegbaren Bereich, insbesondere ein Teil der der Öffnung gegenüberliegenden inneren Kanalbegrenzungswand, funktionalisiert oder bespottet ist.
Flusskammer nach Anspruch 2, wobei der Teil der Kanalbegrenzungswand hydrophilisiert und/oder mit COOH, NH₂ oder Ketonen funktionalisiert ist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Grundplatte ein optisch hochwertiges Material, insbesondere Glas, PC, PS, PP, PE, COC oder COP, umfasst.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Dicke der Kanalwand gegenüber der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels zwischen 1 μm und 1000 μm liegt.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels gegenüberliegende Kanalwand und/oder die Kanalwand auf Seite der Öffnung eine auf die Grundplatte aufgebrachte Folie umfasst.
Flusskammer nach Anspruch 6, wobei die Folie ein optisch hochwertiges Material und/oder ein zur Laserbearbeitung geeignetes Material, insbesondere PP, PS, PC, COC, COP, PET oder PEN, umfasst.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Kanal in dem freigelegten Bereich verbreitert ist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Breite der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels gleich der Breite des Kanals in diesem Bereich ist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Öffnung zur Aufnahme eines Deckels zum Kanal hin eine konische und/oder stufenförmige Verjüngung, insbesondere mit einer Stufentiefe von 100 μm bis 250 μm, aufweist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in oder an der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels eine Nut, insbesondere eine die Öffnung umlaufende Nut, zur Aufnahme eines Lösungs- und/oder Dichtungsmittels vorgesehen ist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei an der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels ein Richtungsgeber zum Ultraschallschweißen vorgesehen ist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Grundplatte für den wenigstens einen Kanal wenigstens eine Ein- und/oder Auslassöffnung für eine Flüssigkeit aufweist.
Flusskammer nach Anspruch 13, wobei in und/oder auf der Grundplatte wenigstens ein Flüssigkeitsreservoir vorgesehen ist, in welches eine Ein- oder Auslassöffnung des Kanals mündet.
Flusskammer nach Anspruch 14, wobei in einem Flüssigkeitsreservoir ein saugfähiges Material vorgesehen ist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in dem Kanal wenigstens ein Ventil vorgesehen ist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in dem Kanal und/oder auf der Grundplatte wenigstens eine Elektrode vorgesehen ist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Teil der Kanalbegrenzungswand eine Mikrostrukturierung aufweist.
Flusskammer nach Anspruch 18, wobei die Mikrostrukturierung in Form einer Beschichtung aus leitendem Material mit einer Dicke von etwa 50 nm ausgebildet ist, die Löcher mit einem Durchmesser von etwa 50 nm aufweist.
Flusskammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend wenigstens zwei Kanäle, wobei die Kanäle wenigstens teilweise durch eine permeable und/oder semipermeable Membran getrennt sind.
Deckel zum Verschließen einer Flusskammer gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Deckel derart ausgebildet ist, dass er mit der Öffnung zur Aufnahme eines Deckels in Eingriff bringbar ist.
Deckel nach Anspruch 21, wobei die nach Verschließen der Öffnung den Kanal begrenzende Fläche des Deckels funktionalisiert und/oder bespottet ist.
Deckel nach Anspruch 21 oder 22, umfassend in Einbringrichtung eine konische und/oder stufenförmige Verjüngung, insbesondere mit einer Stufentiefe von 100 μm bis 250 μm.
Deckel nach Anspruch 23, wobei sich der Winkel der konischen Verjüngung des Deckels von dem Winkel der Öffnung zur Aufnahme des Deckels unterscheidet, wobei insbesondere der Unterschied weniger als 5° beträgt.
Deckel nach einem der Ansprüche 21–24, umfassend einen Richtungsgeber zum Ultraschallschweißen.
Deckel nach einem der Ansprüche 21–25, umfassend ein optisch hochwertiges Material, insbesondere Glas, PC, PS, PP, PE, COC oder COP.
Deckel nach einem der Ansprüche 21–26, umfassend wenigstens eine Elektrode.
Deckel nach einem der Ansprüche 21–27, wobei ein Teil der die nach Verschließen der Öffnung den Kanal begrenzende Fläche des Deckels eine Mikrostrukturierung aufweist.
Deckel nach Anspruch 28, wobei die Mikrostrukturierung in Form einer Beschichtung aus leitendem Material mit einer Dicke von etwa 50 nm ausgebildet ist, die Löcher mit einem Durchmesser von etwa 50 nm aufweist.
Deckel nach einem der Ansprüche 21–29, umfassend eine Nut, insbesondere eine den Deckel umlaufende Nut, zur Aufnahme eines Lösungs- und/oder Dichtungsmittels.
Deckel nach einem der Ansprüche 21–30, wobei der Deckel derart ausgebildet ist, dass nach Verschließen der Öffnung zur Aufnahme die Oberfläche des Deckels und die Oberfläche der Grundplatte in einer Ebene liegen.
Deckel nach einem der Ansprüche 21–31, umfassend ein Mittel zum Entnehmen des Deckels aus der Öffnung zur Aufnahme des Deckels.
Deckel nach einem der Ansprüche 21–32, umfassend eine Öffnung zur Zugabe oder Entnahme von Flüssigkeit.