WO2005075957A1 - Microfluidic system comprising an electrode arrangement and associated control method - Google Patents

Microfluidic system comprising an electrode arrangement and associated control method Download PDF

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WO2005075957A1
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electrode arrangement
microfluidic system
carrier
manipulation
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Thomas Schnelle
Annette Pfennig
Torsten Müller
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Evotec Technologies Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a microfluidic system, in particular in a particle sorter, according to the preamble of claim 1, and to a control method for an electrode arrangement in such a microfluidic system, according to the preamble of claim 20.
  • the cells to be examined are first lined up by a funnel-shaped dielectrophoretic electrode arrangement ("funnel”) and then held in a dielectrophoretic cage ("cage") in order to be able to examine the cells in the cage in the quiescent state , for which microscopic, spectroscopic or fluorescence-optical measurement methods can be used.
  • these can then be sorted, for which purpose the operator controls a sorting device (“switch”) which consists of a dielectrophoretic electrode arrangement arranged downstream in the carrier stream behind the dielectrophoretic cage.
  • switch which consists of a dielectrophoretic electrode arrangement arranged downstream in the carrier stream behind the dielectrophoretic cage.
  • a disadvantage of the known microfluidic system is therefore the fact that a plurality of electrodes must be arranged in the carrier current channel in order to form the various manipulation devices (e.g. "funnel”, “cage” and “switch”).
  • the invention is therefore based on the object of simplifying the known microfluidic system described above.
  • the invention encompasses the general technical teaching of integrating the functions of different manipulation devices in a single electrode arrangement, so that not every manipulation device in the carrier current channel requires a separate electrode arrangement.
  • the common electrode arrangement thus fulfills various manipulation functions (e.g. catching and sorting particles) depending on their control.
  • At least two manipulation devices are preferably arranged, these two manipulation devices having a common electrode arrangement.
  • the common electrode arrangement of the two manipulation devices can be controlled to carry out various manipulation functions.
  • the common electrode arrangement can be controlled in such a way that the current suspended particles are fixed in the electrode arrangement connected as a field cage.
  • the common electrode arrangement is controlled in such a way that the particles suspended in the carrier stream are sorted into one of several output lines.
  • the functions of two manipulation devices are integrated in the common electrode arrangement, namely the function of a field cage and the function of a sorting device or a particle switch.
  • the invention is not limited to these two functions with regard to the number of manipulation functions to be integrated in the common electrode arrangement. Rather, it is also possible to integrate other manipulation functions or a larger number of different manipulation functions in the common electrode arrangement.
  • the structure and mode of operation of these manipulation devices is described in the publication by MÜLLER, T. et al. : "A 3-D microelectrode system for handling and handling single cells and particles", the content of which is fully attributable to the present description.
  • manipulation device used in the context of the invention is to be understood in general and not limited to the types of manipulation devices mentioned above.
  • the manipulation device can be a dielectric or dielectrophoretic manipulation device.
  • the manipulation device could dieically deform the particles (e.g. biological cells) in a conventional manner, so that the manipulation device would be referred to as a deformation device.
  • the particles e.g. biological cells
  • the manipulation device pores the particles (e.g. biological cells), which is also known per se.
  • the cell envelope is torn open with a high-voltage pulse, making it permeable.
  • the manipulation device can also be referred to as an electroporation device.
  • the manipulation device in the sense of the invention can also be a device for cell fusion.
  • the manipulation device thermally treats the particles or works both dielectrophoretically and electrophoretically.
  • common electrode arrangement used in the context of the invention should preferably be understood to mean that the common electrode arrangement has at least one electrode that is part of several different manipulation devices. It should also be mentioned that the electrode arrangement of the microfluidic system according to the invention can have a plurality of electrodes which can differ in terms of their shape, length and width.
  • the common electrode arrangement When integrating a dielectrophoretic field cage and a dielectrophoretic particle switch in a common electrode arrangement, the common electrode arrangement is preferably arranged in a branching region of the carrier current channel in which the carrier current channel branches into a plurality of output lines. In this arrangement, the common electrode arrangement can be switched either as a particle switch or as a field cage, which would be more difficult in another arrangement upstream in the carrier flow channel.
  • the term “branching region” of the carrier flow channel used in the context of the invention is to be understood in general and is not restricted to the intersection of the output lines, but also includes, for example, the so-called “separatrix”, which corresponds to the geometric
  • a separating line runs in the carrier flow channel, the particles located on one side of the separating line flowing into an output line without activating the particle switch, while the particles located on the other side of the separating line flow without activating the Flow the particle switch into the other outlet line.
  • the particles to be sorted on the various output lines therefore only have to be brought to one side of the dividing line and then flow independently into the intended output line. This offers the advantage that the particle before it can be arranged upstream of the branching region of the output lines and in particular upstream of the geometric intersection of the output lines.
  • the dividing line mentioned above can be a real dividing wall which separates two partial flows from one another, the two partial flows each flowing into a specific output line.
  • the dividing line is merely an imaginary line or area between the two partial streams.
  • the particle switch is essentially arranged on the dividing line.
  • the particle separator must therefore always be actively controlled in order to convey the respective particle into the intended output line with sufficient security.
  • the particle line is arranged laterally next to the dividing line with respect to the direction of flow in the carrier flow channel, the particles of the particle switch preferably being supplied by an upstream centering device (“funnel”).
  • the particle switch only has to be actively activated if a particle is to be deflected beyond the dividing line in order to get into the corresponding outlet line on the opposite side of the dividing line.
  • a particle is to flow into the outlet line on the side of the particle switch, no active control of the particle switch is required.
  • the particle switch can be arranged on the side of the dividing line from which the outlet line for negatively selected particles (“waste”) branches off.
  • the par- is arranged on the side of the dividing line from which the outlet line branches off for positively selected particles.
  • the carrier current channel does not necessarily branch into a plurality of output lines on the output side.
  • at least one secondary flow channel runs here, which is preferably separated from the carrier flow channel by a partition, an opening being located in the partition in which the particle separator is arranged.
  • the carrier streams continue to flow essentially unaffected.
  • two sidestream channels can run to the side of the carrier stream channel, which carries the carrier stream with the particles suspended therein, so that the particle switch can selectively convey the particles suspended in the carrier stream into one of the adjacent side stream channels.
  • the common electrode arrangement has at least one arrow-shaped electrode and a plurality of deflection electrodes, the arrow-shaped electrode being oriented counter to the direction of flow of the carrier current, while the deflection electrodes are upstream are arranged in front of the arrow-shaped electrode and adjoin the arrow-shaped electrode.
  • the arrow electrode When operating as a di-electrophoretic particle switch, the arrow electrode is permanently activated, while the deflection into the different output lines takes place by switching the different deflection electrodes.
  • This arrangement of a dielectrophoretic particle switch is also referred to as an "Ultra Fast Sorter" (UFS) and enables the suspended particles to be sorted quickly.
  • UFS Ultra Fast Sorter
  • this electrode arrangement can also be switched as a field cage in order to fix the particles suspended in the carrier stream.
  • the common electrode arrangement has six or eight electrodes which can be controlled separately in order to carry out the desired manipulation function (for example particle fixation or particle sorting).
  • the desired manipulation function for example particle fixation or particle sorting.
  • the invention is not limited to six or eight electrodes with regard to the number of electrodes of the common electrode arrangement, but can in principle also be implemented with other configurations.
  • the field cage consists of eight electrodes, while the centering unit (“funnel") has four electrodes, the four upstream electrodes of the field cage being electrically connected to one of the electrodes of the centering unit.
  • a field cage and a centering unit are integrated in a common electrode arrangement, the electrodes of the centering device being controllable together with the four upstream electrodes of the field cage.
  • the microfluidic system according to the invention preferably has a first measuring station. points, which examines the suspended particles in the carrier stream upstream of the common electrode arrangement in the flowing state.
  • This examination can concern, for example, the intensity of a fluorescence, the vitality of a cell and / or the question of whether it is a single cell or an aggregate of several cells. Furthermore, this examination can determine whether it is cells or material whose shape and size is not the primary objective of the closer examination, for example impurities or other cells, provided that they differ from the multicells. In addition to geometric parameters, material parameters can also be determined. This can be, for example, chemical concentrations which can be measured by fluorescence, but also physical parameters such as viscosity and elasticity, which can be determined by evaluating the deformations or relaxations occurring in the electrical field.
  • a transmitted light measurement for example, a transmitted light measurement, a fluorescence measurement and / or an impedance spectroscopy can be carried out.
  • a transmitted light measurement it is possible for a transmitted light measurement to be carried out first and then a fluorescence measurement, the transmitted light measurement and the fluorescence measurement preferably being carried out in spatially separate examination windows (“region of interest”).
  • the transmitted light measurement can, for example, differentiate between living and dead biological cells, while the fluorescence measurement can be used to examine whether the particles suspended in the carrier stream carry a fluorescence marker.
  • both a transmitted light measurement and a fluorescence measurement are carried out in spatially separated examination windows as part of the preliminary examination, it is advantageous to if the examination window for the transmitted light measurement in the carrier stream is upstream of the examination window for the fluorescence measurement.
  • the examination window for the transmitted light measurement it is alternatively also possible for the examination window for the transmitted light measurement to be arranged downstream in the carrier stream behind the examination window for the fluorescence measurement.
  • an optical image is preferably recorded in the first measuring station, which enables digital image evaluation to classify the particles.
  • optical image in the context of the present description is to be understood generally and is not limited to two-dimensional images in the conventional sense of the word. Rather, the term “optical image” in the sense of the invention also includes a point-like or line-shaped optical scanning of the carrier stream or of the particles suspended in the carrier stream. For example, the brightness can be integrated along a line transverse to the carrier current channel in order to detect and classify individual particles.
  • Examination in the first measuring station can be carried out in the case of a transmitted light measurement by evaluating the intensity distribution in the recorded optical image.
  • a special principle of this transmitted light measurement with the mentioned properties is, for example, phase contrast lighting.
  • living biological cells have a ring structure with a relatively bright edge in the transmitted light measurement and a darker center, whereas dead biological cells have an almost uniform heat in a transmitted light measurement. show lightness and appear dark against the background.
  • a further measurement is preferably carried out in a second measuring station, which examines the particles fixed in the field cage.
  • the fixation of the particles during the examination is advantageous, since a much more precise examination is possible in this way.
  • molecules can be localized within a cell.
  • molecules can be localized which are marked with a fluorescent dye.
  • the fluorescent dye can be, for example, molecularly produced “tags” of “green fluorescent protein” and its derivatives, other autofluorescent proteins. However, those fluorescent dyes which bind covalently or non-covalently to a cellular molecule are also suitable as fluorescent dyes. In addition, fluorescent dyes which are converted by cellular enzymes into fluorescent products or so-called FRET pairs (fluorescence resonance energy transfer) can also be used as fluorescent dyes. The state of the fluorescent dyes used can be distinguished, for example, on the basis of their spectral properties or by means of bioluminescence.
  • the structure and function of the molecules can also be determined on the basis of the localization of molecules within a cell.
  • a distinction can be made here, for example, according to the occurrence in the plasma membrane, in the cytosol, in the Mitochondria, in the Golgi apparatus, in endosomes, in lysosomes, in the cell nucleus, in the spindle apparatus, in the cytoskeleton, colocalization with actin, tubulin.
  • the morphology of a cell can be determined in the course of the main and / or preliminary examination in the first or second measuring station, and dyes can also be used.
  • two or more states of a cell population can be distinguished in the course of the main and / or preliminary examination.
  • a cellular signal based on the translocation of a fluorescence-labeled molecule, e.g. Receptor activation followed by receptor
  • the interaction of two molecules can be determined in the course of the main and / or preliminary examination, preferably at least one of the interacting molecules carrying a fluorescent marker and the interaction e.g. is shown by colocalization-free fluorescent colors, a FRET or a change in the fluorescence lifetime.
  • the status of a cell within a cell cycle can also be determined in the course of the main and / or preliminary examination, the morphology of the cell or the staining of the cellular chromatin preferably being evaluated.
  • a further possibility for the main and / or preliminary examination is to determine the membrane potential of a cell, preferably using membrane-sensitive dyes. Dyes which are sensitive to the plasma membrane potential and / or the itochondrial membrane potential are preferably used here.
  • the vitality of a cell can also be determined in the course of the main and / or preliminary examination, the morphology of the cell preferably being evaluated and / or fluorine substances being used which can differentiate between living and dead cells.
  • cytotoxic effects can also be examined during the main and / or preliminary examination and / or the intracellular pH value can be determined.
  • an enzymatic activity within a cell can also be determined, preferably fluorine or chromogenic substances, in particular kinases, phosphatases or proteases, being used.
  • the invention is not limited to the above-described microfluidic system according to the invention as a single part, but also includes a device, in particular a cell sorter with such a microfluidic system as a component.
  • the invention also includes a control method for electrical control of the common electrodes in accordance with the desired manipulation function.
  • particle used in the context of the invention is to be understood generally and is not restricted to individual biological cells. Rather, this term also includes synthetic or biological particles, with particular advantages if the particles contain biological materials, that is to say, for example, biological cells, cell groups, cell components, viruses or biologically relevant macromolecules, each in combination with other biological particles or synthetic carriers - Include particles.
  • Synthetic particles can comprise solid particles, liquid particles delimited from the suspension medium or multiphase particles which form a separate phase in relation to the suspension medium in the carrier stream.
  • the electrode arrangements are preferably three-dimensional arrangements. It is also possible that the electrode arrangements were only processed on one channel side. However, it is particularly advantageous to mount the electrode arrangements on two opposite channel walls to be arranged in parallel, with only one arrangement being recognizable in the drawings in the top view. For example, a "funnel" can consist of two or four electrodes.
  • the invention also includes the novel use of the microfluidic system according to the invention for examining and / or sorting particles, in particular biological cells.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a microfluidic system according to the invention
  • FIG. 2 shows another exemplary embodiment of a microfluidic system according to the invention
  • FIG. 3 shows another alternative exemplary embodiment of a microfluidic system according to the invention
  • FIG. 4 shows an alternative exemplary embodiment of a microfluidic system according to the invention, in which the sorting device is arranged upstream in front of the branching area
  • FIG. 5 shows another exemplary embodiment of a microfluidic system, in which the sorting device is arranged off-center in the carrier flow channel
  • FIG. 6 shows a microfluidic system according to the invention with three output lines
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a microfluidic system with a central carrier flow channel which is adjacent to two bypass flow channels.
  • 8 shows an exemplary embodiment of a common electrode arrangement which integrates the function of a field cage and a centering device
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment according to the invention with an electrode arrangement which integrates the function of a field cage and a centering device
  • Figure 10 is a schematic representation of an electrode arrangement according to the invention and Figure 11 shows another embodiment of a microfluidic system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a microfluidic system with a carrier flow channel 1 for supplying a carrier flow with particles 2 suspended therein.
  • a dielectrophoretic electrode arrangement 3 Arranged in the carrier flow channel 1 is a dielectrophoretic electrode arrangement 3 which centers the particles 2 in the carrier flow and lines them up one behind the other in the direction of flow.
  • the structure and mode of operation of the electrode arrangement 3 is described, for example, in the publication by MÜLLER, T. et al. : "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" described, where the electrode arrangement 3 is referred to as "funnel".
  • the content of this publication is therefore to be fully attributed to the present description with regard to the structure and mode of operation of the electrode arrangement 3.
  • the structure and mode of operation of the electrode arrangement 4 is described, for example, in MÜLLER, T. et al .: “Life cells in cell processors” (Bioworld, 2-2002), where the electrode arrangement 4 is referred to as a "hook".
  • the content of this publication is therefore to be fully attributed to the present description with regard to the structure and mode of operation of the electrode arrangement 4, so that a detailed description of the electrode arrangement 4 can be dispensed with here.
  • the carrier current channel 1 branches into two output lines 5, 6, a further electrode arrangement 7 being arranged in the branching region and which can optionally be controlled as a dielectrophoretic field cage or as a particle switch.
  • a further electrode arrangement 7 being arranged in the branching region and which can optionally be controlled as a dielectrophoretic field cage or as a particle switch.
  • the electrode arrangement 7 As a particle switch or as a field cage, reference is made to the publication by MÜLLER, T. et al. : "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles", the content of which is fully attributable to the present description with regard to the design of the electrode arrangement 7.
  • the electrode arrangement 7 thus combines the functions of two manipulation devices which are separate in the prior art, namely on the one hand the function of a dielectrophoretic field cage ("cage”) and on the other hand the function of a particle switch (“switch").
  • the individual electrodes of the electrode arrangement 7 only have to be controlled accordingly, which for the individual separate manipulation devices (“cage” or “switch”) per se from the previously mentioned publication by MÜLLER, T. et al. is known.
  • the carrier current channel 1 there is a first measuring station 8 between the electrode arrangements 4 and 7, which carries out a preliminary examination of the particles 2 suspended in the carrier current, which preliminary examination can be carried out in the manner described at the beginning.
  • the electrode arrangement 7 is then switched either as a field cage or as a particle switch. Initially, the electrode arrangement 7 is in the operating mode switch.
  • the electrode arrangement 7 is switched as a field cage, so that the particle 2 can then be examined in the fixed state in the electrode arrangement 7 by a second measuring station 9 , wherein the second measuring station 9 carries out a detailed examination of the particle 2, as was already described at the beginning.
  • the electrode arrangement 7 can then be switched as a switch (see FIG. 10 and associated description) and the particles can be transferred to one of the output lines 5 (negative), 6 (positive).
  • an electrode arrangement 10 is arranged in the output line 6 for positively selected particles 2, which centers the particles 2 in the output line ⁇ and thereby prevents the particles 2 from sinking in the output line 6.
  • two sheath flow lines 11, 12 open into the output line 6, which is also known per se.
  • FIG. 2 largely corresponds to the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 1, so that reference is made to the above description in order to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding components.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that the electrode arrangement 7 has only six spatially arranged electrodes, which, however, can also be switched as a field cage or as a particle switch.
  • FIG. 3 largely coincides with the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 1, so that to avoid repetition, reference is largely made to the above description for FIG. 1, the same reference symbols being used below for corresponding components be used.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that the electrode arrangement 7 has an arrow electrode 13, which is oriented counter to the direction of flow and is permanently actuated, with two deflection electrodes adjoining the arrow electrode 13, each of which individually for deflection into the desired output line 5 or 6 can be controlled.
  • This configuration is also known as an "Ultra Fast Sorter” (UFS) and enables the suspended particles 2 to be sorted quickly.
  • UFS Ultra Fast Sorter
  • a special feature of this exemplary embodiment is that the electrode arrangement 7 is arranged in the carrier current channel 1 upstream in front of the branching region of the two output lines 5, 6.
  • a flat dividing line 14 runs in the middle in the carrier flow channel 1, particles 15 shown in black in the drawing flowing into the outlet line 5 for negatively selected particles, whereas particles 16 shown in an outline in the drawing flow into the other outlet line 6 for positively selected particles .
  • the dividing line 14 is also referred to as a separatrix and separates two partial flows in the carrier flow channel 1, which flow as particle separators into the respectively associated upper and lower output lines 5 and 6 without triggering the electrode arrangement 7.
  • the common electrode arrangement 7 must therefore always be actively activated as a particle switch.
  • the alternative exemplary embodiment of a microfluidic system shown in FIG. 5 largely corresponds to the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 4, so that reference is largely made to the above description and the same reference numerals are used below for corresponding components.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that the common electrode arrangement 7, which can optionally be controlled as a particle switch or as a field cage, is arranged off-center in the carrier current channel 1. This means that the electrode arrangement 7 is located laterally next to the dividing line 14 on the side of the output line 6 with respect to the flow direction in the carrier flow channel 1.
  • the particles 15, 16 flow independently into the output line 6 if the electrode arrangement 7 is not actively activated as a particle switch in order to deflect the particles 15 beyond the dividing line 14 to the other side of the carrier flow channel 1.
  • This exemplary embodiment is therefore advantageous if the proportion of the particles 15 to be selected negatively is significantly smaller than the proportion of the particles 16 to be selected positively, since the electrode arrangement 7 is actuated only to sort out the relatively small number of the particles 15 to be selected negatively is required.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a microfluidic system with a carrier flow channel 17 for supplying a carrier flow with particles 18, 19, 20 suspended therein, the particles 18, 19, 20 differing, which is shown in the drawing by the different graphic representation of the Particles 18, 19, 20 is indicated.
  • the carrier flow channel 17 branches downstream into three output lines 21, 22, 23 for receiving and discharging the different particles 18, 19, 20.
  • the output line 21 serves here for receiving the black particles 20, while the output line 22 for removing the Hatched particles 19 is used, whereas the output lines device 23 picks up and removes the particles 18 drawn as an outline.
  • Tragerstromkanal 17 delimit three substreams and form the dividing lines 24, 25 in the view shown.
  • the particles suspended in the upper partial flow above the dividing line 24 automatically reach the outlet line 21, provided that these particles are not actively deflected, as will be described in detail below.
  • the particles suspended in the carrier stream below the dividing line 25 flow independently into the outlet line 23, provided that these particles are not actively deflected, as will be described in detail below.
  • a centering device 26 which lines up the particles 18, 19, 20 suspended in the carrier flow on the dividing line 25 and feeds them to a subsequent electrode arrangement 27.
  • the electrode arrangement 27 combines the function of a field cage with the function of a deflection device ("switch").
  • the electrode arrangement 27 When actuated as a field cage, the electrode arrangement 27 can fix the particles 18, 19 or 20 so that the particles 18, 19 or 20 are examined by a measuring station, which is not shown for the sake of simplicity. When actuated as a particle switch or deflection device, on the other hand, depending on the result of the previous examination, the electrode arrangement 27 can either let the particles 18, 19 or 20 flow straight on or laterally into the partial flow between the two dividing lines 24, 25 distract.
  • a further centering device 28 Downstream of the electrode arrangement 27 there is a further centering device 28 which is arranged off-center in the carrier flow channel 17 and which lines up the particles suspended in the two partial flows on both sides of the dividing line 24 on the dividing line 24 and feeds them to a further electrode arrangement 29, optionally as a field cage or can be controlled as a particle switch.
  • the electrode arrangement 29 When the electrode arrangement 29 is activated as a field cage, the electrode arrangement 29 can fix the particles 19 or 20 so that they can be examined by a measuring station, which is not shown for the sake of simplicity.
  • the electrode arrangement When activated as a particle switch, the electrode arrangement can either deflect the particles into the partial stream located above the dividing line 24 or into the partial stream located below the dividing line 24, so that the particles flow into the desired outlet line 21 or 22.
  • the electrode arrangement 29 is activated as a particle switch for sorting the particles onto the two output lines 21, 22 in this case as a function of the result of the previous examination of the measuring station (not shown).
  • the electrode arrangements 27, 29 can additionally function as the center Rier owned 26, 28 take over, with which these upstream elements can be omitted.
  • FIG. 7 shows a side view of a further exemplary embodiment of a microfluidic system with a carrier flow channel 30 and two adjacent side flow channels 31, 32, the two side flow channels 31, 32 being separated from the carrier flow channel 30 by a partition wall 33, 34 in each case.
  • Suspended particles 35, 36, 37 are supplied to the microfluidic system via the carrier flow channel 30, the particles 35, 36, 37 differing and being correspondingly distributed over the two secondary flow channels 31, 32 or over the continuing carrier flow channel 30.
  • An electrode arrangement 38 is initially located in the carrier flow channel 30 at its upstream end in order to line up the particles 35, 36, 37 in the center in the carrier flow channel 30.
  • the partition walls 33, 34 each have an opening through which the particles 36, 37 can be deflected into the adjacent bypass channels 31, 32.
  • an electrode arrangement is arranged in the area of the openings, which can be controlled either as a field cage or as a particle switch, the common electrode arrangement consisting of eight electrodes, of which only four electrodes 39, 40, 41, 42 can be seen here.
  • the particles 35, 36 and 37 can be fixed in the field cage in order to carry out a detailed examination by To enable measuring station, which is not shown for simplicity.
  • the common electrode arrangement can then be actuated as a particle switch in order to convey the particles 37 into the bypass duct 31 and to deflect the particles 36 into the bypass duct 32.
  • the particles can also be directed into different flow paths (in the plane shown and in front or behind) of the channels 30, 31 and 32 by the eight-electrode arrangement and thus address up to 9 different fluidic outputs (for fractionation) become.
  • FIG. 8 The exemplary embodiment of a microfluidic system shown in FIG. 8 largely corresponds to the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 4, so that to avoid repetition, reference is largely made to the above description and the same reference numerals are used for corresponding components.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that the functions of the electrode arrangements 3 and 7 in FIG. 4 in this exemplary embodiment are integrated in a single electrode arrangement 43, the electrode arrangement 43 optionally as a centering device ("funnel"), as a field cage (“ field cage ”) or as a particle switch.
  • the electrode arrangement 43 optionally as a centering device ("funnel"), as a field cage (“ field cage ”) or as a particle switch.
  • the electrode arrangement 43 in this case has electrodes which converge towards one another in the direction of flow, the end tips of these electrodes being convex, for example semicircular in shape are. With the help of this special design, the electrode arrangement 43 can also hold particles.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a common electrode arrangement, which can be controlled either as a centering device or as a field cage.
  • the electrode arrangement has eight rectangular cage electrodes, only four cage electrodes 44, 45, 46, 47 being recognizable in the top view.
  • deflection electrodes 48, 49 are provided, only two deflection electrodes 48, 49 being visible in the top view.
  • the upstream cage electrodes 45, 47 are each electrically connected to one of the two deflection electrodes 48, 49 and can be controlled together with them.
  • Red and AC I mode are suitable both for catching the particles in the field cage and for lining up the particles.
  • the red mode has the advantage that it prevents the particles from entering the cage much more effectively than the AC I mode.
  • one of the electrodes (pairs) 49 or 48 is extended at the downstream tip and is designed as a hook over the central line.
  • the other pair of electrodes is offset upstream or can also be omitted in a further possible embodiment.
  • an intermediate Realize storing the particles in front of the actual cage.
  • the AC II mode is characterized by a particularly stable holding (without rotation) of the particles and is therefore particularly suitable for high-resolution measurements.
  • one electrode each of the described pair of electrodes (48, 49) is elongated in hook-like manner in different planes. This ensures a hook function in the Red and AC II modes. If the line-up function can be dispensed with, the shorter straight counter electrode (48, 49) can be dispensed with in this embodiment.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of the geometric arrangement of eight cage electrodes 50, 50 ', 51, 51', 52, 52 ', 53, 53', the flow direction running in the Y direction.
  • the electrical control of the individual cage electrodes 50, 50 ', 51, 51', 52, 52 ', 53, 53' is described, for example, in the publication by MÜLLER, T. et al. : "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" described, the content of which is fully to be attributed to the present description.
  • the cage electrodes 52, 52 ', 53, 53' are weakened sufficiently, which can be done, for example, by switching these cage electrodes off.
  • a particularly rapid particle escape can be achieved by increasing the voltage on at least one further electrode (for example the opposite electrode) and / or changing the phase position.
  • a particle can also be let into the cage in a defined manner, or run through defined trajectories, with which switch functions of the cage can also be realized.
  • the control types known from MÜLLER, T. et al .: “A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles” include rotation and AC field modes, which are shown in Table 1 with reference to the electrode designations are shown in Figure 10. These modes can trap particles in the cage and release them in a defined direction, as described above.
  • switch modes are given as examples, which deflect particles that flow in from the y direction into the xy direction or xy direction.
  • Table 1 Exemplary phase positions for control modes of an octode field cage
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of a microfluidic system according to the invention, a carrier stream with particles suspended therein flowing in the direction of the arrow.
  • funnel-shaped electrodes 54, 55 are initially arranged, which center the particles suspended in the carrier flow on a center line 56.
  • the electrode arrangement 57 Downstream of the electrodes 54, 55 there is an electrode arrangement 57, which is used to capture the particles and to switch quickly in two flow paths.
  • the electrode arrangement 57 has at its upstream end a field cage which consists of a plurality of electrodes 58-61.
  • the electrode arrangement 57 has a plurality of deflection electrodes 62, 63 on both sides of the center line 56, which deflect the particles into one of two flow paths when appropriately controlled.
  • the deflection electrodes 62, 63 are in this case galvanically connected to the electrodes 58, 61 of the field cage.

Abstract

The invention relates to a microfluidic system, in particular in a cell sorter, comprising a carrier flow channel (1) which is used to supply a carrier flow having particles (2) suspended therein, a first manipulation device which is arranged in the carrier flow channel (1) and which is used to manipulate the second manipulation device which is arranged in the carrier flow channel (1) and which is used to manipulate the particles (2) suspended in the carrier flow. According to the invention, the first manipulation device and the second manipulation device comprise a common electrode arrangement (7).

Description

BESCHREIBUNG Mikrofluidisches System mit einer Elektrodenanordnung und zugehöriges Ansteuerungsverfahren DESCRIPTION Microfluidic system with an electrode arrangement and associated control method
Die Erfindung betrifft ein mikrofluidisches System, insbesondere in einem Partikelsortierer, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Ansteuerungsverfahren für eine Elektrodenanordnung in einem derartigen ikrofluidischen System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20.The invention relates to a microfluidic system, in particular in a particle sorter, according to the preamble of claim 1, and to a control method for an electrode arrangement in such a microfluidic system, according to the preamble of claim 20.
Aus MÜLLER, T. et al . : "A 3-D microelectrode System for hand- ling and caging Single cells and particles", Biosensors & Bioelectronics 14 (1999) 247-256 ist ein mikrofluidisches System zur Untersuchung biologischer Zellen bekannt, bei dem die zu untersuchenden Zellen in einem Trägerstrom suspendiert sind und dielektrophoretisch manipuliert und sortiert werden. In dem Trägerstrom werden die zu untersuchenden Zellen zunächst durch eine trichterförmige dielektrophoretische Elektrodenanordnung (engl. "funnel") aufgereiht und anschließend in einem dielektrophoretischen Käfig (engl. "cage") festgehalten, um die in dem Käfig befindlichen Zellen im ruhenden Zustand untersuchen zu können, wozu mikroskopische, spektroskopische oder fluoreszenzoptische Messmethoden angewendet werden können. In Abhängigkeit von der Untersuchung der in dem dielektrophoretischen Käfig gefangenen Zellen können diese anschließend sortiert werden, wozu der Bediener eine Sor- tiereinrichtung (engl. "switch") ansteuert, die aus einer in dem Trägerstrom stromabwärts hinter dem dielektrophoretischen Käfig angeordneten dielektrophoretischen Elektrodenanordnung besteht. In diesem bekannten mikrofluidischen System sind in dem Tragerstromkanal also hintereinander mehrere Manipulati- onseinrichtungen angeordnet, welche die in dem Trägerström suspendierten Partikel manipulieren.From MÜLLER, T. et al. : "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles", Biosensors & Bioelectronics 14 (1999) 247-256 a microfluidic system for the investigation of biological cells is known in which the cells to be examined are suspended in a carrier stream and are manipulated and sorted dielectrophoretically. In the carrier stream, the cells to be examined are first lined up by a funnel-shaped dielectrophoretic electrode arrangement ("funnel") and then held in a dielectrophoretic cage ("cage") in order to be able to examine the cells in the cage in the quiescent state , for which microscopic, spectroscopic or fluorescence-optical measurement methods can be used. Depending on the examination of the cells trapped in the dielectrophoretic cage, these can then be sorted, for which purpose the operator controls a sorting device (“switch”) which consists of a dielectrophoretic electrode arrangement arranged downstream in the carrier stream behind the dielectrophoretic cage. In this known microfluidic system, several manipulations are therefore carried out in succession in the carrier flow channel. Arranged on devices that manipulate the suspended particles in the carrier flow.
Nachteilig an dem bekannten mikrofluidischen System ist des- halb die Tatsache, dass in dem Tragerstromkanal eine Vielzahl von Elektroden angeordnet werden muss, um die verschiedenen Manipulationseinrichtungen (z.B. "funnel", "cage" und "switch") zu bilden.A disadvantage of the known microfluidic system is therefore the fact that a plurality of electrodes must be arranged in the carrier current channel in order to form the various manipulation devices (e.g. "funnel", "cage" and "switch").
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene bekannte mikrofluidische System zu vereinfachen.The invention is therefore based on the object of simplifying the known microfluidic system described above.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der nebengeordneten An- sprüche gelöst.This task is solved by the characteristics of the subordinate claims.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die Funktionen verschiedener Manipulationseinrichtungen in einer einzigen Elektrodenanordnung zu integrieren, so dass nicht jede Manipulationseinrichtung in dem Tragerstromkanal eine separate Elektrodenanordnung benötigt. Die gemeinsame Elektrodenanordnung erfüllt hierbei also in Abhängigkeit von ihrer Ansteuerung verschiedene Manipulationsfunktionen (z.B. fangen und sortieren von Partikeln)The invention encompasses the general technical teaching of integrating the functions of different manipulation devices in a single electrode arrangement, so that not every manipulation device in the carrier current channel requires a separate electrode arrangement. The common electrode arrangement thus fulfills various manipulation functions (e.g. catching and sorting particles) depending on their control.
In dem Tragerstromkanal des erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems sind also vorzugsweise mindestens zwei Manipulationseinrichtungen (z.B. ein "cage" und ein "switch") angeordnet, wobei diese beiden Manipulationseinrichtungen eine gemeinsame Elektrodenanordnung aufweisen. Die gemeinsame Elektrodenanordnung der beiden Manipulationseinrichtungen kann zur Durchführung verschiedener Manipulationsfunktionen angesteuert werden. Beispielsweise kann die gemeinsame Elektrodenanordnung so angesteuert werden, dass die in den Träger- ström suspendierten Partikel in der als Feldkäfig geschalteten Elektrodenanordnung fixiert werden. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung so angesteuert wird, dass die in dem Trägerstrom suspendier- ten Partikel in eine von mehreren Ausgangsleitungen sortiert werden.In the carrier flow channel of the microfluidic system according to the invention, therefore, at least two manipulation devices (for example a "cage" and a "switch") are preferably arranged, these two manipulation devices having a common electrode arrangement. The common electrode arrangement of the two manipulation devices can be controlled to carry out various manipulation functions. For example, the common electrode arrangement can be controlled in such a way that the current suspended particles are fixed in the electrode arrangement connected as a field cage. However, it is alternatively also possible that the common electrode arrangement is controlled in such a way that the particles suspended in the carrier stream are sorted into one of several output lines.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind in die gemeinsame Elektrodenanordnung also die Funktionen von zwei Manipulati- onseinrichtungen integriert, nämlich die Funktion eines Feldkäfigs und die Funktion einer Sortiereinrichtung bzw. einer Partikelweiche (engl. "switch"). Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Anzahl der in die gemeinsame Elektrodenanordnung zu integrierenden Manipulationsfunktionen nicht auf diese beiden Funktionen beschränkt. Es ist vielmehr auch möglich, andere Manipulationsfunktionen oder eine größere Anzahl von unterschiedlichen Manipulationsfunktionen in die gemeinsame Elektrodenanordnung zu integrieren. Insbesondere besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, drei verschiedene Manipulationseinrichtungen in eine gemeinsame Elektrodenanordnung zu integrieren, wobei es sich bei den drei Manipulationseinrichtungen beispielsweise um einen Feldkäfig (engl. "cage"), eine Partikelweiche (engl. "switch") und eine Zentriereinrichtung (engl. "funnel") handeln kann. Der Aufbau und die Funktionsweise dieser Manipulationseinrichtungen ist in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al . : "A 3-D microelectrode system for handling and ca- ging single cells and particles" beschrieben, deren Inhalt der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.In the preferred embodiment, the functions of two manipulation devices are integrated in the common electrode arrangement, namely the function of a field cage and the function of a sorting device or a particle switch. However, the invention is not limited to these two functions with regard to the number of manipulation functions to be integrated in the common electrode arrangement. Rather, it is also possible to integrate other manipulation functions or a larger number of different manipulation functions in the common electrode arrangement. In particular, there is the possibility within the scope of the invention of integrating three different manipulation devices into a common electrode arrangement, the three manipulation devices being, for example, a field cage, a particle switch and a centering device (English "funnel") can act. The structure and mode of operation of these manipulation devices is described in the publication by MÜLLER, T. et al. : "A 3-D microelectrode system for handling and handling single cells and particles", the content of which is fully attributable to the present description.
Im Übrigen ist der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Manipulationseinrichtung allgemein zu verstehen und nicht auf die vorstehend erwähnten Typen von Manipulationseinrichtungen beschränkt.Incidentally, the term manipulation device used in the context of the invention is to be understood in general and not limited to the types of manipulation devices mentioned above.
Beispielsweise kann es sich bei der Manipulationseinrichtung um eine dielektrische oder dielektrophoretischen Manipulationseinrichtung handeln.For example, the manipulation device can be a dielectric or dielectrophoretic manipulation device.
Darüber hinaus könnte die Manipulationseinrichtung die Partikel (z.B. biologische Zellen) in herkömmlicher Weise dieiek- trisch deformieren, so dass die Manipulationseinrichtung als Deformationseinrichtung zu bezeichnen wäre.In addition, the manipulation device could dieically deform the particles (e.g. biological cells) in a conventional manner, so that the manipulation device would be referred to as a deformation device.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Manipulationseinrichtung die Partikel (z.B. biologi- sehe Zellen) poriert, was an sich ebenfalls bekannt ist.Furthermore, there is the possibility within the scope of the invention that the manipulation device pores the particles (e.g. biological cells), which is also known per se.
Hierbei wird die Zellhülle mittels eines Hochspannungsimpules aufgerissen und damit durchlässig gemacht. Die Manipulationseinrichtung kann in diesem Fall auch als Elektroporationsein- richtung bezeichnet wird.Here, the cell envelope is torn open with a high-voltage pulse, making it permeable. In this case, the manipulation device can also be referred to as an electroporation device.
Bei der Manipulationseinrichtung im erfindungsgemäßen Sinne kann es sich jedoch auch um eine Einrichtung zur Zellfusio- nierung handeln.However, the manipulation device in the sense of the invention can also be a device for cell fusion.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Manipulationseinrichtung die Partikel thermisch behandelt oder sowohl dielektrophoretisch als auch elektrophoretisch arbeitet .Furthermore, there is the possibility within the scope of the invention that the manipulation device thermally treats the particles or works both dielectrophoretically and electrophoretically.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer gemeinsamen Elektrodenanordnung ist vorzugsweise dahingehend zu verstehen, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung mindestens eine Elektrode aufweist, die Bestandteil mehrerer verschiedener Manipulationseinrichtungen ist. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Elektrodenanordnung des erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems mehrere Elektroden aufweisen kann, die sich hinsichtlich ihrer Form, Länge und Breite unterscheiden können.The term “common electrode arrangement” used in the context of the invention should preferably be understood to mean that the common electrode arrangement has at least one electrode that is part of several different manipulation devices. It should also be mentioned that the electrode arrangement of the microfluidic system according to the invention can have a plurality of electrodes which can differ in terms of their shape, length and width.
Bei der Integration eines dielektrophoretischen Feldkäfigs und einer dielektrophoretischen Partikelweiche in einer gemeinsamen Elektrodenanordnung ist die gemeinsame Elektroden- anordnung vorzugsweise in einem Verzweigungsbereich des Trägerstromkanals angeordnet, in dem sich der Tragerstromkanal in mehrere Ausgangsleitungen verzweigt. Bei dieser Anordnung kann die gemeinsame Elektrodenanordnung wahlweise als Partikelweiche oder als Feldkäfig geschaltet werden, was bei einer anderen Anordnung weiter stromaufwärts in dem Tragerstromkanal schwieriger wäre. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Verzweigungsbereichs des Trägerstromkanals ist allgemein zu verstehen und nicht auf den Schnittpunkt der Ausgangsleitungen beschränkt, sondern umfasst beispielsweise auch die sogenannte "Separatrix" , die dem geometrischenWhen integrating a dielectrophoretic field cage and a dielectrophoretic particle switch in a common electrode arrangement, the common electrode arrangement is preferably arranged in a branching region of the carrier current channel in which the carrier current channel branches into a plurality of output lines. In this arrangement, the common electrode arrangement can be switched either as a particle switch or as a field cage, which would be more difficult in another arrangement upstream in the carrier flow channel. The term “branching region” of the carrier flow channel used in the context of the invention is to be understood in general and is not restricted to the intersection of the output lines, but also includes, for example, the so-called “separatrix”, which corresponds to the geometric
Schnittpunkt der Ausgangsleitung stromaufwärts vorgelagert ist .Intersection of the output line is upstream.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ver- läuft in dem Tragerstromkanal eine Trennlinie, wobei die auf der einen Seite der Trennlinie befindlichen Partikel ohne eine Ansteuerung der Partikelweiche in die eine Ausgangsleitung strömen, während die auf der anderen Seite der Trennlinie befindlichen Partikel ohne eine Ansteuerung der Partikelweiche in die andere Ausgangsleitung strömen. Die auf die verschiedenen Ausgangsleitungen zu sortierenden Partikel müssen hierbei also lediglich auf eine Seite der Trennlinie gebracht werden und strömen dann selbständig in die vorgesehene Ausgangsleitung. Dies bietet den Vorteil, dass die Partikelwei- ehe stromaufwärts vor dem Verzweigungsbereich der Ausgangsleitungen und insbesondere stromaufwärts vor dem geometrischen Schnittpunkt der Ausgangsleitungen angeordnet sein kann.In a preferred embodiment of the invention, a separating line runs in the carrier flow channel, the particles located on one side of the separating line flowing into an output line without activating the particle switch, while the particles located on the other side of the separating line flow without activating the Flow the particle switch into the other outlet line. The particles to be sorted on the various output lines therefore only have to be brought to one side of the dividing line and then flow independently into the intended output line. This offers the advantage that the particle before it can be arranged upstream of the branching region of the output lines and in particular upstream of the geometric intersection of the output lines.
Bei der vorstehend erwähnten Trennlinie kann es sich um eine reale Trennwand handeln, die zwei Teilströme voneinander trennt, wobei die beiden Teilströme in jeweils eine bestimmte Ausgangsleitung strömen. Es ist jedoch alternativ auch mög- lieh, dass die Trennlinie lediglich eine gedachte Linie bzw. Fläche zwischen den beiden Teilströmen ist.The dividing line mentioned above can be a real dividing wall which separates two partial flows from one another, the two partial flows each flowing into a specific output line. However, it is alternatively also possible that the dividing line is merely an imaginary line or area between the two partial streams.
In einer Variante der Erfindung ist die Partikelweiche hierbei im Wesentlichen auf der Trennlinie angeordnet. Die Parti- kelweiche muss hierbei also stets aktiv angesteuert werden, um den jeweiligen Partikel mit einer ausreichenden Sicherheit in die vorgesehene Ausgangsleitung zu befördern.In a variant of the invention, the particle switch is essentially arranged on the dividing line. The particle separator must therefore always be actively controlled in order to convey the respective particle into the intended output line with sufficient security.
In einer anderen Variante der Erfindung ist die Partikelwei- ehe dagegen bezüglich der Strömungsrichtung in dem Tragerstromkanal seitlich neben der Trennlinie angeordnet, wobei die Partikel der Partikelweiche vorzugsweise durch eine stromaufwärts gelegene Zentriereinrichtung (engl. "funnel") zugeführt werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Partikel- weiche nur dann aktiv angesteuert werden muss, wenn ein Partikel über die Trennlinie hinaus abgelenkt werden soll, um in die entsprechende Ausgangsleitung auf der gegenüberliegenden Seite der Trennlinie zu gelangen. Falls ein Partikel dagegen in die Ausgangsleitung auf der Seite der Partikelweiche strö- men soll, ist hierbei keine aktive Ansteuerung der Partikelweiche erforderlich. Hierbei kann die Partikelweiche auf der Seite der Trennlinie angeordnet sein, aus der die Ausgangsleitung für negativ selektierte Partikel (engl. "waste") abzweigt. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Par- tikelweiche auf der Seite der Trennlinie angeordnet ist, aus der die Ausgangsleitung für positiv selektierte Partikel abzweigt .In another variant of the invention, on the other hand, the particle line is arranged laterally next to the dividing line with respect to the direction of flow in the carrier flow channel, the particles of the particle switch preferably being supplied by an upstream centering device (“funnel”). This offers the advantage that the particle switch only has to be actively activated if a particle is to be deflected beyond the dividing line in order to get into the corresponding outlet line on the opposite side of the dividing line. If, on the other hand, a particle is to flow into the outlet line on the side of the particle switch, no active control of the particle switch is required. In this case, the particle switch can be arranged on the side of the dividing line from which the outlet line for negatively selected particles (“waste”) branches off. However, it is alternatively also possible that the par- is arranged on the side of the dividing line from which the outlet line branches off for positively selected particles.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verzweigt der Tragerstromkanal ausgangsseitig nicht notwendigerweise in mehrere Ausgangsleitungen. Stattdessen verläuft hierbei neben dem Tragerstromkanal mindestens ein Nebenstromkanal, der von dem Tragerstromkanal vorzugsweise durch eine Trennwand ge- trennt ist, wobei sich in der Trennwand ein Durchbruch befindet, in dem die Partikelweiche angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel werden also nur die einzelnen Partikel sortiert, wohingegen die Trägerströme im Wesentlichen unbeein- flusst weiter fließen. Beispielsweise können seitlich neben dem Tragerstromkanal, der den Trägerstrom mit den darin suspendierten Partikeln führt, zwei Nebenstromkanäle verlaufen, so dass die Partikelweiche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel wahlweise in einen der benachbarten Nebenstromkanäle befördern kann.In another exemplary embodiment of the invention, the carrier current channel does not necessarily branch into a plurality of output lines on the output side. Instead, in addition to the carrier flow channel, at least one secondary flow channel runs here, which is preferably separated from the carrier flow channel by a partition, an opening being located in the partition in which the particle separator is arranged. In this exemplary embodiment, therefore, only the individual particles are sorted, whereas the carrier streams continue to flow essentially unaffected. For example, two sidestream channels can run to the side of the carrier stream channel, which carries the carrier stream with the particles suspended therein, so that the particle switch can selectively convey the particles suspended in the carrier stream into one of the adjacent side stream channels.
Es ist jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel nicht zwingend erforderlich, dass zwischen dem Tragerstromkanal und dem Nebenstromkanal eine physische Trennwand verläuft. Es ist vielmehr auch möglich, dass der Tragerstromkanal lediglich durch eine gedachte Trennlinie bzw. Trennfläche von dem Nebenstromkanal getrennt ist, wobei die Trennung von Trägerström und Nebenstrom lediglich strömungsbedingt ist, weil Trägerstrom und Nebenstrom laminar nebeneinander strömenIn this exemplary embodiment, however, it is not absolutely necessary for a physical partition to run between the carrier flow channel and the bypass flow channel. Rather, it is also possible for the carrier flow channel to be separated from the bypass flow channel only by an imaginary separating line or separating surface, the separation of carrier flow and bypass flow being only flow-related because the carrier flow and bypass flow flow laminarly next to one another
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die gemeinsame Elektrodenanordnung mindestens eine pfeilförmige Elektrode und mehrere Ablenkelektroden auf, wobei die pfeilförmige Elektrode entgegen der Strömungsrichtung des Trägerstroms ausgerichtet ist, während die Ablenkelektroden stromaufwärts vor der pfeilförmigen Elektrode angeordnet sind und an die pfeilförmige Elektrode angrenzen. Beim Betrieb als di- elektrophoretische Partikelweiche wird die Pfeilelektrode hierbei permanent aktiviert, während das Umlenken in die ver- schiedenen Ausgangsleitungen durch Schalten der verschiedenen Ablenkelektroden erfolgt. Diese Anordnung einer dielektrophoretischen Partikelweiche wird auch als "Ultra Fast Sorter" (UFS) bezeichnet und ermöglicht eine schnelle Sortierung der suspendierten Partikel. Darüber hinaus lässt sich auch diese Elektrodenanordnung als Feldkäfig schalten, um die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel zu fixieren.In one exemplary embodiment of the invention, the common electrode arrangement has at least one arrow-shaped electrode and a plurality of deflection electrodes, the arrow-shaped electrode being oriented counter to the direction of flow of the carrier current, while the deflection electrodes are upstream are arranged in front of the arrow-shaped electrode and adjoin the arrow-shaped electrode. When operating as a di-electrophoretic particle switch, the arrow electrode is permanently activated, while the deflection into the different output lines takes place by switching the different deflection electrodes. This arrangement of a dielectrophoretic particle switch is also referred to as an "Ultra Fast Sorter" (UFS) and enables the suspended particles to be sorted quickly. In addition, this electrode arrangement can also be switched as a field cage in order to fix the particles suspended in the carrier stream.
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die gemeinsame Elektrodenanordnung sechs oder acht Elektroden auf, die ge- trennt ansteuerbar sind, um die gewünschte Manipulationsfunktion (z.B. Partikelfixierung oder Partikelsortierung) auszuführen. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Anzahl der Elektroden der gemeinsamen Elektrodenanordnung nicht auf sechs oder acht Elektroden beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Konfigurationen realisierbar.In the preferred exemplary embodiments, the common electrode arrangement has six or eight electrodes which can be controlled separately in order to carry out the desired manipulation function (for example particle fixation or particle sorting). However, the invention is not limited to six or eight electrodes with regard to the number of electrodes of the common electrode arrangement, but can in principle also be implemented with other configurations.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Feldkäfig aus acht Elektroden, während die Zentriereinheit (engl. "funnel") vier Elektroden aufweist, wobei die vier stromauf- wärts gelegenen Elektroden des Feldkäfigs elektrisch mit jeweils einer der Elektroden der Zentriereinheit verbunden sind. Hierbei sind also ein Feldkäfig und eine Zentriereinheit in eine gemeinsame Elektrodenanordnung integriert, wobei die Elektroden der Zentriereinrichtung gemeinsam mit den vier stromaufwärts gelegenen Elektroden des Feldkäfigs ansteuerbar sind.In one embodiment of the invention, the field cage consists of eight electrodes, while the centering unit ("funnel") has four electrodes, the four upstream electrodes of the field cage being electrically connected to one of the electrodes of the centering unit. Here, a field cage and a centering unit are integrated in a common electrode arrangement, the electrodes of the centering device being controllable together with the four upstream electrodes of the field cage.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße mikro- fluidische System vorzugsweise eine erste Messstation auf- weist, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel stromaufwärts vor der gemeinsamen Elektrodenanordnung im strömenden Zustand untersucht.It should also be mentioned that the microfluidic system according to the invention preferably has a first measuring station. points, which examines the suspended particles in the carrier stream upstream of the common electrode arrangement in the flowing state.
Diese Untersuchung kann beispielsweise die Intensität einer Fluoreszenz, die Vitalität einer Zelle und/oder die Frage betreffen, ob es sich um eine einzelne Zelle oder ein Aggregat von mehreren Zellen handelt. Weiterhin kann bei dieser Untersuchung ermittelt werden, ob es sich um Zellen oder Ma- terial handelt, das in Form und Größe nicht Primärziel der näheren Untersuchung ist, zum Beispiel Verunreinigungen oder andere Zellen, sofern sie sich von den Vielzellen unterscheiden. Neben geometrischen Parametern können auch stoffliche Parameter ermittelt werden. Dabei kann es sich bspw. um fluo- reszenztechnisch messbare chemische Konzentrationen aber auch um physikalische Parameter wie Viskosität und Elastizität handeln, die über eine Evaluierung der im elektrischen Feld auftretenden Deformationen bzw. Relaxationen bestimmt werden kann. Im Rahmen dieser Untersuchung kann beispielsweise eine Durchlichtmessung, eine Fluoreszenzmessung und/oder eine Impedanzspektroskopie erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, dass zunächst eine Durchlichtmessung und anschließend eine Fluoreszenzmessung erfolgt, wobei die Durchlichtmessung und die Fluoreszenzmessung vorzugsweise in räumlich getrennten Untersuchungsfenstern (engl. "region of , interest") erfolgen. Die Durchlichtmessung kann beispielsweise die Unterscheidung zwischen lebenden und toten biologischen Zellen ermöglichen, während die Fluoreszenzmessung dazu verwendet werden kann, um zu untersuchen, ob die in dem Trägerstrom suspendierten Par- tikel einen Fluoreszenzmarker tragen.This examination can concern, for example, the intensity of a fluorescence, the vitality of a cell and / or the question of whether it is a single cell or an aggregate of several cells. Furthermore, this examination can determine whether it is cells or material whose shape and size is not the primary objective of the closer examination, for example impurities or other cells, provided that they differ from the multicells. In addition to geometric parameters, material parameters can also be determined. This can be, for example, chemical concentrations which can be measured by fluorescence, but also physical parameters such as viscosity and elasticity, which can be determined by evaluating the deformations or relaxations occurring in the electrical field. In the context of this investigation, for example, a transmitted light measurement, a fluorescence measurement and / or an impedance spectroscopy can be carried out. In addition, it is possible for a transmitted light measurement to be carried out first and then a fluorescence measurement, the transmitted light measurement and the fluorescence measurement preferably being carried out in spatially separate examination windows (“region of interest”). The transmitted light measurement can, for example, differentiate between living and dead biological cells, while the fluorescence measurement can be used to examine whether the particles suspended in the carrier stream carry a fluorescence marker.
Falls im Rahmen der Voruntersuchung sowohl eine Durchlichtmessung als auch eine Fluoreszenzmessung in räumlich getrennten Untersuchungsfenstern erfolgt, so ist es vorteilhaft, wenn das Untersuchungsfenster für die Durchlichtmessung in dem Trägerstrom stromaufwärts vor dem Untersuchungsfenster für die Fluoreszenzmessung liegt. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass das Untersuchungsfenster für die Durch- lichtmessung in dem Trägerstrom stromabwärts hinter dem Untersuchungsfenster für die Fluoreszenzmessung angeordnet ist.If both a transmitted light measurement and a fluorescence measurement are carried out in spatially separated examination windows as part of the preliminary examination, it is advantageous to if the examination window for the transmitted light measurement in the carrier stream is upstream of the examination window for the fluorescence measurement. However, it is alternatively also possible for the examination window for the transmitted light measurement to be arranged downstream in the carrier stream behind the examination window for the fluorescence measurement.
Vorzugsweise wird im Rahmen der Untersuchung in der ersten Messstation ein optisches Bild aufgenommen, was eine digitale Bildauswertung zur Klassifizierung der Partikel ermöglicht.In the course of the examination, an optical image is preferably recorded in the first measuring station, which enables digital image evaluation to classify the particles.
Vorzugsweise werden die Partikel hierbei morphologisch untersucht, um beispielsweise eine einzelne biologische Zelle von einem Zellklumpen unterscheiden zu können. Der im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff eines optischen Bildes ist jedoch allgemein zu verstehen und nicht auf zwei- dimensionale Bilder im herkömmlichen Wortsinne beschränkt. Vielmehr umfasst der Begriff eines optischen Bildes im Sinne der Erfindung auch eine punkt- oder linienförmige optische Abtastung des Trägerstroms bzw. der in dem Trägerstrom sus- pendierten Partikel. Beispielsweise kann die Helligkeit entlang einer Linie quer zum Tragerstromkanal aufintegriert werden, um einzelne Partikel zu detektieren und zu klassifizieren.The particles are preferably examined morphologically in order, for example, to be able to distinguish a single biological cell from a cell clump. However, the term optical image used in the context of the present description is to be understood generally and is not limited to two-dimensional images in the conventional sense of the word. Rather, the term “optical image” in the sense of the invention also includes a point-like or line-shaped optical scanning of the carrier stream or of the particles suspended in the carrier stream. For example, the brightness can be integrated along a line transverse to the carrier current channel in order to detect and classify individual particles.
Die Unterscheidung lebender und toter Zellen im Rahmen derThe distinction between living and dead cells in the context of
Untersuchung in der ersten Messstation kann bei einer Durch- • lichtmessung durch eine Auswertung der Intensitätsverteilung in dem aufgenommenen optischen Bild erfolgen. Ein spezielles Prinzip dieser Durchlichtmessung mit den erwähnten Eigen- schaffen ist beispielsweise die Phasenkontrast-Beleuchtung. So weisen lebende biologische Zellen eine Ringstruktur mit einem in der Durchlichtmessung relativ hellen Rand und einem dunkleren Mittelpunkt auf, wohingegen tote biologische Zellen bei einer Durchlichtmessung eine annähernd einheitliche Hei- ligkeit aufweisen und dunkel gegen den Hintergrund erscheinen.Examination in the first measuring station can be carried out in the case of a transmitted light measurement by evaluating the intensity distribution in the recorded optical image. A special principle of this transmitted light measurement with the mentioned properties is, for example, phase contrast lighting. For example, living biological cells have a ring structure with a relatively bright edge in the transmitted light measurement and a darker center, whereas dead biological cells have an almost uniform heat in a transmitted light measurement. show lightness and appear dark against the background.
Zusätzlich zu der Untersuchung der Partikel in der ersten Messstation erfolgt vorzugsweise eine weitere Messung in einer zweiten Messstation, welche die in dem Feldkäfig fixierten Partikel untersucht. Die Fixierung der Partikel während der Untersuchung ist vorteilhaft, da auf diese Weise eine wesentlich genauere Untersuchung möglich ist.In addition to examining the particles in the first measuring station, a further measurement is preferably carried out in a second measuring station, which examines the particles fixed in the field cage. The fixation of the particles during the examination is advantageous, since a much more precise examination is possible in this way.
Bei der Untersuchung in der zweiten Messstation können beispielsweise bestimmte Moleküle innerhalb einer Zelle lokalisiert werden. Beispielsweise können im Rahmen dieser Untersuchung Moleküle lokalisiert werden, die mit einem Fluoreszenz- farbstoff markiert sind.During the examination in the second measuring station, for example, certain molecules can be localized within a cell. For example, in the context of this investigation, molecules can be localized which are marked with a fluorescent dye.
Bei dem Fluoreszenzfarbstoff kann es sich beispielsweise um molekularbiologisch produzierte "Tags" von "Green Fluorescent Protein" und dessen Derivate, andere autofluoreszente Protei- ne handeln. Als Fluoreszenzfarbstoffe eignen sich jedoch auch solche Fluoreszenzfarbstoffe, die an ein zelluläres Molekül kovalent oder nicht-kovalent binden. Darüber hinaus können als Fluoreszenzfarbstoffe auch fluorigene Substanzen eingesetzt werden, die von zellulären Enzymen in fluoreszierende Produkte umgesetzt werden oder sogenannte FRET-Paare (Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfer) . Der Zustand der eingesetzten Fluoreszenzfarbstoffe kann beispielsweise anhand ihrer spektralen Eigenschaften oder durch Biolumineszenz unterschieden werden.The fluorescent dye can be, for example, molecularly produced “tags” of “green fluorescent protein” and its derivatives, other autofluorescent proteins. However, those fluorescent dyes which bind covalently or non-covalently to a cellular molecule are also suitable as fluorescent dyes. In addition, fluorescent dyes which are converted by cellular enzymes into fluorescent products or so-called FRET pairs (fluorescence resonance energy transfer) can also be used as fluorescent dyes. The state of the fluorescent dyes used can be distinguished, for example, on the basis of their spectral properties or by means of bioluminescence.
Anhand der Lokalisation von Molekülen innerhalb einer Zelle kann auch die Struktur und die Funktion der Moleküle ermittelt werden. Hierbei kann beispielsweise unterschieden werden nach dem Vorkommen in der Plasmamembran, im Zytosol, in den Mitochondrien, im Golgi-Apparat, in Endoso en, in Lysosomen, im Zellkern, im Spindelapparat, im Zyto-Skelett, Kolokalisa- tion mit Aktin, Tubulin.The structure and function of the molecules can also be determined on the basis of the localization of molecules within a cell. A distinction can be made here, for example, according to the occurrence in the plasma membrane, in the cytosol, in the Mitochondria, in the Golgi apparatus, in endosomes, in lysosomes, in the cell nucleus, in the spindle apparatus, in the cytoskeleton, colocalization with actin, tubulin.
Ferner kann im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung in der ersten bzw. zweiten Messstation die Morphologie einer Zelle bestimmt werden, wobei auch Farbstoffe eingesetzt werden können. Darüber hinaus können im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung auch zwei oder mehr Zustände einer Zellpopulation unterschieden werden.Furthermore, the morphology of a cell can be determined in the course of the main and / or preliminary examination in the first or second measuring station, and dyes can also be used. In addition, two or more states of a cell population can be distinguished in the course of the main and / or preliminary examination.
Weiterhin ist es im Rahmen der Hauptuntersuchung in der zweiten Messstation möglich, ein zelluläres Signal anhand der Translokation eines fluoreszenzmarkierten Moleküls zu bestim- men, z.B. Rezeptoraktivierung gefolgt von Rezeptor-Furthermore, as part of the main inspection in the second measuring station, it is possible to determine a cellular signal based on the translocation of a fluorescence-labeled molecule, e.g. Receptor activation followed by receptor
Internalisierung, Rezeptor-Aktivierung gefolgt von der Bindung von Arrestin, Rezeptor-Aggregation, Übergang eines Moleküls von der Plasmamembran ins Zytosol, vom Zytosol in die Plasmamembran, vom Zytosol in den Zellkern oder vom Zellkern ins Zytosol.Internalization, receptor activation followed by the binding of arrestin, receptor aggregation, transition of a molecule from the plasma membrane to the cytosol, from the cytosol to the plasma membrane, from the cytosol to the cell nucleus or from the cell nucleus to the cytosol.
Ferner kann im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung auch die Wechselwirkung zweier Moleküle bestimmt werden, wobei vorzugsweise mindestens eines der wechselwirkenden Mole- küle einen Fluoreszenzmarker trägt und die Wechselwirkung z.B. durch kolokalisationsfreier Fluoreszenzfarben, ein FRET oder eine Änderung der Fluoreszenz-Lebenszeit gezeigt wird.Furthermore, the interaction of two molecules can be determined in the course of the main and / or preliminary examination, preferably at least one of the interacting molecules carrying a fluorescent marker and the interaction e.g. is shown by colocalization-free fluorescent colors, a FRET or a change in the fluorescence lifetime.
Im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung kann jedoch auch der Status einer Zelle innerhalb eines Zellzyklus bestimmt werden, wobei vorzugsweise die Morphologie der Zelle oder die Anfärbung des zellulären Chromatins ausgewertet wird. Eine weitere Möglichkeit für die Haupt- und/oder Voruntersuchung besteht darin, das Me branpotential einer Zelle zu bestimmen, wobei vorzugsweise membranpotentialsensitive Farbstoffe eingesetzt werden. Vorzugsweise werden hierbei Farb- Stoffe verwendet die hinsichtlich des Plasmamembranpotentials und/oder des itochondrialen Membranpotentials sensitiv sind.However, the status of a cell within a cell cycle can also be determined in the course of the main and / or preliminary examination, the morphology of the cell or the staining of the cellular chromatin preferably being evaluated. A further possibility for the main and / or preliminary examination is to determine the membrane potential of a cell, preferably using membrane-sensitive dyes. Dyes which are sensitive to the plasma membrane potential and / or the itochondrial membrane potential are preferably used here.
Darüber hinaus kann im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung auch die Vitalität einer Zelle ermittelt werden wobei vorzugsweise die Morphologie der Zelle ausgewertet wird und/oder fluorigene Substanzen eingesetzt werden, die zwischen lebenden und toten Zellen unterscheiden können.In addition, the vitality of a cell can also be determined in the course of the main and / or preliminary examination, the morphology of the cell preferably being evaluated and / or fluorine substances being used which can differentiate between living and dead cells.
Ferner können bei der Haupt- und/oder Voruntersuchung auch zytotoxische Effekte untersucht und/oder der intrazelluläre pH-Wert bestimmt werden.Furthermore, cytotoxic effects can also be examined during the main and / or preliminary examination and / or the intracellular pH value can be determined.
Es ist auch möglich, im Rahmen der Haupt- und/oder Voruntersuchung die Konzentration eines oder mehrerer Ionen innerhalb einer Zelle zu bestimmen.It is also possible to determine the concentration of one or more ions within a cell as part of the main and / or preliminary examination.
Auch kann bei der Haupt- und/oder Voruntersuchung eine enzy- atische Aktivität innerhalb einer Zelle ermittelt werden, wobei vorzugsweise fluorigene oder chromogene Substanzen, insbesondere Kinasen, Phosphatasen oder Proteasen, eingesetzt werden können.In the main and / or preliminary examination, an enzymatic activity within a cell can also be determined, preferably fluorine or chromogenic substances, in particular kinases, phosphatases or proteases, being used.
Ferner kann bei der Haupt- und/oder Voruntersuchung die Produktionsleistung von Zellen bestimmt werden, die biologische Produkte erzeugen, wie beispielsweise Proteine, Peptide, Antikörper, Kohlenhydrate oder Fette, wobei eine der beschriebenen Methoden angewendet werden kann. Schließlich können im Rahmen der Hauptuntersuchung in der zweiten Messstation auch Zell-Stresspfade, metabolische Pfade, Zeilwachstumspfade, Zellteilungspfade und andere Signaltransduktionspfade bestimmt werden.Furthermore, during the main and / or preliminary examination, the production performance of cells that produce biological products, such as proteins, peptides, antibodies, carbohydrates or fats, can be determined, it being possible to use one of the methods described. Finally, cell stress paths, metabolic paths, cell growth paths, cell division paths and other signal transduction paths can also be determined in the course of the main investigation in the second measuring station.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße mikrofluidische System als Einzelteil beschränkt, sondern umfasst auch ein Gerät, insbesondere einen Zellsortierer mit einem derartigen mikrofluidischen System als Bauteil.However, the invention is not limited to the above-described microfluidic system according to the invention as a single part, but also includes a device, in particular a cell sorter with such a microfluidic system as a component.
Ferner umfasst die Erfindung auch ein Ansteuerungsverfahren zur elektrischen Ansteuerung der gemeinsamen Elektroden entsprechend der gewünschten Manipulationsfunktion.Furthermore, the invention also includes a control method for electrical control of the common electrodes in accordance with the desired manipulation function.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Partikels allgemein zu verstehen ist und nicht auf einzelne biologische Zellen beschränkt ist. Vielmehr umfasst dieser Begriff auch synthetische oder biolo- gische Partikel wobei sich besondere Vorteile ergeben, wenn die Partikel biologische Materialien, also beispielsweise biologische Zellen, Zellgruppen, Zellbestandteile, Viren oder biologisch relevante Makromoleküle, jeweils ggf. im Verbund mit anderen biologischen Partikeln oder synthetischen Träger- partikeln umfassen. Synthetische Partikel können feste Partikel, flüssige, vom Suspensionsmedium abgegrenzte Teilchen o- der Mehrphasenpartikel umfassen, die gegenüber dem Suspensionsmedium in dem Trägerstrom eine getrennte Phase bilden.It should also be mentioned that the term “particle” used in the context of the invention is to be understood generally and is not restricted to individual biological cells. Rather, this term also includes synthetic or biological particles, with particular advantages if the particles contain biological materials, that is to say, for example, biological cells, cell groups, cell components, viruses or biologically relevant macromolecules, each in combination with other biological particles or synthetic carriers - Include particles. Synthetic particles can comprise solid particles, liquid particles delimited from the suspension medium or multiphase particles which form a separate phase in relation to the suspension medium in the carrier stream.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Elektrodenanordnungen vorzugsweise dreidimensionale Anordnungen sind. Es ist zwar auch möglich, dass die Elektrodenanordnungen nur auf einer Kanalseite prozessiert wurden. Besonders vorteilhaft ist es aber, die Elektrodenanordnungen an zwei gegenüber liegenden Kanal- wänden parallel anzuordnen, wobei in den Zeichnungen in der Aufsicht nur eine Anordnung erkennbar ist. Beispielsweise kann ein "Funnel" aus zwei oder vier Elektroden bestehen.It should also be mentioned that the electrode arrangements are preferably three-dimensional arrangements. It is also possible that the electrode arrangements were only processed on one channel side. However, it is particularly advantageous to mount the electrode arrangements on two opposite channel walls to be arranged in parallel, with only one arrangement being recognizable in the drawings in the top view. For example, a "funnel" can consist of two or four electrodes.
Schließlich umfasst die Erfindung auch die neuartige Verwendung des erfindungsgemäße mikrofluidischen Systems zum Untersuchen und/oder Sortieren von Partikeln, insbesondere von biologischen Zellen.Finally, the invention also includes the novel use of the microfluidic system according to the invention for examining and / or sorting particles, in particular biological cells.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are explained in more detail below together with the description of the preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the figures. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems, Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems, Figur 3 ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems,1 shows a schematic illustration of a microfluidic system according to the invention, FIG. 2 shows another exemplary embodiment of a microfluidic system according to the invention, FIG. 3 shows another alternative exemplary embodiment of a microfluidic system according to the invention,
Figur 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems, bei dem die Sortiereinrichtung stromaufwärts vor dem Verzweigungsbereich angeordnet ist, Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems, bei dem die Sortiereinrichtung in dem Tragerstromkanal außermittig angeordnet ist, Figur 6 ein erfindungsgemäßes mikrofluidisches System mit drei Ausgangsleitungen, Figur 7 ein Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems mit einem mittigen Tragerstromkanal, der von zwei Nebenstromkanälen benachbart ist, Figur 8 ein Ausführungsbeispiel einer gemeinsamen Elektrodenanordnung, welche die Funktion eines Feldkäfigs und einer Zentriereinrichtung integriert, Figur 9 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit einer Elektrodenanordnung, welche die Funktion eines Feldkäfigs und einer Zentriereinrichtung integriert,4 shows an alternative exemplary embodiment of a microfluidic system according to the invention, in which the sorting device is arranged upstream in front of the branching area, FIG. 5 shows another exemplary embodiment of a microfluidic system, in which the sorting device is arranged off-center in the carrier flow channel, FIG. 6 shows a microfluidic system according to the invention with three output lines FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a microfluidic system with a central carrier flow channel which is adjacent to two bypass flow channels. 8 shows an exemplary embodiment of a common electrode arrangement which integrates the function of a field cage and a centering device, FIG. 9 shows a further exemplary embodiment according to the invention with an electrode arrangement which integrates the function of a field cage and a centering device,
Figur 10 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung sowie Figur 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems.Figure 10 is a schematic representation of an electrode arrangement according to the invention and Figure 11 shows another embodiment of a microfluidic system according to the invention.
Die schematische Darstellung in Figur 1 zeigt ein mikrofluidisches System mit einem Tragerstromkanal 1 zur Zuführung ei- nes Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln 2.The schematic illustration in FIG. 1 shows a microfluidic system with a carrier flow channel 1 for supplying a carrier flow with particles 2 suspended therein.
In dem Tragerstromkanal 1 ist eine dielektrophoretische Elektrodenanordnung 3 angeordnet, welche die Partikel 2 in dem Trägerstrom zentriert und in Strömungsrichtung hinterein- ander aufreiht. Der Aufbau und die Funktionsweise der Elektrodenanordnung 3 ist beispielsweise in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al . : "A 3-D mic- roelectrode System for handling and caging Single cells and particles" beschrieben, wo die Elektrodenanordnung 3 als "Funnel" bezeichnet wird. Der Inhalt dieser Veröffentlichung ist deshalb der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der Elektrodenanordnung 3 in vollem Umfang zuzurechnen.Arranged in the carrier flow channel 1 is a dielectrophoretic electrode arrangement 3 which centers the particles 2 in the carrier flow and lines them up one behind the other in the direction of flow. The structure and mode of operation of the electrode arrangement 3 is described, for example, in the publication by MÜLLER, T. et al. : "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" described, where the electrode arrangement 3 is referred to as "funnel". The content of this publication is therefore to be fully attributed to the present description with regard to the structure and mode of operation of the electrode arrangement 3.
Stromabwärts hinter der Elektrodenanordnung 3 befindet sich in dem Tragerstromkanal 1 eine weitere dielektrophoretische Elektrodenanordnung 4, die es ermöglicht, die Partikel 2 vorübergehend zu parken. Der Aufbau und die Funktionsweise der Elektrodenanordnung 4 ist beispielsweise in MÜLLER, T. et al.: "Life cells in cellprocessors" (Bioworld, 2-2002) beschrieben, wo die Elektrodenanordnung 4 als "Hook" bezeichnet wird. Der Inhalt dieser Veröffentlichung ist deshalb hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise der Elektroden- anordnung 4 der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen, so dass an dieser Stelle auf eine detaillierte Beschreibung der Elektrodenanordnung 4 verzichtet werden kann.A further dielectrophoretic electrode arrangement 4, which makes it possible to temporarily park the particles 2, is located downstream of the electrode arrangement 3 in the carrier current channel 1. The structure and mode of operation of the electrode arrangement 4 is described, for example, in MÜLLER, T. et al .: "Life cells in cell processors" (Bioworld, 2-2002), where the electrode arrangement 4 is referred to as a "hook". The content of this publication is therefore to be fully attributed to the present description with regard to the structure and mode of operation of the electrode arrangement 4, so that a detailed description of the electrode arrangement 4 can be dispensed with here.
Stromabwärts hinter der Elektrodenanordnung 4 verzweigt der Tragerstromkanal 1 in zwei Ausgangsleitungen 5, 6, wobei in dem Verzweigungsbereich eine weitere Elektrodenanordnung 7 angeordnet ist, die wahlweise als dielektrophoretischer Feldkäfig oder als Partikelweiche angesteuert werden kann. Hin- sichtlich des Aufbaus und der Ansteuerung der Elektrodenanordnung 7 als Partikelweiche oder als Feldkäfig wird auf die bereits eingangs erwähnte Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al . : "A 3-D microelectrode System for handling and caging single cells and particles" verwiesen, deren Inhalt der vor- liegenden Beschreibung hinsichtlich der Gestaltung der Elektrodenanordnung 7 in vollem Umfang zuzurechnen ist. Die Elektrodenanordnung 7 vereinigt hierbei also die Funktionen zweier im Stand der Technik getrennter Manipulationseinrichtungen, nämlich zum einen die Funktion eines dielektrophoreti- sehen Feldkäfigs (engl. "cage") und zum anderen die Funktion einer Partikelweiche (engl. "switch"). Zur Auswahl der gewünschten Funktion der Elektrodenanordnung 7 müssen die einzelnen Elektroden der Elektrodenanordnung 7 lediglich entsprechend angesteuert werden, was für die einzelnen getrenn- ten Manipulationseinrichtungen ("Cage" oder "Switch") an sich aus der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al. bekannt ist. In dem Tragerstromkanal 1 befindet sich zwischen den Elektrodenanordnungen 4 und 7 eine erste Messstation 8, die eine Voruntersuchung der in dem Trägerstrom suspendierten Partikel 2 durchführt, wobei die Voruntersuchung in der eingangs be- schriebenen Weise erfolgen kann.Downstream behind the electrode arrangement 4, the carrier current channel 1 branches into two output lines 5, 6, a further electrode arrangement 7 being arranged in the branching region and which can optionally be controlled as a dielectrophoretic field cage or as a particle switch. With regard to the construction and control of the electrode arrangement 7 as a particle switch or as a field cage, reference is made to the publication by MÜLLER, T. et al. : "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles", the content of which is fully attributable to the present description with regard to the design of the electrode arrangement 7. The electrode arrangement 7 thus combines the functions of two manipulation devices which are separate in the prior art, namely on the one hand the function of a dielectrophoretic field cage ("cage") and on the other hand the function of a particle switch ("switch"). In order to select the desired function of the electrode arrangement 7, the individual electrodes of the electrode arrangement 7 only have to be controlled accordingly, which for the individual separate manipulation devices (“cage” or “switch”) per se from the previously mentioned publication by MÜLLER, T. et al. is known. In the carrier current channel 1 there is a first measuring station 8 between the electrode arrangements 4 and 7, which carries out a preliminary examination of the particles 2 suspended in the carrier current, which preliminary examination can be carried out in the manner described at the beginning.
In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Voruntersuchung wird die Elektrodenanordnung 7 dann entweder als Feldkäfig oder als Partikelweiche geschaltet. Zunächst befindet sich die Elek- trodenanordnung 7 im Betriebsmodus Weiche.Depending on the result of the preliminary examination, the electrode arrangement 7 is then switched either as a field cage or as a particle switch. Initially, the electrode arrangement 7 is in the operating mode switch.
Falls das Ergebnis der Untersuchung in der Messstation 8 beispielsweise ergibt, dass der untersuchte Partikel 2 nicht weiter interessiert, so wird dieser Partikel 2 in die Aus- gangsleitung 5 für nicht interessierende Partikel befördert. Falls die Untersuchung in der Messstation 8 dagegen ergibt, dass der Partikel 2 den Messkriterien der Voruntersuchung genügt, so wird die Elektrodenanordnung 7 als Feldkäfig geschaltet, so dass der Partikel 2 anschließend im fixierten Zustand in der Elektrodenanordnung 7 durch eine zweite Messstation 9 untersucht werden kann, wobei die zweite Messstation 9 eine detaillierte Untersuchung des Partikels 2 vornimmt, wie bereits eingangs beschrieben wurde. Entsprechend dem Ergebnis der Messung an Messstation 9 kann die Elektrodenanord- nung 7 anschließend als Switch geschaltet (siehe Fig. 10 und zugehörige Beschreibung) und der Partikel in eine der Ausgangsleitungen 5 (negativ), 6 (positiv) überführt werden.If, for example, the result of the examination in the measuring station 8 shows that the particle 2 under investigation is of no further interest, then this particle 2 is conveyed into the outlet line 5 for particles of no interest. If, on the other hand, the examination in the measuring station 8 shows that the particle 2 meets the measurement criteria of the preliminary examination, the electrode arrangement 7 is switched as a field cage, so that the particle 2 can then be examined in the fixed state in the electrode arrangement 7 by a second measuring station 9 , wherein the second measuring station 9 carries out a detailed examination of the particle 2, as was already described at the beginning. Depending on the result of the measurement at measuring station 9, the electrode arrangement 7 can then be switched as a switch (see FIG. 10 and associated description) and the particles can be transferred to one of the output lines 5 (negative), 6 (positive).
Weiterhin ist in der Ausgangsleitung 6 für positiv selektier- te Partikel 2 eine Elektrodenanordnung 10 angeordnet, welche die Partikel 2 in der Ausgangsleitung β zentriert und dadurch ein Absinken der Partikel 2 in der Ausgangsleitung 6 verhindert. Schließlich ist noch zu erwähnen, dass in die Ausgangsleitung 6 zwei Hüllstromleitungen 11, 12 münden, was an sich ebenfalls bekannt ist.Furthermore, an electrode arrangement 10 is arranged in the output line 6 for positively selected particles 2, which centers the particles 2 in the output line β and thereby prevents the particles 2 from sinking in the output line 6. Finally, it should also be mentioned that two sheath flow lines 11, 12 open into the output line 6, which is also known per se.
Das in Figur 2 dargestellte alternative Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile diesel- ben Bezugszeichen verwendet werden.The alternative exemplary embodiment shown in FIG. 2 largely corresponds to the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 1, so that reference is made to the above description in order to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding components.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Elektrodenanordnung 7 hierbei lediglich sechs räumlich angeordnete Elektroden aufweist, die jedoch ebenfalls wahlweise als Feldkäfig oder als Partikelweiche schaltbar sind.A special feature of this exemplary embodiment is that the electrode arrangement 7 has only six spatially arranged electrodes, which, however, can also be switched as a field cage or as a particle switch.
Schließlich stimmt auch das in Figur 3 dargestellte alternative Ausführungsbeispiel weitgehend mit dem vorstehend be- schriebenen und in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung zu Figur 1 verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.Finally, the alternative exemplary embodiment shown in FIG. 3 largely coincides with the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 1, so that to avoid repetition, reference is largely made to the above description for FIG. 1, the same reference symbols being used below for corresponding components be used.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Elektrodenanordnung 7 hierbei eine Pfeilelektrode 13 aufweist, die entgegen der Strömungsrichtung ausgerichtet ist und permanent angesteuert wird, wobei an die Pfeilelektrode 13 zwei Ablenkelektroden angrenzen, die zur Ablenkung in die gewünschte Ausgangsleitung 5 bzw. 6 jeweils einzeln angesteuert werden. Diese Konfiguration wird auch als "Ultra Fast Sorter" (UFS) bezeichnet und ermöglicht eine schnelle Sortierung der suspendierten Partikel 2. Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden und nur die Besonderheiten dieses Ausführungsbeispiels beschrieben werden.A special feature of this exemplary embodiment is that the electrode arrangement 7 has an arrow electrode 13, which is oriented counter to the direction of flow and is permanently actuated, with two deflection electrodes adjoining the arrow electrode 13, each of which individually for deflection into the desired output line 5 or 6 can be controlled. This configuration is also known as an "Ultra Fast Sorter" (UFS) and enables the suspended particles 2 to be sorted quickly. The exemplary embodiment shown in FIG. 4 largely corresponds to the exemplary embodiments described above, so that to avoid repetition, reference is largely made to the above description, the same reference numerals being used for corresponding components and only the special features of this exemplary embodiment being described.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Elektrodenanordnung 7 in dem Tragerstromkanal 1 stromaufwärts vor dem Verzweigungsbereich der beiden Ausgangsleitungen 5, 6 angeordnet ist. In dem Tragerstromkanal 1 verläuft hierbei mittig eine flächige Trennlinie 14, wobei in der Zeichnung schwarz dargestellte Partikel 15 in die Ausgangsleitung 5 für negativ selektierte Partikel strömen, wohingegen in der Zeichnung in einer Umrisslinie dargestellte Partikel 16 in die andere Ausgangsleitung 6 für positiv selektierte Partikel strömen. Die Trennlinie 14 wird auch als Separatrix bezeichnet und trennt in dem Tragerstromkanal 1 zwei Teilströme, die ohne eine Ansteuerung der Elektrodenanordnung 7 als Partikelweiche in die jeweils zugehörige obere bzw. untere Ausgangsleitung 5 bzw. 6 strömen. Zur Erreichung einer definierten Sortierung der Partikel 15, 16 auf die bei- den Ausgangsleitungen 5, 6 muss die gemeinsame Elektrodenanordnung 7 also hierbei stets als Partikelweiche aktiv angesteuert werden.A special feature of this exemplary embodiment is that the electrode arrangement 7 is arranged in the carrier current channel 1 upstream in front of the branching region of the two output lines 5, 6. A flat dividing line 14 runs in the middle in the carrier flow channel 1, particles 15 shown in black in the drawing flowing into the outlet line 5 for negatively selected particles, whereas particles 16 shown in an outline in the drawing flow into the other outlet line 6 for positively selected particles , The dividing line 14 is also referred to as a separatrix and separates two partial flows in the carrier flow channel 1, which flow as particle separators into the respectively associated upper and lower output lines 5 and 6 without triggering the electrode arrangement 7. To achieve a defined sorting of the particles 15, 16 on the two output lines 5, 6, the common electrode arrangement 7 must therefore always be actively activated as a particle switch.
Das in Figur 5 dargestellte alternative Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass weitgehend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und im Folgenden für entsprechende Bauteile die selben Bezugszeichen verwendet werden. Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die wahlweise als Partikelweiche oder als Feldkäfig ansteuerbare gemeinsame Elektrodenanordnung 7 in dem Träger- Stromkanal 1 außermittig angeordnet ist. Dies bedeutet, dass sich die Elektrodenanordnung 7 bezüglich der Strömungsrichtung in dem Tragerstromkanal 1 seitlich neben der Trennlinie 14 auf der Seite der Ausgangsleitung 6 befindet. Dies bedeutet, dass die Partikel 15, 16 selbständig in die Ausgangslei- tung 6 strömen, wenn die Elektrodenanordnung 7 nicht aktiv als Partikelweiche angesteuert wird, um die Partikel 15 über die Trennlinie 14 hinaus auf die andere Seite des Trägerstromkanals 1 abzulenken. Dieses Ausführungsbeispiel ist deshalb dann vorteilhaft, wenn der Anteil der negativ zu selek- tierenden Partikel 15 wesentlich kleiner ist als der Anteil der positiv zu selektierenden Partikel 16, da nur zum Aussortieren der relativ geringen Anzahl der negativ zu selektierenden Partikel 15 eine Ansteuerung der Elektrodenanordnung 7 erforderlich ist.The alternative exemplary embodiment of a microfluidic system shown in FIG. 5 largely corresponds to the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 4, so that reference is largely made to the above description and the same reference numerals are used below for corresponding components. A special feature of this exemplary embodiment is that the common electrode arrangement 7, which can optionally be controlled as a particle switch or as a field cage, is arranged off-center in the carrier current channel 1. This means that the electrode arrangement 7 is located laterally next to the dividing line 14 on the side of the output line 6 with respect to the flow direction in the carrier flow channel 1. This means that the particles 15, 16 flow independently into the output line 6 if the electrode arrangement 7 is not actively activated as a particle switch in order to deflect the particles 15 beyond the dividing line 14 to the other side of the carrier flow channel 1. This exemplary embodiment is therefore advantageous if the proportion of the particles 15 to be selected negatively is significantly smaller than the proportion of the particles 16 to be selected positively, since the electrode arrangement 7 is actuated only to sort out the relatively small number of the particles 15 to be selected negatively is required.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems mit einem Tragerstromkanal 17 zur Zuführung eines Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln 18, 19, 20, wobei sich die Partikel 18, 19, 20 unter- scheiden, was in der Zeichnung durch die unterschiedliche grafische Darstellung der Partikel 18, 19, 20 angedeutet ist.FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a microfluidic system with a carrier flow channel 17 for supplying a carrier flow with particles 18, 19, 20 suspended therein, the particles 18, 19, 20 differing, which is shown in the drawing by the different graphic representation of the Particles 18, 19, 20 is indicated.
Der Tragerstromkanal 17 verzweigt stromabwärts in drei Aus- gangsleitungen 21, 22, 23 zur Aufnahme und Abführung der ver- schiedenen Partikel 18, 19, 20. Die Ausgangsleitung 21 dient hierbei zur Aufnahme der schwarz gezeichneten Partikel 20, während die Ausgangsleitung 22 zur Abführung der schraffiert dargestellten Partikel 19 dient, wohingegen die Ausgangslei- tung 23 die als Umrisslinie gezeichneten Partikel 18 aufnimmt und abführt.The carrier flow channel 17 branches downstream into three output lines 21, 22, 23 for receiving and discharging the different particles 18, 19, 20. The output line 21 serves here for receiving the black particles 20, while the output line 22 for removing the Hatched particles 19 is used, whereas the output lines device 23 picks up and removes the particles 18 drawn as an outline.
In dem Tragerstromkanal 17 verlaufen hierbei zwei (gedachte) Trennflächen bzw. flächige Trennlinien 24, 25, die in demIn this case, two (imaginary) separating surfaces or planar separating lines 24, 25 run in the carrier flow channel 17, which in the
Tragerstromkanal 17 drei Teilströme abgrenzen und in der dargestellten Aufsicht die Trennlinien 24, 25 bilden.Tragerstromkanal 17 delimit three substreams and form the dividing lines 24, 25 in the view shown.
Die in dem oberen Teilstrom oberhalb der Trennlinie 24 sus- pendierten Partikel gelangen hierbei selbständig in die Ausgangsleitung 21, sofern diese Partikel nicht aktiv abgelenkt werden, wie im Folgenden noch detailliert beschrieben wird.The particles suspended in the upper partial flow above the dividing line 24 automatically reach the outlet line 21, provided that these particles are not actively deflected, as will be described in detail below.
Die Partikel, die in dem Trägerstrom zwischen den beiden Trennlinien 24, 25 suspendiert sind, gelangen dagegen ohne eine externe Ablenkung selbständig in die Ausgangsleitung 22.The particles, which are suspended in the carrier flow between the two separating lines 24, 25, on the other hand, reach the output line 22 independently without external deflection.
Ferner strömen die in dem Trägerstrom unterhalb der Trennlinie 25 suspendierten Partikel selbständig in die Ausgangslei- tung 23, sofern diese Partikel nicht aktiv abgelenkt werden, wie noch detailliert beschrieben wird.Furthermore, the particles suspended in the carrier stream below the dividing line 25 flow independently into the outlet line 23, provided that these particles are not actively deflected, as will be described in detail below.
In dem Tragerstromkanal 17 befindet sich stromaufwärts zunächst eine Zentriereinrichtung 26, welche die in dem Träger- ström suspendierten Partikel 18, 19, 20 auf der Trennlinie 25 aufreiht und einer nachfolgenden Elektrodenanordnung 27 zuführt. Die Elektrodenanordnung 27 vereinigt die Funktion eines Feldkäfigs mit der Funktion einer Ablenkeinrichtung (engl. "switch") .In the carrier flow channel 17 there is initially a centering device 26 which lines up the particles 18, 19, 20 suspended in the carrier flow on the dividing line 25 and feeds them to a subsequent electrode arrangement 27. The electrode arrangement 27 combines the function of a field cage with the function of a deflection device ("switch").
Bei einer Ansteuerung als Feldkäfig kann die Elektrodenanordnung 27 die Partikel 18, 19 bzw. 20 fixieren, damit die Partikel 18, 19 bzw. 20 von einer Messstation untersucht werden, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Bei einer Ansteuerung als Partikelweiche bzw. Ablenkeinrichtung kann die Elektrodenanordnung 27 die Partikel 18, 19 bzw. 20 dagegen in Abhängigkeit von dem Ergebnis der vorangegange- nen Untersuchung in der Messstation entweder geradeaus weiter strömen lassen oder seitlich in den Teilstrom zwischen den beiden Trennlinien 24, 25 ablenken.When actuated as a field cage, the electrode arrangement 27 can fix the particles 18, 19 or 20 so that the particles 18, 19 or 20 are examined by a measuring station, which is not shown for the sake of simplicity. When actuated as a particle switch or deflection device, on the other hand, depending on the result of the previous examination, the electrode arrangement 27 can either let the particles 18, 19 or 20 flow straight on or laterally into the partial flow between the two dividing lines 24, 25 distract.
Stromabwärts hinter der Elektrodenanordnung 27 befindet sich eine weitere Zentriereinrichtung 28, die in dem Tragerstromkanal 17 außermittig angeordnet ist und die in den beiden Teilströmen beiderseits der Trennlinie 24 suspendierten Partikel auf der Trennlinie 24 aufreiht und einer weiteren E- lektrodenanordnung 29 zuführt, die wahlweise als Feldkäfig oder als Partikelweiche ansteuerbar ist.Downstream of the electrode arrangement 27 there is a further centering device 28 which is arranged off-center in the carrier flow channel 17 and which lines up the particles suspended in the two partial flows on both sides of the dividing line 24 on the dividing line 24 and feeds them to a further electrode arrangement 29, optionally as a field cage or can be controlled as a particle switch.
Bei einer Ansteuerung der Elektrodenanordnung 29 als Feldkäfig kann die Elektrodenanordnung 29 die Partikel 19 bzw. 20 fixieren, damit diese durch eine Messstation untersucht wer- den können, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.When the electrode arrangement 29 is activated as a field cage, the electrode arrangement 29 can fix the particles 19 or 20 so that they can be examined by a measuring station, which is not shown for the sake of simplicity.
Bei einer Ansteuerung als Partikelweiche kann die Elektrodenanordnung die Partikel wahlweise in den oberhalb der Trennlinie 24 befindlichen Teilstrom oder in den unterhalb der Trennlinie 24 befindlichen Teilstrom ablenken, damit die Partikel in die gewünschte Ausgangsleitung 21 bzw. 22 strömen. Die Ansteuerung der Elektrodenanordnung 29 als Partikelweiche zur Sortierung der Partikel auf die beiden Ausgangsleitungen 21, 22 erfolgt hierbei in Abhängigkeit von dem Ergebnis der vorangegangenen Untersuchung der nicht dargestellten Messstation.When activated as a particle switch, the electrode arrangement can either deflect the particles into the partial stream located above the dividing line 24 or into the partial stream located below the dividing line 24, so that the particles flow into the desired outlet line 21 or 22. The electrode arrangement 29 is activated as a particle switch for sorting the particles onto the two output lines 21, 22 in this case as a function of the result of the previous examination of the measuring station (not shown).
Die Elektrodenanordnungen 27, 29 können wie in Figur 9 in einer alternativen Ausführung zusätzlich die Funktion der Zent- riereinrichtung 26, 28 übernehmen, womit diese vorgelagerten Elemente entfallen können.As in FIG. 9, the electrode arrangements 27, 29 can additionally function as the center Riereinrichtung 26, 28 take over, with which these upstream elements can be omitted.
Figur 7 zeigt in einer Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems mit einem Tragerstromkanal 30 und zwei benachbarten Nebenstromkanälen 31, 32, wobei die beiden Nebenstromkanäle 31, 32 von dem Tragerstromkanal 30 durch jeweils eine Trennwand 33, 34 getrennt sind.FIG. 7 shows a side view of a further exemplary embodiment of a microfluidic system with a carrier flow channel 30 and two adjacent side flow channels 31, 32, the two side flow channels 31, 32 being separated from the carrier flow channel 30 by a partition wall 33, 34 in each case.
Über den Tragerstromkanal 30 werden dem mikrofluidischen System hierbei suspendierte Partikel 35, 36, 37 zugeführt, wobei sich die Partikel 35, 36, 37 unterscheiden und entsprechend auf die beiden Nebenstromkanäle 31, 32 oder auf den weiter- führenden Tragerstromkanal 30 verteilt werden.Suspended particles 35, 36, 37 are supplied to the microfluidic system via the carrier flow channel 30, the particles 35, 36, 37 differing and being correspondingly distributed over the two secondary flow channels 31, 32 or over the continuing carrier flow channel 30.
In dem Tragerstromkanal 30 befindet sich an dessen stromaufwärts gelegenen Ende zunächst eine Elektrodenanordnung 38, um die Partikel 35, 36, 37 in dem Tragerstromkanal 30 mittig aufzureihen.An electrode arrangement 38 is initially located in the carrier flow channel 30 at its upstream end in order to line up the particles 35, 36, 37 in the center in the carrier flow channel 30.
Stromabwärts hinter der Elektrodenanordnung 38 weisen die Trennwände 33, 34 jeweils einen Durchbruch auf, durch den die Partikel 36, 37 in die benachbarten Nebenstromkanäle 31, 32 abgelenkt werden können. Hierzu ist im Bereich der Durchbrüche eine Elektrodenanordnung angeordnet, die wahlweise als Feldkäfig oder als Partikelweiche ansteuerbar ist, wobei die gemeinsame Elektrodenanordnung aus acht Elektroden besteht, von denen hier nur vier Elektroden 39, 40, 41, 42 erkennbar sind.Downstream behind the electrode arrangement 38, the partition walls 33, 34 each have an opening through which the particles 36, 37 can be deflected into the adjacent bypass channels 31, 32. For this purpose, an electrode arrangement is arranged in the area of the openings, which can be controlled either as a field cage or as a particle switch, the common electrode arrangement consisting of eight electrodes, of which only four electrodes 39, 40, 41, 42 can be seen here.
Bei einer Ansteuerung der gemeinsamen Elektrodenanordnung als Feldkäfig können die Partikel 35, 36 bzw. 37 in dem Feldkäfig fixiert werden, um eine detaillierte Untersuchung durch eine Messstation zu ermöglichen, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.When the common electrode arrangement is actuated as a field cage, the particles 35, 36 and 37 can be fixed in the field cage in order to carry out a detailed examination by To enable measuring station, which is not shown for simplicity.
In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Untersuchung kann die gemeinsame Elektrodenanordnung dann als Partikelweiche angesteuert werden, um die Partikel 37 in den Nebenstromkanal 31 zu befördern und die Partikel 36 in den Nebenstromkanal 32 abzulenken.Depending on the result of this examination, the common electrode arrangement can then be actuated as a particle switch in order to convey the particles 37 into the bypass duct 31 and to deflect the particles 36 into the bypass duct 32.
Außerdem können wie in Figur 1 beschrieben die Partikel durch die Acht-Elektrodenanordnung auch in verschiedene Strömungspfade (in der gezeigten Ebene sowie davor bzw. dahinter) der Kanäle 30,31 und 32 gelenkt und damit bis zu 9 verschiedene fluidische Ausgänge (zur Fraktionierung) adressiert werden.In addition, as described in FIG. 1, the particles can also be directed into different flow paths (in the plane shown and in front or behind) of the channels 30, 31 and 32 by the eight-electrode arrangement and thus address up to 9 different fluidic outputs (for fractionation) become.
Das in Figur 8 dargestellte Ausführungsbeispiel eines mikrofluidischen Systems stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und für entsprechende Bauteile die selben Bezugszeichen verwendet werden.The exemplary embodiment of a microfluidic system shown in FIG. 8 largely corresponds to the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 4, so that to avoid repetition, reference is largely made to the above description and the same reference numerals are used for corresponding components.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Funktionen der Elektrodenanordnungen 3 und 7 in Figur 4 bei diesem Ausführungsbeispiel in einer einzigen Elektrodenanordnung 43 integriert sind, wobei die Elektrodenanordnung 43 wahlweise als Zentriereinrichtung (engl. "funnel"), als Feldkäfig (engl. "field cage") oder als Partikelweiche (engl. "switch") ansteuerbar ist.A special feature of this exemplary embodiment is that the functions of the electrode arrangements 3 and 7 in FIG. 4 in this exemplary embodiment are integrated in a single electrode arrangement 43, the electrode arrangement 43 optionally as a centering device ("funnel"), as a field cage (" field cage ") or as a particle switch.
Die Elektrodenanordnung 43 weist hierbei Elektroden auf, die in Strömungsrichtung aufeinander zulaufen, wobei die Endspitzen dieser Elektroden konvex, z.B. halbkreisförmig geformt sind. Mit Hilfe dieser besonderen Gestaltung kann die Elektrodenanordnung 43 auch Partikel haltern.The electrode arrangement 43 in this case has electrodes which converge towards one another in the direction of flow, the end tips of these electrodes being convex, for example semicircular in shape are. With the help of this special design, the electrode arrangement 43 can also hold particles.
Ferner zeigt Figur 9 eine schematische Darstellung einer gemeinsamen Elektrodenanordnung, die wahlweise als Zentriereinrichtung oder als Feldkäfig ansteuerbar ist. Hierzu weist die Elektrodenanordnung acht quaderförmig angeordnete Käfigelektroden auf, wobei in der Aufsicht nur vier Käfigelektroden 44, 45, 46, 47 erkennbar sind.Furthermore, FIG. 9 shows a schematic illustration of a common electrode arrangement, which can be controlled either as a centering device or as a field cage. For this purpose, the electrode arrangement has eight rectangular cage electrodes, only four cage electrodes 44, 45, 46, 47 being recognizable in the top view.
Weiterhin sind hierbei vier herkömmlich angeordnete Ablenkelektroden vorgesehen, wobei in der Aufsicht nur zwei Ablenkelektroden 48, 49 erkennbar sind.Furthermore, four conventionally arranged deflection electrodes are provided, only two deflection electrodes 48, 49 being visible in the top view.
Die stromaufwärts gelegenen Käfigelektroden 45, 47 sind hierbei mit jeweils einer der beiden Ablenkelektroden 48, 49 e- lektrisch verbunden und gemeinsam mit diesen ansteuerbar.The upstream cage electrodes 45, 47 are each electrically connected to one of the two deflection electrodes 48, 49 and can be controlled together with them.
Potentielle Ansteuermöglichkeiten für die in Figur 9 darge- stellte Elektrodenanordnung, insbesondere Rot, AC I und AC II Modus, sind in Tabelle 1 aufgeführt.Potential control options for the electrode arrangement shown in FIG. 9, in particular red, AC I and AC II mode, are listed in Table 1.
Rot und AC I Modus eignen sich sowohl zum Fangen der Partikel im Feldkäfig, als auch zum Aufreihen der Partikel. Wobei der Rot-Modus den Vorteil hat, dass er das Eintreten der Partikel in den Käfig wesentlich effektiver verhindert als der AC I Modus .Red and AC I mode are suitable both for catching the particles in the field cage and for lining up the particles. The red mode has the advantage that it prevents the particles from entering the cage much more effectively than the AC I mode.
In einer alternativen Ausführung der in Figur 9 dargestellten Elektrodenanordnung ist eine(s) der Elektroden (paare) 49, bzw. 48 an der stromabwärtsliegenden Spitze verlängert und als Haken (hook) über die Zentrallinie ausgeführt. Das andere Elektrodenpaar ist stromaufwärts versetzt oder kann in einer weiteren möglichen Ausführungsform auch entfallen. Damit lässt sich zusätzlich in den Modi Rot und AC I ein Zwischen- speichern der Partikel vor dem eigentlichen Käfig realisieren.In an alternative embodiment of the electrode arrangement shown in FIG. 9, one of the electrodes (pairs) 49 or 48 is extended at the downstream tip and is designed as a hook over the central line. The other pair of electrodes is offset upstream or can also be omitted in a further possible embodiment. In addition, in the red and AC I modes, an intermediate Realize storing the particles in front of the actual cage.
Der AC II Modus zeichnet sich durch ein besonders stabiles Halten (ohne Rotation) der Partikel aus und ist damit für hochauflösende Messungen besonders geeignet.The AC II mode is characterized by a particularly stable holding (without rotation) of the particles and is therefore particularly suitable for high-resolution measurements.
Um in diesem Modus ein Vorhalten der Partikel zu Realisieren ist folgende Anordnung zu verwenden: Je eine Elektrode des beschriebenen Paars Elektroden (48, 49) ist in verschiedenen Ebenen hakenförmigen verlängert ausgeführt. Damit wird in den Modi Rot und AC II eine Hakenfunktion sichergestellt. Falls auf die Aufreihfunktion verzichtet werden kann, so ist in dieser Ausführungsform die kürzere gerade Gegenelektrode (48,49) entbehrlich.In order to implement a provision of the particles in this mode, the following arrangement must be used: one electrode each of the described pair of electrodes (48, 49) is elongated in hook-like manner in different planes. This ensures a hook function in the Red and AC II modes. If the line-up function can be dispensed with, the shorter straight counter electrode (48, 49) can be dispensed with in this embodiment.
Schließlich zeigt Figur 10 eine schematische Darstellung der geometrischen Anordnung von acht Käfigelektroden 50, 50', 51, 51', 52, 52', 53, 53', wobei die Strömungsrichtung hierbei in Y-Richtung verläuft.Finally, FIG. 10 shows a schematic representation of the geometric arrangement of eight cage electrodes 50, 50 ', 51, 51', 52, 52 ', 53, 53', the flow direction running in the Y direction.
Die elektrische Ansteuerung der einzelnen Käfigelektroden 50, 50', 51, 51', 52, 52', 53, 53' ist beispielsweise in der bereits eingangs erwähnten Veröffentlichung von MÜLLER, T. et al . : "A 3-D microelectrode System for handling and caging single cells and particles" beschrieben, deren Inhalt der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ,ist . Um einen gefangenen Partikel in Y-Richtung zu _e tlassen, werden die Käfigelektroden 52, 52', 53, 53' hinr/eichend ge- schwächt, was beispielsweise durch Ausschalten dieser Käfigelektroden erfolgen kann. Analoges gilt für die X- bzw. Y- Richtung. Eine Schwächung der Elektroden 52, 52' führt zu einem Entweichen des gefangenen Partikels in XY-Richtung (1, 1, O-Richtung) . Wird dagegen nur die Elektrode 52' ge- schwächt, so verlässt der gefangene Partikel den Feldkäfig in 1, 1, 1-Richtung. Ein besonders schnelles Partikelentweichen (Katapultmodus) kann dadurch erreicht werden, dass an mindestens einer weiteren Elektrode (z.B. der gegenüberliegenden Elektrode) die Spannung erhöht und/oder die Phasenlage geändert wird.The electrical control of the individual cage electrodes 50, 50 ', 51, 51', 52, 52 ', 53, 53' is described, for example, in the publication by MÜLLER, T. et al. : "A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles" described, the content of which is fully to be attributed to the present description. In order to let a trapped particle in the Y direction, the cage electrodes 52, 52 ', 53, 53' are weakened sufficiently, which can be done, for example, by switching these cage electrodes off. The same applies to the X or Y direction. A weakening of the electrodes 52, 52 'leads to the escape of the captured particle in the XY direction (1, 1, O direction). If, on the other hand, only the electrode 52 'is weakens, the captured particle leaves the field cage in the 1, 1, 1 direction. A particularly rapid particle escape (catapult mode) can be achieved by increasing the voltage on at least one further electrode (for example the opposite electrode) and / or changing the phase position.
In analoger Weise kann ein Partikel auch in definierter Weise in den Käfig hereingelassen werden, bzw. definierte Trajekto- rien durchlaufen, womit sich auch Weichenfunktionen des Käfigs realisieren lassen. Exemplarisch wird dieses im Folgenden beschrieben. Die aus MÜLLER, T. et al.: "A 3-D microe- lectrode System for handling and caging Single cells and particles", bekannten Ansteuerarten umfassen Rotations- und AC-Feld-Modi, welche in Tabelle 1 mit Bezug auf die Elektrodenbezeichnungen in Figur 10 wiedergegeben sind. Diese Modi können Partikel im Käfig fangen und in definierte Richtung entlassen, wie oben beschrieben. Desweiteren werden exemplarisch Weichenmodi angegeben, die Partikel, die aus der y-Richtung anströmen, in die xy-Richtung bzw. xy-Richtung auslenken.In an analogous manner, a particle can also be let into the cage in a defined manner, or run through defined trajectories, with which switch functions of the cage can also be realized. This is described as an example below. The control types known from MÜLLER, T. et al .: “A 3-D microelectrode system for handling and caging single cells and particles” include rotation and AC field modes, which are shown in Table 1 with reference to the electrode designations are shown in Figure 10. These modes can trap particles in the cage and release them in a defined direction, as described above. Furthermore, switch modes are given as examples, which deflect particles that flow in from the y direction into the xy direction or xy direction.
Tabelle 1: Beispielhafte Phasenlagen für Ansteuermodi eines OktodenfeldkäfigsTable 1: Exemplary phase positions for control modes of an octode field cage
Figure imgf000030_0001
Schließlich zeigt Figur 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems, wobei in Pfeilrichtung ein Trägerstrom mit darin suspendierten Partikel strömt.
Figure imgf000030_0001
Finally, FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of a microfluidic system according to the invention, a carrier stream with particles suspended therein flowing in the direction of the arrow.
Im stromaufwärts gelegenen Bereich des mikrofluidischen Systems sind zunächst mehrere trichterförmig angeordnetren Elektroden 54, 55 angeordnet, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel auf einer Mittellinie 56 zentrieren.In the upstream region of the microfluidic system, several funnel-shaped electrodes 54, 55 are initially arranged, which center the particles suspended in the carrier flow on a center line 56.
Stromabwärts hinter den Elektroden 54, 55 befindet sich eine Elektrodenanordnung 57, die zum Fangen der Partikel und zum schnellen Schalten in zwei Strömungspfade dient. Die Elektrodenanordnung 57 weist an ihrem stromaufwärts gelegenen Ende einen Feldkäfig auf, der aus mehreren Elektroden 58-61 besteht. Weiterhin weist die Elektrodenanordnung 57 beiderseits der Mittellinie 56 mehrere Ablenkelektroden 62, 63 auf, welche die Partikel bei einer entsprechenden Ansteuerung in einen von zwei Strömungspfaden ablenken. Die Ablenkelektroden 62, 63 sind hierbei galvanisch mit den Elektroden 58, 61 des Feldkäfigs verbunden.Downstream of the electrodes 54, 55 there is an electrode arrangement 57, which is used to capture the particles and to switch quickly in two flow paths. The electrode arrangement 57 has at its upstream end a field cage which consists of a plurality of electrodes 58-61. Furthermore, the electrode arrangement 57 has a plurality of deflection electrodes 62, 63 on both sides of the center line 56, which deflect the particles into one of two flow paths when appropriately controlled. The deflection electrodes 62, 63 are in this case galvanically connected to the electrodes 58, 61 of the field cage.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Bezugszeichenliste : ι Tragerstromkanal 44 KäfigelektrodeThe invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection. Reference symbol list: ι carrier current channel 44 cage electrode
2 Partikel 45 Käfigelektrode 3 Elektrodenanordnung 46 Käfigelektrode 4 Elektrodenanordnung 47 Käfigelektrode 5 Ausgangsleitung 48 Ablenkelektrode 6 Ausgangsleitung 49 Ablenkelektrode 7 Elektrodenanordnung 50, 50' Käfigelektrode Messstation 51, 51' Käfigelektrode2 particles 45 cage electrode 3 electrode arrangement 46 cage electrode 4 electrode arrangement 47 cage electrode 5 output line 48 deflection electrode 6 output line 49 deflection electrode 7 electrode arrangement 50, 50 'cage electrode measuring station 51, 51' cage electrode
9 Messstation 52, 52' Käfigelektrode9 measuring station 52, 52 'cage electrode
10 Elektrodenanordnung 53, 53' Käfigelektrode10 electrode arrangement 53, 53 'cage electrode
11 HüllStromleitung 54, 55 Elektroden11 Envelope power line 54, 55 electrodes
12 HüllStromleitung 56 Mittellinie12 Envelope power line 56 center line
13 Pfeilelektrode 57 Elektrodenanordnung13 arrow electrode 57 electrode arrangement
14 Trennlinie 58-61 Elektroden14 dividing line 58-61 electrodes
15 Partikel 62, 63 Ablenkelektroden15 particles 62, 63 deflection electrodes
16 Partikel16 particles
17 Tragerstromkanal17 carrier current channel
18 Partikel18 particles
19 Partikel19 particles
20 Partikel20 particles
21 Ausgangsleitung21 output line
22 Ausgangsleitung22 output line
23 Ausgangsleitung23 output line
24 Trennlinie24 dividing line
25 Trennlinie25 dividing line
26 Zentriereinrichtung26 centering device
27 Elektrodenanordnung27 electrode arrangement
28 Zentriereinrichtung28 centering device
29 Elektrodenanordnung29 electrode arrangement
30 Tragerstromkanal30 carrier current channel
31 Nebenstromkanal31 bypass duct
32 Nebenstromkanal32 bypass duct
33 Trennwand33 partition
34 Trennwand34 partition
35 Partikel35 particles
36 Partikel36 particles
37 Partikel37 particles
38 Elektrodneanordnung38 Electrode arrangement
39 Elektrode39 electrode
40 Elektrode40 electrode
41 Elektrode41 electrode
42 Elektrode42 electrode
43 Elektrodenanordnung 43 electrode arrangement

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Mikrofluidisches System, insbesondere in einem Partikelsortierer, mit1. Microfluidic system, especially in a particle sorter, with
- mindestens einem Tragerstromkanal (1) zur Zuführung eines Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln (2) , - einer in dem Tragerstromkanal (1) angeordneten ersten Manipulationseinrichtung zur Manipulation der in dem Trägerstrom suspendierten Partikel (2),- at least one carrier flow channel (1) for supplying a carrier stream with particles (2) suspended therein, - a first manipulation device arranged in the carrier flow channel (1) for manipulating the particles (2) suspended in the carrier stream,
- einer in dem Tragerstromkanal (1) angeordneten zweiten Manipulationseinrichtung zur Manipulation der in dem Träger- ström suspendierten Partikel (2) , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Manipulationseinrichtung und die zweite Manipulationseinrichtung eine gemeinsame Elektrodenanordnung (7) aufweisen.- A second manipulation device arranged in the carrier flow channel (1) for manipulating the particles (2) suspended in the carrier flow, characterized in that the first manipulation device and the second manipulation device have a common electrode arrangement (7).
2. Mikrofluidisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung zusätzlich eine dritte Manipulationseinrichtung bildet.2. Microfluidic system according to claim 1, characterized in that the common electrode arrangement additionally forms a third manipulation device.
3. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden3. Microfluidic system according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung (7) mindestens eine Elektrode aufweist, die sowohl Bestandteil der ersten Manipulationseinrichtung als auch Bestandteil der zweiten Manipulationseinrichtung ist.Claims, characterized in that the common electrode arrangement (7) has at least one electrode which is both part of the first manipulation device and part of the second manipulation device.
4. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Manipulationseinrichtung ein Feldkäfig ist, der die Partikel (2) fixiert . 4. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the first manipulation device is a field cage which fixes the particles (2).
5. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Manipulationseinrichtung eine Partikelweiche ist.5. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the second manipulation device is a particle filter.
6. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite oder die dritte Manipulationseinrichtung eine Zentriereinrichtung ist, welche die Partikel in dem Tragerstromkanal zentriert.6. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the second or the third manipulation device is a centering device which centers the particles in the carrier flow channel.
7. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragerstromkanal (1) in einem Verzweigungsbereich in mehrere Ausgangsleitungen (5, 6) verzweigt.7. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier flow channel (1) branches into a plurality of output lines (5, 6) in a branching area.
8. Mikrofluidisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Elektrodenanordnung (7) vor oder in dem Verzweigungsbereich angeordnet ist.8. Microfluidic system according to claim 7, characterized in that the common electrode arrangement (7) is arranged in front of or in the branching area.
9. -Mikrofluidisches System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tragerstromkanal eine Trennlinie (14) verläuft, wobei die auf der einen Seite der Trennlinie (14) befindlichen Partikel (15) ohne eine Ansteuerung der Partikelweiche (7) in die eine Ausgangsleitung (5) strömen, während die auf der anderen Seite der Trennlinie (14) befindlichen Partikel (16) ohne eine Ansteuerung der Partikelweiche (7) in die andere Ausgangsleitung (6) strömen.9. -Microfluidic system according to claim 7 or 8, characterized in that a separating line (14) runs in the carrier flow channel, the particles (15) located on one side of the separating line (14) without activating the particle switch (7) in which flow an output line (5), while the particles (16) located on the other side of the dividing line (14) flow into the other output line (6) without activating the particle switch (7).
10. Mikrofluidisches System nach Anspruch 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Partikelweiche (7) im Wesentlichen auf der Trennfläche (14) angeordnet ist. 10. Microfluidic system according to claim 9, characterized in that the particle switch (7) is arranged essentially on the separating surface (14).
11. Mikrofluidisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelweiche seitlich neben der Trennlinie angeordnet ist.11. Microfluidic system according to claim 9, characterized in that the particle switch is arranged laterally next to the dividing line.
12. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Tragerstromkanal (30) mindestens ein Nebenstromkanal (31, 32) verläuft, der von dem Tragerstromkanal (30) durch eine Trennwand (33, 34) getrennt ist, wobei sich in der Trennwand (33, 34) ein Durchbruch befindet, in dem die Partikelweiche (39-42) angeordnet ist.12. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the carrier flow channel (30) at least one secondary flow channel (31, 32) runs, which is separated from the carrier flow channel (30) by a partition (33, 34), wherein there is an opening in the partition (33, 34) in which the particle separator (39-42) is arranged.
13. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanord- nung (7) mindestens eine pfeilförmige Elektrode (13) und mehrere Ablenkelektroden aufweist, wobei die pfeilförmige Elektrode (13) entgegen der Strömungsrichtung des Trägerstroms ausgerichtet ist, während die Ablenkelektroden stromaufwärts vor der pfeilförmigen Elektrode (13) angeordnet sind und an die pfeilförmige Elektrode (13) angrenzen.13. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode arrangement (7) has at least one arrow-shaped electrode (13) and a plurality of deflection electrodes, the arrow-shaped electrode (13) being oriented counter to the flow direction of the carrier current, while the Deflection electrodes are arranged upstream of the arrow-shaped electrode (13) and adjoin the arrow-shaped electrode (13).
14. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (7) vier, sechs oder acht getrennt ansteuerbare Elektro- den aufweist.14. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode arrangement (7) has four, six or eight separately controllable electrodes.
15. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldkäfig acht Elektroden (44-47) aufweist, während die Zentriereinheit (48, 49) vier Elektroden aufweist, wobei die vier stromaufwärts gelegenen Elektroden (45, 46) des Feldkäfigs elektrisch mit jeweils einer der Elektroden (48, 49) der Zentriereinheit verbunden sind. 15. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized in that the field cage has eight electrodes (44-47), while the centering unit (48, 49) has four electrodes, the four upstream electrodes (45, 46) of the field cage are electrically connected to one of the electrodes (48, 49) of the centering unit.
16. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Messstation (8), welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel (2) stromaufwärts vor der gemeinsamen Elektrodenanordnung (7) im strömenden Zustand untersucht.16. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized by a first measuring station (8) which examines the suspended particles in the carrier stream (2) upstream in front of the common electrode arrangement (7) in the flowing state.
17. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Messstation (9), welche die in dem Feldkäfig fixierten Partikel (2) unter- sucht.17. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized by a second measuring station (9) which examines the particles (2) fixed in the field cage.
18. Mikrofluidisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit zur Ansteuerung der gemeinsamen Elektrodenanordnung, wobei die Steuereinheit eingangsseitig mit der ersten Messstation und/oder der zweiten Messstation verbunden ist und die gemeinsame Elektrodenanordnung in Abhängigkeit von der Untersuchung in der ersten Messstation und/oder der zweiten Messstation ansteuert .18. Microfluidic system according to one of the preceding claims, characterized by a control unit for controlling the common electrode arrangement, the control unit being connected on the input side to the first measuring station and / or the second measuring station and the common electrode arrangement depending on the examination in the first measuring station and / or controls the second measuring station.
19. Partikelsortierer mit einem mikrofluidischen System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.19. Particle sorter with a microfluidic system according to one of the preceding claims.
20. Ansteuerungsverfahren für eine Elektrodenanordnung (7), die in einem Tragerstromkanal (1) eines mikrofluidischen Systems angeordnet ist, wobei in dem Tragerstromkanal (1) ein Trägerstrom mit darin suspendierten Partikeln (2) strömt, während die Elektrodenanordnung (7) so elektrisch angesteuert wird, dass die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel (2) von der Elektrodenanordnung (7) einer ersten Manipulation unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (7) wahlweise zur Durchführung der ersten Manipula- tion an den Partikeln (2) oder zur Durchführung einer zweiten Manipulation an den Partikeln (2) angesteuert wird.20. Control method for an electrode arrangement (7) which is arranged in a carrier current channel (1) of a microfluidic system, a carrier current with particles (2) suspended therein flowing in the carrier current channel (1), while the electrode arrangement (7) is thus electrically controlled is that the particles (2) suspended in the carrier stream are subjected to a first manipulation by the electrode arrangement (7), characterized in that the electrode arrangement (7) is optionally used to carry out the first manipulation tion on the particles (2) or to carry out a second manipulation on the particles (2).
21. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekenn- zeichnet, dass die erste Manipulation eine Fixierung der suspendierten Partikel (2) umfasst, während die zweite Manipulation eine Sortierung der suspendierten Partikel (2) umfasst.21. Control method according to claim 20, characterized in that the first manipulation comprises fixing the suspended particles (2), while the second manipulation comprises sorting the suspended particles (2).
22. Ansteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel (2) untersucht werden.22. Control method according to one of claims 20 to 21, characterized in that the particles (2) suspended in the carrier stream are examined.
23. Ansteuerungsverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (7) in Abhängigkeit von der Untersuchung der Partikel (2) zur Durchführung der ersten Manipulation und/oder der zweiten Manipulation angesteuert wird.23. Control method according to claim 22, characterized in that the electrode arrangement (7) is controlled as a function of the examination of the particles (2) for carrying out the first manipulation and / or the second manipulation.
24. Verwendung eines mikrofluidischen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Untersuchung und/oder Sortierung von Partikeln, insbesondere von biologischen Zellen. - -k -k ~k -k 24. Use of a microfluidic system according to one of claims 1 to 18 for examining and / or sorting particles, in particular biological cells. - -k -k ~ k -k
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