用于分析试样材料的微流体的设备以及用于运行微流体的设备的方法与流程

本发明基于根据独立权利要求的前序部分所述的一种用于分析试样材料的微流体的设备以及一种用于运行微流体的设备的方法。本发明的主题也是一种计算机程序。

背景技术：

1、微流体的分析系统、所谓的芯片实验室、缩写为locs允许自动化地、可靠地、快速地、紧凑地、且成本低廉地处理患者试样，以用于医用诊断。通过组合用于受控制地操纵流体的各种操作，能够在也能被称为微流体的分析设备的芯片实验室盒中执行复杂的分子诊断的测试流程。芯片实验室盒例如能够在使用批量生产工艺、如例如注射成型、冲压或激光透射焊接的情况下成本低廉地由聚合物制成。在配属的分析仪器中对芯片实验室盒进行处理。已知不同类型的微流体的分析系统。

技术实现思路

1、在这种背景下，利用这里所介绍的方案介绍了按照主权利要求所述的一种用于分析试样材料的微流体的设备、以及一种用于运行微流体的设备的方法、此外一种使用该方法的控制器、以及最后一种对应的计算机程序。通过从属权利要求中所列举的措施能够实现独立权利要求中所规定的设备的有利的改进方案和改善方案。

2、通常，基于压力的微流体的分析设备具备多个有源的微流体的元件、如阀和泵腔室，它们在由微流体的通道构成的合适的网络中与彼此连接。又通过微流体的设备内的气动的微型通道来对有源的微流体的元件进行气动地操控，通过微流体的分析设备的相对于能同时充当处理单元的分析仪器的尽可能紧凑地设计的接口，该气动的微型通道能够加载有过压或负压，以便通过弹性膜片的对应的偏转来引起对微流体的元件的促动。在这类微流体的分析设备的设计中，于是尤其提出了关于元件的特别有利的布置方式以及微流体的网络的设计方案的问题，以便能够以特别有利的方式利用微流体的设备来应对预先给定的应用范围。这里所介绍的微流体的设备提供了下述微流体的网络的特别有利的设计方案，该微流体的网络具有用于处理试样液体的有源的、能气动地操控的元件。在此，能够以有利的方式使对于执行测试流程所需的试剂的消耗最小化，其中，在微流体的处理中能够同时实现特别高的可靠性。

3、介绍了一种用于分析试样材料的微流体的设备，其中，设备具有微流体的网络，其中，网络包括：用于提取和因此纯化(aufreinigen)试样材料的第一子网络、以及通过连接通道与第一子网络连接的第二子网络，该第二子网络用于复制和因此扩增试样材料，其中，第一子网络和第二子网络能够与彼此分隔。

4、微流体的设备例如能够是作为基于压力的微流体的分析系统的组成部件的芯片实验室盒。在此，微流体的分析设备内的液体运输能够通过施加主要气动的压力来实现。例如源于被输入到微流体的设备中的试样物质且能够在微流体的设备内被处理的试样材料例如能够是试样液体。在此，“试样物质”能够理解为能够输入到盒中的试样、例如液态试样或拭子试样。反之，试样材料尤其也仅能够是试样物质的组成部分，该组成部分从试样物质中例如通过提取来得到。这种试样液体例如能够是含水的溶液，例如从例如人体来源、如体液、拭子、分泌物、唾液、组织试样的生物物质、或者具有所结合的试样材料的设备中得到。在试样液体中例如能够存在医用的、临床的、诊断的或治疗相关的物质、如例如细菌、病毒、细胞、循环肿瘤细胞、无细胞的dna、蛋白质或者其他生物标志物、或者尤其来自所提及的对象的组成部分。试样液体例如能够是主混物或其组成部分，例如用于在微流体的分析设备中执行至少一个扩增反应、例如用于分子层面上的dna检验、如例如等温扩增反应或聚合酶链反应。在此，在设备中例如能够从所输入的试样物质、例如液态试样或拭子试样中首先提取出试样材料。也就是说，能够执行对试样材料的纯化，以便能够实现随后对试样物质的组成部分进行扩增。纯化是特别有利的，因为原始的试样物质可能包含将会不利地影响扩增反应的组成部分、所谓的抑制剂。在随后的扩增反应中，能够仅对原始的试样物质的组成部分、如例如特定的dna碱基序列进行扩增、也就是说复制。通过局部地施加过压或负压，例如能够将作为微流体的设备的组成部件的弹性膜片有针对性地偏转到微流体的设备中的凹缺中，以便以这种方式将液体吸入到凹缺中或者从该凹缺中挤出。在此，通过弹性膜片能够同时在一方面设备的微流体的、引导液体的区域以及另一方面气动区域和外部周围环境之间实现分隔。依赖于引导液体的区域中的凹缺的大小、以及在膜片偏转到该区域中时与之关联的排出体积，例如能够存在具有大的排出体积的微流体的泵腔室，以用于在设备中明显地产生流量，或者存在具有小的排出体积的微流体的阀，以用于明显地控制设备中的流量。通过来自总共至少三个微流体的泵腔室和作为附加方案或替代方案的阀的组合，能够通过对元件的逐步的促动来在微流体的设备中产生定向的流量。泵腔室例如能够与两个包围的阀、也就是说进入阀和出口阀相组合，以便实现定向的液体运输。此外，例如也能够将具有类似的排出体积的三个相同类型的元件与彼此组合起来，以便通过一系列的、逐步的促动来引起蠕动式的液体运输。

5、在此，这里所介绍的设备以有利的方式具有以能微流体地分隔的子网络的形式来对能由微流体的设备所提供的不同的功能性进行划分。在此，“子网络”能够理解为多个与彼此连接的微流体的元件。“微流体的元件”能够如上面所提到的那样是无源的元件、如腔室，或者是能促动的元件、如泵腔室、泵或阀。优选子网络包括至少两个、优选超过两个与彼此在流体方面连接的微流体的元件。两个能与彼此分隔的子网络尤其指的是，两个子网络布置在两个在位置上与彼此分隔的区域中，并且在一种优选设计方案中能够通过平面截面来与彼此分隔。作为替代方案或附加方案，“两个能与彼此分隔的子网络”能够理解为，两个子网络通过一个或多个通道、优选仅通过一个通道来与彼此连接，其中，一个或多个通道优选能够通过至少一个流体的分隔元件、如例如阀来在流体方面与彼此分隔。

6、基于能分隔的子网络，以有利的方式能够实现对微流体的元件的多重控制，这些微流体的元件能够配属于不同的子网络。此外，在单独的子网络中对纯化和扩增的执行进行分隔能够实现降低冲洗步骤(spülschritten)的数量并且阻止不同的流程步骤之间的不希望的微流体的串扰(quersprechen)。

7、按照一种实施方式，第一子网络和第二子网络能够布置在线性拓扑结构中。“线性拓扑结构”能够尤其理解为，子网络线性地或者成一排地布置。通过线性的网络拓扑结构，在执行测试流程时在微流体的分析设备内可能出现的死体积能够表现得特别小。以这种有利的方式，能够降低用于在微流体的设备内执行测试流程所需要的试剂量。

8、按照一种另外的实施方式，第一子网络以及作为附加方案或替代方案第二子网络能够具有多个能在流体方面与彼此分隔的功能模块。每个功能模块例如能够满足纯化过程或分析过程内的特定的目的，并且为此具有可变的数量的各个元件、如例如阀、泵腔室、或储存腔室。在此，各个功能模块例如能够借助于分隔阀来与彼此分隔。此外，在一种优选的设计方案中，功能模块中的至少一些功能模块能够布置在线性拓扑结构中。能够在纯化过程和分析过程期间例如逐步地操控功能模块，以便例如首先从试样物质中提取出物质，并且能够实现在所介绍的微流体的分析设备的分隔的区域中随后检验物质或其组成部分。以有利的方式，由此能够阻止可能的串扰、也就是说不同的液体溶液的不希望的混合，该串扰通常由于多次使用微流体的网络的特定的区域而可能出现。以这种方式，能够提高在微流体的分析设备内运行的化学反应的效率，并且提高在检验时能够实现的灵敏性。

9、按照另外的实施方式，设备能够具有用于施加压力的操控接头，其中，操控接头能够通过第一操控通道来与第一子网络的功能模块的元件连接，并且通过第二操控通道来与第二子网络的功能模块的元件连接。元件例如能够是阀、或泵腔室、或设备的其他微流体的元件。在也能被称为端口或控制端口的操控接头处例如能够施加过压或负压，以便操控子网络的功能模块的元件。以这种有利的方式，能够通过共同的操控通道来联接分别属于不同的功能模块的多个有源的元件。换句话说，在操控时于是能够实现多路技术。通过在操控有源的微流体的元件时的多路技术，以有利的方式能够降低对于操控预先给定的微流体的网络所需要的控制端口的数量。以这种方式能够降低对于分析仪器、也就是说尤其处理单元而言产生的成本。此外，通过在操控有源的微流体的元件时的多路技术，能够在预先给定的数量的控制端口的情况下实现具有提高的功能范围的微流体的网络。以这种方式，能够扩展这类微流体的分析设备所应对的应用范围。

10、按照另外的实施方式，第一子网络能够包括：用于提供液体试剂的第一功能模块；以及作为附加方案或替代方案用于输入试样物质的第二功能模块；以及作为附加方案或替代方案用于过滤试样材料的第三功能模块；以及作为附加方案或替代方案用于存储液体的第四功能模块；以及作为附加方案或替代方案用于在功能模块之间建立流体运输的泵模块；并且作为附加方案或替代方案，第二子网络包括：用于扩增试样材料的至少一个第一功能模块；以及作为附加方案或替代方案用于提供至少一个扩增反应珠(amplifikationsreaktions-bead)的第二功能模块。第一子网络的功能模块例如能够逐步地使用用于纯化或者说提取试样材料。在此，第一功能模块例如能够提供液体试剂，试样材料例如能够溶解在该液体试剂中、并且作为附加方案或替代方案在设备内被运输。能够将例如呈试样液体或拭子试样的形式的试样物质输入到第二功能模块中，并且必要时由承载元件、如例如取样设备来溶解。在使用第三功能模块的情况下，例如能够从试样物质中过滤掉特定的物质，从而在另外的过程中能够仅进一步运输试样材料的有待分析的部分。在第四功能模块中例如能够存储或中间储存例如在对试样物质的纯化期间产生的液体。在此，借助于泵模块能够在不同的功能模块之间、并且作为附加方案或替代方案在子网络之间建立液体运输。在第一子网络的功能模块中纯化试样物质之后，于是例如能够将富含有试样材料的流体通过连接通道从第一子网络运输到第二子网络中。这里例如能够在第一功能模块中复制或者说扩增试样材料，而例如在第二功能模块中能够提供所谓的扩增反应珠。以有利的方式，因此能够降低对于在微流体的设备内执行测试流程所必需的冲洗步骤的数量。以这种方式，能够缩短对于执行测试流程所需的时间。

11、按照另外的实施方式，第一子网络的第四功能模块与第二子网络的第一功能模块能够通过连接通道在流体方面连接。例如能够将在纯化试样物质时产生的液体存储在第一子网络的第四功能模块中。在使用连接通道的情况下能够将具有试样材料的液体转移到第二子网络的第一功能模块中，并且随后能够扩增试样材料。以有利的方式，通过两个功能模块的唯一的连接能够简化各个功能模块以及子网络与彼此的分隔，并且能够阻止不同的流程步骤之间的串扰、也就是说在执行测试流程期间所使用的不同的液体溶液的不期望的混合。

12、按照另外的实施方式，第一子网络的第四功能模块能够具有用于关闭连接通道的第一截止阀，并且作为附加方案或替代方案，第二子网络的第一功能模块能够具有用于关闭连接通道的第二截止阀。在第一子网络内处理试样材料期间，第一截止阀例如能够保持关闭。这具有的优点是，能够阻止在第一子网络中所使用的转移流体连同试样材料不希望地提前进入到第二子网络中。同样地，在运输到所述其中两个截止阀都能够打开的第二子网络中之后，第二截止阀的关闭以有利的方式阻止了具有试样材料的转移流体回流到第一子网络中。

13、按照另外的实施方式，设备能够包括用于施加压力的阀操控接头，其中，能够借助于阀操控接头来控制第一截止阀和第二截止阀。例如能够借助于阀操控接头来同时关闭或打开第一截止阀和第二截止阀，以便能够实现或阻止设备的第一子网络与第二子网络之间的流体转移。通过共同操控，以有利的方式能够降低对于设备的处理而言所需的操控元件的数量，并且因此能够降低系统的成本。

14、按照另外的实施方式，第一子网络的第四功能模块能够构造用于输出试样材料。如果例如在设备中仅执行对试样材料的纯化和提取，则能够例如在执行提取之后又从微流体的设备中移除试样材料，而该试样材料不会转移到第二子网络中。为此，第四功能模块例如能够包括用于输出试样材料的输出装置。以有利的方式，设备由此能够使用用于不同的分析过程。

15、按照另外的实施方式，能够第一子网络具有用于输入试样物质的附加的第二功能模块。通过设备的线性的网络拓扑结构，例如能够实现多个试样输入腔室，其中，这些试样输入腔室能够以相同的方式使用用于在设备的微流体的网络中对被输入到试样输入腔室中的至少一个试样输入腔室中的试样物质进行的随后微流体的处理。在此，第一试样输入腔室例如能够专门设计用于输入呈经优化的形式的液态试样，而第二试样输入腔室例如能够专门设计用于输入拭子试样、也就是说具有所结合的试样材料的取样设备。以这种有利的方式，微流体的分析设备能够使用用于以普遍适用的方式来研究不同的试样物质。

16、按照另外的实施方式，设备能够包括用于施加压力的至少一个另外的操控接头，其中，另外的操控接头能够通过另外的操控通道来与第一子网络的功能模块的元件或者与第二子网络的功能模块的元件连接。微流体的设备例如能够包括多个操控接头，其中，一些操控接头能够构造用于，操控不同的功能模块的多个元件，而其他操控接头能够使用用于操控功能模块的特定的元件。以有利的方式，能够实现对功能模块的所有元件的精确的操控。

17、此外，介绍了一种用于运行前述所介绍的微流体的设备的变型方案的方法，其中，该方法包括：在使用第一子网络的情况下提取试样材料的步骤；将试样材料从第一子网络转移到第二子网络中的步骤；以及在使用第二子网络的情况下扩增试样材料的步骤。

18、按照一种实施方式，提取的步骤能够具有：混合的子步骤；以及作为附加方案或替代方案，分离的子步骤；以及作为附加方案或替代方案，裂解的子步骤；以及作为附加方案或替代方案，过滤的子步骤；以及作为附加方案或替代方案，冲洗(spülen)的子步骤。作为附加方案或替代方案，转移的步骤能够具有洗脱(eluieren)的子步骤，并且作为附加方案或替代方案，扩增的步骤能够具有：溶解的子步骤；以及作为附加方案或替代方案，复制的子步骤；以及作为附加方案或替代方案，检测的子步骤。

19、该方法例如能够以软件或硬件或者以由软件和硬件构成的混合形式例如在控制器中实现。

20、这里所介绍的方案此外实现了一种控制器，该控制器构造用于，在对应的装置中执行、操控或者说实现这里所介绍的方法的变型方案的步骤。通过本发明的呈控制器的形式的这种设计变型方案，也能够快速且高效地实现本发明所基于的目的。

21、为此，控制器能够具有：用于处理信号或数据至少一个计算单元；用于存储信号或数据的至少一个存储器单元；相对于传感器或执行器的至少一个接口，以用于从传感器中读入传感器信号或者用于将控制信号输出到执行器处；和/或用于读入或输出嵌入到通信协议中的数据的至少一个通信接口。计算单元例如能够是信号处理器、微控制器等，其中，存储器单元能够是闪存存储器、eeprom或磁性存储器单元。通信接口能够构造用于，无线地和/或有线地读入或输出数据，其中，能读入或输出有线数据的通信接口例如能够从相应的数据传输线路中以电的方式或以光的方式读入该数据，或者将其输出到对应的数据传输线路中。

22、“控制器”在本文中能够理解为下述电器具，该电器具处理传感器信号并且根据该传感器信号来输出控制信号和/或数据信号。控制器能够具有接口，该接口能够按照硬件地和/或按照软件地构造。在按照硬件的构造方案的情况下，接口例如能够是包含控制器的各种功能的所谓的系统专用集成电路(asic)的一部分。然而也可行的是，接口是独立的集成开关电路或者至少部分地由分立构件元件构成。在按照软件的构造方案的情况下，接口能够是软件模块，该软件模块例如在微控制器上存在于其他软件模块附近。

23、一种具有下述程序代码的计算机程序产品或计算机程序也是有利的，该程序代码能够存储在机器可读的载体或存储介质、如半导体存储器、硬盘驱动或光学存储器上，并且尤其当在计算机或设备上实施程序产品或程序时，该程序代码使用用于执行、实现和/或操控根据前面所描述的实施方式之一的方法的步骤。