側(cè)向穿流的色譜元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微流體的色譜元件，其中，所有的組成部分布置在一個平面中，并且移動相側(cè)向地穿流固定相。
【專利說明】側(cè)向穿流的色譜元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微流體的色譜元件以及其在微流體系統(tǒng)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去的幾年里微流體系統(tǒng)已越來越多地在化學(xué)、生物化學(xué)和醫(yī)藥研究及診斷學(xué)中創(chuàng)建起來。在此，尤其是所謂的微全分析系統(tǒng)(μ Total Analysis System, μ TAS)提供了如下優(yōu)點(diǎn)，即能夠?qū)蝹€的工作步驟綜合起來、自動化并且同時(shí)地減小到一微尺度上。
[0003]作為生物化學(xué)研究的固定的組成部分，創(chuàng)建了聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)并且允許核酸擴(kuò)增，以便使其以可檢測的量可接近。在此情況下，在許多流程中需要清潔需擴(kuò)增的或擴(kuò)增后的DNA。為此目前提供了不同的產(chǎn)品，例如作為套件或過濾系統(tǒng)。一般來說，這些產(chǎn)品是色譜原理，其中，含有污染物的溶液與所搜尋的核酸經(jīng)由一固定的固相被傳導(dǎo)，其中，所述核酸也被稱作移動相，在所述固相上吸收所述核酸。接下來，利用不同的解決方案洗脫較差吸附的雜質(zhì)。接下來，利用另一個移動相有目的性地洗脫所述核酸。
[0004]為此，作為固定相使用二氧化硅纖維、硅膠、氧化鋁纖維、氧化鋁凝膠或陰離子交換劑。在陰離子交換劑的情況下利用濃鹽溶液進(jìn)行洗脫。因此，主要的石英光纖柱已被洗脫，通過其，借助于離心力使所述移動相運(yùn)動。
[0005]US 2008/0277356公開了一種微流體的裝置，其按照色譜原理工作。為此，在一過濾器平面上分層地敷設(shè)一用于所述移動相的通道結(jié)構(gòu)，從而通過該多層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一橫向穿流的過濾器元件。類似的多層的、橫向穿流的過濾器結(jié)構(gòu)從US 2002/0185431中公開。在根據(jù)WO 2004/065010的由多個層構(gòu)成的裝置中使用膜過濾器。多個固定相作為單獨(dú)的段的前后連接例如從EP 1916522中公開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的主題是一微流體的色譜元件，具有下列組成部分:
一用于以固定相進(jìn)行填充的填充開口，
一聯(lián)接到所述填充開口上的用于容納所述固定相的空腔，
至少一個用于一移動相的流體入口，
至少一個用于所述移動相的分餾的流體入口，
布置在所述流體入口以及所述流體出口中的用于所述固定相的阻擋結(jié)構(gòu)，
其中，所有的組成部分布置在一個平面中，并且所述移動相橫向地穿流所述固定相。
[0007]由此將該方法編譯到一相應(yīng)的系統(tǒng)中，該系統(tǒng)可集成到一扁平的微流體的生物芯片中。
[0008]在此，作為固定相表示的是如下的相，其與物質(zhì)混合物的單個物質(zhì)，也就是說所述移動相發(fā)生相互作用。反過來，作為移動相表示的是流體的物質(zhì)混合物，其穿流所述固定相。
[0009]在這一點(diǎn)上，布置在一個平面中表示的是，所述微流體的色譜元件的所有組成部分并排地布置，而不是布置在不同的層中。隸屬于此的還有所述移動相的入口和出口以及位于其之間的固定相，所述移動相是側(cè)向地(lateral)而不是橫向地(transversal)穿流所述固定相。因此，可以取消在橫向穿流的元件中所必需的穿通孔和其它的流體平面。
[0010]在所述微流體的色譜元件的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述組成部分布置在一結(jié)構(gòu)化元件的平面中。該結(jié)構(gòu)化元件尤其是由一借助于注塑成型、銑削、深沖或熱壓鑄來結(jié)構(gòu)化的塑料成形件。為此考慮不同的聚合物，它們可以熱變形或擠壓并且相對于不同的固定相和移動相是惰性的。由于該結(jié)構(gòu)化元件也在微流體實(shí)驗(yàn)室中用于芯片系統(tǒng)上，該元件當(dāng)然也可以稱作芯片。
[0011]在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述微流體的色譜元件的結(jié)構(gòu)化元件具有一平面地放置的、密封地關(guān)閉的蓋子。其也可以由與所述結(jié)構(gòu)化元件相同的材料制成?？商鎿Q的是，所述微流體的色譜元件的一件式構(gòu)造也是可行的。
[0012]此外，所述微流體的色譜元件還具有阻擋結(jié)構(gòu)，所述阻擋結(jié)構(gòu)在一種特殊的實(shí)施方式中具有齒、間隙、狹縫、孔洞和/或穿孔，它們的開口小于所述固定相的最小顆粒。正如其名稱所暗示的，所述阻擋結(jié)構(gòu)的功能是將所述固定相的顆粒鑒于所述移動相的入口和出口而可靠地阻擋住。因此，根據(jù)所述固定相的散裝物料的不同，對所述阻擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。所述阻擋結(jié)構(gòu)位于去往所述固定相的流體入口以及流體出口中。因此，它們可以構(gòu)造相同地實(shí)施或不同地實(shí)施，只要所述固定相的顆粒被可靠地阻擋在所述移動相的入口和出口中。不同的顆粒組分適合于所述固定相。具有從20至60 μ m的顆粒直徑,例如Merck公司的硅膠60是優(yōu)選的。所述阻擋結(jié)構(gòu)相應(yīng)地具有更小的間距。這樣，所述阻擋結(jié)構(gòu)在硅膠60作為固定相的情況下具有大約50 μ m的間隙。
[0013]在一種特殊的實(shí)施方式中，所述阻擋結(jié)構(gòu)被微銑削、壓鑄、注塑成型、從聚合物中借助于激光燒蝕或3D石印、變成多孔的或是多孔的。在此，所述阻擋結(jié)構(gòu)可以由與所述結(jié)構(gòu)化元件相同的材料成形出，或者由一種其它的材料，該材料與所述結(jié)構(gòu)化元件連接。
[0014]原則上每一種材料都適合于所述固定相，該材料作為顆粒的散裝物料用于色譜分離、清潔和/或識別以及用于離子交換過程是已知的并且可以應(yīng)用到側(cè)向穿流的微流體系統(tǒng)上。
[0015]在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述微流體的色譜元件的固定相從無機(jī)材料、優(yōu)選二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦或沸石中選出，并且以顆粒、粉末、膠體、纖維和/或小球體的形式存在，該小球體具有一與所述空腔的邊界相匹配的堆積角(Schiittwinkel )。
[0016]在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述微流體的色譜元件的固定相從有機(jī)材料，優(yōu)選生物聚合物、特別優(yōu)選交聯(lián)瓊脂糖中選出，并且以顆粒、粉末、膠體、纖維和/或小球體的形式存在，該小球體具有一與所述空腔的邊界相匹配的堆積角。
[0017]在所述微流體的色譜元件的另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，生物化學(xué)的組成部分、優(yōu)選抗體、酶或在噬菌體的表面上呈現(xiàn)的蛋白質(zhì)的重組庫聯(lián)接到所述固定相上，并且如此地固定化。
[0018]所述固定相的堆積角在此可以理解為直至所述固定相的顆粒材料受載的角度，而其不會滑落或崩塌。在此，該堆積角與所述固定相的材料的特定的性質(zhì)，尤其是種類、內(nèi)聚力、極性、濕度等等相關(guān)。如已經(jīng)提到，在所述微流體的色譜元件中的空腔的邊界與所述固定相的堆積角相匹配。這反過來意味著，在選擇所述固定相時(shí)，必須考慮所述空腔的尺寸。在通過所述空腔的邊界和穿過所述填充開口的橫截面所形成的角的輔助下，該角在理想情況下等于所述固定相的堆積角。因此，在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過所述空腔的邊界和所述填充開口的橫截面所形成的角大于或等于所述固定相的堆積角。因此，所填充的空腔是實(shí)際上的色譜柱。
[0019]在所述微流體的色譜元件的另一種實(shí)施方式中，用于所述固定相的填充開口相比于所述空腔，也就是說所述實(shí)際上的色譜柱作為短的通道結(jié)構(gòu)來成形。由此防止了在根據(jù)設(shè)定的應(yīng)用中不出現(xiàn)大的不穿流的死體積。在這一點(diǎn)上重要的還有，通過所述柱的邊界和所述填充開口的橫截面所形成的角不允許比所述固定相的堆積角更扁平，或者說所述空腔的尺寸必須相應(yīng)地進(jìn)行匹配。所述開口必須至少在利用所述固定相進(jìn)行填充時(shí)指向上，由此使顆粒能夠不受阻地到達(dá)所述柱的空腔中。為了利用所述固定相進(jìn)行填充，將所述色譜元件優(yōu)選垂直放置或傾斜。可選地，在填充過程期間可以借助于振動或沖擊將所述散裝物料進(jìn)行壓縮，從而也能夠?qū)崿F(xiàn)具有一堆積角的固定相，其小于在所述空腔的邊界和所述填充開口的橫截面之間形成的角。利用這些技術(shù)可以產(chǎn)生不具有死容積或旁路的特別緊密地包裝的柱，這又導(dǎo)致一巨大的成本節(jié)約，因?yàn)槠駷橹钩杀镜土念w粒散裝物料無法在微流體系統(tǒng)中使用。這樣，也可以舍棄昂貴得多的磁性顆粒(磁珠)。
[0020]在另一種實(shí)施方式中，所述填充開口在填充之后通過粘接、優(yōu)選利用粘性薄膜、熱膠或液體膠；熱封，優(yōu)選利用熱沖頭；激光焊接或利用機(jī)械鎖合器具、優(yōu)選利用旋塞或塞子來鎖閉。這樣，所述散裝物料在所述芯片運(yùn)輸時(shí)再也無法運(yùn)動。
[0021]通過所述微流體的色譜元件的簡單的集成，使其適合于許多應(yīng)用。但在此是在壓力驅(qū)動的或離心力驅(qū)動的微流體系統(tǒng)，尤其是在【背景技術(shù)】中所述的微全分析系統(tǒng)中的應(yīng)用，其中，目的是在于清潔、分離和/或在離子交換過程中的使用。該使用大多在從幾個微bar至大約半個bar的超壓范圍中進(jìn)行。其它特殊的應(yīng)用在芯片系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)中給出，例如用于細(xì)菌的識別或藥敏試驗(yàn)，用于生物化學(xué)的分離和/或清潔，或者總體上在醫(yī)療保健和診斷產(chǎn)品的研發(fā)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]根據(jù)本發(fā)明的裝置的其它優(yōu)點(diǎn)和有利的設(shè)計(jì)方案通過附圖來圖解并且在下面的說明書中闡述。在此要注意的是，所述附圖僅具有描述的特征并且不應(yīng)考慮為以任何一種形式來限制本發(fā)明。附圖中使用了下列附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖1示出了一微流體的色譜元件I的示意性豎直剖面圖。在一填充開口 2上聯(lián)接一用于容納一固定相的空腔3。所述移動相的流體入口 4通過一第一阻擋結(jié)構(gòu)6與所述空腔3分界。在所述空腔3上聯(lián)接一流體出口 5，其同樣通過一第二阻擋結(jié)構(gòu)6與所述空腔3分界。在此，用于容納所述移動相和所述固定相的所有組成部分位于一個平面中，該平面僅通過所述阻擋結(jié)構(gòu)6中斷。
[0024]圖2A、B和C示意性示出了所述原理以及三個在所述微流體的色譜元件I的構(gòu)造上不同的替選方案。經(jīng)由所述填充開口2將所述空腔3以一散裝物料進(jìn)行填充。所述流體入口 4和所述流體出口 5通過所述阻擋結(jié)構(gòu)6與所述空腔3分界。通過所述空腔3的邊界和穿過所述填充開口 2的橫截面所圍出的角α明確了在填充時(shí)所述柱的指向上的邊界的定向。在圖2Α中通過所述柱的壁給出了所述空腔3的邊界。在圖2Β中一方面通過所述柱的壁且另一發(fā)明通過所述阻擋結(jié)構(gòu)6定義了所述邊界。在圖2C中所述阻擋結(jié)構(gòu)6限定了所述空腔3。所述微流體的色譜元件I的構(gòu)造如此地構(gòu)成，即所述角α以如下方式與所述固定相的堆積角相匹配，使得所述加α大于或等于所述堆積角。
[0025]圖3示出了填充一處于一側(cè)的微流體的色譜元件I的示意圖、利用一配量裝置7，例如一蝸輪蝸桿配量器，將所述固定相經(jīng)由一漏斗8以及所述填充開口 2填入到所述空腔3中。所述阻擋結(jié)構(gòu)6防止了所述固定相到所述移動相的流體入口 4和流體出口 5中的擴(kuò)散。通過所述色譜元件I的振動，可以將所述散裝物料額外地進(jìn)行壓縮。接下來將所述填充開口 2利用一熱沖頭進(jìn)行擠壓。接下來可以將所述微流體的色譜元件I集成到一微流體系統(tǒng)中。經(jīng)由所述流體入口 4輸入所述移動相，其側(cè)向地穿流所述固定相并且隨后在分餾中經(jīng)由所述流體出口 6離開所述柱。
[0026]圖4示出了以所述固定相填充的微流體的色譜元件I，其以一塞子9鎖閉或者說封裝。在所述填充開口 2上聯(lián)接著以所述固定相填滿的空腔3。所述流體入口 4和所述流體出口 5通過阻擋結(jié)構(gòu)6與所述空腔3分界。用于容納所述移動相和所述固定相的所有組成部分位于一個平面中，該平面僅通過所述阻擋結(jié)構(gòu)6中斷。
【權(quán)利要求】
1.微流體的色譜元件(I)，具有下列組成部分: 一用于以固定相進(jìn)行填充的填充開口(2)， 一聯(lián)接到所述填充開口(2)上的用于容納所述固定相的空腔(3)， 至少一個用于一移動相的流體入口(4)， 至少一個用于所述移動相的分餾的流體出口(5)， 布置在所述流體入口(4)和所述流體出口(5)中的用于所述固定相的阻擋結(jié)構(gòu)(6)， 其中，所有的組成部分布置在一個平面中，并且所述移動相側(cè)向地穿流所述固定相。
2.按照權(quán)利要求1所述的微流體的色譜元件(I)，其特征在于，所述組成部分布置在一結(jié)構(gòu)化元件的平面中。
3.按照權(quán)利要求2所述的微流體的色譜元件(I)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)化元件具有一平面地放置的密封地關(guān)閉的蓋子。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的微流體的色譜元件(I)，其特征在于，所述阻擋結(jié)構(gòu)(6)具有齒、間隙、狹縫、孔洞和/或穿孔，它們的開口小于所述固定相的最小顆粒。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的微流體的色譜元件(I)，其特征在于，所述阻擋結(jié)構(gòu)(6)是微銑削、壓鑄、注塑成型、從聚合物中借助于激光燒蝕或3D石印、變成多孔的或是多孔的。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的微流體的色譜元件(I)，其特征在于，所述固定相從無機(jī)材料、優(yōu)選二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦或沸石中選出，并且以顆粒、粉末、膠體、纖維和/或小球體的形式存在，其中，所述小球體具有一與所述空腔(3)的邊界相匹配的堆積角。
7.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的微流體的色譜元件(I)，其特征在于，所述固定相從有機(jī)材料，優(yōu)選生物聚合物、特別優(yōu)選交聯(lián)瓊脂糖中選出，并且以顆粒、粉末、膠體、纖維和/或小球體的形式存在，其中，所述小球體具有一與所述空腔(3)的邊界相匹配的堆積角。
8.按照權(quán)利要求6或7中任一項(xiàng)所述的微流體的色譜元件(I)，其特征在于，在所述固定相上聯(lián)接生物化學(xué)的組成部分、優(yōu)選抗體、酶或在噬菌體的表面上呈現(xiàn)的蛋白質(zhì)的重組庫。
9.按照權(quán)利要求6或7中任一項(xiàng)所述的微流體的色譜元件(1)，其特征在于，通過所述空腔(3)的邊界和所述填充開口(2)的橫截面所形成的角大于或等于所述固定相的堆積角。
10.按照權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的微流體的色譜元件(I)，其特征在于，所述填充開口(2)相比于所述空腔(3)作為短的通道結(jié)構(gòu)成形出。
11.按照權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的微流體的色譜元件(I)，其特征在于，所述填充開口(2)在填充之后通過粘接、優(yōu)選利用粘性薄膜、熱膠或液體膠；熱封，優(yōu)選利用熱沖頭；激光焊接或利用機(jī)械鎖合器具、優(yōu)選利用旋塞或塞子(9)來鎖閉。
12.按照權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的微流體的色譜元件(I)在一壓力運(yùn)行或離心力運(yùn)行的微流體系統(tǒng)、尤其是一微全分析系統(tǒng)中的應(yīng)用，用于清潔、分離，和/或在離析交換過程范疇中使用。
【文檔編號】G01N30/60GK103703365SQ201280038653
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月5日
【發(fā)明者】P.羅特哈赫爾 申請人:羅伯特·博世有限公司