DE102024117884A1 - Shelving system for a microfluidic chip system - Google Patents

Shelving system for a microfluidic chip system

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Milan Milosavljevic
Charlotte OHONIN
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regalsystem (100) für ein mikrofluidisches Chipsystem (10) zur parallelen Durchführung mehrerer fluidbasierter Experimente auf mindestens zwei separaten mikrofluidischen Chips (20), die jeweils mindestens zwei Kammern (22), Chipeinlasskanäle (24) von einer Chipeinlassöffnung (23) zu jeder der Kammern (22) und Chipauslasskanäle (26) von den Kammern (22) zu einer Chipauslassöffnung (25) aufweisen, gekennzeichnet durch mehrere Regalschlitze (120), von denen jeder eine Schlitzhalteeinrichtung (122) zum Halten eines einzelnen mikrofluidischen Chips (20) in einer Halteposition (HP) und ferner Schlitzauslassöffnungen (123) zur Fluidverbindung mit den Chipeinlassöffnungen (23) des mikrofluidischen Chips (20) in der Halteposition (HP) aufweist. The invention relates to a rack system (100) for a microfluidic chip system (10) for the parallel execution of several fluid-based experiments on at least two separate microfluidic chips (20), each having at least two chambers (22), chip inlet channels (24) from a chip inlet opening (23) to each of the chambers (22) and chip outlet channels (26) from the chambers (22) to a chip outlet opening (25), characterized by several rack slots (120), each of which has a slot holding device (122) for holding a single microfluidic chip (20) in a holding position (HP) and further slot outlet openings (123) for fluid connection with the chip inlet openings (23) of the microfluidic chip (20) in the holding position (HP).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regalsystem für ein multifluidisches Chipsystem zur parallelen Durchführung mehrerer fluidbasierter Experimente auf mindestens zwei separaten mikrofluidischen Chips, eine Regalbox für ein solches Regalsystem sowie ein Verfahren zum Befüllen eines Regalsystems mit mindestens einer Regalbox.The present invention relates to a racking system for a multifluidic chip system for the parallel execution of several fluid-based experiments on at least two separate microfluidic chips, a racking box for such a racking system, and a method for filling a racking system with at least one racking box.

Es ist bekannt, dass mehrere flüssigkeitsbasierte Experimente parallel durchgeführt werden müssen, um z. B. nach neuen Arzneimitteln zu suchen, Experimente an humanoiden Zellen durchzuführen oder ähnliches. Zu diesem Zweck werden die bekannten Experimente in separaten Experimentierkammern durchgeführt und müssen separat gesteuert werden. Die getrennte Durchführung und Steuerung dieser Experimente führt zu einer hohen Komplexität und vor allem zu einem enormen Zeitaufwand für die Durchführung dieser Experimente und die Gewinnung von Erkenntnissen aus den Ergebnissen dieser Experimente. Außerdem können nicht mehrere Experimente parallel durchgeführt werden, um beispielsweise zwischen verschiedenen Konzentrationen, verschiedenen Zeitplänen für das Experiment oder verschiedenen Parametern zu unterscheiden.It is known that several liquid-based experiments must be conducted in parallel, for example, to search for new drugs, conduct experiments on humanoid cells, or similar applications. For this purpose, the known experiments are carried out in separate experimental chambers and must be controlled independently. This separate execution and control of the experiments leads to a high degree of complexity and, above all, to an enormous expenditure of time for conducting the experiments and extracting insights from the results. Furthermore, it is not possible to conduct multiple experiments simultaneously to differentiate between, for example, different concentrations, different experimental schedules, or different parameters.

Die allgemein bekannten Lösungen haben einen großen Nachteil in Bezug auf die Effizienz und den Komfort bei der Verwendung des vorliegenden Systems. Insbesondere ist es komplex und schwierig, die Flüssigkeitsverbindungen zwischen mehreren mikrofluidischen Chips und den Behältern für die Lagerung der flüssigen Proben herzustellen. Außerdem ist es schwierig, eine Lösung zu finden, die jegliche Kontamination des Systems vermeidet, was zu ineffektiven Experimenten oder sogar unbrauchbaren Ergebnissen führen würde.The commonly known solutions have a major drawback in terms of efficiency and ease of use with this system. In particular, establishing the fluid connections between multiple microfluidic chips and the containers for storing the liquid samples is complex and difficult. Furthermore, it is challenging to find a solution that completely prevents any contamination of the system, which would lead to ineffective experiments or even unusable results.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das vorgenannte Problem zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine einfache und eine Vervielfältigungsmöglichkeit sowie eine Automatisierungsmöglichkeit für das mikrofluidische Chipsystem bereitzustellen.It is an object of the present invention to at least partially solve the aforementioned problem. In particular, it is an objective of the present invention to provide a simple means of duplication and automation for the microfluidic chip system.

Der vorgenannte Zweck wird erreicht durch ein Regalsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, eine Regalbox mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 und ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 13. The aforementioned purpose is achieved by a shelving system with the features of independent claim 1, a shelf box with the features of independent claim 8 and a method with the features of independent claim 13.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in Bezug auf das Regalsystem erörterten Merkmale und Einzelheiten können mit den in Bezug auf die Regalbox und das Verfahren erörterten Merkmalen kombiniert werden und umgekehrt.Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description, and the drawings. The features and details discussed with regard to the shelving system can be combined with the features discussed with regard to the shelf box and the method, and vice versa.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Regalsystem für ein mikrofluidisches Chipsystem zur parallelen Durchführung mehrerer flüssigkeitsbasierter Experimente auf mindestens zwei separaten mikrofluidischen Chips bestimmt. Die mikrofluidischen Chips haben mindestens zwei Kammern, Chipeinlasskanäle von einer Chipeinlassöffnung zu jeder der Kammern und Chipauslasskanäle von den Kammern zu einer Chipauslassöffnung. Ein erfindungsgemäßes Regalsystem ist durch mehrere Regalschlitze gekennzeichnet. Jeder dieser Regal-Schlitze weist Schlitzhaltemittel zum Halten eines einzelnen Mikrofluidik-Chips in einer Halteposition auf. Weitere Schlitzauslassöffnungszellen sind in den Regalschlitzen zur Fluidverbindung mit den Chipeinlassöffnungen vorgesehen, wenn sich der mikrofluidische Chip in der Halteposition befindet.According to the present invention, the racking system for a microfluidic chip system is designed for the parallel execution of multiple liquid-based experiments on at least two separate microfluidic chips. The microfluidic chips have at least two chambers, chip inlet channels from a chip inlet opening to each of the chambers, and chip outlet channels from the chambers to a chip outlet opening. A racking system according to the invention is characterized by several rack slots. Each of these rack slots has slot retainers for holding a single microfluidic chip in a holding position. Further slot outlet openings are provided in the rack slots for fluid communication with the chip inlet openings when the microfluidic chip is in the holding position.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein mikrofluidisches Chipsystem, auf das im Folgenden näher eingegangen wird.The present invention relates in particular to a microfluidic chip system, which will be discussed in more detail below.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein mikrofluidisches Chipsystem für die parallele Durchführung mehrerer fluidbasierter Experimente vorgesehen. Um diese Funktionalität bereitzustellen, umfasst das mikrofluidische Chipsystem mindestens zwei separate mikrofluidische Chips. Jeder dieser mikrofluidischen Chips hat mindestens zwei Kammern und Chipeingangskanäle von den Chipeingangsöffnungen zu jeder der Kammern. Weitere Chip-Auslasskanäle führen von jeder der Kammern zu einer Chip-Auslassöffnung an jedem der mikrofluidischen Chips. Ein mikrofluidisches Chipsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsprobenstation, die mehrere Flüssigkeitsproben umfasst. Jede dieser flüssigen Proben ist mit einem Probenauslasskanal versehen. Die Probenstation umfasst Auswahlmittel zur vorübergehenden Auswahl mindestens einer Flüssigkeitsprobe für den Flüssigkeitstransport zu den Chipeinlassöffnungen. Ferner ist ein Sammelventil vorgesehen, das schaltbare Sammeleinlassöffnungen hat, die jeweils in Fluidverbindung mit einem Probenauslasskanal stehen, und das mindestens eine Sammelauslassöffnung mit einem Sammelkanal hat, der in Fluidverbindung mit der Chipeinlassöffnung steht. Zusätzlich ist mindestens eine Flüssigkeitspumpe vorgesehen, um einen Flüssigkeitsstrom von der flüssigen Probe über die Probenauslasskanäle zu den Chipeinlassöffnungen zu erzeugen.According to the present invention, a microfluidic chip system is provided for the parallel execution of several fluid-based experiments. To provide this functionality, the microfluidic chip system comprises at least two separate microfluidic chips. Each of these microfluidic chips has at least two chambers and chip inlet channels leading from the chip inlet openings to each of the chambers. Further chip outlet channels lead from each of the chambers to a chip outlet opening on each of the microfluidic chips. A microfluidic chip system according to the present invention is characterized by a liquid sampling station comprising several liquid samples. Each of these liquid samples is provided with a sample outlet channel. The sampling station includes selection means for temporarily selecting at least one liquid sample for liquid transport to the chip inlet openings. Furthermore, a collection valve is provided, which has switchable collection inlet openings, each of which is in fluid communication with a sample outlet channel, and which has at least one collection outlet opening with a collection channel that is in fluid communication with the chip inlet opening. Additionally, at least one liquid pump is provided to generate a liquid flow from the liquid sample via the sample outlet channels to the chip inlet openings.

Die vorliegende Erfindung basiert insbesondere auf mehreren separaten Mikrofluidik-Chips. Diese mikrofluidischen Chips umfassen zwei oder mehr Kammern auf jeder der Kammern der Chips, um ein einziges mikrofluidisches Experiment durchzuführen. Jeder der mikrofluidischen Chips ist so konfiguriert, dass er mindestens eine Einlassöffnung hat, um eine Flüssigkeit zu erhalten, die von einer der flüssigen Proben stammt. Mit anderen Worten, in jeder der Kammern jedes der mikrofluidischen Chips kann eine spezifische Flüssigkeitsumgebung bereitgestellt und im Laufe der Zeit verändert werden, um parallel verschiedene oder identische mikrofluidische Experimente durchzuführen. Auf die Möglichkeit eines mikrofluidischen Experiments wird im Folgenden näher eingegangen.The present invention is based in particular on several separate microfluidic chips. These microfluidic chips comprise two or more chambers on each of the chip chambers. to conduct a single microfluidic experiment. Each of the microfluidic chips is configured to have at least one inlet port to receive a fluid derived from one of the liquid samples. In other words, a specific fluid environment can be provided in each chamber of each microfluidic chip and modified over time to conduct different or identical microfluidic experiments in parallel. The possibility of a microfluidic experiment is discussed in more detail below.

Um eine Lösung mit mehreren parallelen Experimenten bereitzustellen, umfasst die vorliegende Erfindung die Probenstation. Die Probenstation kann z.B. mehrere Behälter haben, von denen jeder eine bestimmte flüssige Probe enthält. Eine flüssige Probe kann beispielsweise ein Mittel zur Kontrolle des pH-Werts, eine Lösung zur Fütterung humanoider Zellen, eine Arzneimittelzusammensetzung oder ein Lösungsmittel zur Verringerung der Konzentration einer Arzneimittelzusammensetzung sein. Natürlich können je nach dem spezifischen Experiment, das in dem mikrofluidischen System durchgeführt werden soll, auch andere oder weitere zusätzliche flüssige Proben bereitgestellt werden. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Flüssigkeitsproben in der Probenstation beschränkt ist. So ist es möglich, je nach Größe und Komplexität des gesamten mikrofluidischen Chipsystems 10, 20, 30 oder sogar 100 verschiedene Flüssigkeitsproben in der Flüssigkeitsstation zu haben.To provide a solution for multiple parallel experiments, the present invention includes a sample station. The sample station can, for example, have several containers, each containing a specific liquid sample. A liquid sample could be, for example, a pH control agent, a solution for feeding humanoid cells, a drug compound, or a solvent for reducing the concentration of a drug compound. Of course, depending on the specific experiment to be performed in the microfluidic system, other or additional liquid samples can also be provided. It should be noted that the present invention is not limited to a specific number of liquid samples in the sample station. Thus, depending on the size and complexity of the entire microfluidic chip system, it is possible to have 10, 20, 30, or even 100 different liquid samples in the liquid station.

Auf der Grundlage eines Versuchsrezepts kann es im Rahmen des Versuchs erforderlich sein, eine geeignete Zusammensetzung über einen bestimmten Zeitraum zuzuführen. Zu diesem Zweck kann das erfindungsgemäße mikrofluidische Chipsystem durch die Auswahlmittel einen Fluidpfad von den Fluidpumpmitteln zu der spezifischen flüssigen Probe auswählen, die die ausgewählte pharmazeutische Zusammensetzung enthält. Durch Aktivierung der Flüssigkeitspumpe wird in der flüssigen Probe ein Druck aufgebaut, und nun wird ein Flüssigkeitsstrom, in diesem Fall ein Flüssigkeitsstrom, aus der spezifischen und ausgewählten flüssigen Probe erzeugt, der mit dem Probenauslasskanal verbunden ist. Dieser Probenauslasskanal transportiert die ausgewählte pharmazeutische Zusammensetzung aus der ausgewählten flüssigen Probe zum Sammelventil und zur spezifischen Sammeleinlassöffnung. Durch die Schaltstellung des Sammelventils, die einen Flüssigkeitsweg von dieser ausgewählten Sammeleinlassöffnung zur Sammelauslassöffnung öffnet, wird der Transportteil von der ausgewählten flüssigen Probe über das Sammelventil zu einem oder mehreren Chipeinlassöffnungen an den Mikrofluidikchips bereitgestellt.Based on an experimental recipe, it may be necessary during the experiment to supply a suitable composition over a specific period. For this purpose, the microfluidic chip system according to the invention can select a fluid path from the fluid pumping means to the specific liquid sample containing the selected pharmaceutical composition. Activating the fluid pump builds up pressure in the liquid sample, generating a fluid flow from the specific and selected liquid sample, which is connected to the sample outlet channel. This sample outlet channel transports the selected pharmaceutical composition from the selected liquid sample to the collection valve and the specific collection inlet port. By switching the collection valve, which opens a fluid path from this selected collection inlet port to the collection outlet port, the transport portion from the selected liquid sample via the collection valve to one or more chip inlet ports on the microfluidic chips is provided.

In der einfachsten Version des mikrofluidischen Chipsystems wird diese pharmazeutische Flüssigkeit nun parallel zu allen mikrofluidischen Chips und zu allen Kammern jedes Chips geleitet. Um eine noch ausgefeiltere und komplexere Steuerbarkeit für separate und unterschiedliche Experimente auf jedem der mikrofluidischen Chips zu ermöglichen, kann ein zusätzliches Verteilerventil vorgesehen werden, wie später erläutert wird.In the simplest version of the microfluidic chip system, this pharmaceutical fluid is now routed in parallel to all microfluidic chips and to all chambers of each chip. To enable even more sophisticated and complex control for separate and different experiments on each of the microfluidic chips, an additional distribution valve can be provided, as will be explained later.

Außerdem ist in dieser Grundausführung kein Kammerventil vorgesehen, so dass die ausgewählte flüssige Probe, z. B. die pharmazeutische Zusammensetzung, nun parallel zu allen mikrofluidischen Chips in alle Kammern auf den Chips geleitet wird. Dies bedeutet, dass nun mehrere Experimente mit derselben pharmazeutischen Zusammensetzung durchgeführt werden können. Dies kann zum Beispiel genutzt werden, um eine Redundanz für das Experiment zu schaffen. Eine alternative Lösung besteht darin, verschiedenen Zelltypen, die sich in den einzelnen Kammern befinden, die gleiche Konzentration der pharmazeutischen Zusammensetzung zuzuführen, so dass die gleiche pharmazeutische Zusammensetzung verschiedenen Zellzusammensetzungen zugeführt wird. Dies ist das erste Beispiel, das Aufschluss darüber gibt, dass die vorliegende Erfindung ein mikrofluidisches Chipsystem für hochkomplexe und parallel steuerbare fluidbasierte Experimente auf einfache Weise schafft.Furthermore, this basic configuration does not include a chamber valve, so the selected liquid sample, e.g., the pharmaceutical composition, is now fed into all chambers on the microfluidic chips in parallel. This means that multiple experiments with the same pharmaceutical composition can now be performed. This can be used, for example, to create redundancy for the experiment. An alternative solution is to supply the same concentration of the pharmaceutical composition to different cell types located in the individual chambers, so that the same pharmaceutical composition is delivered to different cell compositions. This is the first example that demonstrates how the present invention creates a microfluidic chip system for highly complex and parallel-controllable fluid-based experiments in a simple manner.

Durch die Skalierbarkeit auf die Anzahl der Kammern auf jedem der mikrofluidischen Chips, die Anzahl der mikrofluidischen Chips, sowie die Anzahl der flüssigen Proben in der Probenstation ist eine nahezu unbegrenzte Skalierbarkeit für ein mikrofluidisches Chipsystem nach der vorliegenden Erfindung gegeben. Dabei gibt es für ein mikrofluidisches Chipsystem keine Grenze für die Komplexität und die Anzahl der Experimente. Insbesondere ist es möglich, das mikrofluidische Chipsystem in einer teil- oder vollautomatischen Umgebung zu platzieren. Insbesondere die Selektionsmittel können teil- oder vollautomatisiert sein, so dass auf der Grundlage eines vorgegebenen Experimentrezepts das Experiment selbst vollautomatisch durchgeführt werden kann. Dies gilt insbesondere für die parallele Durchführung dieser Experimente, was bedeutet, dass jeder der mikrofluidischen Chips und/oder jede der Kammern auf den Chips mit einem spezifischen und einzigartigen Experimentrezept versehen werden kann und entlang dieses Rezepts selbst spezifisch und auf separate Weise gesteuert werden kann.Due to the scalability of the number of chambers on each microfluidic chip, the number of microfluidic chips, and the number of liquid samples in the sample station, a microfluidic chip system according to the present invention offers virtually unlimited scalability. There is no limit to the complexity or the number of experiments that a microfluidic chip system can perform. In particular, the microfluidic chip system can be placed in a semi- or fully automated environment. Specifically, the selection means can be semi- or fully automated, allowing the experiment itself to be carried out fully automatically based on a predefined experimental protocol. This applies particularly to the parallel execution of these experiments, meaning that each microfluidic chip and/or each of the chambers on the chips can be equipped with a specific and unique experimental protocol and can be controlled separately and specifically according to this protocol.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fluidpumpeneinrichtung stromaufwärts der Flüssigkeitsprobenstation angeordnet ist und insbesondere einen Gaskompressor umfasst. Die Fluidpumpeneinrichtung ist dabei insbesondere eine Gaspumpeneinrichtung, die eine einfache und kostengünstige Lösung für die Fluidpumpeneinrichtung darstellt. Dadurch, dass die Flüssigkeitspumpeneinrichtung stromaufwärts der Flüssigkeitsprobenstation angeordnet ist, ergeben sich keine weiteren Probleme hinsichtlich der Kontamination oder Reinheit der Flüssigkeitspumpeneinrichtung. Natürlich sind insbesondere auch die Selektionsmittel stromabwärts der Flüssigkeitspumpenmittel und stromaufwärts der Flüssigkeitsprobenstation angeordnet.It is further advantageous if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized in that the fluid pump device is arranged upstream of the liquid sampling station and, in particular, comprises a The system includes a gas compressor. The fluid pumping unit is specifically a gas pumping unit, representing a simple and cost-effective solution. Because the fluid pumping unit is located upstream of the liquid sampling station, no further problems arise regarding contamination or purity of the fluid pumping unit. Naturally, the selection agents are also located downstream of the fluid pumping unit and upstream of the liquid sampling station.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Selektionseinrichtung stromaufwärts der Flüssigkeitsprobenstation und stromabwärts der Fluidpumpeneinrichtung angeordnet ist. Darunter kann verstanden werden, dass die Auswahleinrichtung den von der Fluidpumpeinrichtung bereitgestellten Druck empfängt und diesen empfangenen Druck selektiv an die Flüssigkeitsprobenstation weiterleitet, insbesondere nur an eine oder mehrere ausgewählte Flüssigkeitsproben. Dies führt dazu, dass auch die Auswahleinrichtung nicht mit den flüssigen Proben in Berührung kommt und somit auch für die Auswahleinrichtung Probleme hinsichtlich der Reinheit und Kontamination vermieden werden können. Außerdem ist das Auswahlmittel leicht zugänglich und kann mit einer Durchflusskontrolleinheit verbunden werden, die Teil dieses Auswahlmittels ist.It is further advantageous if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized in that the selection device is arranged upstream of the liquid sampling station and downstream of the fluid pumping device. This can be understood to mean that the selection device receives the pressure provided by the fluid pumping device and selectively transmits this received pressure to the liquid sampling station, in particular only to one or more selected liquid samples. This ensures that the selection device does not come into contact with the liquid samples, thus avoiding problems regarding purity and contamination for the selection device as well. Furthermore, the selection device is easily accessible and can be connected to a flow control unit that is part of this selection device.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ein mikrofluidisches Chipsystem, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens einer der mikrofluidischen Chips ein Kammerventil umfasst, um eine schaltbare Flüssigkeitsverbindung zwischen der Chipeinlassöffnung und mindestens einer ausgewählten Kammer herzustellen. Es handelt sich um ein On-Chip- oder On-Board-Ventil. Mit anderen Worten: Jede Zusammensetzung oder Flüssigkeit, die dem Chipeinlass zugeführt wird, kann nun spezifisch und wählbar einer oder mehreren Kammern in Form einer Untergruppe zugeführt werden. Dies ermöglicht die Trennung und Unterscheidung von Experimenten auf dem Mikrofluidik-Chip und bedeutet, dass auf demselben und identischen Mikrofluidik-Chip in verschiedenen Kammern verschiedene Experimente parallel durchgeführt werden können. Wenn kein Ventil in Form eines Kammerventils vorgesehen ist, werden alle Kammern desselben mikrofluidischen Chips mit der gleichen flüssigen Probe aus der Probenstation versorgt, so dass die Experimente einander ähnlich oder identisch sind.A further advantage of the present invention is a microfluidic chip system characterized in that at least one of the microfluidic chips comprises a chamber valve to establish a switchable fluid connection between the chip inlet and at least one selected chamber. This is an on-chip or on-board valve. In other words, any composition or fluid supplied to the chip inlet can now be specifically and selectably directed to one or more chambers in the form of a subset. This enables the separation and differentiation of experiments on the microfluidic chip and means that different experiments can be performed in parallel in different chambers on the same and identical microfluidic chip. If no valve in the form of a chamber valve is provided, all chambers of the same microfluidic chip are supplied with the same liquid sample from the sample station, so that the experiments are similar or identical.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass dem Sammelventil ein Verteilerventil nachgeschaltet ist, das pro Sammelkanal einen Verteilereinlass und schaltbare Verteilerauslassöffnungen in Fluidverbindung mit den Chipeingängen aufweist. Ähnlich wie das oben beschriebene Kammerventil bietet das Verteilerventil eine einzigartige Möglichkeit der Selektion nicht auf Kammerebene, sondern auf Chipebene. Mit anderen Worten, durch das Verteilerventil kann die ausgewählte Flüssigkeit aus einer der Flüssigkeitsproben nun selektiv nur einem der mikrofluidischen Chips zugeführt werden. Mit anderen Worten, jeder der mikrofluidischen Chips kann nun auf eine separate und einzigartige Weise mit einer separaten und einzigartigen Flüssigkeitsprobe versorgt werden, so dass jeder der mikrofluidischen Chips unterschiedliche und einzigartige Experimente parallel durchführen kann. Natürlich ist es auch möglich, das Verteilerventil dieser Ausführungsform mit dem Kammerventil gemäß der oben erwähnten Ausführungsform zu kombinieren, um eine maximale Komplexität von einzigartigen und separaten Experimenten in jeder der Kammern auf jedem der Chips zu ermöglichen.It is further advantageous if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized in that a distribution valve is connected downstream of the collection valve, the distribution valve having a distribution inlet and switchable distribution outlet openings in fluid communication with the chip inlets for each collection channel. Similar to the chamber valve described above, the distribution valve offers a unique selection capability not at the chamber level, but at the chip level. In other words, the distribution valve allows the selected fluid from one of the fluid samples to be selectively supplied to only one of the microfluidic chips. Thus, each of the microfluidic chips can now be supplied with a separate and unique fluid sample in a separate and unique manner, enabling each of the microfluidic chips to perform different and unique experiments in parallel. Of course, it is also possible to combine the distribution valve of this embodiment with the chamber valve according to the embodiment mentioned above to allow for maximum complexity of unique and separate experiments in each of the chambers on each of the chips.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass in den Probenauslasskanälen, dem Sammelkanal und/oder den Verteilerkanälen Durchflusssensoren zur Messung des Fluidflusses vorgesehen sind. Auf diese Weise ist eine qualitative oder quantitative Messung möglich, um die aktuelle Strömungssituation in jedem der Kanäle zu erfassen. Dies kann für ein Steuerungsverfahren mit einer Rückkopplungsschleife verwendet werden, die eine spezifische Information über die Menge und die Menge der Flüssigkeit enthält, die in jeden dieser Kanäle transportiert wurde. Dies kann durch direkte oder indirekte Messung erfolgen, um spezifische Informationen über die Durchflussmenge in jedem dieser Kanäle zu erhalten.It is further advantageous if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized in that flow sensors for measuring the fluid flow are provided in the sample outlet channels, the collection channel, and/or the distribution channels. In this way, qualitative or quantitative measurement is possible to determine the current flow situation in each of the channels. This can be used for a control method with a feedback loop that contains specific information about the quantity and volume of fluid transported into each of these channels. This can be achieved through direct or indirect measurement to obtain specific information about the flow rate in each of these channels.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Tröpfchengenerator vorgesehen ist, der mindestens eine Tröpfcheneinlassöffnung in Fluidverbindung mit einem Probenauslasskanal aufweist und einen Tröpfchenkanal mit einer Tröpfchenöffnung zur Erzeugung von zu den Chipeinlassöffnungen zu transportierenden Fluidtröpfchen umfasst. In einigen Fällen ist die in die jeweilige Kammer zu transportierende Flüssigkeitsmenge extrem gering. In diesen Fällen ist eine regelmäßige Steuerung des Flüssigkeitsstroms möglicherweise nicht spezifisch und genau genug. In solchen Fällen kann ein Tröpfchengenerator innerhalb des mikrofluidischen Chipsystems vorgesehen werden, so dass die minimale Flüssigkeitsmenge, die zugeführt werden muss, der Menge eines einzelnen Tröpfchens entspricht. In diesem Fall ist die Menge die Anzahl der Tröpfchen, die vom Tröpfchengenerator erzeugt und dann der spezifischen Kammer und/oder der spezifischen mikrofluidischen Zelle zugeführt werden.It is further advantageous if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized by the provision of a droplet generator comprising at least one droplet inlet opening in fluid communication with a sample outlet channel and a droplet channel with a droplet opening for generating fluid droplets to be transported to the chip inlet openings. In some cases, the amount of liquid to be transported into the respective chamber is extremely small. In these cases, regular control of the liquid flow may not be specific and precise enough. In such cases, a droplet generator can be provided within the microfluidic chip system so that the minimum amount of liquid that needs to be supplied corresponds to the quantity of a single droplet. In this case, the quantity is the number of droplets generated by the droplet generator and then delivered to the specific chamber. and/or are supplied to the specific microfluidic cell.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung ein mikrofluidisches Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens eine Mischeinrichtung vorgesehen ist, die mindestens zwei Mischeingangsöffnungen aufweist, die jeweils in Fluidverbindung mit einem Probenauslasskanal stehen, ferner eine Mischkammer zum Mischen der von den mindestens zwei Probenauslasskanälen erhaltenen flüssigen Proben, ferner eine Mischausgangsöffnung zum Auslassen der Probenmischung in Fluidverbindung mit den Chipeingangsöffnungen. Obwohl die flüssigen Proben in der Probenstation bereits eine Vielzahl unterschiedlicher und einzigartiger flüssiger Proben für einige spezielle Experimente bereitstellen, kann es von Vorteil sein, ein weiteres Maß an Freiheit für die den Zellen und den mikrofluidischen Chips zugeführten Flüssigkeiten zu bieten. Zum Beispiel kann eine Spülflüssigkeit verwendet werden, um die jeweiligen Kanäle zwischen der Bereitstellung verschiedener pharmazeutischer Zusammensetzungen zu spülen. Ferner ist es möglich, dass eine pharmazeutische Komponente hinsichtlich ihrer Konzentration angepasst wird. In all diesen Fällen kann ein Mischen von zwei Flüssigkeiten, die aus zwei separaten flüssigen Proben in der Probenstation stammen, für zusätzliche Komplexität und Abwechslung bei den flüssigkeitsbasierten Experimenten sorgen. Wenn eine Mischvorrichtung in das mikrofluidische Chipsystem eingebaut ist, kann die Automatisierung dieser Mischung in die Steuerung des mikrofluidischen Chipsystems eingebettet werden. Natürlich kann eine solche Mischeinrichtung auch mit einem Tröpfchengenerator kombiniert werden, wie in der obigen Ausführung beschrieben.It is further advantageous if, according to the present invention, a microfluidic chip system is characterized by at least one mixing device having at least two mixing inlet ports, each in fluid communication with a sample outlet channel, a mixing chamber for mixing the liquid samples obtained from the at least two sample outlet channels, and a mixing outlet port for releasing the sample mixture in fluid communication with the chip inlet ports. Although the liquid samples in the sample station already provide a variety of different and unique liquid samples for some specific experiments, it can be advantageous to offer a further degree of flexibility for the liquids supplied to the cells and the microfluidic chips. For example, a rinsing fluid can be used to flush the respective channels between the supply of different pharmaceutical compositions. Furthermore, it is possible to adjust the concentration of a pharmaceutical component. In all these cases, mixing two liquids derived from separate liquid samples in the sample station can add complexity and variety to liquid-based experiments. If a mixing device is integrated into the microfluidic chip system, the automation of this mixing can be incorporated into the microfluidic chip system's control system. Naturally, such a mixing device can also be combined with a droplet generator, as described above.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass Abfallkanäle in Fluidverbindung mit den Chipauslassöffnungen vorgesehen sind, um Abfall aus den Fluidkammern der mikrofluidischen Chips zu sammeln. Dies ermöglicht ein Push-Through-Konzept, d.h. die Flüssigkeit, die von der Flüssigkeitspumpe aus der ausgewählten und spezifischen Flüssigkeitsprobe der Probenstation durch alle Kanäle in die jeweilige Kammer der Mikrofluidzelle gedrückt wird, kann schließlich über diesen Abfallkanal aus dem mikrofluidischen Chip und der jeweiligen Kammer herausgedrückt werden. In einer sehr einfachen Ausführungsform ist ein Abfallsammler vorgesehen, um die Abfallflüssigkeit aus allen Zellen und/oder allen Kammern zu sammeln. Darüber hinaus ist es möglich, für jeden der mikrofluidischen Chips und/oder jede der Kammern des mikrofluidischen Chips eine spezifische Abfallsammlung vorzusehen, wie in der Ausführungsform im folgenden Abschnitt beschrieben.It is further advantageous if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized in that waste channels are provided in fluid connection with the chip outlet openings to collect waste from the fluid chambers of the microfluidic chips. This enables a push-through concept, i.e., the fluid, which is pushed by the fluid pump from the selected and specific fluid sample of the sample station through all channels into the respective chamber of the microfluidic cell, can ultimately be pushed out of the microfluidic chip and the respective chamber via this waste channel. In a very simple embodiment, a waste collector is provided to collect the waste fluid from all cells and/or all chambers. Furthermore, it is possible to provide a specific waste collection system for each of the microfluidic chips and/or each of the chambers of the microfluidic chip, as described in the embodiment described in the following section.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann es von Vorteil sein, wenn das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abfallkanäle mehrere Abfallsammler zum Sammeln zellspezifischer Abfallflüssigkeit umfassen. Dies kann für eine Nachanalyse genutzt werden, beispielsweise eine Inline-Analyse für jeden der Abfallkanäle, die dadurch spezifisch und einzigartig für jeden der mikrofluidischen Chips und/oder die Kammern auf einem dieser Chips ist. Zum Beispiel kann eine Chromatographie verwendet werden, um eine sehr spezifische und detaillierte Analyse der Abfallflüssigkeit zu erhalten und dadurch das Wissen über die Versuchsergebnisse zu erhöhen.According to the present invention, it can be advantageous if the microfluidic chip system is characterized in that the waste channels comprise multiple waste collectors for collecting cell-specific waste fluid. This can be used for subsequent analysis, for example, an inline analysis for each of the waste channels, which is thereby specific and unique for each of the microfluidic chips and/or the chambers on one of these chips. For example, chromatography can be used to obtain a highly specific and detailed analysis of the waste fluid and thereby increase the knowledge about the experimental results.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Flüssigkeitsprobenstation eine Temperaturkontrolleinrichtung zur Steuerung der Temperatur der Flüssigkeitsproben umfasst. Die Temperaturregeleinrichtung kann beispielsweise die Möglichkeit bieten, Teile des Flüssigkeitsstroms zu erwärmen oder insbesondere zu kühlen. Dies kann für bestimmte Kanäle, die eine bestimmte Flüssigkeit transportieren können, oder für kombinierte Kanäle wie den Sammelkanal vorgesehen sein. Dies bietet insbesondere die Möglichkeit, die Flüssigkeit in Bezug auf die Temperatur vorzukonditionieren, bevor die Flüssigkeit in den mikrofluidischen Chip und/oder die mikrofluidische Chipkammer gelangt.It is further advantageous if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized in that the liquid sampling station includes a temperature control device for controlling the temperature of the liquid samples. The temperature control device can, for example, provide the possibility of heating or, in particular, cooling portions of the liquid flow. This can be provided for specific channels that can transport a particular liquid or for combined channels such as the collection channel. This offers, in particular, the possibility of preconditioning the liquid with respect to temperature before the liquid enters the microfluidic chip and/or the microfluidic chip chamber.

Ein weiterer Vorteil kann erreicht werden, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass für mindestens einen der Probenausgabekanäle, den Sammelkanal und/oder andere Fluidkanäle Fluidheizmittel vorgesehen sind. Während die flüssige Probe zu Lagerungszwecken bei einer niedrigen Temperatur gelagert werden kann, um insbesondere biologische Komponenten zu deaktivieren, kann die Erwärmung dieser Flüssigkeiten über die Transportkanäle zum mikrofluidischen Chip diese biologischen Komponenten in der Flüssigkeit aktivieren. Insbesondere kann ein weiterer Temperaturschock durch hohe Temperaturunterschiede in den Kammern der Mikrofluidikchips vermieden werden, indem die transportierte Flüssigkeitsprobe aktiv erwärmt und/oder, wie oben beschrieben, abgekühlt wird, bevor sie in die Kammer des Mikrofluidikchips eingebracht wird. Auch hier gilt, dass sowohl die Erwärmung als auch die oben erwähnte Kühlung für jede der mikrofluidischen Zellen und/oder die jeweilige spezifische Kammer auf einer der mikrofluidischen Zellen wählbar und eindeutig vorgesehen sein kann.A further advantage can be achieved if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized in that fluid heating elements are provided for at least one of the sample output channels, the collection channel, and/or other fluid channels. While the liquid sample can be stored at a low temperature for storage purposes, particularly to deactivate biological components, heating these liquids via the transport channels to the microfluidic chip can activate these biological components in the liquid. In particular, further temperature shock caused by large temperature differences in the chambers of the microfluidic chips can be avoided by actively heating and/or cooling the transported liquid sample, as described above, before it is introduced into the chamber of the microfluidic chip. Again, both the heating and the aforementioned cooling can be selectable and unambiguously provided for each of the microfluidic cells and/or the respective specific chamber on one of the microfluidic cells.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass das Sammelventil und/oder weitere Ventile des Systems Mehrport-Drehventile umfassen. Dies ist eine sehr kosteneffiziente Lösung, um eine hohe Anzahl von Ports mit einer selektiven und schaltbaren Funktionalität bereitzustellen. Insbesondere dann, wenn mehrere Kanäle kombiniert oder ein einzelner oder wenige Kanäle auf mehrere Auslassöffnungen verteilt werden sollen, bieten diese Mehrkanal-Drehventile eine einfache und kostengünstige Lösung.It is further advantageous if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized in that the collecting valve and/or other valves of the system More Multi-port rotary valves are included. This is a very cost-effective solution for providing a large number of ports with selective and switchable functionality. In particular, when multiple channels need to be combined or a single or a few channels need to be distributed to multiple outlets, these multi-port rotary valves offer a simple and cost-effective solution.

Ein weiterer Vorteil kann erreicht werden, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das mikrofluidische Chipsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die mikrofluidischen Chips Sensoren zur Messung mindestens eines Experimentparameters der fluidbasierten Experimente umfassen. Dies kann beispielsweise ein Temperatur-, pH-, optischer Sensor oder ähnliches sein. Dies gibt die Möglichkeit, inline Experimentparameter zu generieren, während das Experiment noch läuft. Es ist ferner möglich, diese Versuchsparameter zu verwenden, um das Versuchsrezept anzupassen und somit das Versuchsrezept während der Durchführung selbst zu ändern.A further advantage can be achieved if, according to the present invention, the microfluidic chip system is characterized in that the microfluidic chips include sensors for measuring at least one experimental parameter of the fluid-based experiments. This could be, for example, a temperature, pH, optical sensor, or the like. This allows for the inline generation of experimental parameters while the experiment is still running. Furthermore, it is possible to use these experimental parameters to adjust the experimental procedure and thus modify the experimental procedure during its execution.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Steuerungsverfahren zur Steuerung mehrerer fluidbasierter Experimente parallel mit einem erfindungsgemäßen mikrofluidischen Chipsystem bereit. Ein solches Steuerungsverfahren ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:

  • - Lesen und Experimentrezept,
  • - Durchführen der Schritte des Experimentrezepts durch selektives Aktivieren der Flüssigkeitspumpen und Schalten der Ventile.
Another embodiment of the present invention provides a control method for controlling several fluid-based experiments in parallel using a microfluidic chip system according to the invention. Such a control method is characterized by the following steps:
  • - Reading and experiment recipe,
  • - Performing the steps of the experimental recipe by selectively activating the liquid pumps and switching the valves.

Eine erfindungsgemäße Kontrollmethode bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie im Zusammenhang mit dem mikrofluidischen Chipsystem ausführlich diskutiert wurden.A control method according to the invention offers the same advantages as those discussed in detail in connection with the microfluidic chip system.

Das erfindungsgemäße Mikrofluidik-Chip-System kann durch ein erfindungsgemäßes Regal-System ergänzt werden. Insbesondere bietet das Regalsystem eine einfache Zugänglichkeit zum Einbringen und Herausnehmen von Regalboxen, wie später noch erläutert wird. Während das mikrofluidische Chipsystem bereits bei der Verwendung allgemeiner mikrofluidischer Chips Vorteile in einer manuellen Fluidverbindung zwischen allen relevanten Ports bietet, schafft die Einführung des mikrofluidischen Chipsystems mit einem Regalsystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine leichte und einfache Zugänglichkeit. Das Regal-System weist mehrere Regalschlitze zur Aufnahme von jeweils mindestens einem mikrofluidischen Chip auf. Der mikrofluidische Chip kann direkt oder unter Verwendung einer Regalbox, wie später beschrieben, aufgenommen werden. Die Konnektivität für die Flüssigkeitskommunikation wird dadurch hergestellt, dass die Auslassöffnungen der Schlitze mit den Einlassöffnungen des Chips in Verbindung stehen. Dies führt zu der nachfolgend diskutierten Möglichkeit.The microfluidic chip system according to the invention can be complemented by a shelf system according to the invention. In particular, the shelf system offers easy access for inserting and removing shelf boxes, as will be explained later. While the microfluidic chip system already offers advantages in terms of manual fluid connection between all relevant ports when using general microfluidic chips, the introduction of the microfluidic chip system with a shelf system according to the present invention creates easy and simple access. The shelf system has several shelf slots for receiving at least one microfluidic chip each. The microfluidic chip can be received directly or using a shelf box, as described later. Connectivity for fluid communication is established by connecting the outlet openings of the slots to the inlet openings of the chip. This leads to the possibility discussed below.

Um eine Mehrfachversuchssituation für ein mikrofluidisches Chipsystem gemäß der vorliegenden Diskussion zu starten, müssen die Regalboxen oder die mikrofluidischen Chips in das Regalsystem geladen werden. Dazu werden die mikrofluidischen Chips entlang der Schlitzhaltemittel in die Halteposition geschoben und von den Schlitzhaltemitteln in der Halteposition gehalten. Die Haltepositionen können durch zwei Merkmale definiert werden. Erstens hat der mikrofluidische Chip in einer Halteposition eine definierte Position relativ zur Regalbox und insbesondere relativ zur Schlitzauslassöffnung. Dies bedeutet, dass die Schlitzauslassöffnung in der Halteposition des Mikrofluidikchips in Fluidverbindung mit der Chipeingangsöffnung des jeweiligen Mikrofluidikchips steht.To initiate a multiple-experiment setup for a microfluidic chip system as discussed here, the shelf boxes or the microfluidic chips must be loaded into the shelf system. This is achieved by sliding the microfluidic chips along the slot holders into the holding position and holding them there. The holding positions can be defined by two features. First, in a holding position, the microfluidic chip has a defined position relative to the shelf box and, in particular, relative to the slot outlet opening. This means that, in the holding position of the microfluidic chip, the slot outlet opening is in fluid communication with the chip inlet opening of the respective microfluidic chip.

Zweitens sorgen die Slot-Haltemittel für die Positionierung der vier erwähnten Fluidverbindungen zwischen den Slot-Auslassöffnungen und den Chip-Einlassöffnungen. Mit anderen Worten, durch das Bewegen, insbesondere das Schieben des mikrofluidischen Chips entlang der Schlitzhaltemittel in die Halteposition wird nicht nur die Positionierungsfunktionalität bereitgestellt, sondern auch die Verbindungsfunktionalität durch die Verbindung der Chipeinlassöffnungen mit den Schlitzauslassöffnungen. Im Gegensatz zu den allgemein bekannten Lösungen, bei denen eine manuelle Verbindung von Schläuchen oder Leitungen erfolgen muss, ist dies eine sehr kosteneffiziente und einfache Möglichkeit, diese Fluidverbindung herzustellen. Durch die gleitende Bewegung in die Halteposition wird insbesondere eine Verunreinigung der Fluidverbindung sicher und effizient vermieden.Secondly, the slot retainers position the four fluid connections between the slot outlets and the chip inlet ports. In other words, moving, specifically sliding, the microfluidic chip along the slot retainers into the holding position not only provides positioning functionality but also connection functionality by linking the chip inlet ports to the slot outlet ports. Unlike conventional solutions that require manual connection of hoses or tubes, this is a very cost-effective and simple way to establish this fluid connection. The sliding movement into the holding position also reliably and efficiently prevents contamination of the fluid connection.

Nach Beendigung eines Experiments kann die Bewegung, insbesondere eine Schiebebewegung, rückgängig gemacht werden. Der verbrauchte Mikrofluidik-Chip kann in umgekehrter Richtung aus dem Regalschlitz herausgezogen und damit einfach und kostengünstig aus dem Regalsystem entnommen werden. Für ein nächstes Experiment beginnt der Ladevorgang von vorne und ein neuer, frisch vorbereiteter Mikrofluidik-Chip kann in den jeweiligen Regalschlitz eingeführt und geladen werden. Bei einer Ausführungsform mit einer Regalbox, die den oder die Chips abdeckt, können Chips für weitere Untersuchungen und Analysen aus der Regalbox entnommen werden. Außerdem kann die Regalbox mit frischen Chips für die nächste Versuchsrunde neu bestückt werden.After an experiment is completed, the movement, particularly a sliding movement, can be reversed. The used microfluidic chip can be pulled out of the shelf slot in the opposite direction, thus allowing for easy and cost-effective removal from the shelf system. For the next experiment, the loading process begins again, and a new, freshly prepared microfluidic chip can be inserted into the respective shelf slot and loaded. In an embodiment with a shelf box that covers the chip(s), chips can be removed from the shelf box for further investigations and analyses. The shelf box can also be restocked with fresh chips for the next round of experiments.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass nicht nur eine einfache und effiziente Ladefunktion, sondern auch eine einfache und effiziente Verbindungsfunktion bereitgestellt wird. Insbesondere ist die Anschluss- und Ladefunktionalität für jeden der Regalschlitze getrennt, so dass selbst dann, wenn ein Experiment auf einem mikrofluidischen Chip in einem ersten Regalschlitz läuft, für einen zweiten und separaten Regalschlitz ein Austauschvorgang zeitnah parallel durchgeführt werden kann.The above description shows that not only a simple and efficient charging function, but also a simple and efficient A connection function is provided. In particular, the connection and charging functionality is separate for each of the shelf slots, so that even if an experiment is running on a microfluidic chip in one shelf slot, a swap process can be carried out in parallel in a timely manner for a second and separate shelf slot.

Es kann von Vorteil sein, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das Regalsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Regalschlitze einen Haltemechanismus zum lösbaren Halten der Mikrofluidikchips in der Halteposition aufweisen. Ein solcher Haltemechanismus kann beispielsweise eine Haltekraft in der Halteposition bereitstellen, die zum Beispiel bei einer Schiebebewegung in die Halteposition überwunden werden muss. Der Haltemechanismus kann auch als Sicherungsmechanismus bezeichnet werden, der ein unerwünschtes Lösen aus der Halteposition verhindert und damit indirekt auch die Fluidverbindung zwischen dem Chipeinlass und dem Schlitzauslass sichert. Zusätzlich kann der Haltemechanismus eine Dichtungskraft oder eine Haltekraft aufbringen, die den gesamten mikrofluidischen Chip in die Halteposition zwingt und dadurch eine Dichtungskraft an Dichtungsmitteln bereitstellt, wie später beschrieben.It can be advantageous if, according to the present invention, the racking system is characterized in that the rack slots have a retaining mechanism for releasably holding the microfluidic chips in the holding position. Such a retaining mechanism can, for example, provide a holding force in the holding position that must be overcome, for instance, during a sliding movement into the holding position. The retaining mechanism can also be referred to as a locking mechanism that prevents unwanted release from the holding position and thus indirectly also secures the fluid connection between the chip inlet and the slot outlet. Additionally, the retaining mechanism can apply a sealing force or a holding force that forces the entire microfluidic chip into the holding position and thereby provides a sealing force on sealing means, as described later.

Es ist ferner von Vorteil, wenn das Regalsystem gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Haltemittel der Regalschlitze Gleitflächen für eine Gleitbewegung des Mikrofluidikchips in die Halteposition aufweisen. Obwohl grundsätzlich auch jede andere Art der Bewegung möglich ist, um die erfindungsgemäßen Vorteile bereitzustellen, ist eine Gleitbewegung eine bevorzugte Bewegungsfunktionalität. Eine Schiebebewegung ist auf einfache und effiziente Weise möglich und kann insbesondere mit einer relativ geringen Widerstandskraft durchgeführt werden. Durch das Schieben des mikrofluidischen Chips in die Halteposition können weitere Eingriffsfunktionen beispielsweise mit dem erwähnten Haltemechanismus und/oder der Herstellung der Fluidverbindung zwischen der Chipeinlassöffnung und der Schlitzauslassöffnung zusammenwirken.It is further advantageous if the racking system according to the present invention is characterized in that the retaining means of the rack slots have sliding surfaces for a sliding movement of the microfluidic chip into the holding position. Although in principle any other type of movement is also possible to provide the advantages of the invention, a sliding movement is a preferred movement functionality. A sliding movement is possible in a simple and efficient manner and can be carried out, in particular, with relatively low resistance. By sliding the microfluidic chip into the holding position, further engagement functions can interact, for example, with the aforementioned holding mechanism and/or the establishment of the fluid connection between the chip inlet opening and the slot outlet opening.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Regalsystem dadurch gekennzeichnet, dass die Regalschlitze so konfiguriert sind, dass sie die mikrofluidischen Chips aufnehmen, wobei eine Regalbox die mikrofluidischen Chips zumindest teilweise abdeckt. Obwohl es möglich ist, die mikrofluidischen Chips direkt in die jeweiligen Regalschlitze einzusetzen, bietet die Verwendung einer Regalbox, wie insbesondere später diskutiert, eine robustere Funktionalität für die mikrofluidischen Chips. Die einfachste Art, eine solche Regalbox zu bauen, besteht darin, ein Gehäuse vorzusehen, das den mikrofluidischen Chip selbst umgibt. Das Gehäuse ist eine robuste Möglichkeit, die Sicherheit des Inhalts in Form des mikrofluidischen Chips und der Flüssigkeitsverbindungswege im Inneren des mikrofluidischen Chips zu gewährleisten. Insbesondere in Fällen, in denen der benutzte Mikrofluidik-Chip nach Beendigung des Experiments zur weiteren Analyse per Post verschickt werden soll, kann die Regalbox eine sichere Umgebung bieten, um das Ergebnis des Experiments zu sichern und eine detaillierte Analyse an einem anderen Ort zu ermöglichen.According to the present invention, the shelf system is characterized in that the shelf slots are configured to accommodate the microfluidic chips, with a shelf box at least partially covering the microfluidic chips. Although it is possible to insert the microfluidic chips directly into the respective shelf slots, the use of a shelf box, as discussed in more detail later, offers more robust functionality for the microfluidic chips. The simplest way to construct such a shelf box is to provide a housing that surrounds the microfluidic chip itself. The housing is a robust way to ensure the safety of the contents, namely the microfluidic chip and the fluid pathways within the microfluidic chip. Particularly in cases where the used microfluidic chip is to be sent by mail for further analysis after completion of the experiment, the shelf box can provide a secure environment to safeguard the results of the experiment and enable detailed analysis at another location.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das Regalsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Regalschlitze verdrahtete Steckverbinder zur Verbindung mit Chipverbindern der Mikrofluidikchips in Halteposition aufweisen. Ein solcher verdrahteter Chipverbinder wird insbesondere für eine elektrische Leitfähigkeit und/oder Signalübertragung verwendet. Wie später noch erläutert wird, kann die Regalbox mit weiteren Funktionen ausgestattet sein, wie z.B. einer Heizeinrichtung, einer Kühleinrichtung, einer Ventileinrichtung, einer Sensoreinrichtung oder ähnlichen Komponenten. Zur Steuerung dieser Elemente und/oder zur Bereitstellung von elektrischer Energie für die Nutzung dieser Komponenten kann der verdrahtete Steckverbinder verwendet werden. Insbesondere werden die verdrahteten Steckverbinder mit den Spitzenverbindern auf die gleiche Weise verbunden, wie die Flüssigkeitsverbindung zwischen den Steckverbinder-Auslassöffnungen und den Chip-Einlassöffnungen hergestellt wird. Durch das Bewegen der Regalbox und/oder des mikrofluidischen Chips selbst in die Halteposition wird nicht nur die Flüssigkeitsverbindung automatisch hergestellt, sondern auch die verdrahtete Verbindung wird auf die gleiche Weise automatisch hergestellt.It is further advantageous if, according to the present invention, the shelf system is characterized in that the shelf slots have wired connectors for connecting to chip connectors of the microfluidic chips in the holding position. Such a wired chip connector is used in particular for electrical conductivity and/or signal transmission. As will be explained later, the shelf box can be equipped with further functions, such as a heating device, a cooling device, a valve device, a sensor device, or similar components. The wired connector can be used to control these elements and/or to provide electrical energy for the use of these components. In particular, the wired connectors are connected to the tip connectors in the same way as the fluid connection between the connector outlet openings and the chip inlet openings is established. By moving the shelf box and/or the microfluidic chip itself into the holding position, not only is the fluid connection automatically established, but the wired connection is also automatically established in the same way.

Weitere Vorteile können sich ergeben, wenn das erfindungsgemäße Regalsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass mehrere Regalschlitze in Regalspalten und/oder Regalzeilen angeordnet sind. Je mehr Regalschlitze vorgesehen sind, desto höher ist die Flexibilität und die Effizienz bei der Verwendung eines solchen Regalsystems in einem mikrofluidischen Chipsystem. Durch die Anordnung der Regalschlitze entlang von Spalten oder Regallinien wird der Raum innerhalb eines mikrofluidischen Chipsystems mit höherer Effizienz genutzt. Insbesondere haben die Regalschlitze eine Öffnungsrichtung, die für alle Regalschlitze in dieselbe Richtung weist, so dass der Zugang zu allen Regalschlitzen in dem Regalsystem aus einer einzigen Richtung erfolgt.Further advantages can arise if the shelving system according to the invention is characterized in that several shelf slots are arranged in shelf columns and/or shelf rows. The more shelf slots are provided, the greater the flexibility and efficiency when using such a shelving system in a microfluidic chip system. By arranging the shelf slots along columns or shelf lines, the space within a microfluidic chip system is used more efficiently. In particular, the shelf slots have an opening direction that points in the same direction for all shelf slots, so that access to all shelf slots in the shelving system is from a single direction.

Weitere Vorteile können erreicht werden, wenn gemäß einem erfindungsgemäßen Regalsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schlitzauslassöffnungen Dichtungselemente zur dichten Abdichtung gegen die Chipeinlassöffnungen mit einem mikrofluidischen Chip in der Halteposition aufweisen. Die Abdichtung wird beispielsweise durch Dichtungsringe oder andere elastisch verformbare Dichtelemente bereitgestellt. Insbesondere im Zusammenwirken mit dem Haltemechanismus, wie weiter oben beschrieben, kann auf die Dichtelemente in der Halteposition des mikrofluidischen Chips eine Dichtkraft aufgebracht werden, so dass durch die Bewegung des mikrofluidischen Chips in der Halteposition zusätzlich und automatisch auch die Dichtfunktionalität bereitgestellt wird. Durch eine einzige, z.B. gleitende Bewegung können nun mehrere Funktionen durch diese einzige Bewegung für die Montage und das Einsetzen der Regalbox und/oder des mikrofluidischen Chips in den Regalschlitz erreicht werden. Diese Mehrfachfunktionalitäten umfassen die Positionierungsfunktionalität, die Herstellung der Fluidkommunikation, die Herstellung der Kabelverbindung sowie eine Dichtungsfunktionalität.Further advantages can be achieved if, according to a racking system according to the invention, it is characterized in that the slot outlet openings have sealing elements for sealing. The system must provide a seal against the chip inlet openings with a microfluidic chip in the holding position. This seal is achieved, for example, by sealing rings or other elastically deformable sealing elements. Particularly in conjunction with the holding mechanism, as described above, a sealing force can be applied to the sealing elements in the microfluidic chip's holding position, so that the movement of the microfluidic chip in this position also automatically provides the sealing functionality. With a single movement, such as a sliding motion, several functions can now be achieved for mounting and inserting the shelf box and/or the microfluidic chip into the shelf slot. These multiple functionalities include positioning, establishing fluid communication, creating the cable connection, and sealing.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch eine Regalbox für ein erfindungsgemäßes Regalsystem bereitgestellt. Die Regalbox umfasst ein Boxgehäuse, in dem der mindestens eine mikrofluidische Chip angeordnet ist. Jeder mikrofluidische Chip hat mindestens zwei Kammern, Chipeinlasskanäle von einer Chipeinlassöffnung zu jeder der Kammern und Chipauslasskanäle von den Kammern zu einem Chipauslass. Außerdem erstrecken sich die Chipeingangsöffnungen durch das Gehäuse des Gehäuses, um mit den Auslassöffnungen verbunden zu werden, wenn sich das Regalgehäuse in der Halteposition befindet. Eine Regalbox bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie im Detail in Bezug auf das erfindungsgemäße Regalsystem diskutiert wurden.Another embodiment of the present invention is provided by a shelf box for a shelving system according to the invention. The shelf box comprises a box housing in which the at least one microfluidic chip is arranged. Each microfluidic chip has at least two chambers, chip inlet channels from a chip inlet opening to each of the chambers, and chip outlet channels from the chambers to a chip outlet. Furthermore, the chip inlet openings extend through the housing to connect to the outlet openings when the shelf housing is in the holding position. A shelf box offers the same advantages as discussed in detail with regard to the shelving system according to the invention.

Insbesondere umfasst ein erfindungsgemäßes Regalsystem mindestens einen Regalbox, der in einen der zahlreichen Steckplätze eingesetzt wird, um für die parallele Durchführung mehrerer fluidbasierter Experimente vorbereitet zu sein.In particular, a shelving system according to the invention comprises at least one shelf box which is inserted into one of the numerous slots in order to be prepared for the parallel execution of several fluid-based experiments.

Es kann von Vorteil sein, wenn eine Regalbox gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass sich mindestens zwei mikrofluidische Chips in dem Boxgehäuse befinden. Durch das Vorhandensein von mehr als einem einzelnen mikrofluidischen Chip im Inneren der Regalbox wird eine Vervielfachung der Verwendbarkeit erreicht. Mehr als ein mikrofluidischer Chip bietet mehr als eine Komplexität für parallel durchgeführte Experimente. Diese Ausführungsform kann mit separaten Chipeinlässen für jeden der enthaltenen Mikrofluidikchips oder mit einem kombinierten Chipeinlass für alle mindestens zwei Mikrofluidikchips, die sich alle im selben Gehäuse befinden, ausgestattet sein.It can be advantageous if a shelf box according to the present invention is characterized in that at least two microfluidic chips are located in the box housing. The presence of more than one microfluidic chip inside the shelf box significantly increases its usability. More than one microfluidic chip offers greater complexity for parallel experiments. This embodiment can be equipped with separate chip inlets for each of the contained microfluidic chips or with a combined chip inlet for all at least two microfluidic chips, all located in the same housing.

Es ist ferner von Vorteil, wenn eine Regalbox gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens eine Temperaturkontrolleinrichtung, die insbesondere ein Heizelement umfasst, innerhalb des Boxgehäuses angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Temperaturregelung innerhalb der Regalbox und es ist keine separate Funktionalität zur Temperaturregelung innerhalb des restlichen mikrofluidischen Chipsystems erforderlich. Dies kann durch Heiz- und/oder Kühlvorrichtungen erfolgen, die es ermöglichen, für jedes Experiment auf demselben mikrofluidischen Chip eine spezifische und kontrollierbare Umgebung zu schaffen.It is further advantageous if a shelf box according to the present invention is characterized in that at least one temperature control device, which in particular comprises a heating element, is arranged within the box housing. This enables temperature control within the shelf box and eliminates the need for separate temperature control functionality within the rest of the microfluidic chip system. This can be achieved by heating and/or cooling devices, which make it possible to create a specific and controllable environment for each experiment on the same microfluidic chip.

Es ist ferner von Vorteil, wenn eine Regalbox gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Boxengehäuse ein Signalelement umfasst, das ein Signal an einen Benutzer bereitstellt und die Regalbox sich in der Halteposition befindet. Wie weiter oben im Detail erläutert, ist die Halteposition und das Erreichen der Halteposition entscheidend für das Erreichen der verschiedenen beschriebenen Funktionalitäten. Dies gilt insbesondere für die Herstellung der Fluidverbindung zwischen den Schlitzauslassöffnungen und den Chipeinlassöffnungen. Daher gibt das Signalelement dem Benutzer, der die Regalbox in den Regalschlitz einführt, eine Signalrückmeldung, dass die Halteposition erreicht ist und dadurch die sekundären Funktionalitäten wie insbesondere die Herstellung der Fluidverbindung gewährleistet sind. Insbesondere gibt das Signalelement ein Lichtsignal oder ein Tonsignal ab, das elektrisch oder mechanisch erzeugt werden kann.It is further advantageous if a shelf box according to the present invention is characterized in that the box housing includes a signaling element that provides a signal to a user when the shelf box is in the holding position. As explained in detail above, the holding position and reaching the holding position are crucial for achieving the various described functionalities. This applies in particular to establishing the fluid connection between the slot outlet openings and the chip inlet openings. Therefore, the signaling element provides the user, who inserts the shelf box into the shelf slot, with signal feedback that the holding position has been reached and that the secondary functionalities, such as establishing the fluid connection, are thereby ensured. In particular, the signaling element emits a light signal or an audible signal, which can be generated electrically or mechanically.

Es ist ferner von Vorteil, wenn eine Regalbox nach der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass im Inneren des Boxgehäuses mindestens ein Sensorelement zur Messung mindestens eines Versuchsparameters angeordnet ist. Ein solches Sensorelement kann z.B. Temperatur, pH-Wert, Druck oder ähnliche physikalische oder biologische Parameter erfassen. Es kann zur Experimentsteuerung und/oder zur Erzeugung von Experimentdaten während der Durchführung der flüssigkeitsbasierten Experimente verwendet werden. Die Signalkommunikation kann über die bereits erwähnten drahtgebundenen Anschlüsse erfolgen.It is further advantageous if a shelf box according to the present invention is characterized in that at least one sensor element for measuring at least one experimental parameter is arranged inside the box housing. Such a sensor element can, for example, detect temperature, pH value, pressure, or similar physical or biological parameters. It can be used for experiment control and/or for generating experimental data during the execution of the liquid-based experiments. Signal communication can be carried out via the aforementioned wired connections.

Es ist ferner Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Befüllen eines erfindungsgemäßen Regalsystems mit mindestens einer erfindungsgemäßen Regalbox bereitzustellen. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch den Schritt des Bewegens der mindestens einen Regalbox in die Halteposition. Dabei weist das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile auf, wie sie in Bezug auf das erfindungsgemäße Regalsystem und auch in Bezug auf die erfindungsgemäße Regalbox ausführlich erläutert wurden.It is further an object of the present invention to provide a method for filling a shelving system according to the invention with at least one shelf box according to the invention. The method is characterized by the step of moving the at least one shelf box into the holding position. The method according to the invention has the same advantages as those already explained in detail with regard to the shelving system and the shelf box according to the invention.

Weitere Merkmale, Details und Vorteile werden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in schematischer Weise:

  • 1 eine Ausführungsform eines mikrofluidischen Chipsystems,
  • 2 eine weitere Ausführungsform eines mikrofluidischen Chipsystems,
  • 3 eine weitere Ausführungsform eines mikrofluidischen Chipsystems, und
  • 4 eine weitere Ausführungsform eines mikrofluidischen Chipsystems,
  • 5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Regalsystems,
  • 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Regalsystems,
  • 7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Regalsystems,
  • 8 ein erster Schritt einer Belastungsmethode,
  • 9 ein weiterer Schritt einer Belastungsmethode,
  • 10 Die Halteposition ist der Endpunkt der Belastungsmethode,
  • 11 ein Aufbau eines Regalsystems, und
  • 12 eine weitere Ausführungsform einer Regalbox.
Further features, details, and advantages are described with reference to the attached drawings. These show schematically:
  • 1 an embodiment of a microfluidic chip system,
  • 2 another embodiment of a microfluidic chip system,
  • 3 another embodiment of a microfluidic chip system, and
  • 4 another embodiment of a microfluidic chip system,
  • 5 an embodiment of a shelving system according to the invention,
  • 6 another embodiment of a shelving system according to the invention,
  • 7 another embodiment of a shelving system according to the invention,
  • 8 a first step in a stress method,
  • 9 a further step in a stress method,
  • 10 The holding position is the endpoint of the loading method.
  • 11 the construction of a shelving system, and
  • 12 another embodiment of a shelf box.

In 1 ist eine sehr einfache und kosteneffiziente Lösung für das mikrofluidische Chipsystem 10 dargestellt. Dieses mikrofluidische Chipsystem 10 umfasst einen Gaskompressor, der die Funktion einer Flüssigkeitspumpe 50 hat. Luft wird durch einen nicht dargestellten Filter aus der Umgebung angesaugt und zur Erhöhung des Drucks in der Leitung zu den Selektionsmitteln 34 verwendet. Die Auswahleinrichtung 34 kann nun den Druck von der Flüssigkeitspumpeneinrichtung 50 selektiv an eine oder mehrere der Flüssigkeitsproben 32 und die Probenstation 30 liefern.In 1 A very simple and cost-effective solution for the microfluidic chip system 10 is shown. This microfluidic chip system 10 comprises a gas compressor that functions as a liquid pump 50. Air is drawn in from the environment through a filter (not shown) and used to increase the pressure in the line to the selection media 34. The selection device 34 can then selectively supply the pressure from the liquid pump device 50 to one or more of the liquid samples 32 and the sample station 30.

Dadurch können die Auslassöffnungen der Auswahlmittel 34 auf der Grundlage des Versuchsrezepts ER gesteuert werden. Wenn beispielsweise die am weitesten links liegende Flüssigkeitsprobe 32 von der Auswahleinrichtung 34 ausgewählt wird, wird der von der Flüssigkeitspumpeneinrichtung 50 bereitgestellte Druck nur und spezifisch für die am weitesten links liegende Flüssigkeitsprobe 32 in der Probenstation 30 bereitgestellt. Dadurch wird die Flüssigkeit dieser Flüssigkeitsprobe 32 durch den jeweiligen und spezifischen Probenauslass 33 gedrückt, um zu einer spezifischen und ausgewählten Sammeleinlassöffnung 43 am Sammelventil 40 zu gelangen. Das Sammelventil 40 stellt nun aktiv nur eine Fluidverbindung von dieser unteren Sammeleinlassöffnung 43 zu der einen und einzigen Sammelauslassöffnung 45 her. Dabei verläuft der Flüssigkeitsweg weiter über den Sammelkanal 44 und wird auf drei separate Multifluidik-Chips 20 verteilt.This allows the outlet openings of the selection device 34 to be controlled based on the experimental recipe ER. For example, if the leftmost liquid sample 32 is selected by the selection device 34, the pressure provided by the liquid pump device 50 is supplied only and specifically for the leftmost liquid sample 32 in the sample station 30. This forces the liquid of this liquid sample 32 through the respective and specific sample outlet 33 to reach a specific and selected collection inlet opening 43 on the collection valve 40. The collection valve 40 then actively establishes only one fluid connection from this lower collection inlet opening 43 to the single collection outlet opening 45. The liquid then continues via the collection channel 44 and is distributed to three separate multifluidic chips 20.

Jeder dieser Multifluidik-Chips 20 umfasst eine Chip-Einlassöffnung 23 zur Aufnahme der flüssigen Probe 32 über den Sammelkanal 44. Darüber hinaus umfasst jeder der Multifluidik-Chips 20 in diesem Beispiel drei separate, aber identische Kammern 22, in denen jeweils biologische Zellen gezüchtet werden können. Die Verteilung der flüssigen Probe 32 erfolgt nun stromabwärts der Chip-Einlassöffnung 23 über die Chip-Einlasskanäle 24, und in der Lösung von 1 wird die ausgewählte flüssige Probe 32 aus der am weitesten links liegenden flüssigen Probe 32 gleichmäßig auf alle drei mikrofluidischen Chips 20 verteilt. Durch das Fehlen eines weiteren Ventilsystems verteilt nun jeder der mikrofluidischen Chips 20 die bereitgestellte und ausgewählte, spezifische Flüssigkeitsprobe 32 über die Chipeinlasskanäle 24 auf jede der drei Kammern 22. Jede weitere Flüssigkeit, die sich bereits den Kammern 22 befindet, wird durch den Chipauslasskanal 26 zu den Chipauslassöffnungen 25 herausgedrückt und kann z.B. in einem Abfallbehälter gesammelt werden.Each of these multifluidic chips 20 includes a chip inlet opening 23 for receiving the liquid sample 32 via the collection channel 44. Furthermore, each of the multifluidic chips 20 in this example includes three separate but identical chambers 22, in each of which biological cells can be cultivated. The distribution of the liquid sample 32 now takes place downstream of the chip inlet opening 23 via the chip inlet channels 24, and in the solution of 1 The selected liquid sample 32 is distributed evenly from the leftmost liquid sample 32 to all three microfluidic chips 20. Due to the absence of a further valve system, each of the microfluidic chips 20 now distributes the provided and selected specific liquid sample 32 via the chip inlet channels 24 to each of the three chambers 22. Any additional liquid already present in the chambers 22 is forced out through the chip outlet channel 26 to the chip outlet openings 25 and can be collected, for example, in a waste container.

In 2 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die auf der Lösung von 1 basiert. In diesem Fall ist nun ein wählbarer mikrofluidischer Chip 22 durch das Verteilerventil 60 definiert. Die flüssige Probe 32, die an einer Verteiler-Einlassöffnung 63 bereitgestellt wird, kann nun selektiv auf nur einen der mikrofluidischen Chips 20 verteilt werden. Alle Kammern 22 auf dem ausgewählten mikrofluidischen Chip 20 werden nun mit der gleichen und identischen einzigartigen Flüssigkeitsprobe 32 versorgt, aber eine andere Flüssigkeitsprobe 32 kann bereitgestellt und an jeden der anderen verbleibenden mikrofluidischen Chips 20 verteilt werden. Dies geschieht durch das Verteilerventil 60, z.B. in Form eines Drehventils, durch selektives Verbinden der Verteilereinlassöffnung 63 mit Verteilerauslassöffnungen 65.In 2 is shown a further embodiment of the present invention, which is based on the solution of 1 The system is based on the following principle. In this case, a selectable microfluidic chip 22 is defined by the distribution valve 60. The liquid sample 32, supplied at a distributor inlet port 63, can now be selectively distributed to only one of the microfluidic chips 20. All chambers 22 on the selected microfluidic chip 20 are now supplied with the same and identical unique liquid sample 32, but a different liquid sample 32 can be supplied and distributed to each of the other remaining microfluidic chips 20. This is done by the distribution valve 60, e.g., in the form of a rotary valve, by selectively connecting the distributor inlet port 63 to distributor outlet ports 65.

Weitere 2 zeigt eine selektive Mischfunktion für die beiden rechten Flüssigkeitsproben 32. Sie können nun gemeinsam den Mischeingangsöffnungen 23 einer Mischeinrichtung 80 zugeführt werden. Sie werden in einer Mischkammer 81 gemischt und die Mischung der Proben wird dann an der Mischauslassöffnung 85 bereitgestellt. Um diese Funktionalität mit der in 1 beschriebenen Funktionalität zu kombinieren, ist stromabwärts des Sammelventils 40 und des Mischmittels 80 ein weiteres, nicht näher beschriebenes Ventilmittel angeordnet, um den Fluidweg von der Mischkammer 81 zum Verteilerventil 60 oder vom Sammelventil 40 zum Verteilerventil 60 zu kombinieren oder selektiv zu verbinden.More 2 Figure 1 shows a selective mixing function for the two right-hand liquid samples 32. They can now be fed together to the mixing inlet openings 23 of a mixing device 80. They are mixed in a mixing chamber 81, and the mixture of the samples is then provided at the mixing outlet opening 85. To combine this functionality with the one in Figure 2, the following is shown: 1 To combine the described functionality, a further, unspecified valve element is arranged downstream of the collecting valve 40 and the mixing medium 80 to control the fluid path from the mixing chamber 81 to the distribution To combine or selectively connect the ler valve 60 or the collection valve 40 to the distributor valve 60.

In 3 ist zusätzlich zu den Mischmitteln 80 ein Tröpfchengenerator 70 vorgesehen. In diesem Fall wird die gemischte flüssige Probe, die von der Mischauslassöffnung 85 bereitgestellt wird, von der Tröpfcheneinlassöffnung 73 aufgenommen und die Tröpfchenöffnung 75 liefert einen gezählten Tropfen oder mehrere Tropfen der Mischung der Probe, die dann innerhalb des Tröpfchengenerators vorwärts bewegt und dem Tröpfchenkanal 74 zugeführt wird.In 3 In addition to the mixing agents 80, a droplet generator 70 is provided. In this case, the mixed liquid sample, which is supplied by the mixing outlet opening 85, is received by the droplet inlet opening 73 and the droplet opening 75 delivers one or more counted drops of the mixture of the sample, which is then moved forward within the droplet generator and fed to the droplet channel 74.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der in jedem der Mikrofluidik-Chips 20 zusätzliche Kammerventile 28 vorgesehen sind. Diese Kammerventile 28 ermöglichen die Auswahl einer bestimmten Kammer 22 auf jedem der Mikrofluidik-Chips 20, so dass in jeder der Kammern 22, die sich von anderen Kammern 22 auf demselben Mikrofluidik-Chip 20 unterscheiden, ein einzigartiges und unterschiedliches Experiment durchgeführt werden kann. 4 Figure 2 shows a further embodiment of the present invention in which each of the microfluidic chips 20 is provided with additional chamber valves 28. These chamber valves 28 enable the selection of a specific chamber 22 on each of the microfluidic chips 20, so that a unique and different experiment can be carried out in each of the chambers 22, which differ from other chambers 22 on the same microfluidic chip 20.

Außerdem sind in 4 alle mikrofluidischen Chips 20 mit Abfallkanälen 27 versehen, die einen bestimmten Abfall aus einer bestimmten Kammer 22 eines bestimmten mikrofluidischen Chips 20 zu einem bestimmten Abfallsammler 29 führen. Jeder der Abfallsammler 29 kann nun mit weiteren Sensoren verbunden werden, um eine zusätzliche Analyse der chemischen und/oder physikalischen Parameter der Abfallflüssigkeit zu ermöglichen.Furthermore, in 4 All microfluidic chips 20 are equipped with waste channels 27 that direct specific waste from a specific chamber 22 of a specific microfluidic chip 20 to a specific waste collector 29. Each of the waste collectors 29 can now be connected to additional sensors to enable further analysis of the chemical and/or physical parameters of the waste liquid.

In 5 ist eine sehr einfache Lösung des Regalsystems 100 dargestellt. Es hat vier übereinander gestapelte Regalschlitze 120, die jeweils mit einer Regalbox 200 mit einem mikrofluidischen Chip 20 innerhalb eines Boxgehäuses 210 gefüllt sind. Für eine Flüssigkeitsverbindung in jedem der Regalschlitze 120 sorgen Schlitzauslassöffnungen 123 für eine Flüssigkeitsverbindung zum mikrofluidischen Chip 20 sowie die Chipauslassöffnung 25 für die Möglichkeit, die Flüssigkeit des mikrofluidischen Chips herauszudrücken. In diesem Fall wird eine flache Oberfläche bereitgestellt, um die Funktionalität der Schlitzhaltemittel 122 zu erzeugen, so dass eine gleitende Ladebewegung durchgeführt werden kann, wie später in Bezug auf die 8, 9 bis 10 diskutiert.In 5 A very simple solution of the shelf system 100 is shown. It has four stacked shelf slots 120, each filled with a shelf box 200 containing a microfluidic chip 20 within a box housing 210. Slot outlet openings 123 provide a fluid connection to the microfluidic chip 20 in each of the shelf slots 120, and the chip outlet opening 25 allows the fluid from the microfluidic chip to be expelled. In this case, a flat surface is provided to enable the functionality of the slot retainers 122, allowing a sliding loading motion, as described later in relation to the 8 , 9 until 10 discussed.

In 5 ist das Regalsystem 100 mit einer automatischen Herstellung der Fluidverbindung für die Schlitzauslassöffnungen 123 mit den jeweiligen Chip-Einlassöffnungen 23 der mikrofluidischen Chips 200 versehen.In 5 The racking system 100 is equipped with an automatic production of the fluid connection for the slot outlet openings 123 with the respective chip inlet openings 23 of the microfluidic chips 200.

In 6 wurde eine weitere Änderung vorgenommen, indem auch die Spanauslassöffnungen 25 in der Halteposition HP in eine automatische Fluidverbindung gebracht wurden. Hier ist jeder der Regalschlitze 120 zusätzlich mit einem Schlitzaufnahmeanschluss 126 versehen, die in der Halteposition in automatischer Flüssigkeitsverbindung mit der Spanauslassöffnung 25 steht. Um eine Sicherheit in der Halteposition HP zu gewährleisten, ist auch ein Haltemechanismus 124 vorgesehen, der die beladene Regalbox 200 in der Halteposition HP hält und sie in dieser Position sichert. Die Bewegung über diesen Haltemechanismus 124 wird in den 8, 9 bis 10 beschrieben.In 6 A further modification was made by also connecting the chip outlet openings 25 in the HP holding position to an automatic fluid connection. Here, each of the shelf slots 120 is additionally equipped with a slot receiving connection 126, which is in automatic fluid connection with the chip outlet opening 25 in the holding position. To ensure safety in the HP holding position, a holding mechanism 124 is also provided, which holds the loaded shelf box 200 in the HP holding position and secures it in this position. The movement via this holding mechanism 124 is described in the 8 , 9 until 10 described.

In 7 ist eine weitere Ausführungsform des Regalsystems 100 abgebildet. Hier wird die Komplexität und die Funktionalität der Regalbox 200 durch ein Kammerventil 28 erhöht, das eine Ventilfunktionalität innerhalb des mikrofluidischen Chips 20 bietet. Es wird von einem Steuermodul 218 gesteuert, das Steuersignale und/oder elektrische Energie über einen verdrahteten Schlitzverbinder 125 in Kontakt mit dem Chipverbinder 21 erhält. Außerdem wird von dem Steckplatz des Steuermoduls 218 ein Temperaturregler 212 mit Strom versorgt, um die Temperatur der durch den mikrofluidischen Chip 20 in die Kammer 22 fließenden Flüssigkeit zu steuern.In 7 Another embodiment of the shelving system 100 is shown. Here, the complexity and functionality of the shelving box 200 are increased by a chamber valve 28, which provides valve functionality within the microfluidic chip 20. It is controlled by a control module 218, which receives control signals and/or electrical power via a wired slot connector 125 in contact with the chip connector 21. Furthermore, a temperature controller 212 is powered from the slot of the control module 218 to control the temperature of the liquid flowing through the microfluidic chip 20 into the chamber 22.

Die 8, 9 bis 10 zeigen eine erfindungsgemäße Beladungsmethode. In diesem Fall wird die Komplexität und die Funktionalität der Regalbox 200 weiter erhöht, indem zusätzlich zu der Lösung von 7 auch ein Sensorelement 216 vorhanden ist, um die Möglichkeit zu bieten, Experimentparameter während der Durchführung der fluidbasierten Experimente zu erfassen. Ferner steht ein Signalelement 214 in Signalverbindung mit dem Steuermodul 218, um ein Signal zu liefern, sobald die in 10 dargestellte Halteposition HP erreicht ist. Dem Pfeil in 8 folgend ist eine Gleitbewegung entlang der gesamten Gleitfläche 120 der Schlitzhalteeinrichtung 122 vorgesehen. Während dieser Gleitbewegung, wie sie in 9 dargestellt ist, wird der Haltemechanismus 124 beispielsweise gegen eine Federkraft weggedrückt. The 8 , 9 until 10 show a loading method according to the invention. In this case, the complexity and functionality of the shelf box 200 is further increased by, in addition to the solution of 7 A sensor element 216 is also present to allow the recording of experimental parameters during the execution of the fluid-based experiments. Furthermore, a signal element 214 is in signal communication with the control module 218 to provide a signal as soon as the 10 The depicted holding position HP has been reached. The arrow in 8 A sliding movement along the entire sliding surface 120 of the slot holding device 122 is provided. During this sliding movement, as described in 9 As shown, the holding mechanism 124 is pushed away against a spring force, for example.

Sobald die Regalbox 200 in der in 10 dargestellten Halteposition HP angekommen ist, schnappt der Haltemechanismus 124 zurück und sichert so die Regalbox 200 in dieser Halteposition. Durch das automatische Einfahren in die Halteposition wird nicht nur die Fluidverbindung zwischen der Schlitzauslassöffnung 123 und dem Schlitzaufnahmeanschluss 126 hergestellt, sondern auch die drahtgebundene Verbindung an dem drahtgebundenen Schlitzverbinder 125. Diese kabelgebundene Verbindung kann abgetastet und ein Signal vom Signalelement 214, beispielsweise in Form eines grünen Blinklichts, bereitgestellt werden.As soon as the shelf box 200 is in the 10 Once the shelf box 200 has reached the holding position HP shown, the holding mechanism 124 snaps back, securing it in this position. This automatic retraction into the holding position establishes not only the fluid connection between the slot outlet opening 123 and the slot receiving port 126, but also the wired connection at the wired slot connector 125. This wired connection can be detected, and a signal, for example in the form of a flashing green light, can be provided by the signaling element 214.

In 11 ist eine sehr platzsparende Art der Bereitstellung und Anordnung der Regalschlitze 120 dargestellt. Hier versorgen zwei Regalsäulen RC jeweils die Regalzeilen RL. Dies führt zu einer platzsparenden Möglichkeit, ein Regalsystem 100 mit in diesem Beispiel vier separaten Regalfächern 120 bereitzustellen.In 11 A very space-saving method of providing and arranging the shelf slots 120 is shown. Here, two shelf columns RC each supply the shelf rows RL. This results in a space-saving way of providing a shelving system 100 with, in this example, four separate shelf compartments 120.

12 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Regalbox 200 nun zwei separate Mikrofluidik-Chips 20 umfasst. In diesem Fall ist die Regalbox mit einer für die mikrofluidischen Chips 20 spezifischen Konnektivität ausgestattet, was bedeutet, dass für jede der Regalboxen 200 in jedem der Regalschlitze 120 zwei separate und unterschiedliche Schlitzauslassöffnungen 123 und Schlitzaufnahmeanschluss 126 speziell für jeden der mikrofluidischen Chips 20 innerhalb des Boxgehäuses 210 vorhanden sind. 12 Figure 1 shows another embodiment in which the shelf box 200 now comprises two separate microfluidic chips 20. In this case, the shelf box is equipped with connectivity specific to the microfluidic chips 20, meaning that for each of the shelf boxes 200, each of the shelf slots 120 has two separate and different slot outlet openings 123 and slot receiving ports 126 specifically for each of the microfluidic chips 20 within the box housing 210.

Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung nur beispielhaft.The foregoing description of the embodiments describes the present invention only by way of example.

BezugszeichenReference sign

1010
Mikrofluidisches ChipsystemMicrofluidic chip system
2020
Mikrofluidischer ChipMicrofluidic chip
2121
ChipverbinderChip connector
2222
Kammerchamber
2323
ChipeinlassöffnungChip inlet opening
2424
ChipeinlasskanalChip intake channel
2525
ChipauslassöffnungChip outlet opening
2626
ChipauslasskanalChip outlet channel
2727
AbfallkanäleWaste channels
2828
Kammerventilchamber valve
2929
AbfallsammlerWaste collector
3030
FlüssigprobenstationLiquid sampling station
3232
Flüssigkeitsprobeliquid sample
3333
ProbenauslasskanalSample outlet channel
3434
AuswahleinrichtungSelection facility
4040
SammelventilCollecting valve
4343
SammlereinlassöffnungCollector's inlet
4444
SammelrinneCollection channel
4545
SammelauslassöffnungCollector outlet opening
5050
Flüssigkeitspumpeneinrichtungliquid pump unit
6060
VerteilerventilDistributor valve
6363
Verteilereinlassöffnungdistributor inlet opening
6464
VerteilerkanalDistribution channel
6565
Verteilerauslassöffnungdistributor outlet opening
7070
Tröpfchengeneratordroplet generator
7373
Tröpfcheneinlassöffnungdroplet inlet opening
7474
Tröpfchenkanaldroplet channel
7575
Tröpfchenöffnungdroplet opening
8080
MischeinrichtungMixing device
8181
MischkammerMixing chamber
8383
MischeinlassöffnungMixing inlet
8585
MischauslassöffnungMixing outlet opening
ERHE
ExperimentierempfangExperimental reception
100100
Regalsystemshelving system
120120
RegalschlitzShelf slot
121121
GleitflächenSliding surfaces
122122
SchlitzhaltevorrichtungSlotted retaining device
123123
Schlitzauslassöffnungslotted outlet opening
123a123a
DichtelementSealing element
124124
HaltemechanismusHolding mechanism
125125
verdrahteter Schlitzverbinderwired slot connector
126126
SchlitzaufnahmeanschlussSlotted connection
200200
RegalboxShelf box
210210
BoxgehäuseBox case
212212
TemperaturkontrolleinrichtungTemperature control device
214214
SignalgliedSignal element
216216
SensorelementSensor element
218218
SteuermodulControl module
HPHP
HaltepositionHolding position
RCRC
Regalspalteshelf column
RLRL
Regalzeileshelf unit

Claims (13)

Regalsystem (100) für ein mikrofluidisches Chipsystem (10) zur parallelen Durchführung mehrerer fluidbasierter Experimente auf mindestens zwei separaten mikrofluidischen Chips (20) mit jeweils mindestens zwei Kammern (22), Chipeinlasskanäle (24) von einer Chipeinlassöffnung (23) zu jeder der Kammern (22) und Chipauslasskanäle (26) von den Kammern (22) zu einer Chipauslassöffnung (25), gekennzeichnet durch mehrere Regalschlitze (120), von denen jeder eine Schlitzhalteeinrichtung (122) zum Halten eines einzelnen mikrofluidischen Chips (20) in einer Halteposition (HP) und ferner Schlitzauslassöffnungen (123) zur Fluidverbindung mit den Chipeinlassöffnungen (23) des mikrofluidischen Chips (20) in der Halteposition (HP) aufweist.Shelf system (100) for a microfluidic chip system (10) for the parallel execution of several fluid-based experiments on at least two separate microfluidic chips (20) each with at least two chambers (22), chip inlet channels (24) from a chip inlet opening (23) to each of the chambers (22) and chip outlet channels (26) from the chambers (22) to a chip outlet opening (25), characterized by several shelf slots (120), each of which has a slot holding device (122) for holding a single microfluidic chip (20) in a holding position (HP) and further slot outlet openings (123) for fluid connection with the chip inlet openings (23) of the microfluidic chip (20) in the holding position (HP). Regalsystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regalschlitze (120) einen Haltemechanismus (124) zum lösbaren Halten der mikrofluidischen Chips (20) in der Halteposition (HP) aufweisen.Shelving system (100) according to Claim 1 , characterized in that the shelf slots (120) have a holding mechanism (124) for releasably holding the microfluidic chips (20) in the holding position (HP). Regalsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (122) der Regalschlitze (120) Gleitflächen (121) für eine Gleitbewegung des mikrofluidischen Chips (20) in die Halteposition (HP) aufweisen.Shelving system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device (122) of the shelf slots (120) have sliding surfaces (121) for a sliding movement of the microfluidic chip (20) into the holding position (HP). Regalsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regalschlitze (120) zur Aufnahme der mikrofluidischen Chips (20) mit einer den mikrofluidischen Chip (20) zumindest teilweise abdeckenden Regalbox (200) ausgebildet sind.Shelving system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the shelf slots (120) for receiving the microfluidic chips (20) are designed with a shelf box (200) that at least partially covers the microfluidic chip (20). Regalsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regalschlitze (120) verdrahtete Schlitzverbinder (125) zum Verbinden mit Chipverbindern (21) der mikrofluidischen Chips (20) in der Halteposition (HP) aufweisen.Shelving system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the shelf slots (120) have wired slot connectors (125) for connecting to chip connectors (21) of the microfluidic chips (20) in the holding position (HP). Regalsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Regalschlitze (120) in Regalspalten (RC) und/oder Regalzeilen (RL) angeordnet sind.Shelving system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the multiple shelf slots (120) are arranged in shelf columns (RC) and/or shelf rows (RL). Regalsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzauslassöffnungen (123) Dichtungselemente (123a) zur dichten Abdichtung gegen die Chipeinlassöffnungen (23) mit dem mikrofluidischen Chip (20) in der Halteposition (HP) aufweisen.Rack system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the slot outlet openings (123) have sealing elements (123a) for tight sealing against the chip inlet openings (23) with the microfluidic chip (20) in the holding position (HP). Regalbox (200) für ein Regalsystem (100) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7, umfassend ein Boxgehäuse (210), wobei mindestens ein mikrofluidischer Chip (20) in dem Boxgehäuse (210) angeordnet ist, wobei jeder mikrofluidische Chip (210) mindestens zwei Kammern (22), Chipeinlasskanäle (24) von einer Chipeinlassöffnung (23) zu jeder der Kammern (22) und Chipauslasskanäle (26) von den Kammern (22) zu einer Chipauslassöffnung (25) aufweist, wobei sich ferner die Chipeinlassöffnungen (23) durch das Boxgehäuse (210) zur Verbindung mit den Schlitzauslassöffnungen (123) der Regalbox (200) in der Halteposition (HP) erstrecken.Shelf box (200) for a shelving system (100) with the features of one of the Claims 1 until 7 , comprising a box housing (210), wherein at least one microfluidic chip (20) is arranged in the box housing (210), each microfluidic chip (210) having at least two chambers (22), chip inlet channels (24) from a chip inlet opening (23) to each of the chambers (22) and chip outlet channels (26) from the chambers (22) to a chip outlet opening (25), wherein the chip inlet openings (23) further extend through the box housing (210) to connect with the slot outlet openings (123) of the shelf box (200) in the holding position (HP). Regalbox (200) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei mikrofluidische Chips (20) im Boxgehäuse (210) angeordnet sind.Shelf box (200) according to Claim 8 , characterized in that at least two microfluidic chips (20) are arranged in the box housing (210). Regalbox (200) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Temperaturkontrolleinrichtung (212), insbesondere ein Heizelement, innerhalb des Boxengehäuses (210) angeordnet ist.Shelf box (200) according to one of the Claims 8 or 9 , characterized in that at least one temperature control device (212), in particular a heating element, is arranged inside the box housing (210). Regalbox (200) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Boxgehäuse (210) ein Signalelement (214) aufweist, das einem Benutzer ein Signal bereitstellt, wenn sich die Regalbox in der Halteposition (HP) befindet.Shelf box (200) according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that the box housing (210) has a signaling element (214) which provides a signal to a user when the shelf box is in the holding position (HP). Regalbox (200) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorelement (216) zur Messung mindestens eines Experimentparameters innerhalb des Boxgehäuses (210) angeordnet ist.Shelf box (200) according to one of the Claims 8 until 11 , characterized in that at least one sensor element (216) for measuring at least one experimental parameter is arranged inside the box housing (210). Verfahren zum Befüllen eines Regalsystems (100) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7 mit mindestens einer Regalbox (200) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch den Schritt eines Bewegens der mindestens einen Regalbox (200) in die Halteposition (HP).Method for filling a racking system (100) with the characteristics of one of the Claims 1 until 7 with at least one shelf box (200) with the features of one of the Claims 8 until 12 , characterized by the step of moving at least one shelf box (200) into the holding position (HP).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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