DE102023206778A1 - Microfluidic receiving element for a microfluidic device for processing fluids, microfluidic device and method for producing a microfluidic receiving element - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Der hier vorliegende Ansatz betrifft ein mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) für eine mikrofluidische Vorrichtung (100) zum Prozessieren von Fluiden. In einer Ebene einer Oberseite (130) des Aufnahmeelements (110) ist zumindest eine Ausnehmung (115) zum Aufnehmen einer Probenflüssigkeit angeordnet. Hierbei weist eine Oberfläche (200) der Ausnehmung (115) zumindest teilweise eine hydrophile Schicht (205) auf. Die Oberfläche (200) der Ausnehmung (115) weist ferner zumindest teilweise eine hydrophobe Schicht (210) auf.The present approach relates to a microfluidic receiving element (110) for a microfluidic device (100) for processing fluids. At least one recess (115) for receiving a sample liquid is arranged in a plane of a top side (130) of the receiving element (110). A surface (200) of the recess (115) at least partially has a hydrophilic layer (205). The surface (200) of the recess (115) also at least partially has a hydrophobic layer (210).

Description

Translated fromGerman

Stand der TechnikState of the art

Der dargestellte Ansatz geht von einem mikrofluidischen Aufnahmeelement für eine mikrofluidische Vorrichtung zum Prozessieren von Fluiden, einer mikrofluidischen Vorrichtung sowie einem Verfahren zum Herstellen eines mikrofluidischen Aufnahmeelements nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand des dargestellten Ansatzes ist auch ein Computerprogramm.The approach presented is based on a microfluidic receiving element for a microfluidic device for processing fluids, a microfluidic device and a method for producing a microfluidic receiving element according to the class of the independent claims. The subject of the approach presented is also a computer program.

Herkömmliche biologische Analysegeräte können eine Probenflüssigkeit in einem Analyserun oftmals jeweils nur auf zum Beispiel einen Krankheitserreger oder einen Virus überprüfen. Mittels eines Silizium-Arrays, auch Si-Array genannt, also einer Anordnung einer Mehrzahl von Ausnehmungen - auch Wells oder Kavitäten genannt - auf einem Silizium-Chip, welcher in eine Kartusche für ein biologisches Analysegeräte eingebaut wird, kann durch eine Mehrzahl separater, abgeschlossener Reaktionsvolumina eine Mehrzahl von Nachweisreaktionen, insbesondere auf verschiedene Krankheitserreger, parallel ablaufen. Dafür können beispielhaft in einzelne Wells Reagenzien in den jeweils richtigen Mengen vorgelagert sein. Dies kann beispielsweise durch einen Spotprozess, auch Spotting-Prozess oder Spottprozess genannt, durchgeführt werden. Der Chip kann (anschließend) in einer Flusszelle oder Kartusche verbaut und im Einsatz mit der Probenflüssigkeit, dem Analyten, im Besonderen parallel zu einer Chipoberfläche überströmt und hierdurch einzelne Wells mit dem Analyten befüllt werden. Die einzelnen Wells können (anschließend) fluidisch voneinander getrennt werden, und die Nachweisreaktionen können im Speziellen parallel in den (nun) abgeschlossenen Reaktionsvolumina ablaufen.Conventional biological analysis devices can often only test a sample liquid in one analysis run for one pathogen or a virus, for example. Using a silicon array, also called a Si array, i.e. an arrangement of a plurality of recesses - also called wells or cavities - on a silicon chip, which is built into a cartridge for a biological analysis device, a plurality of detection reactions, in particular for different pathogens, can run in parallel through a plurality of separate, closed reaction volumes. For example, reagents can be stored in individual wells in the correct quantities. This can be done, for example, using a spot process, also called a spotting process. The chip can (subsequently) be installed in a flow cell or cartridge and, during use, the sample liquid, the analyte, can flow over it, in particular parallel to a chip surface, thereby filling individual wells with the analyte. The individual wells can (subsequently) be fluidically separated from each other, and the detection reactions can specifically run in parallel in the (now) closed reaction volumes.

Offenbarung des hier vorliegenden AnsatzesRevelation of the approach presented here

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein mikrofluidisches Aufnahmeelement, eine mikrofluidische Vorrichtung mit einem Aufnahmeelement und ein Verfahren zum Herstellen eines mikrofluidischen Aufnahmeelements, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, ein entsprechendes Computerprogramm sowie schließlich ein entsprechendes maschinenlesbares Speichermedium gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Aufnahmeelements möglich.Against this background, the approach presented here presents a microfluidic receiving element, a microfluidic device with a receiving element and a method for producing a microfluidic receiving element, as well as a control device that uses this method, a corresponding computer program and finally a corresponding machine-readable storage medium according to the main claims. The measures listed in the dependent claims enable advantageous further developments and improvements of the receiving element specified in the independent claim.

Durch das hier vorgestellte mikrofluidische Aufnahmeelement kann vorteilhafterweise ein an den Kanten von Kavitäten in einer mikrofluidischen Vorrichtung auftretendes Pinning („Anheften“) reduziert werden, sodass ein Befüllverhalten der Kavität verbessert werden kann.The microfluidic receiving element presented here can advantageously reduce pinning that occurs at the edges of cavities in a microfluidic device, so that the filling behavior of the cavity can be improved.

Es wird ein mikrofluidisches Aufnahmeelement für eine mikrofluidische Vorrichtung zum Prozessieren von Fluiden vorgestellt. Hierbei ist in einer Ebene einer Oberseite des Aufnahmeelements zumindest eine Ausnehmung zum Aufnehmen einer Probenflüssigkeit angeordnet. Eine Oberfläche der Ausnehmung umfasst zumindest teilweise eine hydrophile Schicht. Die die Oberfläche der Ausnehmung weist ferner zumindest teilweise eine hydrophobe Schicht auf.A microfluidic receiving element for a microfluidic device for processing fluids is presented. In this case, at least one recess for receiving a sample liquid is arranged in a plane of an upper side of the receiving element. A surface of the recess at least partially comprises a hydrophilic layer. The surface of the recess also at least partially has a hydrophobic layer.

Die Ausnehmung kann alternativ als Well oder als Kavität bezeichnet werden. Die Schicht kann auch als Beschichtung bezeichnet werden.The recess can alternatively be referred to as a well or a cavity. The layer can also be referred to as a coating.

Der hier dargelegte Ansatz beinhaltet eine neue Anordnung zur Herstellung eines mikrofluidischen Aufnahmeelements, wobei eine derartige Herstellung Vorteile einer guten Befüllbarkeit der Ausnehmung durch eine angepasste Geometrie bzw. Beschichtung der Ausnehmung und/oder Vorteile einer minimierten Verschleppung bieten kann.The approach presented here includes a new arrangement for producing a microfluidic receiving element, whereby such a production can offer advantages of good fillability of the recess through an adapted geometry or coating of the recess and/or advantages of minimized carryover.

Eine hydrophobe Schicht eines Teilbereichs des Wells beispielsweise in der Nähe des Wellbodens, an oder auf welchem während eines Spottens ein Reagenz, auch Reagens genannt, abgesetzt werden kann, kann bewirken, dass das Reagenz keinen Kapillareffekt erfährt, also nicht zum Beispiel in einer Ecke oder Ecken des Wells hochgezogen wird. Diese Ausführungsform bietet somit den Vorteil, dass das Reagenz in einem nachfolgenden Fluidikschritt weniger leicht verschleppt und/oder ausgewaschen werden kann.A hydrophobic layer of a part of the well, for example near the bottom of the well, on or at which a reagent, also called reagent, can be deposited during spotting, can ensure that the reagent does not experience a capillary effect, i.e. is not pulled up into a corner or corners of the well, for example. This embodiment therefore offers the advantage that the reagent can be less easily carried away and/or washed out in a subsequent fluidic step.

Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem die Ausnehmung in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements zumindest teilweise eine eckige Geometrie und/oder Form aufweist. Insbesondere durch das Vorsehen einer eckigen Geometrie der Ausnehmung kann nun beim Einbringen der wässrigen Lösung, die auch als Probenflüssigkeit bezeichnet wird, ein Brechen einer Wellenfront dieser Probenlösung an Ecken der Geometrie der Ausnehmung erfolgen, sodass in Verbindung mit der eingebrachten hydrophoben Schicht das Befüllen der Ausnehmung mit der Probenflüssigkeit bzw. der wässrigen Lösung ohne oder nur mit einem sehr geringen Ausspülen von Material oder Reagenzien in der Ausnehmung erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform und im Speziellen ein Vorteil der eckigen Geometrie besteht darin, dass ein Pinning, also ein „Anheften“, einer Phasengrenzfläche, also einer Flüssigkeitsfront, an einem Rand der Ausnehmung in besonders effizienter Weise unterbunden oder gemindert werden kann, sodass ein Befüllverhalten der Ausnehmung verbessert werden kann.A particularly favorable embodiment of the approach presented here is one in which the recess in the plane of the upper side of the receiving element has at least partially an angular geometry and/or shape. In particular, by providing an angular geometry of the recess, when the aqueous solution, which is also referred to as sample liquid, is introduced, a wave front of this sample solution can be broken at corners of the geometry of the recess, so that in conjunction with the introduced hydrophobic layer, the recess can be filled with the sample liquid or the aqueous solution without or with only a very small amount of rinsing out of material or reagents in the recess. A further advantage of this embodiment and in particular an advantage of the angular geometry is that pinning, i.e. "attaching", of a phase interface, i.e. a liquid front, to an edge of the recess can be prevented or reduced in a particularly efficient manner, so that the filling behavior of the recess can be improved.

Die Vertiefungsgeometrien stellen jedoch eine Herausforderung dar, da sich die spitzen Zacken/Ecken (wenn auch gegebenenfalls mit leichten Verrundungen) bis auf den Boden der Vertiefung - auch Boden des Wells oder Wellboden genannt - ziehen können. Durch Kapillarkräfte könnten sich Flüssigkeiten (beispielsweise zuvor dort abgesetzte/gespottete Reagenzien) auf dem Boden der Vertiefung in den Ecken nach oben ziehen. Die Kapillarkräfte und/oder die Höhe, bis zu der die Flüssigkeit hochgezogen werden kann, kann von einem Krümmungsradius der Ecken abhängen (je kleiner der Krümmungsradius, desto höher die Kraft). Beim Überströmen der Vertiefungen mit einer weiteren Flüssigkeit (zum Beispiel der Probenflüssigkeit) könnten in den Ecken hochgezogene Substanzen aufgegriffen und in benachbarte Vertiefungen transportiert werden. Eine solche Verschleppung kann zu einer Querkontamination und in einer anschließenden Diagnostik damit zu einer Fehldiagnostik führen. So kann beispielsweise die Querkontamination dazu führen, dass zum Beispiel eine chemische und/oder biochemische Reaktion in einer Kavität nicht abläuft, weil ein Reaktionspartner nicht mehr in einer notwendigen Menge vorliegt und/oder ein zusätzlicher Reaktionspartner (aus einer nebenstehenden Kavität) vorliegt, der eine Reaktion inhibieren, also behindern, kann. Alternativ kann in einer Kavität eine falsche Reaktion ablaufen, weil im Besonderen auch eine andere als eine ursprüngliche Chemikalie in dieser Kavität vorliegen könnte. Dies alles kann zu einer Fehlfunktion (beispielhalber falsch positiv und/oder falsch negativ) führen.However, the well geometries pose a challenge because the sharp points/corners (even if they may be slightly rounded) can extend to the bottom of the well - also called the bottom of the well or well base. Capillary forces could pull liquids (e.g. reagents previously deposited/spotted there) up into the corners on the bottom of the well. The capillary forces and/or the height to which the liquid can be pulled up can depend on the radius of curvature of the corners (the smaller the radius of curvature, the higher the force). When another liquid (e.g. the sample liquid) flows over the wells, substances pulled up into the corners could be picked up and transported to neighboring wells. Such carryover can lead to cross-contamination and thus to incorrect diagnosis in subsequent diagnostics. For example, cross-contamination can lead to a chemical and/or biochemical reaction not taking place in a cavity because a reaction partner is no longer present in the required amount and/or an additional reaction partner (from an adjacent cavity) is present that can inhibit or hinder a reaction. Alternatively, an incorrect reaction can take place in a cavity because, in particular, a chemical other than the original one could be present in this cavity. All of this can lead to a malfunction (for example, a false positive and/or false negative).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die hydrophobe Schicht auf einem Boden der Ausnehmung und/oder zumindest auf einem Teilbereich zumindest einer Seitenwand der Ausnehmung angeordnet sein. Eine hydrophobe Schicht eines Teilbereichs des Wells in der Nähe des Wellbodens, an oder auf welchem während eines Spottens ein Reagenz abgesetzt werden kann, kann bewirken, dass das Reagenz keinen Kapillareffekt erfährt, also nicht zum Beispiel in einer Ecke oder Ecken des Wells hochgezogen wird. Diese Ausführungsform bietet somit den Vorteil, dass das Reagenz in einem nachfolgenden Fluidikschritt weniger leicht verschleppt und/oder ausgewaschen werden kann.According to a further embodiment, the hydrophobic layer can be arranged on a bottom of the recess and/or at least on a partial area of at least one side wall of the recess. A hydrophobic layer of a partial area of the well near the well bottom, on or onto which a reagent can be deposited during spotting, can ensure that the reagent does not experience a capillary effect, i.e. is not drawn up into a corner or corners of the well, for example. This embodiment therefore offers the advantage that the reagent can be less easily carried away and/or washed out in a subsequent fluidic step.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Oberfläche der Ausnehmung an der Seitenwand der Ausnehmung in einem Freibereich zwischen der hydrophoben Schicht und der hydrophilen Schicht freiliegen. Dies ist dadurch vorteilhaft, dass ein Kontakt zwischen der hydrophilen Schicht und der hydrophoben Schicht vermieden werden kann.According to one embodiment, the surface of the recess can be exposed on the side wall of the recess in a free area between the hydrophobic layer and the hydrophilic layer. This is advantageous in that contact between the hydrophilic layer and the hydrophobic layer can be avoided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die hydrophobe Schicht an der Seitenwand der Ausnehmung, also an der Seitenwand des Wells, also an der Wellwand eine größere Oberfläche aufweisen als die hydrophile Schicht. Ist die Oberfläche der hydrophoben Schicht zu klein, könnte die gespottete Reagenz in Kontakt mit der hydrophilen Schicht kommen, wodurch ein Kapillareffekt herbeigeführt werden könnte. In einem solchen Fall könnte sich die Reagenz an zumindest einer Seitenwand des Wells hochziehen. Ist die Oberfläche der hydrophoben Schicht zu groß, zum Beispiel bis unter eine obere Kante des Wells, kann eine Befüllung des Wells behindert werden. Idealerweise ist eine Höhe der Oberfläche der hydrophoben Schicht in eine zumindest annäherungsweise lotrechte Richtung vom Wellboden hin zur hydrophilen Schicht etwas größer als eine (spätere) Füllhöhe der (gespotteten) Reagenz. Zum Beispiel kann eine solche Höhe der Oberfläche der hydrophoben Schicht der Füllhöhe der (gespotteten) Reagenz mal 1,1 entsprechen.According to a further embodiment, the hydrophobic layer on the side wall of the recess, i.e. on the side wall of the well, i.e. on the well wall, can have a larger surface than the hydrophilic layer. If the surface of the hydrophobic layer is too small, the spotted reagent could come into contact with the hydrophilic layer, which could cause a capillary effect. In such a case, the reagent could pull up at least one side wall of the well. If the surface of the hydrophobic layer is too large, for example up to below an upper edge of the well, filling the well can be hindered. Ideally, a height of the surface of the hydrophobic layer in an at least approximately vertical direction from the well bottom to the hydrophilic layer is slightly larger than a (later) filling level of the (spotted) reagent. For example, such a height of the surface of the hydrophobic layer can correspond to the filling level of the (spotted) reagent times 1.1.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine Höhe der hydrophoben Schicht geringer als eine Höhe der Ausnehmung sein. Hierbei kann die Höhe der hydrophoben Schicht größer als eine Höhe der hydrophilen Schicht an der Seitenwand der Ausnehmung sein. Die Höhe, bis zu welcher die Ausnehmung, also die Wellwand, hydrophob ist, kann variabel sein, aber die Höhe der hydrophoben Schicht ist zumeist geringer als die Höhe der Ausnehmung. Ist die Höhe der hydrophoben Schicht zu niedrig, könnte die gespottete Reagenz in Kontakt mit der hydrophilen Schicht kommen, wodurch ein Kapillareffekt herbeigeführt werden könnte. In einem solchen Fall könnte sich die Reagenz an der Seitenwand der Ausnehmung hochziehen, was vermieden werden soll. Ist die Höhe der hydrophoben Schicht zu hoch, zum Beispiel bis unter eine obere Kante der Ausnehmung, kann eine Befüllung der Ausnehmung behindert werden. Idealerweise ist die Höhe der hydrophoben Schicht etwas größer als eine (spätere) Füllhöhe der (gespotteten) Reagenz. Zum Beispiel kann die Höhe der hydrophoben Schicht der Füllhöhe der (gespotteten) Reagenz mal 1,1 entsprechen.According to one embodiment, a height of the hydrophobic layer can be less than a height of the recess. In this case, the height of the hydrophobic layer can be greater than a height of the hydrophilic layer on the side wall of the recess. The height up to which the recess, i.e. the well wall, is hydrophobic can be variable, but the height of the hydrophobic layer is usually less than the height of the recess. If the height of the hydrophobic layer is too low, the spotted reagent could come into contact with the hydrophilic layer, which could cause a capillary effect. In such a case, the reagent could pull itself up the side wall of the recess, which is to be avoided. If the height of the hydrophobic layer is too high, for example below an upper edge of the recess, filling the recess can be hindered. Ideally, the height of the hydrophobic layer is slightly greater than a (later) filling level of the (spotted) reagent. For example, the height of the hydrophobic layer can be equal to the filling height of the (spotted) reagent times 1.1.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die hydrophile Schicht auf der Oberseite des Aufnahmeelements und/oder zumindest auf einem Teilbereich der Seitenwand und/oder zwischen der hydrophoben Schicht und dem Boden der Ausnehmung angeordnet sein. Dies bedeutet, dass die Oberseite des Aufnahmeelements zumindest großteils hydrophile Oberflächeneigenschaften aufweist. Unter einer hydrophilen Oberflächeneigenschaft kann dabei ein Zusammenhang verstanden werden, bei dem ein Randwinkel eines Wassertropfens auf einer Oberfläche kleiner als 90 Grad ist, besser kleiner als 60°, noch besser kleiner als 50°. Im vorliegenden Fall kann es sich hierbei im Besonderen um die Oberfläche des Aufnahmeelements handeln. Diese Ausführungsform ist dadurch vorteilhaft, dass durch die hydrophile Schicht eine vorteilhafte Befüllung der Ausnehmung begünstigt oder sichergestellt sein kann.According to a further embodiment, the hydrophilic layer can be arranged on the top side of the receiving element and/or at least on a partial area of the side wall and/or between the hydrophobic layer and the bottom of the recess. This means that the top side of the receiving element has at least largely hydrophilic surface properties. A hydrophilic surface property can be understood as a relationship in which a contact angle of a water drop on a surface is less than 90 degrees, better less than 60°, even better less than 50°. In the present In this case, this can in particular be the surface of the receiving element. This embodiment is advantageous in that the hydrophilic layer can promote or ensure advantageous filling of the recess.

Gemäß einer Ausführungsform kann in der Ausnehmung ein Reagenz zur Durchführung einer Analysereaktion mit der Probenflüssigkeit vorgelagert sein. Auf diese Weise kann eine Effizienz einer in der Ausnehmung durchgeführten chemischen oder biochemischen Nachweisreaktion gesteigert werden, wodurch wiederum chemische und/oder biochemische Analyseprozesse optimiert werden können.According to one embodiment, a reagent for carrying out an analysis reaction with the sample liquid can be stored in the recess. In this way, the efficiency of a chemical or biochemical detection reaction carried out in the recess can be increased, which in turn can optimize chemical and/or biochemical analysis processes.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements zumindest eine weitere Ausnehmung zum Aufnehmen einer Probenflüssigkeit angeordnet sein. Eine Oberfläche der weiteren Ausnehmung kann zumindest teilweise die hydrophile Schicht oder eine weitere hydrophile Schicht aufweisen. Die weitere Ausnehmung kann dabei in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements zumindest teilweise eine eckige Geometrie und/oder Form aufweisen. Diese Ausführungsform ist dadurch vorteilhaft, dass durch die hydrophile Schicht eine vorteilhafte Befüllung der Ausnehmung und/oder der weiteren Ausnehmung begünstigt oder sichergestellt sein kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform und im Speziellen ein Vorteil der eckigen Geometrie besteht darin, dass ein Pinning, also ein „Anheften“, einer Phasengrenzfläche, also einer Flüssigkeitsfront, an einem Rand der Ausnehmung und/oder an einem Rand der weiteren Ausnehmung in besonders effizienter Weise unterbunden oder gemindert werden kann, sodass ein Befüllverhalten der Ausnehmung und/oder der weiteren Ausnehmung verbessert werden kann. Anders ausgedrückt kann die zumindest teilweise eckige Geometrie der Ausnehmung und/oder die zumindest teilweise eckige Geometrie der weiteren Ausnehmung eine Befüllbarkeit der Ausnehmung begünstigen. Insbesondere unter Verwendung der weiteren Ausnehmung kann gegebenenfalls eine Effizienz einer in der Ausnehmung durchgeführten chemischen oder biochemischen Nachweisreaktion gesteigert werden, wodurch wiederum chemische und/oder biochemische Analyseprozesse optimiert werden können. Zudem kann unter Verwendung der weiteren Ausnehmung im Besonderen zeitlich parallel oder gleichzeitig eine Mehrzahl von chemischen und/oder biochemischen Nachweisreaktionen unter Verwendung des Aufnahmeelements durchgeführt werden. Dies wiederum hat den Vorteil, dass die Effektivität des Endprodukts erhöht und durch die Parallelisierung zugleich Zeit und Kosten in der Herstellung eingespart werden können.According to a further embodiment, at least one further recess for receiving a sample liquid can be arranged in the plane of the upper side of the receiving element. A surface of the further recess can at least partially have the hydrophilic layer or a further hydrophilic layer. The further recess can at least partially have an angular geometry and/or shape in the plane of the upper side of the receiving element. This embodiment is advantageous in that the hydrophilic layer can promote or ensure advantageous filling of the recess and/or the further recess. A further advantage of this embodiment and in particular an advantage of the angular geometry is that pinning, i.e. "attaching", of a phase interface, i.e. a liquid front, to an edge of the recess and/or to an edge of the further recess can be prevented or reduced in a particularly efficient manner, so that filling behavior of the recess and/or the further recess can be improved. In other words, the at least partially angular geometry of the recess and/or the at least partially angular geometry of the further recess can facilitate the filling of the recess. In particular, using the further recess can increase the efficiency of a chemical or biochemical detection reaction carried out in the recess, which in turn can optimize chemical and/or biochemical analysis processes. In addition, using the further recess, in particular, a plurality of chemical and/or biochemical detection reactions can be carried out in parallel or simultaneously using the receiving element. This in turn has the advantage that the effectiveness of the end product is increased and, at the same time, time and costs in production can be saved through parallelization.

Überdies wird eine mikrofluidische Vorrichtung zum Prozessieren von Fluiden mit einer Variante des zuvor vorgestellten mikrofluidischen Aufnahmeelements vorgestellt. Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Lab-on-Chip-Kartusche handeln. Die Kombination der mikrofluidischen Vorrichtung mit dem Aufnahmeelement hat den Vorteil, dass viele der zuvor beschriebenen Vorteile zum Prozessieren eines Fluids beziehungsweise zum Analysieren von in dem Fluid gelösten Probenbestandteilen optimal umgesetzt werden können. Im Speziellen können die Vorteile einer guten Befüllbarkeit durch eine angepasste Geometrie bei gleichzeitig minimierter Verschleppung und optimierten Analyseprozessen kombiniert sein. Auf diese Weise kann beispielsweise gegebenenfalls die Effizienz einer in einer Ausnehmung durchgeführten biochemischen Nachweisreaktion gesteigert werden.In addition, a microfluidic device for processing fluids with a variant of the previously presented microfluidic receiving element is presented. The device can be, for example, a lab-on-chip cartridge. The combination of the microfluidic device with the receiving element has the advantage that many of the previously described advantages for processing a fluid or for analyzing sample components dissolved in the fluid can be optimally implemented. In particular, the advantages of good fillability can be combined with an adapted geometry while simultaneously minimizing carryover and optimized analysis processes. In this way, for example, the efficiency of a biochemical detection reaction carried out in a recess can be increased if necessary.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Herstellen einer Variante des zuvor vorgestellten mikrofluidischen Aufnahmeelements vorgestellt. Dabei umfasst das Verfahren einen Schritt des Aufbringens der hydrophilen Schicht auf zumindest einem Teil der Oberfläche der zumindest einen Ausnehmung. Das obige Verfahren umfasst weiterhin einen Schritt des Ausbildens der hydrophoben Schicht auf zumindest einem Teil der Oberfläche der Ausnehmung. Eine derartige Herstellung des mikrofluidischen Aufnahmeelements bietet bei dem nachfolgenden Einsatz des Aufnahmeelementes Vorteile einer guten Befüllbarkeit der Ausnehmung durch eine angepasste Geometrie der Ausnehmung und/oder Vorteile einer minimierten Verschleppung.In addition, a method for producing a variant of the previously presented microfluidic receiving element is presented. The method comprises a step of applying the hydrophilic layer to at least part of the surface of the at least one recess. The above method further comprises a step of forming the hydrophobic layer on at least part of the surface of the recess. Such production of the microfluidic receiving element offers advantages of good fillability of the recess due to an adapted geometry of the recess and/or advantages of minimized carryover during subsequent use of the receiving element.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Ausbildens vor dem Schritt des Aufbringens oder nach dem Schritt des Aufbringens ausgeführt werden.According to one embodiment, the forming step may be performed before the applying step or after the applying step.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern und/oder umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des dargestellten Ansatzes in Form eines Steuergeräts kann die dem dargestellten Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control device that is designed to carry out, control and/or implement the steps of a variant of the method presented here in corresponding devices. This variant of the approach presented in the form of a control device can also solve the task underlying the approach presented quickly and efficiently.

Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control unit can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and/or at least one communication interface for reading in or outputting data that is embedded in a communication protocol. The computing unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the storage unit can be a flash memory or a magnetic storage unit. The communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and/or via a wired connection, wherein a communication interface that can read in or output wired data can read this data, for example, electrically or optically from a corresponding data transmission line or output it to a corresponding data transmission line.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hardwaremäßig und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In this case, a control unit can be understood as an electrical device that processes sensor signals and outputs control and/or data signals depending on them. The control unit can have an interface that can be designed as hardware and/or software. In a hardware design, the interfaces can, for example, be part of a so-called system ASIC, which contains a wide variety of functions of the control unit. However, it is also possible for the interfaces to be separate integrated circuits or to consist at least partially of discrete components. In a software design, the interfaces can be software modules that are present on a microcontroller alongside other software modules, for example.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also advantageous is a computer program product or computer program with program code that can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out, implement and/or control the steps of the method according to one of the embodiments described above, in particular when the program product or program is executed on a computer or device.

Zudem vorteilhaft ist ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das vorige Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt gespeichert ist.Also advantageous is a machine-readable storage medium on which the previous computer program or computer program product is stored.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

• 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
• 2a eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 2b eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 2c eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 2d eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 2e eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3a eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3b eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3c eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3d eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3e eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3f eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3g eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3h eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3i eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 3j eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements mit einer Ausnehmung;
• 4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines mikrofluidischen Aufnahmeelements; und
• 5 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Examples of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

• 1 a schematic cross-sectional representation of a microfluidic device according to an embodiment;
• 2a a schematic cross-sectional representation of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 2b a schematic cross-sectional representation of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 2c a schematic cross-sectional representation of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 2d a schematic cross-sectional representation of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 2e a schematic cross-sectional representation of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 3a a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 3b a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 3c a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 3D a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 3e a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 3f a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 3g a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 3 hours a schematic top view of an embodiment of a micro fluidic receiving element with a recess;
• 3i a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 3 years a schematic plan view of an embodiment of a microfluidic receiving element with a recess;
• 4 a flow chart of an embodiment of a method for producing a microfluidic receiving element; and
• 5 a schematic representation of a control unit according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present approach, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, whereby a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 100 ist ausgebildet, um Fluide und damit beispielhaft in einem Fluid gelöste Substanzen zu prozessieren. Hierfür umfasst die Vorrichtung 100 ein in diesem Ausführungsbeispiel an einer Flusszelle 105 angeordnetes mikrofluidisches Aufnahmeelement 110. Das Aufnahmeelement 110 weist eine Ausnehmung 115 zum Aufnehmen einer wässrigen Lösung, also einer Probenflüssigkeit, auf.1 shows a schematic cross-sectional view of amicrofluidic device 100 according to an embodiment. Thedevice 100 is designed to process fluids and thus, for example, substances dissolved in a fluid. For this purpose, thedevice 100 comprises amicrofluidic receiving element 110 arranged on aflow cell 105 in this embodiment. The receivingelement 110 has arecess 115 for receiving an aqueous solution, i.e. a sample liquid.

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Aufnahmeelement 110 lediglich beispielhaft zusätzlich zu der Ausnehmung 115 eine zweite Ausnehmung 135, sowie lediglich beispielhaft eine dritte Ausnehmung 140, eine vierte Ausnehmung 142, eine fünfte Ausnehmung 144 und eine sechste Ausnehmung 146, wobei alle Ausnehmungen 115, 135, 140, 142, 144, 146 in einer Ebene einer Oberseite 130 des Aufnahmeelements 110 angeordnet sind, und wobei alle Ausnehmungen 115, 135, 140, 142, 144, 146 einander in Form und Größe gleichen.In this embodiment, the receivingelement 110 comprises, by way of example only, in addition to therecess 115, asecond recess 135, as well as, by way of example only, athird recess 140, afourth recess 142, afifth recess 144 and asixth recess 146, wherein allrecesses 115, 135, 140, 142, 144, 146 are arranged in a plane of anupper side 130 of the receivingelement 110, and wherein allrecesses 115, 135, 140, 142, 144, 146 are identical to one another in shape and size.

Das gezeigte Aufnahmeelement 110 oder ein ähnliches Aufnahmeelement ist ein wichtiger Bestandteil mikrofluidischer Analysesysteme. Kleine Reaktionskammern des Aufnahmeelements 110, also die Ausnehmungen 115, 135, 140, 142, 144, 146, können die zu untersuchende Fluidik in sich aufnehmen.The shown receivingelement 110 or a similar receiving element is an important component of microfluidic analysis systems. Small reaction chambers of the receivingelement 110, i.e. therecesses 115, 135, 140, 142, 144, 146, can accommodate the fluid to be examined.

2a zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Eine Oberfläche 200 der Ausnehmung 115 weist eine hydrophile Schicht 205 auf. Diese hydrophile Schicht 205 ist auf der Oberseite 130 des Aufnahmeelements 110 und in einem Teilbereich der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 angeordnet.2a shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Asurface 200 of therecess 115 has ahydrophilic layer 205. Thishydrophilic layer 205 is arranged on thetop side 130 of the receivingelement 110 and in a partial region of theside wall 120 of therecess 115.

Die Oberfläche 200 der Ausnehmung 115 weist zudem eine hydrophobe Schicht 210 auf. Diese hydrophobe Schicht 210 ist auf einem Boden 215 der Ausnehmung 115 und in einem Teilbereich der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 angeordnet.Thesurface 200 of therecess 115 also has ahydrophobic layer 210. Thishydrophobic layer 210 is arranged on abase 215 of therecess 115 and in a partial region of theside wall 120 of therecess 115.

Die hydrophobe Schicht 210 weist an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 eine größere Oberfläche auf als die hydrophile Schicht 205.Thehydrophobic layer 210 has a larger surface area on theside wall 120 of therecess 115 than thehydrophilic layer 205.

Eine Höhe hL der hydrophilen Schicht 205 an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 ist geringer als eine Höhe hB der hydrophoben Schicht 210.A height hL of thehydrophilic layer 205 on theside wall 120 of therecess 115 is less than a height hB of thehydrophobic layer 210.

Die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210 ist geringer als eine Höhe hA der Ausnehmung 115. Die Höhe hL der hydrophilen Schicht 205 ist ebenfalls geringer als die Höhe hA der Ausnehmung 115.The height hB of thehydrophobic layer 210 is less than a height hA of therecess 115. The height hL of thehydrophilic layer 205 is also less than the height hA of therecess 115.

Damit eine Befüllung der Ausnehmung mit der Probenflüssigkeit funktioniert, kann die Chipoberfläche beispielsweise ausreichend hydrophil sein. Dies kann mittels einer nicht selektiven, konformen Schicht begünstigt oder sichergestellt sein. In einem solchen Fall können viele oder alle Oberflächen des Chips und der Ausnehmungen hydrophil sein.For the recess to be filled with the sample liquid, the chip surface can, for example, be sufficiently hydrophilic. This can be promoted or ensured by means of a non-selective, conformal layer. In such a case, many or all surfaces of the chip and the recesses can be hydrophilic.

In anderen Worten zeigt2a einen schematischen Querschnitt eines Wells mit Angabe der Tiefe des Wells und der Höhe der hydrophoben Beschichtung.In other words, 2a a schematic cross-section of a well indicating the depth of the well and the height of the hydrophobic coating.

2b zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die Oberfläche 200 der Ausnehmung 115 weist eine hydrophile Schicht 205 auf. Diese hydrophile Schicht 205 ist auf der Oberseite 130 des Aufnahmeelements 110, auf der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 und zwischen dem Boden 215 der Ausnehmung 110 und einer hydrophoben Schicht 210 angeordnet, welche auf dem Boden 215 der Ausnehmung 115 über oder auf der hydrophilen Schicht 205 und in einem Teilbereich der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 über oder auf der hydrophilen Schicht 205 angeordnet ist.2b shows a schematic cross-sectional representation of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Thesurface 200 of therecess 115 has ahydrophilic layer 205. Thishydrophilic layer 205 is arranged on thetop side 130 of the receivingelement 110, on theside wall 120 of therecess 115 and between the bottom 215 of therecess 110 and ahydrophobic layer 210, which is arranged on thebottom 215 of therecess 115 above or on thehydrophilic layer 205 and in a partial region of theside wall 120 of therecess 115 above or on thehydrophilic layer 205.

Die hydrophile Schicht 205 weist an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 eine größere Oberfläche auf als die hydrophobe Schicht 210.Thehydrophilic layer 205 has a larger surface area on theside wall 120 of therecess 115 than thehydrophobic layer 210.

Die Höhe hL der hydrophilen Schicht 205 an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 ist größer als die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210.The height hL of thehydrophilic layer 205 on theside wall 120 of therecess 115 is greater than the height hB of thehydrophobic layer 210.

Die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210 ist geringer als die Höhe hA der Ausnehmung 115. Die Höhe hL der hydrophilen Schicht 205 entspricht der Höhe hA der Ausnehmung 115.The height hB of thehydrophobic layer 210 is less than the height hA of therecess 115. The height hL of thehydrophilic layer 205 corresponds to the height hA of therecess 115.

Mit anderen Worten zeigt2b eine Variante des mikrofluidischen Aufnahmeelements 110, wobei die hydrophobe Schicht auf der hydrophilen Schicht angeordnet ist.In other words, 2b a variant of themicrofluidic receiving element 110, wherein the hydrophobic layer is arranged on the hydrophilic layer.

2c zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die Oberfläche 200 der Ausnehmung 115 weist eine hydrophile Schicht 205 auf. Diese hydrophile Schicht 205 ist auf der Oberseite 130 des Aufnahmeelements 110 und in einem Teilbereich der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 angeordnet.2c shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Thesurface 200 of therecess 115 has ahydrophilic layer 205. Thishydrophilic layer 205 is arranged on thetop side 130 of the receivingelement 110 and in a partial region of theside wall 120 of therecess 115.

Die Oberfläche 200 der Ausnehmung 115 weist zudem eine hydrophobe Schicht 210 auf. Diese hydrophobe Schicht 210 ist auf dem Boden 215 der Ausnehmung 115 und in einem Teilbereich der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 angeordnet.Thesurface 200 of therecess 115 also has ahydrophobic layer 210. Thishydrophobic layer 210 is arranged on thebottom 215 of therecess 115 and in a partial region of theside wall 120 of therecess 115.

Die Oberfläche 200 der Ausnehmung 115 liegt an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 in einem Freibereich 220 zwischen der hydrophoben Schicht 210 und der hydrophilen Schicht 205 frei.Thesurface 200 of therecess 115 is exposed on theside wall 120 of therecess 115 in afree area 220 between thehydrophobic layer 210 and thehydrophilic layer 205.

Die hydrophobe Schicht 210 weist an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 eine größere Oberfläche auf als die hydrophile Schicht 205 und eine größere Oberfläche als der Freibereich 220. Die hydrophile Schicht 205 weist an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 ebenfalls eine größere Oberfläche auf als der Freibereich 220.Thehydrophobic layer 210 has a larger surface area on theside wall 120 of therecess 115 than thehydrophilic layer 205 and a larger surface area than thefree area 220. Thehydrophilic layer 205 also has a larger surface area on theside wall 120 of therecess 115 than thefree area 220.

Die Höhe hL der hydrophilen Schicht 205 an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 ist geringer als die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210. Eine Höhe hF des Freibereichs 220 ist kleiner als die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210 und auch kleiner als die Höhe hL der hydrophilen Schicht 205.The height hL of thehydrophilic layer 205 on theside wall 120 of therecess 115 is less than the height hB of thehydrophobic layer 210. A height hF of thefree area 220 is less than the height hB of thehydrophobic layer 210 and also less than the height hL of thehydrophilic layer 205.

Die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210 ist geringer als die Höhe hA der Ausnehmung 115. Die Höhe hL der hydrophilen Schicht 205 ist ebenfalls geringer als die Höhe hA der Ausnehmung 115. Die Höhe hF des Freibereichs 220 ist ebenfalls geringer als die Höhe hA der Ausnehmung 115.The height hB of thehydrophobic layer 210 is less than the height hA of therecess 115. The height hL of thehydrophilic layer 205 is also less than the height hA of therecess 115. The height hF of thefree area 220 is also less than the height hA of therecess 115.

In anderen Worten zeigt2c eine Variante des mikrofluidischen Aufnahmeelements 110, wobei Teile der Wellwand nicht beschichtet sind.In other words, 2c a variant of themicrofluidic receiving element 110, wherein parts of the well wall are not coated.

2d zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. In der Ausnehmung 115 ist ein Reagens 225 zur Durchführung einer Analysereaktion mit einer Probenflüssigkeit vorgehalten. Eine Höhe hR des Reagens 225 ist kleiner als die Höhe hA der Ausnehmung 115. Das Reagens 225 ist auf dem Boden 215 der Ausnehmung 115 angeordnet und umschließt einen Teilbereich der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115.2d shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Areagent 225 for carrying out an analysis reaction with a sample liquid is held in therecess 115. A height hR of thereagent 225 is smaller than the height hA of therecess 115. Thereagent 225 is arranged on thebottom 215 of therecess 115 and encloses a partial area of theside wall 120 of therecess 115.

Mit anderen Worten zeigt2d eine Variante mit einer Definition der Füllhöhe der Reagenz im Well mit angenommenem Randwinkel der Wellseitenwand von 90 Grad."In other words, 2d a variant with a definition of the filling level of the reagent in the well with an assumed edge angle of the well side wall of 90 degrees."

2e zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die Oberfläche 200 der Ausnehmung 115 weist eine hydrophile Schicht 205 auf. Diese hydrophile Schicht 205 ist auf der Oberseite 130 des Aufnahmeelements 110 und in einem Teilbereich der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 angeordnet.2e shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Thesurface 200 of therecess 115 has ahydrophilic layer 205. Thishydrophilic layer 205 is arranged on thetop side 130 of the receivingelement 110 and in a partial region of theside wall 120 of therecess 115.

Die Oberfläche 200 der Ausnehmung 115 weist zudem eine hydrophobe Schicht 210 auf. Diese hydrophobe Schicht 210 ist auf dem Boden 215 der Ausnehmung 115 und in einem Teilbereich der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 angeordnet.Thesurface 200 of therecess 115 also has ahydrophobic layer 210. Thishydrophobic layer 210 is arranged on thebottom 215 of therecess 115 and in a partial region of theside wall 120 of therecess 115.

Die hydrophobe Schicht 210 weist an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 eine größere Oberfläche auf als die hydrophile Schicht 205.Thehydrophobic layer 210 has a larger surface area on theside wall 120 of therecess 115 than thehydrophilic layer 205.

Die Höhe hL der hydrophilen Schicht 205 an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 ist geringer als die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210.The height hL of thehydrophilic layer 205 on theside wall 120 of therecess 115 is less than the height hB of thehydrophobic layer 210.

Die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210 ist geringer als die Höhe hA der Ausnehmung 115. Die Höhe hL der hydrophilen Schicht 205 ist ebenfalls geringer als die Höhe hA der Ausnehmung 115.The height hB of thehydrophobic layer 210 is less than the height hA of therecess 115. The height hL of thehydrophilic layer 205 is also less than the height hA of therecess 115.

Das Reagens 225 ist in einem Bereich des Bodens 215 der Ausnehmung 115 an, auf und/oder über der hydrophoben Schicht 210 und in einem Teilbereich der Seitenwand 120 an und/oder auf der hydrophoben Schicht 210 ausgerichtet. Das Reagens 225 stößt sich von der hydrophilen Schicht 205 ab, wodurch an einer Oberseite des Reagens 225 eine Krümmung einer Phasengrenzfläche des Reagens 225 entsteht.Thereagent 225 is aligned in a region of the bottom 215 of therecess 115 at, on and/or above thehydrophobic layer 210 and in a partial region of theside wall 120 at and/or on thehydrophobic layer 210. Thereagent 225 is repelled by thehydrophilic layer 205, whereby a curvature of a phase interface of thereagent 225 is formed on an upper side of thereagent 225.

Die Höhe hR des Reagens 225 ist kleiner als die Höhe hA der Ausnehmung 115, allerdings ist die Höhe hR des Reagens 225 in einem mittleren Bereich der Ausnehmung 115 größer als die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210. In einem zu der hydrophoben Schicht 210 benachbarten Randbereich der Ausnehmung 115 ist die Höhe hR des Reagens 225 kleiner als die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210. Dies kommt dadurch zustande, dass die Höhe hR des Reagens 225 in dem mittleren Bereich der Ausnehmung 115 größer ist als in dem zu der hydrophoben Schicht 210 benachbarten Randbereich der Ausnehmung 115. Anders ausgedrückt nimmt die Höhe hR des Reagens 225 vom mittleren Bereich der Ausnehmung 115 zum Randbereich der Ausnehmung 115 hin ab.The height hR of thereagent 225 is smaller than the height hA of therecess 115, but the height hR of thereagent 225 in a central region of therecess 115 is greater than the height hB of thehydrophobic layer 210. In an edge region of therecess 115 adjacent to thehydrophobic layer 210, the height hR of thereagent 225 is smaller than the height hB of thehydrophobic layer 210. This is because the height hR of thereagent 225 in the central region of therecess 115 is greater than in the edge region of therecess 115 adjacent to thehydrophobic layer 210. In other words, the height hR of thereagent 225 decreases from the central region of therecess 115 to the edge region of therecess 115.

In anderen Worten zeigt2e einen schematischen Querschnitt eines Wells in einer Variante des mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit gespotteter Reagenz.In other words, 2e a schematic cross-section of a well in a variant of themicrofluidic receiving element 110 with spotted reagent.

Als Zusammenfassung für die Teilfiguren der2 lässt sich anmerken, dass die Höhe hB, bis zu welcher die Ausnehmung 115, also die Wellwand, hydrophob ist, variabel ist, aber hB ist zumeist geringer als die Höhe hA der Ausnehmung 115. Ist die Höhe hB der hydrophoben Schicht zu niedrig - das heißt sollte hB zu klein sein - könnte die in den2d und2e illustrierte gespottete Reagenz 225 in Kontakt mit der hydrophilen Schicht 205 kommen, wodurch ein Kapillareffekt herbeigeführt werden könnte. In einem solchen Fall könnte sich die Reagenz 225 an der Seitenwand 120 der Ausnehmung 115 hochziehen, was vermieden werden soll. Ist die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210 zu hoch, zum Beispiel bis unter eine obere Kante der Ausnehmung 115, wenn also hB in etwa hA entspricht, kann eine Befüllung der Ausnehmung 115 behindert werden. Idealerweise ist die Höhe hB der hydrophoben Schicht 210 etwas größer als eine (spätere) Füllhöhe hR der Reagenz 225. Zum Beispiel kann hB der Füllhöhe hR der Reagenz 225 mal 1,1 entsprechen.As a summary for the subfigures of the 2 It can be noted that the height hB, up to which therecess 115, i.e. the well wall, is hydrophobic, is variable, but hB is usually less than the height hA of therecess 115. If the height hB of the hydrophobic layer is too low - i.e. if hB is too small - the 2d and 2e illustrated spottedreagent 225 can come into contact with thehydrophilic layer 205, which could cause a capillary effect. In such a case, thereagent 225 could pull up on theside wall 120 of therecess 115, which is to be avoided. If the height hB of thehydrophobic layer 210 is too high, for example to below an upper edge of therecess 115, i.e. if hB approximately corresponds to hA, filling of therecess 115 can be hindered. Ideally, the height hB of thehydrophobic layer 210 is slightly greater than a (later) filling height hR of thereagent 225. For example, hB can correspond to the filling height hR of thereagent 225 times 1.1.

In den Teilfiguren der3 sind „verschiedene vorteilhafte Wellgeometrien in der Draufsicht“ gezeigt.In the partial figures of the 3 “various advantageous corrugation geometries in plan view” are shown.

Mit anderen Worten zeigen die Teilfiguren der3 schematische Draufsichten auf mögliche Wells bzw. Variante des mikrofluidischen Aufnahmeelements 110.In other words, the subfigures of the 3 schematic top views of possible wells or variants of themicrofluidic receiving element 110.

3a zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die Ausnehmung 115 weist in einer Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements zumindest teilweise eine eckige Geometrie und/oder Form auf, das heißt eine Grundform der Ausnehmung 115 ist eckig. In3a weist die Ausnehmung 115 sechs Ecken auf, die Ausnehmung 115 stellt also ein Sechseck dar.3a shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115 has at least partially an angular geometry and/or shape in a plane of the upper side of the receiving element, that is, a basic shape of therecess 115 is angular. In 3a therecess 115 has six corners, thus therecess 115 represents a hexagon.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Silizium-Chip, alternativ Si-Chip, Silicium-Chip oder in einer Kurzform Chip genannt, dergestalt zumindest einen Well umfassen, dass die Wells in einer Aufsichtdarstellung, oder kurz Aufsicht, zumindest eine Ecke besitzen können - das heißt, dass die Wells nicht rund oder leicht oval sind - und/oder dergestalt, dass Oberflächeneigenschaften zumindest auf einem Teil oder einem Großteil der Chipoberfläche hydrophil sein können - das heißt, dass ein Randwinkel eines Wassertropfens auf einer Oberfläche kleiner als 90 Grad ist - und/oder dergestalt, dass lediglich ein Teilbereich des Wells hydrophob sein könnte. Ein derartiger hydrophober Teilbereich des Wells kann beispielhaft in einer Nähe eines Wellbodens angeordnet sein (siehe dazu2a,2b,2c und2e).According to one embodiment, a silicon chip, alternatively called Si chip, silicon chip or in a short form chip, can comprise at least one well in such a way that the wells in a top view, or top view for short, can have at least one corner - that is, that the wells are not round or slightly oval - and/or in such a way that surface properties can be hydrophilic at least on a part or a large part of the chip surface - that is, that an edge angle of a water drop on a surface is less than 90 degrees - and/or in such a way that only a partial area of the well could be hydrophobic. Such a hydrophobic partial area of the well can, for example, be arranged in the vicinity of a well bottom (see 2a , 2b , 2c and 2e) .

Zum Beispiel durch eine eckige Ausführung der Wells und/oder eine hydrophile Oberfläche kann eine vorteilhafte Befüllung der Wells begünstigt oder sichergestellt sein. Eine hydrophobe Schicht eines Teilbereichs des Wells in der Nähe des Wellbodens, an oder auf welchem während eines Spottens ein Reagenz abgesetzt werden kann, kann bewirken, dass das Reagenz keinen Kapillareffekt erfährt, also nicht zum Beispiel in einer Ecke oder Ecken des Wells hochgezogen wird. Somit kann das Reagenz in einem nachfolgenden Fluidikschritt weniger leicht verschleppt und/oder ausgewaschen werden (siehe dazu2e).For example, a square design of the wells and/or a hydrophilic surface can promote or ensure advantageous filling of the wells. A hydrophobic layer of a part of the well near the well bottom, on or at which a reagent can be deposited during spotting, can ensure that the reagent does not experience a capillary effect, i.e. is not drawn up in a corner or corners of the well, for example. This means that the reagent can be less easily carried away and/or washed out in a subsequent fluidic step (see 2e) .

3b zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die Ausnehmung 115 weist in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements zumindest teilweise eine eckige Geometrie und/oder Form auf, das heißt die Grundform der Ausnehmung 115 ist eckig. In3b weist die Ausnehmung 115 vier Ecken auf, die Ausnehmung 115 stellt also ein Viereck dar.3b shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115 has at least partially an angular geometry and/or shape in the plane of the upper side of the receiving element, i.e. the basic shape of therecess 115 is angular. In 3b therecess 115 has four corners, thus therecess 115 represents a quadrilateral.

3c zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die in der Grundform runde Ausnehmung 115 weist in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements in einem Randbereich der Ausnehmung 115 zumindest teilweise eine eckige, insbesondere eine gezackte, Geometrie und/oder Form auf. Die Ausnehmung 115 weist also im Randbereich der Ausnehmung 115 eine Mehrzahl an Zacken auf. Aufgrund der zugrundeliegenden kreisförmigen und/oder zylindrischen Geometrie der Ausnehmung 115 ergibt sich eine Ausformung der Ausnehmung 115.3c shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115, which is round in its basic form, has at least partially an angular, in particular a jagged, geometry and/or shape in the plane of the upper side of the receiving element in an edge region of therecess 115. Therecess 115 therefore has in the edge area of therecess 115 has a plurality of prongs. Due to the underlying circular and/or cylindrical geometry of therecess 115, a shape of therecess 115 results.

Herkömmliche runde, elliptische oder ovale Wells, also Ausnehmungen, ohne einen zumindest teilweise eckigen Randbereich lassen sich in einer Flusszelle, insbesondere mit einem Fluss parallel zur Chipoberfläche, womöglich nicht gut mit einer Flüssigkeit, im Besonderen mit einem Analyten, befüllen, da die Flüssigkeit alternativ zu einem Eintreten in die Ausnehmung (was eine Befüllung der Ausnehmung darstellen würde) außen um die Ausnehmung herum fließen könnte. Ein Nicht-Befüllen der Ausnehmungen kann dazu führen, dass eine gewünschte Nachweisreaktion nicht stattfinden kann. Dies kann gleichbedeutend mit einem Ausfall des jeweiligen Wells und gegebenenfalls einer Fehlinterpretation von Daten und/oder einer Nichterkennung einer Krankheit sein - insbesondere kann ein Testergebnis der Nachweisreaktion hierdurch falsch negativ ausfallen. Wells mit einer von der runden, (leicht) elliptischen oder (leicht) ovalen Form abweichenden Form können beispielhaft Ecken und/oder zumindest Stellen mit einer (stark) erhöhten Krümmung - im Speziellen mit einem kleinen Radius, zum Beispiel einem Radius kleiner als 175 Mikrometer - aufweisen. Diese Ecken können aufgrund einer Oberflächenspannung des Analyten zu einer Behinderung des Flusses um das Well herum führen, so dass eine Wahrscheinlichkeit, dass die Flüssigkeit in das Well fließt, (deutlich) vergrößert werden kann. Die Befüllung der Wells gemäß Ausführungsbeispielen des offenbarten Ansatzes kann also im Vergleich zur Befüllung der herkömmlichen runden Wells vereinfacht sein.Conventional round, elliptical or oval wells, i.e. recesses, without an at least partially square edge area may not be easy to fill with a liquid, in particular with an analyte, in a flow cell, especially with a flow parallel to the chip surface, since the liquid could flow around the outside of the recess as an alternative to entering the recess (which would represent filling of the recess). Failure to fill the recesses can result in a desired detection reaction not being able to take place. This can be tantamount to failure of the respective well and possibly a misinterpretation of data and/or failure to detect a disease - in particular, a test result of the detection reaction can be falsely negative as a result. Wells with a shape that deviates from the round, (slightly) elliptical or (slightly) oval shape can, for example, have corners and/or at least areas with a (strongly) increased curvature - in particular with a small radius, for example a radius of less than 175 micrometers. These corners can lead to an obstruction of the flow around the well due to a surface tension of the analyte, so that a probability of the liquid flowing into the well can be (significantly) increased. The filling of the wells according to embodiments of the disclosed approach can thus be simplified compared to the filling of the conventional round wells.

Wenn Wellseitenwände eines herkömmlichen Wells eine herkömmliche hydrophile Oberfläche aufweisen, können Ecken im Randbereich des Wells allerdings auch dazu führen, dass sich Flüssigkeit, welche sich in dem Well befindet (zum Beispiel bei einem Einbringen, das heißt Spotten, einer Reagenz in das Well), durch einen Kapillareffekt beispielsweise in einer Ecke der Ausnehmung hochziehen könnte. In einem nachfolgenden Fluidikschritt (beispielhalber bei einem Überspülen und/oder einem Befüllen mit dem Analyten) könnte diese Flüssigkeit ausgewaschen und/oder gegebenenfalls in eine andere Ausnehmung verschleppt werden. Eine solche Verschleppung kann zu einem Austrag und/oder einer Querkontamination beispielsweise in nebenstehenden Wells führen. Dies wiederum kann dazu führen, dass zum Beispiel eine chemische oder biochemische Reaktion in einem herkömmlichen Well nicht abläuft, weil ein Reaktionspartner nicht (mehr) in einer notwendigen Menge vorliegt und/oder weil ein zusätzlicher Reaktionspartner - insbesondere der Reaktionspartner eines nebenstehenden Wells - vorliegt, der die Reaktion inhibiert, also hemmt, behindert oder verhindert. Alternativ könnte in einem herkömmlichen Well eine falsche Reaktion ablaufen, weil sich auch eine andere als eine ursprüngliche Chemikalie in dem Well befindet. Dies alles könnte zu einer Fehlfunktion einer zu dem beschriebenen herkömmlichen Well gehörenden herkömmlichen mikrofluidischen Vorrichtung führen - beispielhalber zu einem falsch positiven oder einem falsch negativen Testergebnis.If the well side walls of a conventional well have a conventional hydrophilic surface, corners in the edge area of the well can also lead to liquid in the well (for example when a reagent is introduced, i.e. spotted, into the well) being drawn up by a capillary effect, for example in a corner of the recess. In a subsequent fluidics step (for example when flushing and/or filling with the analyte), this liquid could be washed out and/or possibly carried into another recess. Such carryover can lead to discharge and/or cross-contamination, for example in adjacent wells. This in turn can lead to a chemical or biochemical reaction not taking place in a conventional well, for example because a reaction partner is no longer present in the required amount and/or because an additional reaction partner - in particular the reaction partner of an adjacent well - is present, which inhibits, i.e. hinders or prevents the reaction. Alternatively, a false reaction could occur in a conventional well because a chemical other than the original one is also present in the well. All of this could lead to a malfunction of a conventional microfluidic device associated with the described conventional well - for example, to a false positive or a false negative test result.

Das heißt eine einfache Befüllung und eine geringe Verschleppung kann herkömmlicherweise durch einfache Geometrieänderungen nicht gleichzeitig optimiert werden. Ein Chip, also eine mikrofluidische Vorrichtung, gemäß einem Ausführungsbeispiel und/oder Wells, also Ausnehmungen, gemäß einem Ausführungsbeispiel können sich (dagegen) im Idealfall vorteilhaft befüllen lassen und (gleichzeitig) die sogenannte Verschleppung verhindern, minimieren oder reduzieren.This means that simple filling and low carryover cannot traditionally be optimized simultaneously by simple geometry changes. A chip, i.e. a microfluidic device, according to an embodiment and/or wells, i.e. recesses, according to an embodiment can (on the other hand) ideally be filled advantageously and (at the same time) prevent, minimize or reduce the so-called carryover.

3d zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die in der Grundform runde Ausnehmung 115 weist in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements in einem Randbereich der Ausnehmung 115 zumindest teilweise eine eckige, insbesondere eine gezackte, Geometrie und/oder Form auf. Die Ausnehmung 115 weist also im Randbereich der Ausnehmung 115 eine Mehrzahl an Zacken auf. Aufgrund der zugrundeliegenden kreisförmigen und/oder zylindrischen Geometrie der Ausnehmung 115 ergibt sich eine Ausformung der Ausnehmung 115.3D shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115, which is round in its basic form, has at least partially an angular, in particular a jagged, geometry and/or shape in an edge region of therecess 115 in the plane of the upper side of the receiving element. Therecess 115 therefore has a plurality of jagged edges in the edge region of therecess 115. Due to the underlying circular and/or cylindrical geometry of therecess 115, a shape of therecess 115 results.

3e zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die in der Grundform runde Ausnehmung 115 weist in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements in einem Randbereich der Ausnehmung 115 zumindest teilweise eine eckige, insbesondere eine gezackte, Geometrie und/oder Form auf. Die Ausnehmung 115 weist also im Randbereich der Ausnehmung 115 eine Mehrzahl an Zacken auf. Aufgrund der zugrundeliegenden kreisförmigen und/oder zylindrischen Geometrie der Ausnehmung 115 ergibt sich eine Ausformung der Ausnehmung 115.3e shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115, which is round in its basic form, has at least partially an angular, in particular a jagged, geometry and/or shape in an edge region of therecess 115 in the plane of the upper side of the receiving element. Therecess 115 therefore has a plurality of jagged edges in the edge region of therecess 115. Due to the underlying circular and/or cylindrical geometry of therecess 115, a shape of therecess 115 results.

3f zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die in der Grundform runde Ausnehmung 115 weist in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements in einem Randbereich der Ausnehmung 115 zumindest teilweise eine eckige Geometrie und/oder Form auf. Die Ausnehmung 115 weist also im Randbereich der Ausnehmung 115 eine Mehrzahl an eckigen Formen auf. Aufgrund der zugrundeliegenden kreisförmigen und/oder zylindrischen Geometrie der Ausnehmung 115 ergibt sich eine Ausformung der Ausnehmung 115.3f shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115, which is round in its basic shape, has at least partially an angular shape in the plane of the upper side of the receiving element in an edge region of therecess 115. Geometry and/or shape. Therecess 115 therefore has a plurality of angular shapes in the edge region of therecess 115. Due to the underlying circular and/or cylindrical geometry of therecess 115, a shape of therecess 115 results.

3g zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die in der Grundform runde Ausnehmung 115 weist in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements in einem Randbereich der Ausnehmung 115 zumindest teilweise eine eckige, insbesondere eine gezackte, Geometrie und/oder Form auf. Die Ausnehmung 115 weist also im Randbereich der Ausnehmung 115 eine Mehrzahl an Zacken auf. Aufgrund der zugrundeliegenden kreisförmigen und/oder zylindrischen Geometrie der Ausnehmung 115 ergibt sich eine Ausformung der Ausnehmung 115.3g shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115, which is round in its basic form, has at least partially an angular, in particular a jagged, geometry and/or shape in an edge region of therecess 115 in the plane of the upper side of the receiving element. Therecess 115 therefore has a plurality of jagged edges in the edge region of therecess 115. Due to the underlying circular and/or cylindrical geometry of therecess 115, a shape of therecess 115 results.

3h zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die in der Grundform runde Ausnehmung 115 weist in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements in einem Randbereich der Ausnehmung 115 zumindest teilweise eine eckige, insbesondere eine gezackte, Geometrie und/oder Form auf. Aufgrund der zugrundeliegenden kreisförmigen und/oder zylindrischen Geometrie der Ausnehmung 115 ergibt sich eine Ausformung der Ausnehmung 115.3 hours shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115, which is round in its basic form, has at least partially an angular, in particular a jagged, geometry and/or shape in an edge region of therecess 115 in the plane of the upper side of the receiving element. Due to the underlying circular and/or cylindrical geometry of therecess 115, a shape of therecess 115 results.

3i zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die in der Grundform runde Ausnehmung 115 weist in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements in einem Randbereich der Ausnehmung 115 zumindest teilweise eine eckige, insbesondere eine segmentiert archimedisch-spiralförmige, Geometrie und/oder Form auf. Aufgrund der zugrundeliegenden kreisförmigen und/oder zylindrischen Geometrie der Ausnehmung 115 ergibt sich eine segmentiert archimedisch-spiralförmige Ausformung der Ausnehmung 115.3i shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115, which is round in its basic shape, has at least partially an angular, in particular a segmented Archimedean-spiral, geometry and/or shape in the plane of the upper side of the receiving element in an edge region of therecess 115. Due to the underlying circular and/or cylindrical geometry of therecess 115, a segmented Archimedean-spiral shape of therecess 115 results.

3j zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikrofluidischen Aufnahmeelements 110 mit einer Ausnehmung 115. Die in der Grundform runde Ausnehmung 115 weist in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements in einem Randbereich der Ausnehmung 115 zumindest teilweise eine eckige, insbesondere eine segmentiert archimedisch-spiralförmige, Geometrie und/oder Form auf. Aufgrund der zugrundeliegenden kreisförmigen und/oder zylindrischen Geometrie der Ausnehmung 115 ergibt sich eine segmentiert archimedisch-spiralförmige Ausformung der Ausnehmung 115.3 years shows a schematic top view of an embodiment of amicrofluidic receiving element 110 with arecess 115. Therecess 115, which is round in its basic shape, has at least partially an angular, in particular a segmented Archimedean-spiral, geometry and/or shape in the plane of the upper side of the receiving element in an edge region of therecess 115. Due to the underlying circular and/or cylindrical geometry of therecess 115, a segmented Archimedean-spiral shape of therecess 115 results.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 zum Herstellen eines mikrofluidischen Aufnahmeelements. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zu Beginn des Verfahrens eine unbeschichtete, aber (schon) strukturierte mikrofluidische Vorrichtung - auch als Wafer bezeichnet - bereitgestellt werden, das heißt die Wells können als eine Möglichkeit schon auf dem Wafer, also in einer Oberfläche eines Substrats des Aufnahmeelements, definiert sein. Die Ausnehmung weist demnach in der Ebene der Oberseite des Aufnahmeelements zumindest teilweise eine eckige Geometrie und/oder Form auf.4 shows a flow chart of an embodiment of amethod 400 for producing a microfluidic receiving element. According to one embodiment, an uncoated but (already) structured microfluidic device - also referred to as a wafer - can be provided at the beginning of the method, i.e. the wells can already be defined on the wafer, i.e. in a surface of a substrate of the receiving element. The recess therefore has at least partially an angular geometry and/or shape in the plane of the top side of the receiving element.

Das Verfahren 400 umfasst einen Schritt 410 des Aufbringens einer hydrophilen Schicht auf zumindest einem Teil der Oberfläche der zumindest einen Ausnehmung.Themethod 400 comprises astep 410 of applying a hydrophilic layer to at least a portion of the surface of the at least one recess.

Dabei umfasst das Verfahren 400 einen Schritt 420 des Ausbildens der hydrophoben Schicht auf zumindest einem Teil der Oberfläche der Ausnehmung.Themethod 400 comprises astep 420 of forming the hydrophobic layer on at least a part of the surface of the recess.

Der Schritt 420 des Ausbildens kann insbesondere vor dem Schritt 410 des Aufbringens oder nach dem Schritt 410 des Aufbringens ausgeführt werden.In particular, the formingstep 420 may be performed before the applyingstep 410 or after the applyingstep 410.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann in einem Verfahren 400 zum „Spotten einer hydrophoben Schicht“ im Schritt 410 des Aufbringens der Wafer vollständig, homogen und konform mit einer hydrophilen Schicht und/oder Oberflächenmodifikation beschichtet werden, zum Beispiel wie herkömmlicherweise aus einer Gasphase oder nasschemisch. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann im Schritt 420 des Ausbildens eine Flüssigkeit in zumindest einen Well gespottet, also eingebracht, werden, im Besonderen eine Flüssigkeit, die nach einem Eintrocknen hydrophobe Eigenschaften besitzt. Über ein Spotten einer bestimmten Menge der Flüssigkeit kann eine Höhe der hydrophoben Schicht im Well einfach eingestellt werden.According to one embodiment, in amethod 400 for “spotting a hydrophobic layer” instep 410 of applying the wafers, they can be completely, homogeneously and conformally coated with a hydrophilic layer and/or surface modification, for example as is conventional from a gas phase or wet-chemically. According to this embodiment, instep 420 of forming, a liquid can be spotted, i.e. introduced, into at least one well, in particular a liquid that has hydrophobic properties after drying. By spotting a certain amount of the liquid, a height of the hydrophobic layer in the well can be easily adjusted.

Gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel kann in einem Verfahren 400 zum „Strukturieren einer hydrophoben Schicht und zum (anschließenden) selektiven hydrophilen Beschichten“ im Schritt 420 des Ausbildens der Wafer vollständig, homogen und konform mit einer hydrophoben Schicht und/oder Oberflächenmodifikation beschichtet werden, zum Beispiel wie herkömmlicherweise aus einer Gasphase oder nasschemisch. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann dann eine Schutzschicht in die Wells eingebracht werden, im Speziellen an die Stellen, an denen später die hydrophoben Oberflächeneigenschaften erhalten bleiben sollen. Dies kann beispielsweise durch ein Spotten einer Schutzschicht, insbesondere eines Schutzlacks, durchgeführt werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können danach ungeschützte Bereiche der hydrophoben Schicht entfernt werden, im Besonderen durch ein Sauerstoffplasma, durch ein (gerichtetes) Ar-Plasma, nasschemisch oder durch UV-Belichtung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens 400 kann anschließend der Wafer mit einer hydrophilen Schicht selektiv beschichtet werden, zum Beispiel aus der Gasphase oder nasschemisch. Eine Selektivität einer derartigen Schicht ist herkömmlicherweise gegeben, da herkömmliche Schichten (basierend auf Trichlorsilanen oder Trimethoxy-Gruppen) insbesondere an O-H Gruppen eines zu beschichtenden Substrates andocken und sich dort kovalent binden können. Sind die O-H-Gruppen gesättigt, zum Beispiel mit einem anderen, insbesondere einem hydrophoben, Molekül, oder sind keine O-H-Gruppen vorhanden (beispielsweise auf dem Schutzlack), bildet sich dort voraussichtlich keine Schicht aus, sondern vermutlich nur auf einer zuvor abgereinigten Chipoberfläche. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann im Anschluss daran die Schutzschicht entfernt werden, zum Beispiel kann der Schutzlack in einem geeigneten Lösemittel, beispielshalber Aceton, gelöst werden.According to an additional embodiment, in amethod 400 for “structuring a hydrophobic layer and for (subsequent) selective hydrophilic coating” instep 420 of forming the wafers, they can be completely, homogeneously and conformally coated with a hydrophobic layer and/or surface modification, for example as is conventional from a gas phase or wet chemically. According to this embodiment, a protective layer can then be introduced into the wells, in particular at the locations where the hydrophobic surface n properties are to be retained. This can be carried out, for example, by spotting a protective layer, in particular a protective lacquer. According to this exemplary embodiment, unprotected areas of the hydrophobic layer can then be removed, in particular by an oxygen plasma, by a (directed) Ar plasma, wet-chemically or by UV exposure. According to this exemplary embodiment of themethod 400, the wafer can then be selectively coated with a hydrophilic layer, for example from the gas phase or wet-chemically. A selectivity of such a layer is conventionally given, since conventional layers (based on trichlorosilanes or trimethoxy groups) can dock in particular onto OH groups of a substrate to be coated and can bond there covalently. If the OH groups are saturated, for example with another, in particular a hydrophobic, molecule, or if no OH groups are present (for example on the protective lacquer), no layer is likely to form there, but probably only on a previously cleaned chip surface. According to this embodiment, the protective layer can subsequently be removed, for example the protective lacquer can be dissolved in a suitable solvent, for example acetone.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann im Schritt 410 des Aufbringens und/oder im Schritt 420 des Ausbildens die Oberfläche der Chips mit einem Organosilanol oder Organosilanolen in einer Funktion als hydrophobe Schicht und/oder hydrophile Schicht beschichtet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können ebendiese Organosilanole eine organische funktionelle Gruppe und drei hydrolisierbare Substituenten aufweisen, lediglich beispielhaft Trimethoxysilane oder Trichlorosilane. Mittels der hydrolisierbaren Substituenten kann beispielsweise die funktionale organische Gruppe kovalent an eine Oberfläche gebunden werden. Gemäß Ausführungsbeispielen können mögliche hydrophile funktionale Gruppen im Besonderen Polyethylenglycol-Gruppen (PEG) oder Epoxy-Gruppen sein. Gemäß Ausführungsbeispielen können mögliche hydrophobe funktionale Gruppen (Fluoro-)alkylsilane sein, insbesondere Heptadecafluorodecyltrimethoxysilane, (Heptafluoroisopropoxy)propyltrichlorosilane, Octadecyldimethylchlorosilane, Octadecyltrichlorosilane, Octyldimethylchlorosilane, Dimethyldichlorosilane, Butyldimethylchlorosilane oder Trimethylchlorosilane. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine mögliche hydrophobe Oberflächenbeschichtung Hexamethyldisilazan (HMDS) sein.According to one embodiment, instep 410 of applying and/or instep 420 of forming, the surface of the chips can be coated with an organosilanol or organosilanols in a function as a hydrophobic layer and/or hydrophilic layer. According to one embodiment, these organosilanols can have an organic functional group and three hydrolyzable substituents, for example trimethoxysilanes or trichlorosilanes. By means of the hydrolyzable substituents, for example, the functional organic group can be covalently bound to a surface. According to embodiments, possible hydrophilic functional groups can be in particular polyethylene glycol groups (PEG) or epoxy groups. According to embodiments, possible hydrophobic functional groups can be (fluoro)alkylsilanes, in particular heptadecafluorodecyltrimethoxysilane, (heptafluoroisopropoxy)propyltrichlorosilane, octadecyldimethylchlorosilane, octadecyltrichlorosilane, octyldimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, butyldimethylchlorosilane or trimethylchlorosilane. According to a further embodiment, a possible hydrophobic surface coating can be hexamethyldisilazane (HMDS).

Gemäß Ausführungsbeispielen kann die hydrophile Schicht und/oder die hydrophobe Schicht eine Schichtdicke von einer Monolage oder wenigen Monolagen - insbesondere bei vollflächiger Abscheidung aus der Gasphase oder nasschemisch - bis hin zu mehreren Mikrometern - insbesondere beim Eintrocknen einer gespotteten Chemikalie - aufweisen.According to embodiments, the hydrophilic layer and/or the hydrophobic layer can have a layer thickness of one monolayer or a few monolayers - in particular in the case of full-surface deposition from the gas phase or wet-chemically - up to several micrometers - in particular when drying a spotted chemical.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann durch eine Ausführung des vorgenannten Schritts 410 oder der vorgenannten Schritte 410, 420 das mikrofluidische Aufnahmeelement im Speziellen samt Wellwandeigenschaften hergestellt werden.According to one embodiment, by carrying out theaforementioned step 410 or theaforementioned steps 410, 420, the microfluidic receiving element can be produced in particular including well wall properties.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 500 ist eingerichtet, um den Schritt 410 oder die Schritte 410, 420 des Verfahrens 400 in einer entsprechenden Einheit 510 oder in entsprechenden Einheiten 510, 520 auszuführen und/oder anzusteuern.5 shows a schematic representation of acontrol device 500 according to an embodiment. Thecontrol device 500 is set up to execute and/or control thestep 410 or thesteps 410, 420 of themethod 400 in acorresponding unit 510 or in correspondingunits 510, 520.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der hier dargelegte Ansatz durch eine Inspektion der Chips mittels Oberflächenanalytik, insbesondere XPS, und/oder durch Randwinkelmessungen auf der Chipoberfläche nachgewiesen werden.According to one embodiment, the approach presented here can be demonstrated by inspecting the chips using surface analysis, in particular XPS, and/or by contact angle measurements on the chip surface.

Der hier vorgelegte Ansatz kann alternativ als „mikrofluidischer Si-Chip mit einfach befüllbaren Kavitäten und minimierter Verschleppung“ bezeichnet werden.The approach presented here can alternatively be referred to as a “microfluidic Si chip with easily fillable cavities and minimized carryover”.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an embodiment includes an “and/or” connection between a first feature and a second feature, this is to be read as meaning that the embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to another embodiment has either only the first feature or only the second feature.

Claims (15)

Translated fromGerman

Mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) für eine mikrofluidische Vorrichtung (100) zum Prozessieren von Fluiden, wobei in einer Ebene einer Oberseite (130) des Aufnahmeelements (110) zumindest eine Ausnehmung (115) zum Aufnehmen einer Probenflüssigkeit angeordnet ist, wobei eine Oberfläche (200) der Ausnehmung (115) zumindest teilweise eine hydrophile Schicht (205) aufweist und wobei die Oberfläche (200) der Ausnehmung (115) zumindest teilweise eine hydrophobe Schicht (210) aufweist.Microfluidic receiving element (110) for a microfluidic device (100) for processing fluids, wherein at least one recess (115) for receiving a sample liquid is arranged in a plane of an upper side (130) of the receiving element (110), wherein a surface (200) of the recess (115) at least partially has a hydrophilic layer (205) and wherein the surface (200) of the recess (115) at least partially has a hydrophobic layer (210).Mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) gemäßAnspruch 1, wobei die Ausnehmung (115) in der Ebene der Oberseite (130) des Aufnahmeelements (110) zumindest teilweise eine eckige Geometrie und/oder Form aufweist.Microfluidic receiving element (110) according to claim 1 , wherein the recess (115) in the plane of the upper side (130) of the receiving element (110) has at least partially an angular geometry and/or shape.Mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die hydrophobe Schicht (210) auf einem Boden (215) der Ausnehmung (115) und/oder zumindest auf einem Teilbereich zumindest einer Seitenwand (120) der Ausnehmung (115) angeordnet ist.Microfluidic receiving element (110) according to one of the preceding claims, wherein the hydrophobic layer (210) is arranged on a bottom (215) of the recess (115) and/or at least on a partial region of at least one side wall (120) of the recess (115).Mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Oberfläche (200) der Ausnehmung (115) an der Seitenwand (120) der Ausnehmung (115) in einem Freibereich (220) zwischen der hydrophoben Schicht (210) und der hydrophilen Schicht (205) freiliegt.Microfluidic receiving element (110) according to one of the preceding claims, wherein the surface (200) of the recess (115) is exposed on the side wall (120) of the recess (115) in a free area (220) between the hydrophobic layer (210) and the hydrophilic layer (205).Mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die hydrophobe Schicht (210) an der Seitenwand (120) der Ausnehmung (115) eine größere Oberfläche aufweist als die hydrophile Schicht (205).Microfluidic receiving element (110) according to one of the preceding claims, wherein the hydrophobic layer (210) on the side wall (120) of the recess (115) has a larger surface area than the hydrophilic layer (205).Mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Höhe (hB) der hydrophoben Schicht (210) geringer ist als eine Höhe (hA) der Ausnehmung (115) und/oder wobei die Höhe (hB) der hydrophoben Schicht (210) größer ist als eine Höhe (hL) der hydrophilen Schicht (205) an der Seitenwand (120) der Ausnehmung (115).Microfluidic receiving element (110) according to one of the preceding claims, wherein a height (hB) of the hydrophobic layer (210) is less than a height (hA) of the recess (115) and/or wherein the height (hB) of the hydrophobic layer (210) is greater than a height (hL) of the hydrophilic layer (205) on the side wall (120) of the recess (115).Mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die hydrophile Schicht (205) ferner auf der Oberseite (130) des Aufnahmeelements (110) und/oder zumindest auf einem Teilbereich der Seitenwand (120) und/oder zwischen der hydrophoben Schicht (210) und dem Boden (215) der Ausnehmung (115) angeordnet ist.Microfluidic receiving element (110) according to one of the preceding claims, wherein the hydrophilic layer (205) is further arranged on the upper side (130) of the receiving element (110) and/or at least on a partial region of the side wall (120) and/or between the hydrophobic layer (210) and the bottom (215) of the recess (115).Mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in der Ausnehmung (115) ein Reagenz (225) zur Durchführung einer Analysereaktion mit der Probenflüssigkeit vorgelagert ist.Microfluidic receiving element (110) according to one of the preceding claims, wherein a reagent (225) for carrying out an analytical reaction with the sample liquid is stored in the recess (115).Mikrofluidisches Aufnahmeelement (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in der Ebene der Oberseite (130) des Aufnahmeelements (110) zumindest eine weitere Ausnehmung (135) zum Aufnehmen einer Probenflüssigkeit angeordnet ist, wobei eine Oberfläche der weiteren Ausnehmung (135) zumindest teilweise die hydrophile Schicht (205) oder eine weitere hydrophile Schicht und zumindest teilweise die hydrophobe Schicht (210) oder eine weitere hydrophobe Schicht aufweist.Microfluidic receiving element (110) according to one of the preceding claims, wherein at least one further recess (135) for receiving a sample liquid is arranged in the plane of the upper side (130) of the receiving element (110), wherein a surface of the further recess (135) at least partially comprises the hydrophilic layer (205) or a further hydrophilic layer and at least partially comprises the hydrophobic layer (210) or a further hydrophobic layer.Mikrofluidische Vorrichtung (100) zum Prozessieren von Fluiden mit dem mikrofluidischen Aufnahmeelement (110) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.Microfluidic device (100) for processing fluids with the microfluidic receiving element (110) according to one of the preceding claims.Verfahren (400) zum Herstellen eines mikrofluidischen Aufnahmeelements gemäß einem derAnsprüche 1 bis9, wobei das Verfahren (400) den folgenden Schritt umfasst:- Aufbringen (410) einer hydrophilen Schicht auf zumindest einem Teil der Oberfläche der zumindest einen Ausnehmung; und Ausbilden (420) einer hydrophoben Schicht auf zumindest einem Teil der Oberfläche der Ausnehmung.Method (400) for producing a microfluidic receiving element according to one of the Claims 1 until 9 , wherein the method (400) comprises the following step: - applying (410) a hydrophilic layer on at least a portion of the surface of the at least one recess; and forming (420) a hydrophobic layer on at least a portion of the surface of the recess.Verfahren (400) gemäßAnspruch 11, wobei der Schritt (420) des Ausbildens vor dem Schritt (410) des Aufbringens oder nach dem Schritt (410) des Aufbringens ausgeführt wird.Procedure (400) according to claim 11 , wherein the step (420) of forming is carried out before the step (410) of applying or after the step (410) of applying.Steuergerät (500), das eingerichtet ist, um den Schritt (410) oder die Schritte (410, 420) des Verfahrens (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in einer entsprechenden Einheit (510) oder in entsprechenden Einheiten (510, 520) auszuführen und/oder anzusteuern.Control device (500) which is configured to execute and/or control the step (410) or the steps (410, 420) of the method (400) according to one of the preceding claims in a corresponding unit (510) or in corresponding units (510, 520).Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, den Schritt (410) oder die Schritte (410, 420) des Verfahrens (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.Computer program configured to execute and/or control the step (410) or the steps (410, 420) of the method (400) according to one of the preceding claims.Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nachAnspruch 14 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program is claim 14 is stored.

Images