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Patent Searching and Data


Title:
ANALYSIS DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/072262
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a microfluidic diagnosis-kit for use in biochemical analysis wherein a premeasured amount of reagents is provided in an applicator for an analysis system. According to the invention, the required reagents are preportioned as non-volatile agents (16, 16`, 16``) and a microfluidic system is provided, whereby the reagents are automatically dissolved in a solvent and fed to a sensor module (15) in order to carry out measurement.

Inventors:
GUMBRECHT WALTER (DE)
STANZEL MANFRED (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/000837
Publication Date:
September 19, 2002
Filing Date:
March 08, 2002
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
GUMBRECHT WALTER (DE)
STANZEL MANFRED (DE)
International Classes:
G01N35/08; A61B5/145; A61B5/1468; A61B5/1495; B01L3/00; C12M1/00; C12M1/34; G01N35/00; G01N37/00; B01L7/00; B01L9/00; G01N27/416; (IPC1-7): B01L3/00; G01N27/28
Foreign References:
US5096669A1992-03-17
DE19903705C12000-07-06
DE19546535A11997-06-19
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Analyseeinrichtung zur Anwendung in der biochemischen Ana lytik, mit einem Applikator zum dezentralen Einsatz, ent haltend ein erstes Gehäuse, ein MikrofluidikSystem und ein SensorModul, der zusammen mit einem zweiten Gehäuse ein Messund Analysesystem bildet, wobei das Sensormodul eine mikrofluidisch zugängliche, sensitive Fläche aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Flui dikSystem (11,12,13 ; 110) des Applikators (10,60,70) mit dem SensorModul (15) Reagenzien in vorportionierter Menge als feste, nichtflüchtige Stoffe vorhanden sind und dass das FluidikSystem (11,12,13 ; 110) eine Verbindung zu einem Lö sungsmittelReservoir (29,39) zwecks automatischer Bereit stellung von Lösungsmittel und Auflösung der portionierten Menge an festem Reagenz aufweist, wobei wenigstens eine aus dem Reagenz und dem Lösungsmittel hergestellte Reagenzlösung der sensitiven Fläche (2) des SensorModuls (15) zuführbar ist.
2. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Sensormodul (15) rückseitig ein elektrisches Kontaktierungsfeld zur Zuführung und Abnahme von elektrischen Signalen aufweist.
3. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Lösungsmittel Reservoir (29) im dem Applikator (10,60,70) zugeordneten zweiten Gehäuse (20,80) mit Auslesegerät angeordnet ist.
4. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Lösungsmittel Reservoir (39) im Applikator (10,60,70) angeordnet ist.
5. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Applikator (10,60,.
6. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Reagenzien in einer lagerstabilen Form bevorratet sind.
7. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens ein Reagenz als reiner Feststoff bevorratet ist.
8. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens ein Reagenz gelöst oder gemischt in einem Hilfsstoff bevorratet ist.
9. Analyseeinrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hilfsstoff fest oder flüssig ist.
10. Analyseeinrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hilfsstoff ein was serlösliches Polymer ist.
11. Analyseeinrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mit dem Hilfsstoff das Reagenz verdünnt und/oder geometrisch definiert, gut haftend in einem Behältnis des Applikators (10,60,70) platziert ist.
12. Analyseeinrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Behältnis im Appli kator (10,60,70) eine definierte Geometrie aufweist, bei spielsweise als Mikrokanal (11) mit definiertem Querschnitt und definierter Länge.
13. Analyseeinrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das in einem Hilfsstoff gelöste Reagenz in einem definierten MengenGradienten ent lang des Mikrokanals (11) platziert ist.
14. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Applikator (10,60, 70) mit erstem Gehäuse eine mit mikrofluidischen Komponenten versehene Plastikkarte ist.
15. Analyseeinrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Plastikkarte (10, 60,70) eine ChipKarte ist.
16. Analyseeinrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zweite Gehäuse (20, 80) ein Auslesegerät mit einer Auswerteeinheit realisiert, in das der Applikator (10,60,70), enthaltend das erste Gehäuse und das SensorModul (15), einführbar ist.
17. Analyseeinrichtung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Applikator (10,60, 70) in Verbindung mit dem Auslesegerät (20, 80) bei vorgege bener Betriebsweise die Zusammenführung von Reagenz und Lö sungsmittel erlaubt.
18. Analyseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Applikator (10,60,70) über mindestens einen Mikrokanal (11) an das Auslesegerät (20,80) angeschlossen ist.
19. Analyseeinrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Lösungsmittel Reservoir (29) im Auslesegerät (20,80) zur Aufnahme des Lö sungsmittels, z. B. Wasser, für mehrere Analysen ausgebildet ist.
20. Analyseeinrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Behälter (28) zur Entsorgung von Probenmaterial und verbrauchten Reagenzien vorhanden ist.
21. Analyseeinrichtung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Behälter (28) zur Entsorgung von Probenmaterial und verbrauchten Reagenzien im ersten Gehäuse des Applikators (10,60,70) und/oder im zwei ten Gehäuse des Auslesegerätes (20,80) angeordnet ist.
22. Analyseeinrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Auslesegerät (20, 80) Mittel (25) zur Förderung des Lösungsmittels durch die Mikrokanäle zum SensorModul und zum Abfallbehälter im Appli kator (10,60,70) und/oder Auslesegerät (20,80) enthält.
23. Analyseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Lösungsmittel über die geometrisch platzierte Reagenz Hilfsstoffmischung (16,16,...) geführt wird, so dass eine definierte Lösung entsteht.
24. Analyseeinrichtung nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Lösungsmittel auf einer definierten Temperatur gehalten wird.
25. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Mittel zur Einstellung einer definierten Temperatur am SensorModul (15), insbesondere zur Kühlung, vorhanden sind.
26. Analyseeinrichtung nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Peltierelement (30) im zweiten Gehäuse (20,80) vorhanden ist, das eine Thermo statier, insbesondere Kühlwirkung auf das SensorModul (15) ausübt.
27. Analyseeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Einsatz in der biochemischen Analytik.
28. Analyseeinrichtung nach Anspruch 27, g e k e n n z e i c h n e t in der Anwendung bei der DNAAnalyse.
29. Analyseeinrichtung nach Anspruch 27, g e k e n n z e i c h n e t in der Anwendung zur Beschleunigung der Ab kühlphase in der PCRTechnik.
30. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Einsatz in der Le bensmittelüberwachung.
31. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Einsatz in der Um weltmesstechnik.
32. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Einsatz in der Fo rensik.
33. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Einsatz in der me dizinischen Diagnostik.
34. Analyseeinrichtung nach Anspruch 33, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Einsatz bei der Blutgas/Blut elektrolytAnalyse.
35. Analyseeinrichtung nach Anspruch 33, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Einsatz bei der Diagnostik von Infektionskrankheiten.
36. Analyseeinrichtung nach Anspruch 33, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Einsatz bei der Therapiekon trolle.
37. Analyseeinrichtung nach Anspruch 33, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Einsatz zur Früherkennung von Krankheiten.
Description:
Beschreibung Analyseeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Analyseeinrichtung zur Anwendung in der biochemischen Analytik, mit einem Applikator zum dezentralen Einsatz, enthaltend ein erstes Gehäuse, ein Fluidik-System und einen Sensor-Modul, der zusammen mit einem zweiten Gehäuse ein Mess-und Analysesystem bildet.

Die Dezentralisierung von chemisch-biologischen Analysen in der Medizintechnik erfordert unter anderem eine flexible Be- reitstellung von Reagenzien. Dezentral bedeutet in vorlie- gendem Zusammenhang, dass die Analysen häufig nicht mit hohem Durchsatz wie im klinischen Großlabor durchgeführt werden.

Reagenzien für die chemisch-biologische Analyse sind häufig sehr kostspielig und in ihrer Lebensdauer/Verwendbarkeit, zu- mindest nach Öffnen des Behältnisses, z. B. Ausgasen von 02 und C02 aus Blutgas-Kalibrierlösungen oder Zersetzung von biochemischen Komponenten, stark eingeschränkt, so dass eine effiziente, kostengünstige Nutzung erschwert bzw. unmöglich wird.

Dezentrale Analysen werden deshalb besonders vorteilhaft mit sog. Einmal-Kits durchgeführt, bei welchen die Reagenzien in einer vordosierten, individuell verpackten, gerade benötigten Menge bereitgestellt werden. Bekannt ist z. B. ein System (i-STAT Corporation, 303A College Road East, Princeton, New Jersey 08540 ; US Patent Nr. 5 096 669), bei dem eine zur Ka- librierung von Blut-Gas/-Elektrolyt-Sensoren benötigte Kali- brierlösung in einem gasdichten Alu/Kunststoffbeutelchen mit einem Inhalt < 1 ml für einen Einmalsensor bevorratet und im Betrieb des Einmalsensors durch"Anstechen"der Beutelwand geöffnet wird.

Ein derartiges Konzept der Bereitstellung von Kalibrier- lösungen ist nicht geeignet bei Verwendung von Reagenzien,

die in gelöster Form einem Verfallsprozess ausgesetzt sind, wie z. B. Enzyme, empfindliche organische Stoffe, wie insbe- sondere p-Aminophenylphosphat, p-Aminophenyl-ß-Galactosid.

Diese Vorgehensweise ist außerdem aufwendig und teuer, ferner besteht das Risiko, dass die Beutelchen undicht sein könnten und somit z. B. austretende Gase die gesamte Diagnostik bei der Blutgasanalyse verfälschen. Weiterhin wird beim Stand der Technik nur eine einzige Kalibrierlösung realisiert und somit nur eine Einpunkt-Eichung ermöglicht, was die Verlässlichkeit der Ergebnisse in Frage stellt und somit die Akzeptanz beim Kunden reduziert. Zwar ist in US 5 096 669 A die theoretische Möglichkeit der Bereitstellung von mehr als einer Kalibrier- lösung erwähnt ; dies würde aber die Komplexität und damit die Herstellungskosten des Einmalartikels erhöhen.

Weiterhin ist in der US 5 096 669 A die Möglichkeit der Zumi- schung von trockenen Reagenzien zur Probe, d. h. z. B. zur Blutprobe, erwähnt. Dies löst aber nicht die Probleme der Re- agenzienbereitstellung, wenn für komplexe Diagnosevorgänge mehrere Reagenzlösungen seriell vor und/oder nach Zutritt der Probenflüssigkeit über eine Sensoreinrichtung, z. B. einem Sensor-Chip oder Sensor-Modul, geführt werden müssen, bei- spielsweise bei Analysen unter Zuhilfenahme von sog. enzyma- tischer Verstärkung : Dabei erfolgt eine sequenzielle Zufüh- rung von 1. Pufferlösung, 2. Probe, 3. Pufferlösung, 4. En- zym-Label-Reagenz, 5. Pufferlösung, 6. Enzym-Substrat.

Weiterhin wird in Dirks, G. et al."Development of a dispo- sable biosensor chipcard System", Sens. Technol. Neth., Proc.

Dutch Sens. Conf, 3rd (1988), S. 207 bis 212, ein Messsystem für biomedizinische Anwendungen beschrieben, bei dem eine so- genannte Chipkarte aus einem Flachbehälter mit mehreren Kavi- täten und einem System von Flüssigkeitskanälen realisiert wird, wobei in das Kanalsystem ein ISFET eingebracht ist, der als Sensor dient. Bei diesem System geht es insbesondere dar- um, aus separaten Behältern eine Messflüssigkeit einerseits und eine Kalibrier-bzw. Reagenzflüssigkeit zum Sensor sepa-

rat zuzuführen. Des Weiteren werden in der Monographie Lange- reis, G. R."An integrated sensor system for monitoring wa- shing process, ISBN 90, Systeme mit Sensoren beschrieben, bei denen es um die Integration von Sensoren, deren Signale elek- trisch abgegriffen werden, in Fluidikeinrichtungen geht.

Die Probleme der Reagenzzuführung sind beim Stand der Technik nicht befriedigend gelöst. Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Analyseeinrichtung der eingangs genannten Art für eine dezentrale Anwendung zu verbessern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa- tentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängi- gen Patentansprüchen angegeben. Insbesondere sind auch geeig- nete Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Analyse- einrichtung angegeben.

Bei der Erfindung werden im Applikator die Reagenzien als Feststoff vorportioniert in einem Mikrofluidik-System bereit- gehalten und in Kombination mit einer geeigneten Betriebswei- se insbesondere aus einem einzigen Lösungsmittel-Reservoir für mindestens einen gesamten Analyse-Durchlauf, bestehend aus mehreren Teilschritten, automatisch gelöst und dem Analy- sesystem zugeführt. Die Reagenzlösungen werden also im zuge- führten Lösungsmittel, in situ erzeugt und erst unmittelbar vor ihrer Verwendung bereitgestellt.

Mit der Erfindung wird vorteilhafterweise-im Gegensatz zum Stand der Technik-eine technische Realisierung von mehreren Reagenzlösungen aus nur einem Lösungsmittel-Reservoir für mindestens einen Analyse-Durchlauf erreicht. Beim Stand der Technik und speziell in der US 5 096 669 A wird nicht ausge- führt, ob und insbesondere wie eine sequenzielle Bereitstel- lung von mehreren, unterschiedlichen Reagenzlösungen aus tro- ckenen Reagenzien erfolgen könnte.

Bei der Erfindung werden die Reagenzien vorzugsweise in fes- ter Form bzw. gelöst in einem festen Hilfsstoff, z. B. wasser- lösliches Polymer, bereitgehalten. Ein Beispiel ist die Be- reitstellung von Mitteln zur Vorgabe eines definierten pC02- Wertes für die medizinische Diagnostik : Dazu wird neben den benötigten Salzen, wie u. a. NaCl und KC1 auch eine Feststoff- Base, z. B. NaHCO3, sowie eine Feststoff-Säure, z. B. Zitronen- säure, vorgelegt. Beim Auflösen der Reagenzien reagieren die Feststoff-Base und Feststoff-Säure wie beispielsweise beim Stand der Technik von Brause-Tabletten bekannt und erzeugen eine definierte Menge CO2. Da deutlich geringere Konzentrati- onen als bei Brause-Tabletten benötigt werden, erfolgt keine Blasenbildung.

Weiterhin ist die Bereitstellung von mehreren Reagenzlösungen bei komplexen Analysen-Durchläufen möglich. Ein vorteilhaftes Beispiel ist ein Immuno-Assay mit enzymatischer Verstärkung.

Dabei muss nach Aufbringen der Probenflüssigkeit auf den Sen- sor bzw. einem Sensor-Modul evtl. ein Wasch-Schritt mit Puf- ferlösung erfolgen. Diese kann entweder direkt aus dem Reser- voir oder vorteilhaft durch Auflösen von fester Puffer-Sub- stanz, beispielsweise gelöst in wasserlöslichem Polymer und platziert in einem Mikrodurchflusskanal aus einem Wasser- Reservoir, der im Applikator oder im zweiten Gehäuse plat- ziert sein kann, erfolgen. Dann folgt die Zufuhr von Enzym- Label und zwar vorteilhafterweise ebenfalls als Feststoff, gegebenenfalls gelöst in wasserlöslichem Polymer im Mikro- durchflusskanal platziert, das nun seinerseits aus dem Puf- fer-Reservoir oder vorteilhaft aus dem gleichen Wasser- Reservoir gelöst wird. Schließlich erfolgt in Analogie zu den vorhergehenden Schritten die Herstellung und Zufuhr von En- zym-Substrat-Lösung.

Chemische Gleichgewichte sowie die Reaktionsgeschwindigkeit chemischer bzw. biochemischer enzymatischer Reaktionen unter- liegen einem starken Temperatureinfluss. So sind z. B. die Partialdrücke der gelösten Blutgase 02 und CO2 von der Tempe-

ratur abhängig und werden deshalb bei Laborgeräten, den sog.

Blutgas-Analysatoren, stets bei 37°C gemessen. Mit Sensoren auf der Basis von Siliziumtechnologie und mikroelektronischer Schaltungstechnik ist es nunmehr möglich, die Temperatur des Sensorchips und damit auch die Temperatur der Probe zu messen als auch zu regeln. Eine Einschränkung bestand dabei bisher in der Tatsache, dass man einen Silizium-Chip zwar elektrisch aufheizen kann, z. B. durch Widerstandsheizung, jedoch nicht elektrisch kühlen kann. Dies wird durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung erreicht.

Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist die Amplifikation von DNA/RNA (Desoxyribo-nukleinsäure/ Ribonukleinsäure)-Proben mittels der exponentiellen Verviel- fältigungsmethode bei der sog. PCR (Polymer Chain Reaction), d. h. der Polymerase-Kettenreaktion-Methode. Dazu muss die Probenflüssigkeit 20 bis 40 mal zwischen zwei Temperaturen, typischerweise zwischen 40°C und 95°C, zyklisiert werden.

Nach dem Stand der Technik ist bei dieser Thermozyklisierung der Abkühlungsprozess geschwindigkeits-bestimmend.

Auch letztere Probleme können mit der Erfindung in praxisge- rechter Weise gelöst werden : Für eine konkrete Anwendung kommt als Applikator eine besonders vorteilhafte Ausführungs- form nach Art des Chip-Moduls einer Chip-Karte in Betracht.

Beim Chipkarten-Modul ist der Silizium-Chip vorteilhafterwei- se auf einer nur etwa 50 um dicken, vergoldeten Kupferschicht montiert. Es handelt sich dabei um das mittlere Metall-Feld von bekannten Chipkarten-Modulen, das für elektrische Kontak- tierungen im Karten-Lesegerät dort nicht benutzt wird. Dieses freie Feld kann somit im Kartenlesegerät, das hier gleicher- maßen als Auswertegerät fungiert, genutzt werden, um direkt ein Kühlelement, z. B. einen Peltierkühler, an die entspre- chende Stelle des Chipkarten-Moduls zu kontaktieren. Aufgrund der Platzierung (50 um metallischer Kontakt zum Chip) ist so- mit ein effizienter Wärmeübergang möglich, so dass eine defi-

nierte Temperatur, insbesondere auch durch Abkühlung, sehr schnell einstellbar ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei- spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentan- sprüchen. Es zeigen Figur 1 bis Figur 3 drei verschiedene Ausführungsformen eines sog. Diagnose-Kits aus Applikator und Auslesegerät in Schnittdarstellung, Figur 4 in Schnittdarstellung ein Auslesegerät mit integrier- tem Kühlelement zur direkten thermischen Ankopplung an ein Chipkarten-Kontaktierungsfeld, Figur 5 die Draufsicht auf das Kontaktierungsfeld des Moduls gemäß Figur 4, Figur 6 in Draufsicht eine Proben-und Mehrkanal- Reagenzienzuführung mit Verteilungssystem im Auslege- gerät und Figur 7 und Figur 8 in Draufsicht eine gegenüber Figur 6 ab- gewandelte Mehrkanalreagenzzuführung durch Verschie- ben der Chipkarte in zwei Positionen.

In den Figuren sind gleiche bzw. gleich wirkende Teile mit den gleichen bzw. sich entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Die Figuren werden teilweise gemeinsam beschrieben.

In den Figuren 1 bis 4 ist ein Applikator mit Sensor-Modul durchgehend mit 10 bezeichnet, während in den Figuren 6 und 7 ein modifizierter Applikator mit 60 oder 70 bezeichnet ist.

Zur Messung wird ein derartiger Applikator 10,60 bzw. 70 in ein Auslesegerät 20 bzw. 80 eingeschoben.

In den Figuren 1 bis 3 ist im Applikator 10 ein Sensor-Modul 15 eingebracht, beispielsweise ein Silizium-Chip 1 mit sensi- tiver Fläche 2, verkapselt und elektrisch kontaktiert auf ei- nem Träger. Ein solches Sensor-Modul ist u. a. Gegenstand ei-

ner korrespondierenden Patentanmeldung mit gleicher Priori- tät. Am Sensor-Modul 15 ist ein Mikrofluidikkanal 11 vorhan- den, zu dem von einem Einlass 12 mit Ventilanordnung/Dichtung ausgehend ein Kanal 110, in dem Reagenzien bzw. Hilfsstoffe 16,16 ,..., 16" angeordnet sind, führt. Hinter dem Sen- sor-Modul 15, d. h. nach der Messung, wird die Substanz von einen Auslasskanal 18 aufgenommen.

Das Auslesegerät 20 hat im Gehäuse Fluidikkanäle 21, wobei in dem ersten Kanal 21 beispielsweise Wasser von einem Lösungs- mittelvorrat außerhalb oder innerhalb des Gerätes über eine Dichtung 22 in den Applikator 10 gebracht wird. Über die Dichtung des Auslasses 23 wird mittels einer Pumpe 25 die verbrauchte Messflüssigkeit zu einem in der Figur 1 nicht dargestellten Abfallbehälter innerhalb oder außerhalb des Auslesegerätes gepumpt.

Die Anordnung gemäß Figur 2 entspricht im Wesentlichen der Figur 1 mit den Abwandlungen, dass im zweiten Gehäuse des Auslesegerät ein Lösungsmittel-Reservoir 29 platziert ist und nach dem Sensor-Modul 15 der Mikrofluidkanal 11 eine Erweite- rung bzw. Verlängerung als Sammelbehälter 28 zwecks Aufnahme der verbrauchten Lösung bzw. analysierten Probe hat. Gegeben- falls ist eine solche Erweiterung als Reservoir für Abfall hinreichend. In das Auslesegerät gelangt in diesem Fall mit- tels der Pumpe 25 über den Auslass 13 mit Ventilen bzw. Dich- tungen 13 bzw. 23 nur Luft.

In entsprechender Weiterbildung beinhaltet der Applikator 10 gemäß Figur 3 einen separaten Behälter 39 für einen Lösungs- mittelvorrat, d. h. für Wasser. Die Wasserzufuhr vom externen Gerät 20 ist dabei nicht notwendig. Es ist lediglich das Ven- til 12 aus Figur 1 speziell als Belüftungsventil 38 ausgebil- det.

In der Figur 4 ist der Applikator mit Sensor-Modul im Wesent- lichen entsprechend Figur 1 ausgebildet. Speziell im Auslese-

gerät ist an der Position des Sensor-Moduls 15 bei eingescho- benem Applikator ein Heiz-und/oder Kühl-Element z. B. ein Peltierelement 30 angeordnet. Das Peltierelement 30 hat ein Kühlblech 31. Mit dem Peltierelement 30 ist eine effektive und schnelle Kühlung des Sensor-Moduls 15 auf eine definierte Temperatur möglich.

Diese Anordnung kann vorzugsweise auch eingesetzt werden zur Amplifikation von DNA/RNA (Desoxyribonukleinsäure/Ribonuklein- säure) mittels der exponentiellen Vervielfältigungs-Methode der sog. PCR (Polymer Chain Reaction). Dazu werden die DNA/ RNA-Probe sowie benötigte Reagenzien wie z. B. Nukleotidtri- phosphate, Primer-DNA und Polymerase in Pufferlösung über die mikrofluidischen Kanäle der sensitiven Fläche des Sensorchips zugeführt. Der Reaktionsraum (Raum über der sensitiven Fläche des Chips mit einer Höhe von bis zu wenigen hundert um) wird dann circa 20 bis 40 mal zwischen zwei Temperaturen, typi- scherweise zwischen 40°C und 95°C, zyklisiert. Bei dieser An- ordnung kann der gesamte DNA/RNA-Vervielfältigungsprozess in wenigen Minuten durchgeführt werden.

Die Funktionsweise des Chip-Moduls 15 und insbesondere des eigentlichen Sensor-Chips wird in Figur 5 verdeutlicht. Auf der elektrischen Kontaktseite 3, d. h. der Rückseite des Mo- duls 15 mit Sensor-Chip 1, sind Kontaktierungsfelder 3It.," 3vIII als einzelne Anschlüsse ersichtlich, die den üblichen Kontaktierungen für kartenintegrierbare Chips entsprechen.

Auf der sensitiven Seite 2 des Chips 1 verlaufen von Bond- Pads aus den Ecken des Chips zu den Kontakten der Kontaktie- rungsfelder3"..., 3v, Il.

Letztere Anordnung ist Gegenstand einer parallelen Anmeldung mit gleichem Prioritätsdatum (DE-AZ 101 11 458.5-52 vom 09.03.2001), auf deren Offenbarung ausdrücklich hingewiesen wird.

Aus Figur 5 ist in der Draufsicht ersichtlich, dass für den Fall der Chipkarten-Technologie mit Silicium-Chip und rück- seitigen Flächenkontakten 3I bis 3vIII, wie es von üblichen Chipkarten bekannt ist, das Peltierelement 30 unmittelbar rückseitig die wirksame Fläche des Sensors berührt und somit einen effektiven Wärmeübergang bewirkt.

In der Figur 6 ist in der Draufsicht eine Chipkarte 60 darge- stellt, die ein Sensor-Modul 15 mit rückseitigem Peltierele- ment 30 und elektrischen Chip-Kontakten 3 \ bis 3VIII aufweist.

Es ist ein Proben-Port 68 als Probenzugabeöffnung sowie ein Probenkanal 69 zur Zuführung der Probe zum Sensor-Modul 15 vorhanden. Außerdem sind Reagenzkanäle mit nichtflüchtigen Reagenzien in vordosierter Menge vorhanden. Es ist ein erster Reagenzkanal 61 vorhanden, der mit einem Wassereinlass 62 verbunden ist. Weiterhin ist ein zweiter Reagenzkanal 61 vorhanden, der parallel zum ersten Reagenzkanal 61 verläuft und in der Darstellung der Figur 6 im Gegensatz zum Reagenz- kanal 61 noch nicht mit Lösungsmittel gefüllt ist und somit noch keine Reagenzlösung enthält. Der zweite Reagenzkanal 61 ist mit einem zweiten Wassereinlass 62 verbindbar. Es können weitere parallelgeschaltete Reagenzkanäle 61 mit Wasserein- lässen 62"vorgesehen sein, die jeweils parallelgeschaltet sind, so dass insgesamt n-Reagenzkanäle und n-Wassereinlässe vorhanden sind. Nach dem Vorbeiströmen am Sensor-Modul 15 ist ein Auslass 63 vorhanden. Im Auslesegerät 20 ist ein Wasser- verteilungssystem mit Ventilen vorhanden.

Anhand zweier Teilfiguren 7 und 8 ist die Funktionsweise ei- ner gegenüber der Anordnung von Figur 6 abgewandelten Anord- nung verdeutlicht. Auf dem Applikator 70 sind wiederum als Proben-Port eine Probenzugabeöffnung 78, sowie ein Probenka- nal 79 zur Zuführung der Probe zum Sensor-Modul 15 vorhanden.

Weiterhin sind Reagenzkanäle 71 bis 71n vorhanden und ein Auslass 73. Bei dieser Anordnung ist ein einziger Zuflusska- nal im Auslesegerät 80 vorhanden, der eine einzige Zufluss- öffnung 81 und eine einzige Auslassöffnung 83 aufweist. In

der Position gemäß Figur 7a befindet sich der erste Reagenz- kanal 71 in Deckung mit der Zuflussöffnung 81, während in der Position b sich der zweite Reagenzkanal 71 in Deckung mit der Zuflussöffnung 81 befindet. Die Auslassöffnung 83 ist in diesem Fall als Schlitzöffnung ausgebildet, so dass in beiden Positionen des Applikators und auch in weiteren Positionen immer der Auslass 73 zum Auslass 83 des Auslesegerätes 80 möglich ist.

Bei den beschriebenen Anordnungen ist für das mikrofluidische Analyse/Diagnosesystem wesentlich, dass eine Bevorratung je einer definierten Menge von mindestens einem Reagenz, eine Bevorratung des Reagenz in einer lagerstabilen Form, eine Be- vorratung des Reagenz als reiner Feststoff oder eine Bevorra- tung des Reagenz gelöst oder gemischt in einem weiteren Stoff (Hilfsstoff) möglich ist. Ein solcher Hilfsstoff kann fest oder flüssig sein. Ein fester Hilfsstoff kann z. B. ein was- serlösliches Polymer wie Polyvinylalkohol sein. Der Hilfs- stoff kann dazu dienen, Reagenz zu verdünnen (z. B. beim Ein- satz von Enzymen, die in sehr geringen Mengen eingesetzt wer- den sollen) und/oder geometrisch definiert sowie gut haftend im Behältnis zu platzieren.

Unabhängig von der Darstellung in den Figuren weist der Ap- plikator als Plastikgehäuse eine definierte Geometrie auf. Im Plastikgehäuse sind Mikrokanäle mit z. B. 1 mm x 0, 1 mm Quer- schnitt und einige mm Länge, die ein Fluidsystem bilden. Im Hilfsstoff gelöstes Reagenz kann in einem definierten Mengen- Gradienten entlang eines Mikrokanals platziert werden. Das Plastikgehäuse kann einen definierten Vorrat an Lösungsmittel enthalten. Weiterhin kann das Plastikgehäuse ein definiertes Leer-Volumen zur Entsorgung des Abfalls enthalten.

Bei allen Beispielen erlauben das Plastikgehäuse als Applika- tor in Verbindung mit Auslesegerät und die geeignete Be- triebsweise die Zusammenführung von Reagenz und Lösungsmit- tel. Das Plastikgehäuse wird mit mindestens einem Mikrokanal

an ein Auslesegerät angeschlossen. Das Auslesegerät enthält einen Vorratsbehälter, in dem sich im einfachsten Fall Wasser befindet, ausreichend für mehrere Analysen. Das Auslesegerät kann Behälter zur Entsorgung des Abfalls von mehreren Analy- sen enthalten und enthält weiterhin Mittel zur Förderung des Lösungsmittels durch die Mikrokanäle zum Sensor-Modul und weiter zum Abfallbehälter im Plastikgehäuse oder im Auslese- gerät. Das Lösungsmittel, egal aus welchem Vorrat, wird der- art über die geometrisch platzierte Reagenz-Hilfsstoff- mischung geführt, dass eine definierte Lösung entstehen kann, unter Umständen durch Verweilen des Lösungsmittels über dem Feststoff, vor und zurückpumpen, Erwärmen od. dgl..

Auf diese beschriebene Weise können auch unkritische Reagenz- Lösungen, wie Puffer-Lösungen od. dgl., im Analyse-Kit gene- riert werden. Lagerstabile Pufferlösungen könnten zwar auch aus einem Vorratsbehälter im Auslesegerät zugeführt werden, jedoch sind die Schnittstellen zwischen Auslesegerät und Ap- plikator bei entferntem Applikator anfällig für Verdunstung des Lösungsmittels und somit Ausfällung von Feststoff (z. B.

Salz) und Verschmutzung/Verkrustung der Fluidik-Schnittstel- len. Dies ist im Falle einer reinen Lösungsmittelbevorratung im Auslesegerät nicht zu befürchten. Außerdem können durch diese Methode auf einfache Weise mehrere Reagenzlösung durch Parallelisierung der Reagenzkanäle aus lediglich einem Lö- sungsmittel-Reservoir realisiert werden.

Ein besonderer Fall liegt bei der Reagenz-Bereitstellung für Sensoren von gelösten Gasen vor, z. B. bei Sensoren zur Be- stimmung von den Blutgasen Sauerstoff und Kohlendioxid. Hier müssen die Sensoren mit Medien, z. B. Lösungen, geeicht wer- den, die eine definierte Konzentration der jeweiligen Gase aufweisen.

Im Fall von Blutgassensoren, die z. B. für die sog."Point of Care Diagnostik'vor ihrem einmaligen Gebrauch einmal geeicht werden müssen, müssen die Sensoren für PO2 sowie pCO2 mit

Pufferlösungen von bekannten p02-sowie pC02-Werten in Kon- takt gebracht werden. Während beim Stand der Technik eine einzige, bereits bei der Herstellung des Moduls zubereitete Lösung mit bekannten pound pCO2-Werten in ein kleines gas- dichtes Beutelchen eingefüllt und in das Diagnose-Modul ein- gesetzt wird, kann nunmehr die Eichung beliebig, insbesondere als Zweipunkt-Eichung, erfolgen.

Es ist somit eine Analyseeinrichtung geschaffen, die in der biochemischen Analytik z. B. für den Einsatz in der medizini- schen Diagnostik, der Forensik, für die Lebensmittelüberwa- chung sowie für die Umweltmesstechnik in vielfältiger Weise einsetzbar ist. Die dezentrale Anwendung von Applikator und Auslesegerät erlaubt insbesondere in der Klinik und beim nie- dergelassenen Arzt eine zeitsparende kostengünstige Vor-Ort- Untersuchung von z. B. Blut, Liquor, Speichel und Abstrichen nach z. B. Erregern von Infektionskrankheiten. Dabei kann, falls erforderlich, nicht nur eine einfache Typisierung der Keime sondern auch die Bestimmung etwaige Antibiotikare- sistenzen erfolgen, was die Qualität der Therapie deutlich verbessert und damit die Krankheitsdauer und-Kosten reduzie- ren kann. Neben der Diagnose von Infektionskrankheiten eignet sich das Diagnosesystem in der Medizin z. B. auch zur Blut- gas/Blutelektrolytanalyse, zur Therapiekontrolle, zur Früher- kennung von Krebs sowie zur Bestimmung genetischer Prädispo- sitionen.