In der biomedizinischen und chemisch-analytischen Technik ge- winnen die Trennung von Mikroobjekten, wie z. B. Partikeln na- türlichen oder synthetischen Ursprungs oder Molekülen in flui- dischen Mikrosystemen unter der Wirkung elektrisch oder magne- tisch induzierter Kräfte zunehmend an Bedeutung. Zwei herkömm- liche Trennprinzipien, die sich grundsätzlich nach der Art der elektrischen Trennkräfte unterscheiden, sind schematisch in den Figuren lOAr B illustriert.

Figur 10A zeigt schematisch die Trennung mittels negativer Die- lektrophorese (siehe z. B. DE 198 59 459). In einem fluidischen Mikrosystem 100'strömen Partikel mit verschiedenen dielektri- schen Eigenschaften durch einen ersten Kanal 30'. Mit einer Elektrodenanordnung 40'wird durch Beaufschlagung mit hochfre- quenten elektrischen Feldern eine sich quer über den Kanal 30' erstreckende Feldbarriere erzeugt, die je nach den dielektri- schen Eigenschaften der Partikel durchlässig oder in Zusammen- wirkung mit den Strömungskräften seitlich ablenkend wirkt. Par- tikel 22'mit einer im Vergleich zum Medium niedrigen Die- lektrizitätskonstante (bzw. Leitfähigkeit) werden in einen be- nachbarten Kanal 30A'abgelenkt, während Partikel 21'mit einer höheren Dielektrizitätskonstante (bzw. Leitfähigkeit) im Kanal 30'weiterströmen. Da die Dielektrophorese von der Partikelgrö- ße abhängt (siehe T. Schnelle et al. in"Naturwissenschaften" Bd. 83,1996, S. 172-176), kann sogar bei gleichen dielektri- schen Eigenschaften eine Trennung der Partikel nach der Größe erfolgen. Die herkömmliche dielektrophoretische Partikeltren- nung kann Nachteile in Bezug auf die Zuverlässigkeit der Tren- nung, insbesondere bei Partikeln mit ähnlichen Dielektrizi- tätskonstanten und die Komplexität des Kanalaufbaus besitzen.

Die Zuverlässigkeit der Trennung kann insbesondere bei der Trennung biologischer Zellen gleichen Typs in verschiedene Sub- typen (z. B. Makrophagen, T-Lymphozyten, B-Lymphozyten) be- schränkt sein.

Ein weiteres, bei der herkömmlichen dielektrophoretischen Par- tikeltrennung nur beschränkt gelöstes Problem kann durch das Auftreten von unerwünschten Zellbestandteilen in biologischen Suspensionsproben gegeben sein. Zellbestandteile können häufig allein durch ihre dielektrophoretischen Eigenschaften nicht von kompletten Zellen unterschieden werden. Des Weiteren können sie in Mikrosystemen zu unerwünschten Ansammlungen an Kanalveren- gungen und zu Verstopfungen bis hin zum Systemausfall führen.

Schließlich können sich unerwünschte Zellbestandteile auch stö- rend auf Messungen an Zellen, wie zum Beispiel auf eine patch- clamp-Messung auswirken. Es besteht daher ein Interesse an ei- nem verbesserten Verfahren zur Reinigung von Suspensionsproben, das eine höhere Zuverlässigkeit als die dielektrophoretische Partikeltrennung besitzt.

Figur lOB illustriert eine elektrophoretische Trennung von Par- tikeln, z. B. Molekülen in einem mikrostrukturierten Kanal (siehe T. Pfohl et al. in"Physik Journal", Bd. 2,2003, Seite 35-40). An den Enden des abwechselnd mit breiten und schmalen Abschnitten gebildeten Kanals 30'sind Elektroden 41', 42'an- geordnet, die bei Beaufschlagung mit einer Gleichspannung im Kanal 30'ein Elektrophoresefeld bilden. Die Driftgeschwindig- keit der Moleküle im Elektrophoresefeld hängt von deren Moleku- largewicht und Ladung ab. In den breiteren Abschnitten des Ka- nals 30'ist die Driftgeschwindigkeit der größeren Moleküle ge- ringer, so dass im Lauf der Trennung zunächst die kleinen Mole- küle und später die großen Moleküle am Ende der Trennstrecke ankommen. Die elektrophoretische Trennung in fluidischen Mikro- systemen besitzt zwar den Vorteil, dass auf die Verwendung ei- nes Trenngels wie bei der makroskopischen Elektrophorese ver- zichtet werden kann. Das in Figur 10B gezeigte Prinzip besitzt jedoch den Nachteil, dass für jede Trennaufgabe und insbesonde- re jede Partikelart ein gesondertes Mikrosystem mit angepassten geometrischen Parametern bereitgestellt werden muss. Nachteilig ist auch, dass die Trennung in der ruhenden Flüssigkeit er- folgt, weil dies mit einem hohen Zeitaufwand und zusätzlichen Maßnahmen zur Anpassung an Durchflusssysteme verbunden ist.

Die oben genannten Trennprinzipien werden auch in WO 98/10267 erwähnt. Im Kanal eines fluidischen Mikrosystems werden gelade- ne Partikel z. B. elektrophoretisch aus einer Probe in eine pa- rallel strömende Pufferlösung gezogen. Diese Technik ist auf Proben mit bestimmten Eigenschaften der Probenbestandteile be- schränkt. Sie ist ferner nachteilig, da die Partikel elektro- phoretisch an die Kanalwände gezogen werden können, was insbe- sondere bei biologischen Materialien, z. B. Zellen unerwünscht ist.

Die elektrophoretische Ablenkung von Partikeln wird auch in DE 41 27 405 beschrieben. Partikel werden in einer ruhenden Flüs- sigkeit unter der Wirkung von elektrischen Wanderwellen bewegt.

Wenn sie bei der Bewegung an Elektrophorese-Elektroden vorbei- treten, erfolgt eine Trennung nach den elektrischen Eigenschaf- ten der Partikel. Es ergeben sich die gleichen Nachteile wie bei der o. g. WO 98/10267.

Es ist auch bekannt, dielektrophoretische und elektrophoreti- sche Feldwirkungen bei der Manipulation von Partikeln in flui- dischen Mikrosystemen zu kombinieren. Gemäß DE 195 00 683 wer- den flüssigkeitssuspendierte Partikel in einer Elektrodenanord- nung gehaltert, die bei Beaufschlagung mit hochfrequenten Wech- selspannungen durch negative Dielektrophorese einen geschlosse- nen Feldkäfig (Potentialtopf) bildet. Um bei Präzisionsmessun- gen Positionsvariationen durch thermische Stöße zu korrigieren, werden Partikel im Feldkäfig zusätzlich elektrophoretisch ver- schoben. Die elektrophoretische Verschiebung erfolgt im Rahmen eines Regelkreises je nach den beispielsweise optisch festge- stellten Positionsvariationen des Partikels. Die in DE 195 00 683 beschriebene Technik ist zur Partikeltrennung nicht geeig- net, da sie ein geschlossenes, stationäres Messsystem dar- stellt. Des Weiteren ist die Kombination von Dielektrophorese und Elektrophorese am geschlossenen Feldkäfig auf relativ gro- ße, einzelne Partikel beschränkt. Nachteile können sich bei der Vermessung beispielsweise von Makromolekülen ergeben, da bei diesen die Wirkung der negativen Dielektrophorese deutlich ge- ringer als die der Elektrophorese ist, so dass es zu einer un- erwünschten Anlagerung der Makromoleküle an den Elektroden kom- men kann. Partikelgruppen lassen sich mit dieser Technik nicht vermessen, da alle Partikel eine eigene Korrekturbewegung er- fordern. Eine Trennung von Partikeln wäre auch durch einen Di- pol-Dipol-Effekt erschwert (siehe T. Schnelle et al. in"Natur- wissenschaften"Bd. 83, 1996, S. 172-176), durch den eine Teil- chenaggregation gefördert wird.

Aus DE 198 59 459 ist auch die Kombination von Wechsel-und Gleichspannungen in fluidischen Mikrosystemen zur gezielten Zellfusion oder-poration bekannt. Bei dieser Technik ist die Wirkung der Gleichspannung auf die Fusion oder Poration be- schränkt, eine Partikeltrennung ist nicht vorgesehen.

Aus der Publikation von S. Fiedler et al. in"Anal Chem."Bd.

67,1995, S. 820-828, ist bekannt, durch eine ggf. gepulste Gleichspannungs-Ansteuerung von Mikroelektroden in wässrigen Elektrolytlösungen zeitliche oder lokale, mit Fluoreszenzfarb- stoffen nachweisbare pH-Gradienten zu generieren.

Für die pharmakologische, analytische und biotechnologische Forschung besteht nicht nur ein Interesse an einer Trennung von Partikelgemischen nach geometrischen (Größe, Form) oder elekt- rischen Eigenschaften (Dielektrizitätskonstante, Leitfähig- keit), sondern auch nach anderen Parametern, wie z. B. Oberflä- chenladungen oder Ladungs-Volumen-Verhältnissen. Das Auftreten von Oberflächenladungen wird beispielsweise von N. Arnold et al. in"J. Phys. Chem."Bd. 91,1987, S. 5093-5098, L. Gorre- Talini et al. in"Phys. Rev. E"Bd. 56,1997, S. 2025-2034 und Maier et al. in"Biophysical J."Bd. 73,1997, S. 1617-1626 be- schrieben.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Verfahren zur Trennung von Partikeln in Flüssigkeitsströmungen in fluidischen Mikrosystemen bereitzustellen, mit denen die Nachteile herkömm- licher Techniken vermieden werden. Erfindungsgemäße Verfahren sollen sich insbesondere durch einen erweiterten Anwendungsbe- reich bei einer Vielzahl verschiedener Partikel und eine erhöh- te Zuverlässigkeit bei der Partikeltrennung auszeichnen. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, verbesserte Mikrosysteme zur Umsetzung derartiger Verfahren, insbesondere verbesserte mikro- fluidische Trenneinrichtungen bereitzustellen, die sich durch einen vereinfachten Aufbau, eine hohe Zuverlässigkeit, eine vereinfachte Steuerung und einen breiten Anwendungsbereich bei verschiedenartigen Partikeln auszeichnen.

Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Vorrichtungen mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 21 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die vorliegende Erfindung basiert verfahrens-und vorrichtungs- bezogen auf der allgemeinen technischen Lehre, mindestens ei- nen, in einer Flüssigkeit suspendierten Partikel durch eine kombinierte Ausübung von Trennkräften, die einerseits fokussie- rende dielektrophoretische Trennkräfte und andererseits ablen- kende Trennkräfte, wie zum Beispiel elektrophoretische Trenn- kräfte umfassen, im Zustand eines kontinuierlichen Flusses in- nerhalb der Flüssigkeit, also relativ zur strömenden Flüssig- keit zu verschieben. Der mindestens eine Partikel kann während des Vorbeitritts an mindestens einer Trenneinrichtung im flui- dischen Mikrosystem je nach seinen geometrischen, elektrischen, magnetischen oder davon abgeleiteten Eigenschaften in einen be- stimmten Strömungsbereich gelenkt werden. Je nach Ausrichtung der ablenkenden Trennkräfte (Ablenkrichtung) relativ zur Bewe- gungsrichtung der Flüssigkeit (Strömungsrichtung) kann der Strömungsbereich einen bestimmten Strömungspfad innerhalb des Strömungsquerschnittes der Flüssigkeit oder einen in Strömungs- richtung vorderen oder hinteren Abschnitt der Strömung umfas- sen.

Die Bewegung des Partikels in einen bestimmten Strömungsbereich ermöglicht eine Trennung von Partikelgemischen während des kon- tinuierlichen Flusses der Partikelsuspension zum Beispiel durch eine Gruppe von mehreren Elektroden. Die Trennwirkung basiert auf der spezifischen Reaktion verschiedener Partikel auf die verschiedenen ablenkenden und fokussierenden Feldwirkungen. Im Gegensatz zur Trennung an Feldbarrieren kann eine Trennstrecke durchlaufen werden, wodurch die Zuverlässigkeit der gezielten Bewegung einzelner Partikel zum Beispiel auf bestimmte, vor- zugsweise zwei Strömungspfade erhöht werden kann. Die Wirkung der elektrischen Felder kann durch Einstellung der Feldeigen- schaften (insbesondere Frequenz, Spannungsamplituden, Takt usw. ) auf die Parameter der zu trennenden Partikel abgestimmt werden. Die Erfindung ermöglicht einen vereinfachten Aufbau der elektrophoretischen Trenneinrichtung, da keine Gele zur Einbet- tung von Elektrophorese-Elektroden oder besondere Kanalformen benötigt werden. Des Weiteren kann eine Gasbildung durch geeig- nete Ansteuerung der Elektroden in Kombination mit der perma- nenten Strömung vermieden werden. Die Erfindung besitzt ferner Vorteile insbesondere in Bezug auf die Zuverlässigkeit und Trennschärfe bei der Partikeltrennung in verschiedene Strö- mungspfade und eine hohe Effektivität und einen hohen Durchsatz der Trennung.

Erfindungsgemäß wird eine Trennung von Partikeln in einem Kom- partiment, insbesondere einem Kanal eines fluidischen Mikrosys- tems, durch das Partikel im suspendierten Zustand strömen, wo- bei wenigstens ein Teil der Partikel oder Partikel von mindes- tens einem Typ unter der Wirkung eines ablenkenden Potentials aus der zu trennenden Probe in eine vorbestimmte Ablenkrichtung (erste Bezugsrichtung, zum Beispiel zum Rand des Kompartiments) bewegt werden, dahingehend weiterentwickelt, dass gleichzeitig oder zeitlich und/oder räumlich alternierend unter der Wirkung eines entgegengesetzten Potentials durch Dielektrophorese, ins- besondere negative oder positive Dielektrophorese eine entge- gengesetzte Bewegung der Partikel (zweite Bezugsrichtung, zum Beispiel weg von den Wänden oder als Sammlung in der Kanalmit- te) erfolgt. Vorteilhafterweise erfahren Partikel mit verschie- denen elektrischen, magnetischen oder geometrischen Eigenschaf- ten die Potentialwirkungen als Trennkräfte in verschiedener Weise, so dass sich durch die kombinierte Ausübung der Potenti- ale verschiedene effektive Kräfte (Potentialminima) bilden, zu denen die Partikel wandern. Die Potentialminima sind z. B. im Strömungsquerschnitt der Flüssigkeit beabstandet, so dass eine Trennung in der Strömung auf verschiedene Strömungspfade mög- lich ist. Das fokussierende, dielektrophoretisch wirkende Po- tential ist vorzugsweise hin zur Kanalmitte wirkend gebildet.

Wenn im Kanalquerschnitt die Elektroden im wesentlichen auf ei- ner Kreislinie angeordnet sind, kann das fokussierende Potenti- al in Bezug auf die Strömungsrichtung im Kanal vorteilhafter- weise radialsymmetrisch gebildet sein.

Die mit der erfindungsgemäßen Technik vorzugsweise voneinander getrennten oder separierten Partikel umfassen allgemein kolloi- dale oder einzelne Partikel mit einem Durchmesser von z. B. 1 nm bis 100 um. Es können synthetische Partikel (z. B. Latex- beads, superparamagnetische Partikel, Vesikeln), biologische Partikel (z. B. Zellgruppen, Zellbestandteile, Zelltrümmer, Or- ganellen, Viren) und/oder hybride Partikel, die aus syntheti- schen und biologischen, unterschiedlichen synthetischen oder unterschiedlichen biologischen Partikeln aufgebaut sind, den erfindungsgemäßen Trennverfahren unterzogen werden.

Vorteilhafterweise hängt die elektrophoretische Beweglichkeit (v = p'E) für Zellen nicht nur von der Zusammensetzung des äu- ßeren Mediums, also der Suspensionsflüssigkeit (insbesondere Leitfähigkeit, Ionenzusammensetzung, z. B. Ca2+-Gehalt und pH- Wert), sondern auch vom Zelltyp ab, so dass sich mit der erfin- dungsgemäßen Technik innerhalb einer Zellgruppe verschiedene Zelltypen oder innerhalb von einer Zellgruppe gleicher Zellty- pen verschiedene Subtypen (z. B. Makrophagen, T-Lymphozyten, B- Lymphozyten) unterscheiden lassen. Die Unterscheidung der Sub- typen stellt einen besonderen Vorteil der Erfindung dar, da diese mit herkömmlichen dielektrophoretischen Trennverfahren nur schlecht unterscheidbar sind. Durch die Kombination einer dielektrophoretischen Fokussierung gemäß der Erfindung wird die Trennschärfe insbesondere für Zellen von gleichem Typ erhöht.

Wenn die zu trennenden Partikel eine Mischung aus biologischen Zellen und Zellbestandteilen, wie z. B. Zelltrümmern umfasst, kann das Trennverfahren vorteilhafterweise für eine Reinigung einer Suspensionsprobe mit suspendiertem biologischem Material verwendet werden. Das Material, das bspw. nach einer Kultivie- rung inhomogen zusammengesetzt ist und bspw. vollständige Zel- len, tote Zellen, lebende Zellen oder Bruchstücke von Zellen, wie z. B. Organellen, Zellreste oder Proteinklumpen umfasst, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt werden. Die unerwünschten Bruchstücke von Zellen können über bestimmte Strömungspfade aus dem Mikrosystem abgeführt werden. Ein nachteiliger Einfluss auf folgende Strukturelemente im Mikro- system, wie z. B. ein Verstopfen von Kanälen durch Zellbestand- teile kann vermieden werden.

Vorteilhafterweise kann das ablenkende Potential durch elektri- sche, magnetische, optische, thermische und/oder mechanische Kräfte erzeugt und damit an die verschiedensten Anwendungen und Partikelarten angepasst werden. Mechanische Kräfte umfassen zum Beispiel Kräfte, die durch Schall, zusätzliche Strömungen oder Massenträgheit übertragen werden. Das ablenkende Potential kann insbesondere durch ein Gravitationsfeld gegeben sein, wobei er- findungsgemäß die Bewegung der Partikel im fokussierenden Po- tential (durch hochfrequente elektrische Felder) mit einer Se- dimentationsbewegung der Partikel überlagert werden.

Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die ablenkenden Trennkräfte elektrische Kräfte umfassen, unter de- ren Wirkung die Partikel durch Elektrophorese aus der Flüssig- keit hin zu deren Rand gezogen werden, können sich Vorteile in Bezug auf das Trennergebnis ergeben. Die Kombination von Elektrophorese und Dielektrophorese zur Partikeltrennung kann insbesondere Vorteile bei der Trennung biologischer Materialien besitzen, die zum Beispiel je nach Material oder Partikelgröße sehr verschieden auf Elektrophorese und Dielektrophorese rea- gieren und daher mit hoher Trennschärfe zu trennen sind.

Vorteilhafterweise können die Gleichspannungsfelder für die elektrophoretische Partikelbewegung gemäß einer weiteren Aus- führungsform der Erfindung zusätzlich für eine elektrische Be- handlung der Partikel verwendet werden. Es ist bekannt, dass biologische Zellen in statischen elektrischen Feldern lysiert werden können. Die Lyse umfasst eine elektrisch induzierte Ver- änderung, zum Beispiel Zerstörung der Zellen. Die Lyse dient bspw. der Vorbereitung von Zellmaterial für PCR-Verfahren. Da die Wirkung der Lyse feldstärkeabhängig ist, ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass bestimmte Zellen aus einem Zellgemisch durch die E- lektrophorese in einen Strömungsbereich nahe den Elektroden ab- gelenkt werden, wo aufgrund des geringeren Abstandes von den Elektroden die Feldstärke höher ist und damit die Lyse gleich- zeitig zum Vorgang der Partikeltrennung erfolgt.

Die Trennschärfe kann weiterhin flexibel durch eine geeignete Wechselspannungs-Steuerung eingestellt werden. Durch Änderung der Phasenlage von Feldern kann bei negativer Dielektrophorese das dielektrische Potential verschieden ausgeformt werden. Zu- sätzlich können durch die Gleichspannungs-Ansteuerung pH- Profile aufgeprägt werden, die das elektrophoretisch oder die- lektrisch wirksame Potential beeinflussen.

Bei der erfindungsgemäßen Kombination von Elektrophorese und Dielektrophorese können die Trenneinrichtungen zur Erzeugung der gegenläufigen Potentiale vorteilhafterweise durch eine ge- meinsame Einheit gebildet werden. Die Trenneinrichtung umfasst Elektroden, die an Wänden des Kanals angeordnet sind und die mit elektrischen Feldern zur Erzeugung der Dielektrophorese und der Elektrophorese beaufschlagt werden. Vorteile für die Steue- rung der Trennung können sich insbesondere ergeben, wenn die elektrischen Felder hochfrequente Wechselspannungsanteile und Gleichspannungsanteile umfassen, die gleichzeitig oder alter- nierend erzeugt werden.

Gemäß einer abgewandelten Variante der Erfindung können die ab- lenkenden Trennkräfte elektrische Kräfte umfassen, die wie das fokussierende Potential durch hochfrequente elektrische Felder erzeugt werden. Die Ablenkung kann somit ebenfalls durch geeig- nete gebildete dielektrophoretische Kräfte erzeugt werden, in- dem hochfrequente elektrische Signale, z. B. Sinus-oder Recht- ecksignale mit geeigneten Frequenzanteilen überlagert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die ablenkenden und fokussierenden Potentiale zeitlich abwech- selnd in mindestens einem Abschnitt des Kanals gebildet werden.

Im zeitlichen Mittel wirkt auf die Partikel effektiv ein Poten- tial, das der Superposition beider Potentiale entspricht. Vor- teilhafterweise kann damit die Ansteuerung der mindestens einen Trenneinrichtung vereinfacht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die beiden Potentiale abwechselnd in verschiedenen, auf- einander folgenden Abschnitten des Kanals erzeugt werden. Vor- teilhafterweise kann damit der Aufbau des Mikrosystems verein- facht werden.

Besonders vorteilhaft für die Erhaltung des Trennergebnisses kann es sein, wenn die Strömungspfade in weitere, getrennte Kompartimente des Mikrosystems münden. Wenn die getrennten Fraktionen in die sich anschließenden Kompartimente eingeströmt sind, ist eine nachträgliche Durchmischung ausgeschlossen. Be- sonders wirksam kann diese Trennung der Fraktionen sein, wenn die Kompartimente durch Kanalwände oder elektrische Feldbarrie- ren voneinander getrennt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorge- sehen sein, dass in den Kompartimenten eine weitere Trennung nach dem erfindungsgemäßen Prinzip, zum Beispiel eine kombi- nierte Ausübung von elektrophoretischer und dielektrophoreti- scher Feldwirkung erfolgt. Damit können vorteilhafterweise hie- rarchische Trennprinzipien mit einer Trennung in Grob-und nachfolgend in Feinfraktionen realisiert werden. Die Abfolge mehrerer Trennvorgänge nach Art einer Kaskade in verschiedene Fraktionen ist allerdings nicht zwingend an die Bereitstellung der getrennten Kompartimente gebunden. Vielmehr ist die Reali- sierung der Trennkaskade mit Strömungspfaden in einem gemeinsa- men, genügend breiten Kanal des Mikrosystems möglich.

Gemäß einer Abwandlung der Erfindung kann die Strömung im Mik- rosystem so gelenkt werden, dass Partikel mehrfach eine Trenn- stufe durchlaufen, so dass vorteilhafterweise das Trennergebnis noch verbessert werden kann.

Weitere Vorteile der Erfindung können sich ergeben, wenn nach der Trennung (Ablenkung in verschiedene Strömungsbereiche) eine Detektion in den Strömungsbereichen zur Überprüfung des Trenn- ergebnisses erfolgt. Die Detektion umfasst bspw. eine an sich bekannte optische Messung (Fluoreszenzmessung oder Durchlicht- messung) oder eine an sich bekannte Impedanzmessung.

Vorteilhafterweise können in Abhängigkeit vom Messergebnis, z.

B. in Abhängigkeit von der Trennqualität oder auftretenden Fehltrennungen die Steuerparameter der ablenkenden und fokus- sierenden Potentiale so verstellt werden, dass sich die Trenn- wirkung verbessert.

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Trennung kann vorteil- hafterweise erhöht werden, wenn die Partikel zuerst an einem dielektrophoretischen oder hydrodynamischen Aufreihelement vor- beitreten. An diesem werden einzelne Partikel oder eine Gruppe von Partikeln auf einem bestimmten Strömungspfad aufgereiht, auf dem sie an den Trenneinrichtungen, zum Beispiel den Elekt- roden zur Ausübung der Dielektrophorese und Elektrophorese vor- beitreten.

Wenn gemäß einer weiteren Variante der Erfindung im Kanal des Mikrosystems, in dem die Partikeltrennung erfolgt, ein pH- Gradient erzeugt wird, können sich Vorteile für die Trennwir- kung ergeben. Durch den pH-Gradienten wird die Wirkung des ab- lenkenden Potentials, wie z. B. die elektrophoretische Zellpar- tikelbewegung ortsabhängig. Dies ermöglicht eine Partikelablen- kung in verschiedene Strömungspfade in Abhängigkeit von der Partikelposition entlang der Strömungsrichtung durch den Kanal.

Vorteilhafterweise ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau des Mikrosystems, wenn der pH-Gradient elektrochemisch unter Verwendung der Elektroden erzeugt wird, die auch zur Bildung des Gleichspannungsfeldes für die Elektrophorese verwendet wer- den.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Par- tikeltrennung gleichzeitig in mehreren Raumrichtungen erfolgen kann. Erfindungsgemäß können mehrere ablenkende Potentiale mit verschiedenen Wirkrichtungen mit dem fokussierendem Potential, das dann vorzugsweise hin zur Kanalmitte wirkend gebildet ist, erzeugt werden, um die zu trennenden Partikel gleichzeitig in Bezug auf zwei verschiedene Merkmale, wie z. B. dielektrische und magnetische Eigenschaften zu trennen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein fluidisches Mik- rosystem, das zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist und insbesondere mindestens eine Trenneinrich- tung zur Ausübung fokussierender dielektrophoretischer Trenn- kräfte und ablenkender Trennkräfte umfasst. Ein fluidisches Mikrosystem mit mindestens einem Kompartiment, zum Beispiel Ka- nal zur Aufnahme einer strömenden Flüssigkeit mit suspendierten Partikeln und einer ersten Trenneinrichtung zur Erzeugung eines ablenkenden, die Partikel in die erste Bezugsrichtung, zum Bei- spiel aus der Mitte der Strömung ziehenden Potentials wird ins- besondere mit einer zweiten Trenneinrichtung ausgestattet, die zur Erzeugung mindestens eines fokussierenden, entgegengesetz- ten Potentials eingerichtet ist. Unter der Wirkung von hochfre- quenten elektrischen Feldern werden die Partikel mit der zwei- ten Trenneinrichtung durch Dielektrophorese von den seitlichen Wänden des Kanals und/oder darauf angeordneten Elektroden oder anderen Teilen von Trenneinrichtungen abgestoßen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Trenneinrichtung zur Erzeugung elektrischer, magneti- scher, optischer und/oder mechanischer Kräfte eingerichtet. Sie umfasst beispielsweise eine Elektrodeneinrichtung mit Elektro- den oder Elektrodenabschnitten und bildet in diesem Fall mit der zweiten Trenneinrichtung eine gemeinsame Ablenkeinheit. Al- ternativ umfasst die erste Trenneinrichtung eine Magnetfeldein- richtung, einen Laser oder eine Ultraschallquelle. Diese Kompo- nenten werden erfindungsgemäß erstmalig zur Trennung strömender Partikel mit einer dielektrophoretischen Manipulation kombi- niert.

Wenn die Trenneinrichtungen eine gemeinsame Ablenkeinheit bil- den, ergibt sich vorteilhafterweise ein vereinfachter Aufbau des Mikrosystems. Die Ablenkeinheit umfasst vorzugsweise Elekt- roden, die wie an sich bekannte Mikroelektroden in fluidischen Mikrosystemen aufgebaut sind. Die Elektroden können zeitlich abwechselnd ansteuerbar sein.

Die Elektroden zur kombinierten Dielektrophorese und Elektro- phorese sind vorzugsweise an Innenseiten der Wände des Kompar- timents angeordnet. Bei dieser Gestaltung können sich Vorteile in Bezug auf die Effektivität der Feldwirkung ergeben.

Da die Trenneinrichtungen gleichzeitig oder zeitlich und/oder räumlich alternierend wirken können, so dass Partikel je nach den im zeitlichen Mittel wirkenden, effektiven Potentialen auf verschiedene Strömungspfade gelenkt werden, ist es vorteilhaf- terweise möglich, dass die ersten und zweiten Trenneinrichtun- gen getrennt in verschiedenen, aufeinander folgenden Abschnit- ten des Kompartiments angeordnet sind. Die Trenneinrichtungen umfassen beispielsweise Elektrodenabschnitte, die jeweils zur Dielektrophorese oder Elektrophorese ansteuerbar sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Fol- genden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen : Figur 1 : eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Mikrosystems (Aus- schnitt), Figur 2 : eine Querschnittansicht des Mikrosystems gemäß Figur 1 entlang der Linie II-II, Figur 3 : eine Querschnittansicht des Mikrosystems mit schema- tisch illustrierten Potentialverhältnissen, Figuren 4 bis 7 : schematische Draufsichten auf weitere Aus- führungsformen erfindungsgemäßer Mikrosysteme (Aus- schnitt), und Figur 8 : eine schematische Querschnittsansicht einer Elektro- denanordnung zur Illustration einer Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrere ablenkende Potentiale erzeugt werden, Figur 9 : eine Kurvendarstellung zur Erklärung der Erzeugung eines ablenkenden Potentials durch die Überlagerung dielektrophoretischer Kräfte, Figuren 10A, B : schematische Illustrationen herkömmlicher Mikrosysteme mit einer dielektrophoretischen (A) und einer elektrophoretischen (B) Trennung.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf die Trennung von Partikeln im Kanal eines fluidischen Mikrosystems beschrie- ben. Fluidische Mikrosysteme sind an sich bekannt und werden daher mit weiteren Einzelheiten nicht beschrieben. Die Umset- zung der Erfindung ist nicht auf die illustrierten Kanalstruk- turen zum Beispiel in Chipstrukturen oder in Hohlfasern be- schränkt, sondern allgemein auch in anders geformten Komparti- menten realisierbar.

Die erfindungsgemäße Kombination von fokussierenden und ablen- kenden Kräften, deren Überlagerung für die zu trennenden Parti- kel je nach den Partikeleigenschaften zu verschiedenen Gleich- gewichtslagen (Strömungspfade-oder abschnitte) in der Flüssig- keitsströmung führen, mit zwei Trenneinrichtungen oder einer kombiniert wirkenden Trenneinrichtung wird unter Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer Kombination von Die- lektrophorese und Elektrophorese beschrieben. Wenn die ablen- kende Kraft wenigstens eine Vektorkomponente in einer Bezugs- richtung (Ablenkrichtung) senkrecht zur Richtung der Flüssig- keitsbewegung im Kanal besitzt, so wirkt die Dielektrophorese von den Wänden des Kanals hin in das Innere des Strömungsquer- schnitts der strömenden Flüssigkeit fokussierend, während die Elektrophorese umgekehrt zum äußeren Rand des Strömungsprofils, insbesondere zu Elektroden an den Wänden hin lenkend wirkt.

Analog zu den im folgenden erläuterten Prinzipien können andere ablenkende Kräfte verwendet werden. Wenn die ablenkende Kraft hingegen parallel zur Richtung der Flüssigkeitsströmung ver- läuft, wirkt die Dielektrophorese entlang der Flüssigkeitsströ- mung fokussierend, wobei durch eine Modulation der die- lektrophoretischen Wirkung die Partikel im Elektrophoresefeld verschieden schnell bewegt werden.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ausschnittsweise ein erfindungsgemä- ßes fluidisches Mikrosystem 100 in vergrößerter schematischer Draufsicht und Querschnittsansicht. Das Mikrosystem 100 enthält einen Kanal 30, der durch die seitlichen Kanalwände 31,32, den Kanalboden 33 (Draufsicht in Fig. 1) und die Deckfläche 34 be- grenzt wird. Auf dem Kanalboden 33 und der Deckfläche 34 sind als Trenneinrichtung Elektroden 40 gebildet. Des weiteren sind Trichterelektroden 51,52 eines dielektrischen Aufreihelements 50 vorgesehen. Der Aufbau des Mikrosystems 100 und die Ausbil- dung der Elektroden sowie deren elektrischer Anschluss sind an sich aus der Mikrosystemtechnik bekannt. Der Kanal besitzt bei- spielsweise eine Breite von rd. 400 um und eine Höhe von rd. 40 um (diese Verhältnisse sind in den Figuren nicht maßstäblich dargestellt). Der laterale Elektrodenabstand in den Ebenen des Kanalbodens 33 und der Deckfläche 34 beträgt beispielsweise 70 pm, während der senkrechte Abstand der einander gegenüberlie- genden Elektroden entsprechend der Kanalhöhe rd. 40 um beträgt.

Die Elektroden 40 umfassen gerade Elektrodenstreifen, die sich in Längsrichtung des Kanals 30, d. h. in Strömungsrichtung durch den Kanal erstrecken. Die Elektroden 40 sind in einzelne Elekt- rodensegmente 41,42,... unterteilt. Jeweils eine Gruppe von Elektrodensegmenten bildet einen Elektrodenabschnitt, der sepa- rat ansteuerbar ist. Jedes Segment besitzt eine Breite von rund 50 um und in Strömungsrichtung eine Länge von z. B. 1000 pm.

Jeder Elektrodenabschnitt ist mit einer Steuerungseinrichtung 70 verbunden (hier nur für die Elektroden 41,42 gezeigt).

Die Steuerungseinrichtung 70 ist zur Beaufschlagung der Elekt- roden 40 mit Spannungen derart eingerichtet, dass die vorbei- strömenden Partikel in einem Elektrodenabschnitt (zum Beispiel 45-48, siehe Figur 2) einer Abstoßung von den Elektroden mit- tels negativer Dielektrophorese und/oder einer elektrophoreti- schen Driftbewegung senkrecht zur Strömungsrichtung ausgesetzt werden. Die Steuerungseinrichtung enthält einen Wechselspan- nungsgenerator 71 und/oder einen Gleichspannungsgenerator 72, die mit den Elektroden verbunden sind. Der Wechselspannungsge- nerator 71 kann mit einer Stelleinrichtung ausgestattet sein, mit der die Amplituden von hochfrequenten Wechselspannungen an den Elektroden eingestellt werden können.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt die Suspensionsflüssigkeit 10 (Trägerflüssigkeit) mit Partikeln 20 durch den Kanal 30. Die Strömungsgeschwindigkeit der Suspensi- onsflüssigkeit 10, die mit einer Spritzenpumpe eingestellt wer- den kann, beträgt z. B. 300 um/s. Zuerst erfolgt vorzugsweise eine Aufreihung der Partikel 20 mit dem dielektrischen Aufreih- element 50. Die Trichterelektroden 51,52 werden beispielsweise mit einer hochfrequenten Wechselspannung (f = 2 MHz, U = 20 Vpp) betrieben, um die Partikel 20 auf einen Strömungspfad 11 in der Mitte des Kanals 30 zu fokussieren. Alternativ kann ein hydro- dynamisches Aufreihelement vorgesehen sein, bei dem mit zusätz- lichen Hüllströmen die Partikel 20 fokussiert werden.

Nach der Aufreihung der Partikel gelangen diese in den Bereich der Elektroden 40. Diese werden beispielsweise alternierend mit einer Wechselspannung und einer Gleichspannung mit einer Takt- frequenz im Bereich von 1 bis 10 Hz angesteuert (Wechselspan- nung : f = 2. 5 MHz, U = 20 Vpp, Gleichspannung U = 50 V, Dauer t 80, us). Durch Abgleichung der Spannungs-und Frequenzparame- ter der hochfrequenten Wechselspannung an die Strömungsge- schwindigkeit und die Einstellung der Gleichspannungsparameter (Impulszeit, Spannung und Taktfrequenz) lassen sich die kleine- ren Partikel innerhalb von wenigen Sekunden um einige 10 um aus dem ursprünglichen Strömungspfad 11 in einen benachbarten Strö- mungspfad 12 (siehe Figur 2) herausziehen, während die größeren Partikel im ursprünglichen Strömungspfad 11 verbleiben.

Die auf die Partikel wirkenden Potentiale sind schematisch in Figur 3 illustriert. Zur Elektrophorese wird ein Gleichspan- nungsfeld erzeugt, das ein quer zum Strömungsquerschnitt abfal- lendes Potential P1 erzeugt. Partikel erfahren im Potential P1 eine nach außen gerichtete Kraft (ablenkendes Potential, Ab- lenkrichtung quer zur Strömungsrichtung). Die Hochfrequenzan- steuerung der Elektroden generiert einen entgegengesetzten, nach innen gerichteten, fokussierenden Potentialverlauf P2a oder P2b. Die negative Dielektrophorese basiert auf einer Par- tikelpolarisation, die sich bei den großen Partikeln stärker auswirkt als bei den kleinen Partikeln. Im Hochfrequenzfeld er- fahren daher die großen Partikel 21 das Potential P2a und die kleinen Partikel 22 das flachere Potential P2b. Die Überlage- rung der beiden Fälle mit dem fokussierenden Potential P1 er- gibt die effektiven Potentiale Pa, Pb entsprechend den durchge- zogenen Linien. Während das tiefe Potential P2a durch die Elektrophorese kaum verändert wird, ergibt sich für das flache Potential P2b eine Verschiebung des Potentialminimums aus der Kanalmitte nach außen. Für die großen Partikel sind die die- lektrophoretischen, fokussierenden Kräfte so groß, dass sie die elektrophoretische Auslenkung jeweils kompensieren, während dies bei den kleinen Partikeln 21 nicht der Fall ist. Entspre- chend bilden sich die getrennten Strömungspfade 11, 12 aus. In den Strömungspfaden 11,12 können verschiedene Strömungsge- schwindigkeiten gegeben sein. Mit einer laminaren Strömung im Kanal ist die Strömungsgeschwindigkeit nahe der Kanalwand bei- spielsweise geringer als in der Mitte des Kanals. Erfindungsge- mäß können Partikel unterschiedlicher Eigenschaften somit in Bereiche mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten fokus- siert werden, was die Trennschärfe verbessern kann.

Analoge Effekte ergeben sich bei Partikeln mit verschiedenen relativen Dielektrizitätskonstanten oder mit verschiedenen Net- toladungen, zum Beispiel Oberflächenladungen.

Experimentell wurde die Trennung mit einem Gemisch aus Parti- keln 20 gezeigt, die kleinere Partikel 21 mit einem Durchmesser von 1 um ("Fluospheres"-Sulfatmikrosphären, Molecular Probes) und größere Partikel 22 mit einem Durchmesser von 4. 5 um (Poly- beadpolystyren, 17135, Polysciences) umfassen. Als Suspensions- flüssigkeit wurde die Cytoconlösung I (Evotech Technologies GmbH, Hamburg, Deutschland) verwendet. Da die negative Die- lektrophorese auf die kleinen Partikel erheblich schwächer wirkt als auf die großen Partikel, können die kleinen Partikel durch die elektrophoretische Kraft aus dem mittleren Strömungs- pfad 11 herausgezogen werden.

Die Elektrodenansteuerung erfolgt beispielsweise nach dem fol- genden Schema : Elektroden in Phase der Hochfre-Potential Gleich- Figur 2 quenzwechselspannung spannung 47 0° Masse 48 180° Impuls 45 00 Impuls 46 180 Masse Alternativ kann die Elektrodenansteuerung beispielsweise nach dem folgenden Schema (rotierendes elektrisches Feld) erfolgen : Elektroden in Phase der Hochfre-Potential Gleich- Figur 2 quenzwechselspannung spannung 47 0° Masse 48 90° Impuls 45 270° Impuls 46 180° Masse Zur Illustration der erfindungsgemäßen Kombination der Die- lektrophorese mit anderen ablenkenden Kräften zeigt Figur 1 schematisch eine Trenneinrichtung 40A (gestrichelt gezeichnet) Die in oder außerhalb der Kanalwand vorgesehene Trenneinrich- tung 40A ist zum Beispiel eine Magneteinrichtung zur Ausübung magnetischer Kräfte, eine Lasereinrichtung zur Ausübung opti- scher Kräfte analog zum Prinzip des Laser-Tweezers oder eine Schallquelle zur Ausübung mechanischer Kräfte z. B. durch Ult- raschall.

Figur 4 zeigt Merkmale von abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung. Abweichend von Figur 1 kann vorgesehen sein, dass auch der Strömungspfad 11 von der Mitte des Kanals 30 nach au- ßen verlagert wird, in dem das Potentialminimum der Die- lektrophorese durch entsprechende asymmetrische Ansteuerung der Elektroden 40 verschoben wird. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die Strömungspfade 11, 12 in getrennte Kompartimente 35,36 des Kanals 30 münden, die durch Kanalwände oder (wie il- lustriert) durch eine elektrische Feldbarriere voneinander ge- trennt sind. Die elektrische Feldbarriere wird durch mindestens eine Barriere an der Elektrode 60 erzeugt, die sich in Kanal- richtung erstreckt.

Bei der in Figur 5 illustrierten Ausführungsform befinden sich in einem Kanal 30 seitlich an den Kanalwänden 31,32 und/oder auf der Bodenfläche 33 Elektroden 41, 42 zur Elektrophorese und zentral mindestens eine Elektrode 43 zur Dielektrophorese. Die Elektrode 43 ist in an sich bekannter Weise mit einer elekt- risch isolierenden Passivierungsschicht 43a versehen. Die Pas- sivierungsschicht 43a hat zwei Funktionen. Erstens verhindert sie einen Feldverlust des Gleichstromfeldes für die Elektropho- rese, zweitens verhindert sie ein permanentes Anlagern und da- mit ggf. verbundenes Denaturieren von Partikeln oder elektro- chemische Reaktionen an den Elektroden. Die Elektroden 41,42 und 43 sind jeweils mit einer Gleichspannungsquelle und einer Wechselspannungsquelle verbunden.

Optional kann der Kanalrand durch poröse Materialien (z. B.

Hohlfasern) realisiert werden. Damit ist es möglich, zusätzli- che externe chemische Gradienten aufzuprägen (z. B. ein pH- Profil). Des Weiteren können die mindestens eine Elektrode 43 und die Elektroden 41, 42 zur Elektrophorese in Strömungsrich- tung versetzt angeordnet sein.

Zur Partikeltrennung werden eingespülte Mikroobjekte (zum Bei- spiel Makromoleküle) durch positive Dielektrophorese zu der zentralen Elektrode 43 gezogen. Simultan oder bei wechselweiser Ansteuerung der Elektroden werden die Mikroobjekte durch Elektrophorese zum Rand des Kanals 30 gezogen. Die Trennung ba- siert auf den oben beschriebenen Prinzipien einer verschieden starken Auswirkung der Kombination von Dielektrophorese und Elektrophorese auf die verschiedenen Partikel.

Alternativ kann mit der Anordnung gemäß Figur 5 die folgende Prozedur realisiert werden. Durch Dielektrophorese werden die Partikel zunächst an der zentralen Elektrode 43 gesammelt. An- schließend wird die laterale Strömung 10 durch den Kanal 30 ge- stoppt und eine Trennung der Mikroobjekte über Elektrophorese durchgeführt. Nach der elektrophoretischen Trennung in ver- schiedene Strömungspfade wird die Strömung 10 fortgesetzt. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäß während der Elektropho- rese optional vorgesehen Unterbrechung des Strömungstransports durch den Kanal besteht darin, dass eine erhöhte Trennschärfe der Elektrophorese durch die vorher definierten Startbedingun- gen erreicht werden kann.

Wenn mehrere, ggf. passivierte Elektroden 43.1 bis 43.5 zur Dielektrophorese vorgesehen sind, ergibt sich der in Figur 6 gezeigte Aufbau. Im Kanal 30 befinden sich dreidimensional an- geordnet an den Seitenwänden die Elektroden 41,42 für die Elektrophorese und auf der Bodenfläche die Elektroden 43.1 bis 43.5 zur Dielektrophorese (elektrische Zuführungen nicht darge- stellt). Auf der Deckfläche (nicht dargestellt) befinden sich Dielektrophorese-Elektroden in gleicher Zahl und Anordnung wie die Elektroden 43.1 bis 43.5. Die Elektroden 43.1 bis 43.5 wer- den mit Signalen beaufschlagt, die zwischen benachbarten Elekt- roden (zum Beispiel 43.1, 43.2) um 180° phasenverschoben sind und für übereinanderliegende Elektroden (zum Beispiel 43.1 und gegenüberliegende Elektrode auf der Deckfläche) phasengleich sind. Die mit der Strömung 10 eingespülten Partikel 20 umfassen zum Beispiel zwei Typen, von denen ein Typ nicht durch Elektro- phorese angesprochen wird. Die Partikel 20 ordnen sich die- lektrophoretisch (negative Dielektrophorese) zunächst im Zwi- schenraum der übereinander stehenden Elektroden an (in Aufsicht verdeckt). Erst beim Passieren des elektrophoretischen Feldes werden die Partikel des einen Typs ausgelenkt, während der an- dere Typ unbeeinflusst bleibt.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 7 sind ebenfalls viele, ggf. passivierte Elektroden 43.1 bis 43.11 zur Dielektrophorese zwischen den Elektroden 41,42 zur Elektrophorese angeordnet.

Auf der Deckfläche (nicht dargestellt) befinden sich Die- lektrophorese-Elektroden in gleicher Zahl und Anordnung wie die Elektroden 43.1 bis 43.11. Das erste Dielektrophorese-Elektro- denpaar 43.1, 43. 2 ist zur Erhöhung der Trennschärfe mit einem dielektrischen Aufreihelement 50 versehen. Im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsformen ist in Figur 7 das Gleichspannungs-Elektrophoresefeld (Ablenkrichtung) parallel zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit 10 (siehe Pfeil) durch das Kompartiment 30 ausgerichtet.

Bei Ansteuerung des Dielektrophorese-Elektroden-Arrays mit 180°-Phasenverschiebung zwischen benachbarten und gegenüberlie- genden Elektroden oder mit 90°-Phasenverschiebung ordnen sich die Partikel 20 zwischen den Elektroden an (negative Die- lektrophorese). Die Dielektrophorese-Elektroden bilden ein pe- riodisches i. A. asymmetrisches moduliertes Potential, dem das Elektrophoresepotential zwischen den Elektroden 41,42 überla- gert wird. Die asymmetrische Modulation der Dielektrophorese- Felder bedeutet, dass zwischen benachbarten Elektrodenstreifen des Arrays 43.1 bis 43.11 wechselweise höhere oder geringere Feldstärken eingestellt sind. Das Elektrophoresepotential zwi- schen den Elektroden 41,42 wird nicht zeitlich konstant gehal- ten, sondern periodisch oder zufällig geschaltet. Damit lässt sich eine hochempfindliche Auftrennung nach dem Prinzip der so- genannten Brown'schen Ratsche ("Brownian ratchet"oder Rüttel- ratsche, siehe H. Linke et al. Physikalische Blätter Bd. 56, Nr. 5,2000, S. 45-47) realisieren. In der Brown'schen Ratsche hängt die Wandergeschwindigkeit von Partikeln durch Brown'sche Bewegung stark von der Partikelgröße ab. Die Trennung erfolgt in verschiedene Strömungsabschnitte in Strömungsrichtung je nach den verschiedenen Wandergeschwindigkeiten der Partikel.

Ein besonderer Vorteil dieser Prozedur besteht darin, dass sich die Trennung über mehrere einstellbare Parameter durch die Ü- berlagerung der Brown'schen Bewegung, der Elektrophorese und der Dielektrophorese empfindlich steuern lässt. Diese Ausfüh- rungsform der Erfindung ist besonders für die Molekülseparation geeignet (z. B. Trennung von DNS-Molekülen oder DNS-Fragmenten, die in physiologischer Umgebung alle negativ geladen sind).

Bei Mischpopulation differierender Ladungen (+/-) sollte der Eingangskanal mit dem Aufreihelement 50 mittig zum Array der Dielektrophorese-Elektroden liegen, damit Objekte unterschied- licher Ladung in elektrophoretisch in verschiedene Richtungen bewegt werden. In planaren Strukturen lassen sich ebenfalls asymmetrische Potential für positive Dielektrophorese realisie- ren, z. B. durch Aufbringung asymmetrischer, also relativ zur Kanallängsrichtung zum Beispiel verschieden dicker Passivie- rungsschichten.

Figur 8 illustriert wie die Figur 2 eine Querschnittsansicht eines fluidischen Mikrosystems 100 mit vier Elektroden 45-48.

Mit diesen Elektroden wird ein fokussierendes Potential er- zeugt, dessen Potentialminimum in der Kanalmitte liegt. Gleich- zeitig wird analog zu Figur 3 ein erstes, in x-Richtung wirken- des elektrisches Potential für eine elektrophoretische Feldwir- kung und zusätzlich in y-Richtung ein Magnetfeldgradient zur Bildung eines zweiten ablenkenden Potentials erzeugt. Der Mag- netfeldgradient wird mit einem magnetfelderzeugenden Element 49 gebildet, das zum Beispiel einen Permanentmagneten oder einen von der Flüssigkeit isolierten, stromdurchflossenen Leiter um- fasst. Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann das magnetfelderzeugende Element mit einem Abstand vom Kanal angeordnet sein.

Während sich die Partikel in z-Richtung durch den Kanal bewe- gen, erfahren sie eine Ablenkung in beide x-und y-Raumrich- tungen, deren Stärke von den dielektrischen und magnetischen Eigenschaften der zu trennenden Partikel abhängt. Diese Ausfüh- rungsform der Erfindung wird bspw. zur Trennung latexumhüllter, superparamagnetischer Partikel mit dem Ziel der Gewinnung von Fraktionen mit hoher Monodispersität angewendet.

Die Kurvendarstellung in Figur 9 illustriert die auf das jewei- lige Volumen normierte, dielektrophoretische Kraft fdie1, die auf einen Partikel im Wechselfeld wirkt, in Abhängigkeit von der Frequenz des Wechselfeldes. Die Simulationsergebnisse beziehen sich auf Latexbeads mit Durchmessern von 0, 5 um, 1 um, 2 um und 5 um (Kurven von oben) mit einer Leitfähigkeit von 0.7 mS/m und DK = 3.5 in Wasser. Die symbolisch illustrierten Elektroden sind analog zu Figur 1 angeordnet und werden alternierend oder überlagert mit einem Signal beaufschlagt, das Frequenzanteile unterhalb 100 kHz und oberhalb 1 MHz enthält. Die nieder-und höherfrequenten Signalanteile werden beispielsweise mit im zeitlichen quadratischen Mittel gleichen Amplituden, jedoch verschiedenen, in den Bildeinschüben illustrierten Phasenbezie- hungen erzeugt. Das höherfrequente Signal fokussiert die Parti- kel durch negative Dielektrophorese hin zur Kanalmitte. Das niederfrequente Signal hingegen wirkt in Abhängigkeit von der Partikelgröße durch positive oder negative Dielektrophorese, die sich mit der fokussierenden Wirkung des höherfrequenten Signals überlagert. Die kleineren Partikel werden im Ergebnis nach links oben abgelenkt, während die größeren Partikel (z. B.

5 um) sich auf einer Diagonallinie rechts unten sammeln. Ent- sprechend gelangen Partikel mit unterschiedlichen Größen in verschiedene Strömungspfade innerhalb der Strömung durch den Kanal.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und An- sprüchen offenbarten Merkmalen der Erfindung können sowohl ein- zeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfin- dung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.