Miniaturisierte magnetische Durchflusszytometrie Die vorliegende Erfindung betrifft die magnetische Zelldetek ^¬ tion im Durchfluss.

Im Bereich der Zellmessung und Zelldetektion sind neben optischen Messverfahren, wie Streulicht- oder Fluoreszenzmessung, auch magnetische Detektionsverfahren bekannt, bei denen die zu detektierende Zellsorte mittels magnetischer Labels mar ^¬ kiert wird.

Insbesondere sind zur magnetbasierten Messung Verfahren bekannt, bei denen magnetisch markierte Zellen mittels Magne- tophorese aus einer komplexen Zellsuspension, z.B. einer Blutprobe, aussortiert werden. Dazu müsste diese komplexe Suspension erst dementsprechend aufbereitet werden, dass zu detektierenden Zellen daraus abgetrennt werden können. Die magnetische Markierung erfolgt insbesondere dadurch, dass zellspezifische Marker in die komplexe Zellprobe eingeführt werden. Magnetophorese wird bisher zur Sortierung von magnetisch markierten Zellen oder allgemein magnetischen Partikeln verwendet .

Im Bereich der magnetoresistiven Sensorik für Zelldetektion ist es aber auch möglich, magnetisch markierte Zellen in einer komplexen Suspension im Durchfluss dynamisch zu zählen. Dazu ist es wichtig, dass die Zellen vereinzelt nacheinander über den Sensor fließen und dass die magnetisch markierten Zellen in ausreichender Nähe zum magnetoresistiven Sensor über diesen hinweggeführt werden.

In einem magnetischen Durchflusszytometer werden markierte Zellen in einem Kanal daher oberflächennah über einen Magnetsensor transportiert. Die Nähe einer magnetisch markierten Zelle zum Sensor ist entscheidend, da das magnetische Streu ^¬ feld der magnetischen Marker, anhand dessen die markierte Zelle letztlich durch den Sensor detektiert wird, mit der dritten Potenz zum Abstand abfällt.

Um sicherzustellen, dass eine markierte Zelle den Sensor in unmittelbarer Nähe passiert, ist es grundsätzlich denkbar, den Durchmesser des Kanals, durch den die Zellprobe strömt, möglichst klein zu gestalten. D.h. im Extremfall ist der Ka ^¬ naldurchmesser gerade so groß, dass einzelne Zellen passieren können. Problematisch wirkt sich hierbei natürlich aus, dass die Anwesenheit von Verunreinigungen bzw. störenden Partikeln sehr schnell zu einer Verstopfung des Kanals führt.

Wird der Kanal dagegen größer ausgelegt, steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass einige markierte Zellen den Sensor außerhalb von dessen Reichweite passieren und somit nicht de ^¬ tektiert werden. Dem kann dadurch entgegen gewirkt werden, dass die magnetisch markierten Zellen am Sensor angereichert werden: Es hat sich gezeigt, dass sich eine möglichst lange Anreicherungsstrecke durch einen Mikrofluidikkanal von bis zu 1 cm Länge positiv darauf auswirkt, dass am Ende der Anrei ^¬ cherungsstrecke nahezu 100 % der magnetisch markierten Zellen aus der komplexen Suspension so am Kanalboden angereichert sind, dass eine Erfassung durch einen Magnetsensor möglich ist. Eine derart lange Anreicherungsstrecke auf einem Halb- leitersubstrat , auf welchem das magnetoresistive Bauteil aus ^¬ gebildet ist anzuordnen, führt jedoch zu einem hohen Aspektverhältnis des Substrats, welches neben hohen Kosten für die Gesamtfläche des Halbleitersubstrats, insbesondere für Sili ^¬ ziums Dies auch zu Problemen bei der Prozessierung im Her- stellungsprozess führt. Je höher die Geschwindigkeit des

Durchflusses und je höher die Zellkonzentration in der Probe, desto länger muss die Ausrichtungsstrecke gewählt werden, um zu einer ausreichend ausreichenden Anreicherung der magnetisch markierten Zellen zum Zeitpunkt des Sensorübertritts zu gewährleisten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur magnetischen Zelldetektion zu schaffen, die bei gleicher Präzision von Anreicherung und Messung eine Verkleinerung des Halbleitersubstrats, insbesondere eines Silizium-Chips, und dadurch auch eine Vereinfachung des Packaging der Messschaltung auf eine Platine ermöglicht.

Die Aufgabe der Erfindung ist durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst. Ein dazugehöriges Herstellungsverfahren ist in Patenanspruch 11 angegeben. Ein Verfahren zur magnetischen Zelldetektion ist im Patentanspruch 14 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Vorrichtung zur magnetischen Durchflusszytometrie umfasst einen magnetoresistiven Sensor, mittels dem magnetisch mar- kierte Zellen detektiert werden können. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Durchflusskammer, insbesondere einen Mikrofluidikkanal , der ausgestaltet ist mit einer Zellsuspen ^¬ sion durchströmt zu werden. Insbesondere weist der Mikroflui- dikkanal dazu einen Einlass auf, durch den die Zellprobe in die Detektionsvorrichtung injiziert werden kann. Des Weiteren kann die Innenfläche des Mikrofluidikkanals , beispielsweise in ihrer Oberflächenbeschaffenheit, auf eine Zellprobe, ins ^¬ besondere auf deren Viskosität, angepasst sein. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Anreicherungsstrecke, wobei die Anreicherungsstrecke mäanderförmig ausgestaltet ist. Die An ^¬ reicherungsstrecke verläuft dabei zweckdienlicherweise ent ^¬ lang des Mikrofluidikkanals . Würde die magnetisch markierte Zellprobe unmittelbar nach der Injektion auf oder über einen Magnetsensor geleitet, könnten natürlich nicht alle markier- ten Zellen erfasst werden, da zum Zeitpunkt der Injektion der Zellprobe in die Vorrichtung die magnetisch markierten Zellen in der Zellprobe noch ungeordnet und zufällig im gesamten Probenvolumen verteilt sind. Daher verläuft die Anreiche ^¬ rungsstrecke insbesondere in einem externen Magnetfeld, das z.B. durch einen Permanentmagneten erzeugt wird. In diesem

Magnetfeld etwa erfahren die magnetisch markierten Zellen in der Zellsuspension eine magnetische Kraft, durch die sie z.B. in Richtung des Kanalbodens des Mikrofluidikkanals bewegt werden. Somit können die magnetisch markierten Zellen am Kanalboden angereichert werden und dann ausreichend nah über den magnetoresistiven Sensor geführt werden. Dadurch erst ist eine sichere, im Wesentlichen 100-prozentige Detektion jeder einzelnen magnetisch markierten Zelle gewährleistet. Je länger die Anreicherungsstrecke desto sicherer ist es, dass alle magnetisch markierten Zellen bis zum Zeitpunkt des Sensorübertritts am Kanalboden angereichert sind. Der Vorteil der mäanderförmigen Anreicherungsstrecke ist der verringerte Platzbedarf und die dadurch ermöglichte Miniatu ^¬ risierung der gesamten Messvorrichtung und mögliche Integrierung der gesamten Messvorrichtung auf einen Halbleiterchip. Die Vorrichtung hat also den entscheidenden Vorteil durch die Verringerung des Platzbedarfs für die magnetophoretische An ^¬ reicherungsstrecke, die hohen Kosten eines Halbleitersub ^¬ strats, insbesondere eines teueren Silizium-Dies einzusparen. Auch wird durch ein geringes Aspektverhältnis des Dies eine einfache Prozessierung gewährleistet. Als „Die" wird bei ^¬ spielsweise der ungehäuste Halbleiter-Chip, ein integriertes elektronisches Bauelement, das Halbleiter- oder Sensor- Substrat bezeichnet. Außerdem wird neben dem Halbleiterchip auch das gesamte

Mikrofluidikvolumen reduziert, was zu einer großen Kostenersparnis und Vereinfachung der Sensorherstellung führt. Die längere Anreicherungsstrecke kann vorteilhaft dazu genutzt werden, die Durchflussgeschwindigkeit der Zellprobe zu erhö- hen und somit entweder den Durchsatz zu erhöhen und/oder die benötigte Messzeit für eine Probe zu verringern.

Die Durchflusskammer, d.h. insbesondere der Mikrofluidikkanal weist z.B. einen Durchmesser von um die 1000 μπι auf, was ei- nem Vielfachen eines Zelldurchmessers entspricht. Prinzipiell können Kanaldurchmesser zwischen 30 μπι und 30000 μπι realisiert sein. b

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Anreicherungsstrecke der Vorrichtung zur magnetischen Durch- flusszytometrie magnetische Führungsstreifen auf. Diese sind insbesondere so angeordnet, dass sie die Zellen auf die Ka- b nalbodenmitte hin lenken. Dies hat den Vorteil, dass die am Kanalboden angereicherten magnetisch markierten Zellen so auf z.B. eine zentrale magnetische Führungslinie am Kanalboden entlang ausgerichtet werden, dass bei Sensorübertritt eine Einzelzelldetektion gewährleistet wird. Des Weiteren erfüllen 10 die magnetischen Führungslinien die Aufgabe, die magnetisch markierten Zellen so auszurichten, dass deren Streufeld ein möglichst großes Signal im Sensor hervorruft.

Besonders vorteilhaft ist es die magnetischen Führungsstrei- lb fen ferromagnetisch auszugestalten. Die magnetische Markierung der Zellen erfolgt insbesondere durch superparamagneti- sche Marker.

Die magnetischen Führungsstreifen der Anreicherungsstrecke 20 dienen insbesondere dazu, die Zellen näher zur Kanalmitte zu führen. Besonders in den Krümmungsbereichen der mäanderförmi- gen Anreicherungsstrecke wird dies dadurch unterstützt, dass die magnetischen Führungsstreifen so angebracht sind, dass sie zur Kanalmitte hinweisen. Die Führung zur Kanalmitte hin 2b wird deshalb vorgenommen, da am Ende der Anreicherungs- und

Ausrichtungsstrecke der magnetoresistive Sensor oder z.B. ein Sensor-Array, mittig im Kanal angeordnet sind. Die gesamte Kanalbreite mit Einzelsensoren abzudecken, würde die Mess ^¬ elektronik verkomplizieren. Die magnetoresistiven Bauteile 30 können unterhalb des Mikrofluidikkanals angeordnet sein, in der Kanalwand des Mikrofluidikkanals angeordnet sein oder auch innerhalb des Kanals angeordnet sein.

Die Vorrichtung weist insbesondere ein Substrat, beispiels- 3b weise ein Halbleitersubstrat auf, auf dem der magnetoresisti ^¬ ve Sensor sowie der Mikrofluidikkanal und auch die Anreiche ^¬ rungsstrecke angeordnet sind. Dabei ist der magnetoresistive Sensor insbesondere als „integrierte Schaltung" auf dem Halb- leitersubstrat integriert. Der Mikrofluidikkanal verläuft wiederum insbesondere entlang der Anreicherungsstrecke auf dem Substrat. Beispielsweise können auch die magnetischen Führungsstreifen der Anreicherungsstrecke auf dem Halbleiter- chip integriert sein. Die integrierte Lösung der Vorrichtung auf einem Halbleiterchip hat den Vorteil der Kompaktheit und geringen Größe.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Mikrofluidkanal so entlang der Anreicherungsstrecke angeord ^¬ net, dass eine durch den Mikrofluidikkanal strömende magne ^¬ tisch markierte Zellprobe an den magnetischen Führungsstrei ^¬ fen ausgerichtet wird. Diese Anordnung hat eben den Vorteil, dass die Zellen neben der Anreicherung am Kanalboden eine Ausrichtung der Streufelder erfahren, die eine hochsensitive Einzelzelldetektion am Sensor ermöglicht.

Insbesondere weist die Vorrichtung dazu einen Magneten auf, der so mit der Vorrichtung angeordnet ist, dass eine durch den Mikrofluidikkanal strömende magnetisch markierte Zellpro ^¬ be durch das Magnetfeld des Magneten am Kanalboden angerei ^¬ chert wird. Die magnetisch markierten Zellen sind dazu insbe ^¬ sondere superparamagnetisch markiert. D.h. insbesondere sind superparamagnetische Partikel an die Zellen angebunden. Durch das Magnetfeld des Magneten, insbesondere eines Permanentmag ^¬ neten, erfahren die magnetisch markierten Zellen innerhalb der Zellsuspension eine Kraft, die sie in Richtung Kanalboden führt . In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Mikrofluidikkanal und der magnetoresistive Sensor so angeordnet, dass eine durch den Mikrofluidikkanal strömende magnetisch markierte Zellprobe über den Sensor geführt wird. Insbesondere ist also der Sensor innerhalb oder unterhalb des Mikrofluidikkanals angeordnet, so dass eine durch den Mikro- fluidikkanal strömende Zellsuspension in jedem Fall oberflä ^¬ chennah über den Sensor geleitet wird. Zweckdienlicherweise ist der Sensor in der Richtung am Kanalboden oder an einer Kanalwand angeordnet in die das Magnetfeld des Anreicherungs ^¬ magneten die magnetisch markierten Zellen führt. Demnach sieht der Sensor insbesondere genau die Seite des Mikroflui- dikkanals, an die die magnetisch markierten Zellen angerei- chert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Anreicherungsstrecke mindestens 12500 μπι Streckenlänge, insbesondere mindestens 15000 μπι. Beispielsweise kann auch eine Anreicherungsstrecke von 1 mm Länge ausreichen. Die er ^¬ forderliche Mindestlänger der Anreicherungsstrecke kann auch 20000 μπι oder bis zu 1 cm betragen. Die Einflussfaktoren auf die erforderliche Länge der Anreicherungs- und Ausrichtungs ^¬ strecke werden im Folgenden noch ausgeführt.

Es hat sich gezeigt, dass diese hohe Streckenlänge den Vor ^¬ teil hat, dass auch hochkonzentrierte Zellproben am Ende der Anreicherungsstrecke so am Kanalboden angereichert und so durch die magnetischen Führungslinien der Anreicherungsstre- cke ausgerichtet werden können, dass zum Zeitpunkt des Über ^¬ streichen des magnetoresistiven Sensors eine zuverlässige Einzelzellerkennung gewährleistet ist.

Für eine derart lange Anreicherungsstrecke ist das Substrat in seiner größten Ausdehnung insbesondere höchstens 18000 μπι, zumindest höchstens 20000 μπι. Beispielsweise beträgt das Sub ^¬ strat in seiner größten Ausdehnung nur maximal 10 mm. Dabei sind die meisten Halbleiter Dies rechteckig ausgesägte Wa- ferstücke und die maximale Ausdehnung des Substrats ist dem- nach deren Diagonale. Dank der mäanderförmigen Anreicherungsstrecke benötigt diese nur einen geringen Platzbedarf auf dem Substrat. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Einsatz von Halbleitersubstraten, insbesondere Silizium Dies mit hohen Kosten verbunden ist. Durch die mäanderförmige Anreiche- rungsstrecke ist demnach gewährleistet, dass bei geringer Halbleiterchipfläche eine ausreichend große Anreicherungs ^¬ strecke realisiert wird, mit der auch hochkonzentrierte Zell ^¬ proben so angereichert und ausgerichtet werden können, dass die magnetisch markierten Zellen in diesen Zellproben durch den magnetoresistiven Sensor einzelnen detektiert werden können. Gleichzeitig verringert die Mäanderform der Anreiche ^¬ rungsstrecke das Aspektverhältnis des Substrats, was bedeu ^¬ tet, dass das Substrat kompakter wird und somit einfacher zu prozessieren ist.

Der magnetoresistive Sensor der Vorrichtung ist insbesondere ein GMR-Sensor (GMR = Giant Magneto Resistance bzw. Riesen- magnetowiderstand) , Beispielsweise ist der magnetoresistive Sensor der Vorrichtung ein TMR-Sensor (TMR = Tunnel Magneto Resistance bzw. Tunnelmagnetowiderstand) oder der magnetore ^¬ sistive Sensor der Vorrichtung ist ein AMR-Sensor (AMR = Anisotroper Magnetowiderstand) .

In alternativen Aus führungs formen können auch optische Sensoren, wie Fluoreszenz- oder Streulicht-Sensoren zum Einsatz kommen oder diese mit magnetischen Sensoren kombiniert werden .

Bei dem Verfahren zur Herstellung einer oben beschriebenen Vorrichtung werden zunächst ein magnetoresistiver Sensor auf einem Substrat hergestellt, die magnetischen Führungsstreifen auf das Substrat aufgebracht und der Mikrofluidikkanal auf dem Substrat angebracht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens wird der Sensor auf dem Halblei ^¬ tersubstrat integriert. Dazu können bekannte Prozess-Verfah- ren der Mikrosystemtechnik eingesetzt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens werden die magnetischen Führungsstreifen der Anreicherungsstrecke direkt auf das Substrat abgeschieden, z.B. mit ^¬ tels thermischen Verdampfen oder Sputtern. Die magnetischen Führungsstreifen sind insbesondere aus einem ferromagneti- schen Material, z.B. aus Nickel gefertigt. Auch ferromagneti- sche Legierungen können dazu eingesetzt werden. Bei einem Messverfahren zur magnetischen Zelldetektion wird eine magnetisch markierte Zellprobe in eine oben beschriebene Vorrichtung mit mäanderförmiger Anreicherungsstrecke injiziert, innerhalb der Vorrichtung in einem Mikrofluidikkanal geführt, durch einen Magneten am Kanalboden so angereichert, dass die magnetisch markierten Zellen über den magnetore- sistiven Sensor geführt und dort detektiert werden.

Die Anreicherung über ein externes Feld, z.B. das Feld eines Permanentmagneten, und die magnetophoretische Ausrichtung mittels der ferromagnetischen Führungsbahnen erfolgt bevorzugt in-situ während des Messvorgangs. Daher ist eine ausrei ^¬ chend lange Ausrichtungsstrecke für die magnetisch markierten Zellen erforderlich, um eine gewünschte Wiederfindungsrate von den markierten Zellen von im Wesentlichen 100 % zu gewährleisten. Einflussfaktoren auf die erforderliche Länge der Anreicherungs- und Ausrichtungsstrecke mit den ferromagneti ^¬ schen Bahnen sind

1. die Geschwindigkeit mit der die Zellprobe durch den

Mikrofluidikkanal gepumpt wird,

2. die Magnetfeldstärke des angelegten Anreicherungsmagnet ^¬ felds ,

3. die Konzentration der superparamagnetisch markierten Zellen in der Suspension, sowie

4. die magnetischen Eigenschaften der eingesetzten Marker,

5. die Zusammensetzung und rheologischen Eigenschaften der Zellsuspension, d.h. z.B. deren Fließeigenschaft und

6. die Sorte der markierten Zellen und deren Isotopenanzahl auf der Zelloberfläche und damit die Anzahl der paramagne- tischer Marker pro Zelle, die die Stärke des zu detektie- renden Streufelds bestimmt.

Die Zellsuspension wird insbesondere mittels eines Druckge ^¬ fälles durch den Mikrofluidikkanal gepumpt. Das Druckgefälle kann beispielsweise durch manuelle Bedienung einer Spritze oder eines Spritzensystems erzeugt werden. Dadurch ist ge ^¬ währleistet, dass sich eine laminare Strömung der Zellprobe ohne Rezirkulation einstellt. Da die Zellen und das die Zel- len umgebende komplexe Medium näherungsweise die gleiche Dichte aufweisen, tritt auch in den Krümmungsbereichen des mäanderförmigen Fluidikkanals nur eine geringe Fliehkraft auf und die markierten Zellen können auf ihrer Bahn verbleiben.

Die Vorrichtung und das Messverfahren damit sind von besonderem Vorteil für kleine Volumina hochkonzentrierter Proben (1000 Zellen pro μΐ), z.B. CD4+-Zellen. Im Blut eines gesunden Erwachsenen etwa machen die CD4+ T-Zellen ungefähr

25% - 60% der Lymphozyten aus. Eine Blutprobe würde demnach eine Konzentration von circa 300 -1600 Zellen/μΐ aufweisen. Eine Erhöhungen oder Verminderung der CD4+ T-Zellen kann bei vielen Erkrankungen vorkommen. Der Grad der Erhöhung oder Verminderung kann zwar nicht zum Nachweis einer Krankheit dienen jedoch ein Indikator dafür sein oder ergänzend eine bestehende Diagnose bestätigen. Beispiele bei denen eine Er ^¬ höhung der CD4+-Zellen auftritt sind Rheuma-Erkrankungen oder auch verschiedene Leukämien. Eine Verminderung der CD4+-Zel- len kann ein Hinweis auf eine Immunschwäche, wie z.B. eine HIV-Erkrankung (AIDS) sein.

Bei der magnetischen Durchflusszytometrie ist also entschei ^¬ dend, dass die magnetisch markierten Zellen sehr nah am magnetoresistiven Sensor vorbeitransportiert werden. Da die Zellprobe durch eine Durchflusskammer, z.B. einen Mikroflui- dikkanal fließt, müssen die Zellen in dieser Durchflusskammer nahe an deren Innenfläche transportiert werden, wo der magne ^¬ toresistive Sensor angebracht ist. Insbesondere ist die Ka ^¬ nalwand in direktem Kontakt über dem Magnetsensor angebracht. In alternativen Aus führungs formen ist der magnetoresistive Sensor in die Kanalwand eingebettet. Als magnetische Markie ^¬ rung dienen bevorzugt superparamagnetische Labels. Als magne ^¬ toresistive Sensoren kommen GMR-, TMR- oder AMR-Sensoren in Frage. Die Nähe der magnetisch markierten Zelle zum Sensor ist deshalb so entscheidend, da das magnetische Streufeld der magnetischen Markierung im Nahfeldbereich mit dritter Potenz zum Abstand abfällt. Zusätzlich zur Anreicherung der magnetisch markierten Zellen an der Sensoroberfläche wirkt sich eine Ausrichtung der magnetisch markierten Zellen positiv auf deren Detektierbarkeit aus. Dabei werden die magnetisch mar ^¬ kierten Zellen vorzugsweise so in Durchflussrichtung ausgerichtet, dass das Magnetfeld der magnetischen Markierung ein möglichst deutliches Signal im Sensor hervorruft. Bei der magnetischen Durchflusszytometrie ist eine möglichst genaue Differenzierung zwischen falschpositiven und positiven Signalen erforderlich. Dazu muss für positive Signale ein mög ^¬ lichst hoher Schwellwert für das Signal gesetzt werden können um sie von Rauschsignalen zu unterscheiden.

Im Gegensatz zur Methode, die magnetisch markierten Zellen vereinzelt über einen Sensor zu führen, indem sie in einem Mikrofluidikkanal durch dessen Durchmesser so eingeengt wer- den, dass nur einzelne Zellen diesen basieren können, weißt das Verfahren den Vorteil auf, eine im Wesentlichen 100%ige Einzelzelldetektion zu ermöglichen, direkt aus der unvorbereiteten komplexen Suspension heraus. Somit ist der große Nachteil der sozusagen mechanischen Vereinzelung der Zellen überwunden, dass diese zu Verstopfungen des Fluidiksystems führt. Auch könnten in einer derartigen Messvorrichtung keine magnetisch markierten Zellen von unterschiedlichem Durchmesser exakt einzeln bestimmt werden. Die Zellen haben beispielsweise Durchmesser im Bereich von ca. 3 bis 30 μπι. Be- vorzugt werden sie durch einen sehr viel breiteren Mikroflui- dikkanal geführt, der im Durchmesser das 10- bis 1000fache beträgt. Der Sensor oder ein Sensor-Array von Einzelsensoren ist dabei quer zur Flussrichtung angeordnet und beträgt bei ^¬ spielsweise 30 μπι Breite entsprechend dem Zelldurchmesser. Kurze Beschreibung der Zeichnung

Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die Figuren 1 bis 5 der ange ^¬ hängten Zeichnung beschrieben:

Figur 1 zeigt eine mäanderförmige Anreicherungsstrecke,

Figur 2 zeigt magnetische Führungslinien in der ersten Krümmung der Anreicherungsstrecke,

Figur 3 zeigt eine alternative Magnetlinienanordnung in der ersten Krümmung der Anreicherungsstrecke,

Figur 4 zeigt den Größenvergleich zwischen gerader und mäanderförmiger Anreicherungsstrecke,

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Messvorrichtung.

Die Figur 1 zeigt eine mäanderförmige Anreicherungsstrecke 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Die Anrei ^¬ cherungsstrecke 10 weist drei gerade Teilstrecken auf, die über zwei Krümmungen Kl, K2 miteinander verbunden sind. Die Anreicherungsstrecke 10 ist zum einen zur Ausrichtung aber auch zur Anreicherung von magnetisch markierten Zellen 90 am Kanalboden ausgestaltet. D.h., in der gezeigten Draufsicht in Figur 1 ist ein Mikrofluidikkanal 50 so entlang der Anreiche ^¬ rungsstrecke 10 angebracht, dass eine Zellprobe, die durch diesen Mikrofluidikkanal 50 geleitet wird, die magnetischen Kräfte eines Permanentmagneten zur Anreicherung am Kanalboden sowie auch die magnetische Wechselwirkung mit den magneti ^¬ schen Führungslinien 15 erfährt. Die in Figur 1 gezeigten magnetischen Führungslinien 15 laufen entlang der Anreicherungsstrecke 10 direkt auf dem Substrat 12, welches insbeson ^¬ dere die Oberfläche eines Halbleiterchips ist. Entlang der ersten geraden Teilstrecke laufen die magnetischen Führungslinien 15 in einem spitzen Winkel auf eine Mittellinie der Anreicherungsstrecke 10 zu und führen somit die magnetisch markierten Zellen 90 in die Kanalmitte. Entlang der ersten Krümmung Kl laufen die magnetischen Führungslinien 15 von dem Rand der Anreicherungsstrecke 10, d.h. auch vom Rand des Mikrofluidikkanals 50 zur Mitte der Anreicherungsstrecke 10 hin. In diesem Beispiel ist eine zentrale magnetische Füh ^¬ rungslinie gezeigt, die stets entlang der Kanalmitte angeord ^¬ net ist. Des Weiteren zeigt die Figur 1 in der Draufsicht auf die Anreicherungsstrecke 10, einen Einlass 11 für eine Zell- probe in den Mikrofluidikkanal .

In der Figur 2 ist ein Ausschnitt der Anreicherungsstrecke 10 gezeigt mit der ersten Krümmung der Anreicherungsstrecke Kl. In der Figur 2 ist eine alternative Aus führungs form der mag- netischen Führungslinien 15 gezeigt. Diese können anstatt fächerförmig auf die Mittenlinie zuzulaufen auch halbkreisförmige Linien unterschiedlicher Radien sein, die jeweils in einem festen Abstand zu den Kanalwänden des Mikrofluidikka- nals 50 eine Bahn beschreiben. In diesem Beispiel werden die magnetisch markierten Zellen 90 in der Zellprobe auf diesen Bahnen durch die Krümmung Kl geleitet. Die Pfeile deuten die Strömungsrichtung der Zellprobe durch die Krümmung Kl der Anreicherungsstrecke 10 an. In Figur 3 ist ein größerer Ausschnitt der Anreichungsstrecke 10 gezeigt, der die erste Krümmung Kl sowie Teile der ersten und zweiten geraden Teilstrecke zeigt. Die magnetischen Führungslinien 15 zeigen in dieser Aus führungs form wieder ein fächerförmiges Bild. Sie führen von der Kanalwand zur Mitten- linie des Kanals 50 hin, sowohl in der Krümmung Kl als auch auf den geraden Teilstrecken. Auf den geraden Teilstrecken führen sie insbesondere in einem spitzen Winkel zur Mittenlinie des Kanals 50 hin. Die durch den Mikrofluidikkanal 50 be ^¬ wegte Zellprobe 90 wird demnach zur Mitte des Kanals 50 hin- geführt.

Figur 4 zeigt eine weitere Draufsicht auf die Anreichungs ^¬ strecke 10a im Vergleich mit einer linearen Anreicherungs ^¬ strecke 10b. Dazu sind Längenskalen in Mikrometer angegeben. Die Anreicherungsstrecke 10a weist die gleiche Gesamtlänge wie die lineare Anreicherungsstrecke 10b auf, jedoch benötigt diese einen nur halb so großen Halbleiterchip 12a als Sub- strat 12 auf dem die Anreicherungsstrecke 10a in Form der Magnetführungslinien 15 angeordnet ist.

In der Figur 5 ist ein Querschnitt durch eine Aus führungs form der Messvorrichtung gezeigt, bei der die Anreicherungsstrecke

10 nicht direkt auf dem Halbleiterchip 12, sondern auf dem Packagingmaterial 16 ausgeformt ist. Im Querschnitt sind die magnetischen Führungslinien 15 gezeigt über die die magnetisch markierten Zellen 90 geführt werden. Insbesondere ist ober- oder unterhalb der Messvorrichtung ein Permanentmagnet angeordnet, über dessen Magnetfeld die Zellen 90 am Boden des Kanals 50 angereichert werden. Die Figur 5 zeigt des Weiteren einen Träger 13, auf dem Kontakte 17 abgeschieden sind. Auf dem Träger 13 wird der Halbleiterchip 12 aufgebracht und mit- tels Drahtbonden 18 an das Trägersubstrat 13 kontaktiert. Auf dem Halbleiterchip 12 befindet sich insbesondere ein magneto- resistiver Sensor 20 und ein kleiner weiterer Abschnitt einer Anreicherungsstrecke 600 mit Magnetführungslinien 15, die einen Offset 601zur Anreicherungsstrecke 10 auf dem Packa- gingmaterial 16 ausgleichen kann. Beispielsweise wird über ein Spritzgussverfahren mit dem Packagingmaterial 16 eine Durchflusskammer 50 ausgeformt. Durch Pfeile ist wieder die Strömungsrichtung der Zellprobe angedeutet bzw. der Einlass

11 in den Mikrofluidikkanal 50 gekennzeichnet.