Die Erfindung kann insbesondere zum Abtrennen von korpus- kulären Bestandteilen aus biologischen Proben, vor allem aus Blut verwendet werden.

Auf verschiedenen Anwendungsgebieten stellt sich das Pro- blem, aus einer Dispersion, die in einem Trägermedium dispergierte Partikel enthält, die Partikel teilweise oder vollständig zu entfernen. Ein besonders wichtiges Gebiet sind analytische Verfahren zur Bestimmung der Kon- zentration von Bestandteilen im Blut. Solche Bluttests können in vielen Fällen nicht mit Vollblut durchgeführt werden, das die korpuskulären Bestandteile (Blutkörper- chen) enthält. Vielmehr ist es notwendig, zuvor aus dem Vollblut Plasma zu gewinnen, das möglichst frei von zel- lulärem Material ist.

Die Erfindung eignet sich jedoch auch zur Behandlung an- derer Dispersionen, wobei das Trägermedium nicht nur flüssig, sondern auch gasförmig sein kann. Ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung im Rahmen diagnostisch- analytischer Verfahren, bei dem eine nichtbiologische Flüssigkeit behandelt wird, ist die Manipulation, Anrei- cherung oder Isolation von sogenannten beads, die auf- grund ihrer großen erneuerbaren Oberfläche in jüngerer Zeit beispielsweise in der kombinatorischen Chemie und der Molekularbiologie verstärkt verwendet werden. Darüber hinaus kann die Erfindung auch auf anderen Gebieten der chemischen Verfahrenstechnik und der Lebensmittelindu- strie zum Einsatz kommen, um Partikel aus Prozeßströmen zu separieren. Weitere Nutzungsmöglichkeiten bestehen bei biotechnologischen Verfahren (Entfernung und Isolierung von Zellkulturen aus entsprechenden Dispersionen) sowie auf dem Gebiet der Abwasserreinigung. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird nachfolgend auf die Behandlung von Dispersionen in Flüssigkeiten, hauptsächlich auf die Ab- trennung von Plasma aus Vollblut, Bezug genommen.

Traditionell wurden Zentrifugationsverfahren eingesetzt, um durch Abtrennen der zellulären Bestandteile Plasma für Bluttests zu gewinnen. Sie eignen sich jedoch nicht für moderne miniaturisierte Tests. Dies gilt insbesondere für die sogenannte patientennahe Diagnostik, bei der ein mög- lichst kleines und kompaktes Analyseelement (beispiels- weise in Form eines Teststreifens) alle für die Durchfüh- rung des Tests notwendigen Reagenzien und sonstigen Mit- tel enthält, so daß nur noch die Probenflüssigkeit in Kontakt mit dem Analyseelement gebracht werden muß, um nach kurzer Zeit anhand einer physikalisch an dem Analy- seelement nachweisbaren Veränderung (insbesondere einer Farbänderung oder einer Änderung einer elektrischen Meß-

größe) das gewünschte analytische Resultat visuell oder mit Hilfe eines Auswertegerätes zu bestimmen.

Um für derartige Tests aus relativ kleinen Blutvolumina Plasma zu gewinnen, werden seit vielen Jahren Filtra- tionsverfahren diskutiert und teilweise auch mit Erfolg verwendet, bei denen unterschiedliche Filtermedien, ins- besondere mikroporöse Membranen und Glasfaservliese, zum Einsatz kommen. Frühe Beispiele dieser Filtrationstechni- ken sind in den US-Patentschriften 3,791, 933 und 4,477, 575 beschrieben. Ein neueres Beispiel mit einer aufwendigen Kombination aus Membran-und Glasfaserfiltern ist Gegenstand des US-Patentes 6,045, 699.

In dem US-Patent 5,922, 210 ist ein Mikrobauteil beschrie- ben, das dazu dienen soll, extrem kleine Plasmamengen im Bereich bis etwa 1 y1 durch Mikrofiltration zu gewinnen.

Dabei werden in einem Siliziumsubstrat durch Ätzen Mikro- kanäle erzeugt. Die Abtrennung der Blutkörperchen erfolgt in einem sogenannten Sperrkanal (barrier channel) dessen Tiefe weniger als 0,1 ym beträgt, so daß die Blutkörper- chen nicht durch den Sperrkanal hindurchfließen können.

Die erforderlichen Zuflußkanäle und der Sperrkanal werden in zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsschritten er- zeugt. Die erforderliche, extrem geringe Tiefe des Sperr- kanals von weniger als 0,1 Mm wird durch die Dauer des Ätzvorgangs in einem Ätzbad bestimmt. Im Hinblick auf die erforderliche hohe Reproduzierbarkeit ist dieser Herstel- lungsprozeß sehr schwierig und aufwendig.

Die vorbekannten Plasmagewinnungsmethoden haben erhebli- che Nachteile. Vor allem besteht ein hohes Risiko, daß die feinen Poren durch mechanischen Verschluß oder durch Adhäsion von zellulärem Material an den Porenwänden ver- stopft werden. Dadurch wird die Filterkapazität begrenzt.

Eine Vergrößerung der Filterkapazität bedingt einen grö- ßeren Raumbedarf des Filtermediums. Außerdem ist die Re- lation zwischen aufgebrachtem Probenvolumen und gewon- nenem Plasmavolumen ungünstig. Schließlich können durch Adhäsion von Proteinen an dem Filtermedium oder durch die beim Durchtritt von Erythrozyten durch die engen Fil- terporen auftretenden hohen Scherkräfte und die daraus resultierende Hämolyse Meßfehler verursacht werden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun- de, die Abtrennung von Partikeln aus einer Dispersion un- ter möglichst weitgehender Vermeidung der vorstehend ge- schilderten Nachteile mit einem Trennmodul zu ermögli- chen, das einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Das Trennmodul soll vorzugsweise ein zur einmaligen Verwendung vorgesehenes sogenanntes"Disposable"sein und sich insbesondere zur Erzeugung kleiner Plasmamengen (we- niger als 10 jul, insbesondere weniger als 5 yl) für mi- niaturisierte Tests eignen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Abtrennen von Partikeln aus einer fluiden Dispersion, insbesondere zum Abtrennen von korpuskulären Bestandteilen aus biolo- gischen Proben, vor allem aus Blut, mittels eines Trenn- moduls mit einem Substrat mit Strömungskanälen, umfassend einen Zuflußkanal zum Zuführen der Dispersion zu einer Verzweigung, einen ersten Abflußkanal zum Ableiten von Fluid mit verminderter Partikelkonzentration von der Ver- zweigung weg und einen zweiten Abflußkanal zum Ableiten von Fluid mit erhöhter Partikelkonzentration von der Ver- zweigung weg, wobei das Fluid in dem zweiten Abflußkanal so viel schneller als in dem ersten Abflußkanal strömt, daß die dispergierten Partikel an der Verzweigung auf- grund der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeit be- vorzugt in dem zweiten Abflußkanal weiterströmen.

Die bisher für die Zwecke der Erfindung verwendeten Fil- trationsverfahren basieren auf sterischer Selektion, also darauf, daß die abzutrennenden Partikel zurückgehalten werden, weil die Poren des Filtermediums kleiner als der Durchmesser der Teilchen sind. Um auf diese Weise Erythrozyten zuverlässig abzutrennen, darf der Poren- durchmesser des Filtermediums (insbesondere wegen der leichten Deformierbarkeit der Erythrozyten) höchstens et- wa 1 Mm betragen.

Bei der Erfindung basiert die Selektion auf einem völlig anderem Prinzip : Unterschiedliche lokale Teilchenströ- mungsgeschwindigkeiten in verschiedenen Strompfaden des Flüssigkeitsstroms in dem Trennmodul führen zu Schubspan- nungen, die bewirken, daß die Partikel an der Verzweigung bevorzugt in den zweiten Abflußkanal mit der höheren Strömungsgeschwindigkeit weiterströmen. Der erste Abfluß- kanal mit der geringeren Strömungsgeschwindigkeit enthält eine verminderte Partikelkonzentration.

Durch die Erfindung werden eine Vielzahl wichtiger Vor- teile erreicht : - Da die Abtrennung der Partikel nicht auf einer steri- schen Selektion basiert, kann die kleinste Dimension der Abflußkanäle größer als der Partikeldurchmesser sein. Beispielsweise haben die Strömungskanäle eines für die Plasmagewinnung aus Vollblut geeigneten Trenn- moduls vorzugsweise eine kleinste Querschnittsdimen- sion von mindestens 5 Mm und höchstens 150 ym, wobei Werte von weniger als 100 pm, insbesondere weniger als 50 Mm besonders bevorzugt sind. Damit besteht im Ge- gensatz zu den vorbekannten Filtrationsverfahren prak- tisch kein Risiko der Verstopfung eines Filtermediums.

Dieser Vorteil wird noch dadurch verstärkt, daß kei-

nerlei fasrige Materialien verwendet werden müssen, die zusätzliche Verstopfungsrisiken bergen.

Erfindungsgemäß kann Blut (oder eine andere Disper- sion) kontinuierlich über lange Zeiträume behandelt werden. Das Trennmodul kann deshalb für die kontinu- ierliche Gewinnung (praktisch) partikelfreier Filtrate oder auch für die kontinuierliche Partikelanreicherung aus Dispersionen eingesetzt werden.

Die Fertigung ist relativ einfach und zu günstigen Ko- sten möglich. Im Vergleich zu vorbekannten Filtra- tionsverfahren entfällt die Fertigung und Integration eines Filtermediums in das Trennmodul. Im Vergleich zu dem in dem US-Patent 5,922, 210 beschriebenen Mikrofil- ter ist die Fertigung wesentlich einfacher, weil die in dem Chip integrierten Strömungskanäle vergleichs- weise große Dimensionen haben. Derartige Kanalstruktu- ren können kostengünstig in Großserien hergestellt werden. Insbesondere eignet sich ein Verfahren, bei dem zunächst auf photolithographischem Wege ein Master hergestellt wird. Von diesem Master läßt sich eine Form gewinnen, mit der wiederum Produktchips durch Pressen oder Spritzgießen hergestellt werden (Bei- spiel : Herstellung von CDs). Kleinere Stückzahlen kön- nen durch Laserablation produziert werden.

Für die Herstellung ist vorteilhaft, daß die Erfindung keine unterschiedlich tiefen Strukturen erfordert.

Vorzugsweise sind mindestens beide Abflußkanäle, be- sonders bevorzugt sämtliche Strömungskanäle, gleich tief. Sie können auf einfache Weise in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden.

Das in den Strömungskanälen des Trennmoduls befindli- che Totvolumen ist sehr gering. Die Erfindung ermög- licht es deshalb, aus einem sehr kleinen Probenvolumen ein ausreichend großes Volumen an Plasma zu gewinnen.

Das erfindungsgemäße Trennmodul kann weitergehend mi- niaturisiert werden als ein System, das ein Filter- medium und Ableitungskanäle enthält, ohne daß sich da- durch die Effizienz der Trennung oder der Durchsatz verringern. Auch dies reduziert die Kosten.

Das Trennmodul kann einfach in ein System, insbeson- dere ein Analysesystem integriert werden. Im Rahmen analytischer Mikrosysteme besteht beispielsweise die Möglichkeit einer"planaren Integration", wobei für die Analyse notwendige Reagenzien und Flüssigkeitsbe- handlungselemente in den gleichen Chip integriert wer- den, in dem sich die Strömungskanäle des Trennmoduls befinden. Es ist jedoch auch eine konventionelle An- kopplung an ein Analysesystem über Schlauchleitungen mit geringem Totvolumen möglich.

Die der Erfindung zugrundeliegenden physikalischen Effek- te lassen sich teilweise auf Basis von experimentellen Untersuchungen des Strömungsverhaltens von Blut im Kapil- larsystem des Körpers und hierauf basierenden theoreti- schen Überlegungen erklären. Die vorliegenden Erkenntnis- se sind beispielsweise in einem Review-Artikel von A. R.

Pries et al. "Biophysical aspects of blood flow in the microvasculature", Cardiovascular Research 32, 1996, 654- 667 zusammengefaßt. Dort wird unter anderem berichtet, daß an Verzweigungen der das Blut im Körper transportie- renden Kapillargefäße der Hämatocrit (Gehalt an roten Blutkörperchen) in einem Tochtergefäß mit geringerem Blutstrom in der Regel niedriger als in einem Tochterge- fäß mit höherem Blutstrom ist. Es wird erörtert, daß sich diese Phasenseparation wegen der zahlreichen Einflußgrö- ßen und der in mehrerlei Hinsicht nichtlinearen Abhängig- keit des Blutstromes von diesen Einflußgrößen nur unzu- reichend theoretisch beschreiben läßt. Im einzelnen wer- den der"plasma skimming effect", der"network Fahraeus

effectW'und der"pathway effect"als physikalische Prin- zipien, die die Phasenseparation in kapillaren Blutgefä- ßen bestimmen, diskutiert. Einer dieser Effekte, nämlich der network Fahraeus effect, beschreibt die Tendenz roter Blutkörperchen, an einer Verzweigung bevorzugt dem Strö- mungsweg mit der höheren Flußrate (und damit zusammenhän- gend der höheren Strömungsgeschwindigkeit) zu folgen.

Nach dem Kenntnisstand der Erfinder ist davon auszugehen, daß dieses Prinzip die Funktion des erfindungsgemäßen Trennmoduls im wesentlichen erklärt. Allerdings konnte nicht erwartet werden, daß tatsächlich eine nahezu voll- ständige Plasmaseparation mit einfach realisierbaren Mit- teln in einem praktisch nutzbaren Umfang erreicht werden könnte. Dies wird auch dadurch bestätigt, daß die grund- sätzlichen Kenntnisse über die Phasenseparation an Kapil- larverzweigungen schon sehr lange bekannt sind. Bei- spielsweise werden in dem zitierten Review-Artikel expe- rimentelle In-Vitro-Untersuchungen von 1964 und In-Vivo- Studien von 1970 zitiert.

Die Eignung dieses Prinzips zur Plasmaseparation war auch deshalb nicht zu erwarten, weil in den natürlichen Kapil- laren keine weitgehende oder sogar vollständige Trennung zu beobachten ist. Im Gegenteil ist die Funktion des menschlichen Körpers davon abhängig, daß auch in den feinsten Kapillaren noch eine so hohe Konzentration an Erythrozyten vorhanden ist, daß die Sauerstoffversorgung gesichert ist. Die Verhältnisse sind auch insofern grund- sätzlich verschieden, als im lebenden Körper ein Netzwerk aus Adern mit elastischen Wänden mit im Rhythmus des Blutpulses stark schwankenden Strömungsgeschwindigkeiten durchströmt wird, während die Flüssigkeit in einem Trenn- modul mit konstanter Geschwindigkeit zwischen starren Wänden strömt.

Den Publikationen über das Strömungsverhalten in Blutka- pillaren ist selbstverständlich keinerlei Hinweis darüber zu entnehmen, daß und auf welche Weise ein für praktische Zwecke brauchbares Trennmodul hergestellt werden könnte.

Von besonderer Bedeutung für den praktischen Erfolg der Erfindung ist eine bevorzugte Ausführungsform, gemäß der die Tiefe mindestens des Zuflußkanals, bevorzugt auch des ersten Abflußkanals und besonders bevorzugt sämtlicher Strömungskanäle, mindestens auf deren unmittelbar an die Verzweigung angrenzenden Kanalabschnitt größer als die Kanalbreite ist. Diese bevorzugte Ausführungsform hängt mit der Tatsache zusammen, daß die Funktion hinsichtlich der Abtrennung der Partikel im wesentlichen durch die Breite der Kanäle in der unmittelbaren Nachbarschaft der Verzweigung bestimmt ist. Durch eine im Verhältnis zu der Breite große Tiefe kann die Trennleistung (pro Zeitein- heit getrenntes Flüssigkeitsvolumen) ohne Beeinträchti- gung der Funktion erhöht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dargestellten und beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden, um bevor- zugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Es zei- gen : Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Trennmoduls Fig. 2-4 nicht maßstäbliche Querschnittsdarstellungen entlang den Schnittlinien A bis C von Fig. 1 Fig. 5 eine schematische zeichnerische Wiedergabe des an einer Verzweigung mittels Videodarstellung visuell beobachtbaren Trenneffektes

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Trenneffektes von der Relation der lokalen Strömungsgeschwindigkeit in den Abflußkanälen Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Trennmoduls Fig. 8 und 9 nicht maßstäbliche Querschnittsdarstel- lungen entlang den Schnittlinien A und B von Fig. 7 Fig. 10 eine nicht maßstäbliche perspektivische Dar- stellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trennmoduls und Fig. 11 eine schematische Aufsicht auf ein Analyseele- ment mit einer planaren Integration eines er- findungsgemäßen Trennmoduls.

Das in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Trennmodul 1 be- steht im wesentlichen aus einem Kanalteil 2 mit Strö- mungskanälen 3 und einem Deckelteil 4. Bei der Herstel- lung des Kanalteils 2 werden in einem scheibenförmigen Substrat 5, beispielsweise mittels eines der oben erwähn- ten Verfahren, die Strömungskanäle 3 in Form mikrosko- pisch kleiner nutenförmiger Vertiefungen in einer Ober- fläche 6 des Substrat 5 erzeugt.

Die Kanäle sind in den Figuren, vor allem in den Figuren 2 und 4 in stark übertriebener Größe dargestellt. Typi- scherweise liegt ihre Breite b unter 150 Am, wobei sich speziell für die Plasmagewinnung insbesondere Kanalbrei- ten von weniger als 100 ym, bevorzugt weniger als 50 ym, bewährt haben. Andererseits liegen die bevorzugten Dimen- sionen so weit über dem Wellenlängenbereich von sichtba- rem Licht, daß die erforderlichen Strukturen in der Ober- fläche 6 des Substrats 5 problemlos mittels photolitho- graphischer Verfahren erzeugt werden können, wie sie von

der Herstellung elektronischer Chips bekannt sind. Bevor- zugt beträgt die Breite b der Kanäle mindestens etwa 5 Um.

Über einen Einlaß 8 wird Vollblut (oder eine andere Dis- persion, aus der Partikel abgetrennt werden sollen) in das Trennmodul 1 eingespeist und über einen Zuflußkanal 9 einer Verzweigung 10 zugeführt, an der sich der Flüssig- keitsstrom in einen ersten Abflußkanal 11 und in einen zweiten Abflußkanal 12 verzweigt. Die in den Abflußkanä- len 11 und 12 strömende Flüssigkeit wird über Auslässe 14 bzw. 15 aus dem Trennmodul 1 entnommen. Die Ein-bzw.

Auslässe werden im dargestellten Fall von in dem Deckel- teil 4 vorhandenen Bohrlöchern 16 gebildet, an die geeig- nete Leitungen, wie beispielsweise Kunststoffschläuche angeschlossen werden können.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß die Flüssigkeit in dem zweiten Abflußkanal 12 soviel schneller als in dem ersten Abflußkanal 11 strömt, daß an der Verzweigung 10 die dispergierten Partikel aufgrund der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeit bevorzugt in dem zweiten Abfluß- kanal weiterströmen.

Im Falle der Behandlung von Blut enthält der erste Ab- flußkanal 11 Plasma mit einer (in Abhängigkeit von den Verfahrensbedingungen) mehr oder weniger geringen Rest- konzentration an Blutkörperchen. Er wird deshalb nachfol- gend als Plasmakanal bezeichnet. Der zweite Kanal 12 (mit der höheren Strömungsgeschwindigkeit) enthält eine im Vergleich zum Ausgangsblut erhöhte Konzentration an Blut- körperchen. Da diese Flüssigkeit für analytische Zwecke nicht gebraucht wird, wird er nachfolgend als Waste-Kanal bezeichnet. Diese Kurzbezeichnungen dürfen aber nicht als

Beschränkung des Anwendungsgebietes der Erfindung ver- standen werden.

Zum einen muß der"Plasmakanal"nicht reines Plasma enthalten. Bei der Erprobung der Erfindung wurde festgestellt, daß eine einzige Verzweigung ausreichen kann, um ein für analytische Zwecke ausreichend rei- nes"analytisches Plasma"zu gewinnen. Die in dem er- sten Abflußkanal strömende Flüssigkeit enthält jedoch in der Regel eine geringe Restkonzentration an Blut- körperchen.

Zum zweiten gibt es Anwendungsgebiete der Erfindung, bei denen der Zweck der Abtrennung der Partikel nicht (wie bei der Plasmagewinnung) in der Reinigung der Trägerflüssigkeit der Dispersion liegt, sondern das Ziel ein Konzentrat der dispergierten Partikel ist.

In diesem Fall enthält der erste Abflußkanal mit der höheren Strömungsgeschwindigkeit (der im Falle der Plasmagewinnung den Waste-Kanal bildet) nicht einen Abfall (waste), sondern das gewünschte Produkt.

Die Strömungsgeschwindigkeiten in den Abflußkanälen 11 und 12, ihre Relation zueinander und der damit verbundene Trenneffekt werden von einer Mehrzahl von Einflußfaktoren bestimmt, die sich in folgende Gruppen einteilen lassen : a) Strömungswiderstand Wenn alle anderen Einflußfaktoren für beide Abflußka- näle 11,12 gleich sind, ist die mittlere Durchfluß- rate umgekehrt proportional zu dem Strömungswider- stand der Kanäle.

b) Druckverhältnisse an den Ein-und Auslässen Der Druck an dem Einlaß 8 beeinflußt die Strömungsge- schwindigkeit in den Abflußkanälen 11,12 (bei glei- chen Druckverhältnissen an den Auslässen 14,15) im wesentlichen proportional ohne ihre Relation zueinan- der zu verändern. Hingegen können unterschiedliche Druckverhältnisse an den Auslässen einen großen Ein- fluß auf die Relation der Strömungsgeschwindigkeiten haben.

Wenn es bei einem bestimmten Anwendungsfall technisch möglich und wirtschaftlich vertretbar ist, an minde- stens einen der Auslässe 14,15 eine Pumpe mit exak- ter Pumprate anzuschließen, kann die Strömungsge- schwindigkeit in den Abflußkanälen 11,12 über diese Pumprate eingestellt werden. Im Falle miniaturisier- ter Analyseelemente ist der Anschluß einer Pumpe in der Regel nicht möglich oder zumindest zu aufwendig.

In diesem Fall können jedoch die Druckverhältnisse an den Auslässen 14,15 dadurch beeinflußt werden, daß sich dort Materialien befinden, die die Flüssigkeit durch Kapillarkräfte aufsaugen und dadurch die Strö- mung in dem vorausgehenden Abflußkanal beschleunigen oder einen zusätzlichen Strömungswiderstand bilden und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit vermindern. c) Viskosität der Flüssigkeit Wenn die Viskosität in den Strömungskanälen unter- schiedlich ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit hiervon beeinflußt. Beispielsweise ist im Falle der Plasmagewinnung die Viskosität der Flüssigkeit in dem Plasmakanal 11 niedriger als in dem Waste-Kanal 12.

Dies führt-bei sonst gleichen Bedingungen-zu ei- ner relativen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in dem Plasmakanal 11. d) Geschwindigkeitsprofil über den Kanalquerschnitt Für den Trenneffekt ist nicht die mittlere Strömungs- geschwindigkeit der Flüssigkeit in den Strömungskanä- len (Volumenstrom pro Querschnittfläche und pro Zeiteinheit) entscheidend, sondern das lokale Ge- schwindigkeitsprofil im Bereich der Verzweigung. Es hängt in komplizierter Weise von verschiedenen Ein- flußfaktoren, darunter der genauen Kanalgeometrie, dem Material der Kanalwände und der Viskosität der Flüssigkeit ab.

Wegen der Vielzahl dieser Einflußgrößen ist es nicht mög- lich, für alle Anwendungsfälle eine allgemeinverbindliche Regel für die Dimensionierung der Strömungskanäle 3 anzu- geben. Sie muß im Einzelfall experimentell festgelegt werden. Dennoch können auf Basis der experimentellen Er- probung der Erfindung folgende Angaben über vorteilhafte Dimensionierungsregeln gemacht werden : Wie bereits erwähnt sind die Tiefen t der Kanäle 9,11, 12 mindestens in den an die Verzweigung 10 unmittelbar angrenzenden Kanalabschnitten größer als die Breite b.

Vorzugsweise beträgt das Aspektverhältnis A (Verhältnis der Kanaltiefe t zu der Kanalbreite b : A = t/b) minde- stens A = 3, vorzugsweise mindestens A = 5, besonders be- vorzugt mindestens A = 7. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Tiefen mindestens des Zu- flußkanals 9 und des Plasmakanals 11 in dem jeweils un- mittelbar an die Verzweigung 10 angrenzenden Kanalab- schnitt gleich groß sind. Besonders bevorzugt gilt dies

für alle an die Verzweigung angeschlossenen Kanäle 9,11, 12.

Wie ebenfalls bereits erwähnt beträgt die kleinste Quer- schnittsdimension des Plasmakanals mindestens 5 ym und höchstens 150 ymt wobei Werte kleiner als 100 Um, insbe- sondere kleiner als 50 ym, besonders bevorzugt sind.

Der Strömungswiderstand des Plasmakanals 11 sollte in der Regel höher als der Strömungswiderstand des Waste-Kanals 12 sein. Bevorzugt wird dies zumindest teilweise dadurch bewirkt, daß der Plasmakanal länger als der Waste-Kanal ist. Dies ist vorteilhaft, weil sich der Strömungswider- stand der Abflußkanäle 11,12 leichter und präziser durch eine entsprechende Einstellung von deren Länge als mit- tels einer entsprechenden Dimensionierung des Quer- schnitts einstellen läßt.

Im Hinblick auf eine einfache Herstellung und präzise Funktion ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Tiefe t der Abflußkanäle 11,12 mindestens auf einem Teil ihrer Länge, bevorzugt auf ihrer gesamten Länge, gleich ist.

Vorzugsweise stimmt auch die Tiefe des Zuflußkanals 9 mit der (gleichen) Tiefe der Abflußkanäle 11,12 überein.

Die Strömungskanäle 3 sind vorzugsweise über nahezu ihre gesamte Länge gleich breit, wobei es sich aber als vor- teilhaft erwiesen hat, wenn mindestens der Zuflußkanal 9 und der Waste-Kanal 12 im Bereich des Einlasses 8 bezie- hungsweise des Auslasses 15 so gestaltet sind, daß schar- fe Ecken, durch die Erythrozyten beschädigt werden könn- ten, vermieden werden. In Fig. 1 ist in diesem Bereich ein schräger Verlauf der Wände der genannten Kanäle 9 und 12 angedeutet.

Im Hinblick auf eine einfache Herstellung ist es zweckmä- ßig, wenn mindestens die beiden Abflußkanäle 11,12, vor- zugsweise auch der Zuflußkanal gleich breit sind.

Im Rahmen der experimentellen Erprobung der Erfindung wurde das Strömungsverhalten von Erythrozyten mit Hilfe eines auf die Verzweigung gerichteten Mikroskops und Vi- deoaufzeichnung beobachtet. Eine schematische zeichne- rische Darstellung eines typischen Bildes zeigt Fig. 5.

Abweichend von dem Trennmodul gemäß den Figuren 1 bis 4 wurde dabei eine Anordnung gewählt, bei der der Plasmaka- nal 11 in gerader Fortsetzung des Zuflußkanals 9 ver- läuft, während der Waste-Kanal 12 rechtwinklig von dieser Linie abzweigt. Die Darstellung zeigt, daß der der Erfin- dung zugrundeliegende Effekt im wesentlichen unabhängig davon ist, in welcher Richtung die Abflußkanäle 11,12 von dem Zuflußkanal 9 abzweigen. Die Erythrozyten 18 fol- gen zum größten Teil dem Strompfad mit der größeren Strö- mungsgeschwindigkeit, obwohl sie dabei ihre Strömungs- richtung ändern müssen.

Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung experimenteller Daten, die die Abhängigkeit des Trenneffektes von der Re- lation der Strömungsgeschwindigkeit in den Abflußkanälen verdeutlicht. Sie wurden mit einem Trennmodul entspre- chend Fig. 1 gewonnen, wobei der Zuflußkanal 9 und der Waste-Kanal 12 jeweils 32 ym breit und 32 Mm tief waren.

Der Plasmakanal 11 war 16 Mm breit und 32 Mm tief. Der Fluß pro Zeiteinheit in dem Zuflußkanal 9 lag im Bereich zwischen 0,01 und 0,5 yl/min. Auf der Abszisse ist die Relation der Strömungsgeschwindigkeit v ? in dem Plasmaka- nal 11 zu der Strömungsgeschwindigkeit vp in dem Zufluß- kanal (F für"feed channel") aufgetragen. Die Ordinate zeigt die entsprechende Relation der Teilchenzahlen Np zu NF. Die Experimente wurden mit im Verhältnis 1 : 5 verdünn-

tem Blut durchgeführt, um die Erythrozyten besser erkenn- bar zu machen. Die Geschwindigkeiten v ? und VF wurden aus der Videobeobachtung der im zentralen Strompfad strömen- den Erythrozyten abgeleitet. Auch die Teilchenzahlen wur- den aus den Videodaten bestimmt.

Man erkennt, daß der Trenneffekt mit abnehmendem Ge- schwindigkeitsverhältnis VP/VF rasch besser wird. Bei ei- nem Geschwindigkeitsverhältnis von 0,75 strömen noch etwa 25 % der ursprünglichen Erythrozytenzahl in dem Plasmaka- nal. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit im Plasmakanal we- niger als etwa ein Viertel der Strömungsgeschwindigkeit im Zuflußkanal beträgt, wird eine ausgezeichnete Reinheit des Plasmas in dem Plasmakanal erreicht.

Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine Ausführungsform eines Trennmoduls, bei dem in den Strömungskanälen, die von dem Einlaß 8 zu dem Plasma-Auslaß 14 führen zwei Verzweigun- gen 10 und 20 derartig hintereinander angeordnet sind, daß durch einen zweistufigen Trennprozeß der Gesamt-Tren- neffekt verbessert wird. Dies läßt sich dadurch errei- chen, daß-wie dargestellt-der von der ersten Verzwei- gung 10 ausgehende Plasmakanal zu einer weiteren Verzwei- gung 20 führt, so daß er für die weitere Verzweigung 20 einen Zuflußkanal bildet und von der weiteren Verzweigung 20 ein weiterer Plasmakanal 21 und ein weiterer Waste- Kanal 22 abzweigen, wobei der Plasmakanal 21 zu dem Plas- maauslaß 14 und der Waste-Kanal 22 zu einem zweiten Wa- ste-Auslaß 23 führt. Auch in diesem Fall sind die Dimen- sionen der Abflußkanäle und die Betriebsbedingung so ge- wählt, daß die Flüssigkeit in dem weiteren Waste-Kanal 22 soviel schneller als in dem weiteren Plasmakanal 21 strömt, daß an der zweiten Verzweigung 20 eine Trennung in einem Flüssigkeitsstrom mit höherer Partikelkonzentra- tion (Waste-Kanal 22) und in einem Flüssigkeitsstrom mit

niedrigerer Partikelkonzentration (Plasmakanal 21) statt- findet.

Falls auch die mit einem zweistufigen Trennprozeß er- reichbare Reinheit des Plasmas nicht ausreichen sollte, kann das Trennverfahren mittels eines entsprechend abge- wandelten Trennmoduls auch drei-oder mehrstufig durchge- führt werden. Ein hierfür geeigneter (nicht dargestell- ter) Trennmodul weist eine Folge von Verzweigungen auf, deren jeweiliger Zuflußkanal von dem Plasmakanal der vor- ausgehenden Verzweigung gebildet wird, wobei an jeder dieser Verzweigungen die erläuterten Strömungs- geschwindigkeitsverhältnisse eingehalten werden.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform eines Trennmoduls 1, bei der eine erhöhte Trennleistung dadurch erreicht wird, daß eine Folge von Verzweigungen 25 derartig hintereinan- der angeordnet ist, daß jeweils der Waste-Kanal der vor- ausgehenden Verzweigung den Zuflußkanal der nachfolgenden Verzweigung bildet. Die von den Verzweigungen 25 abzwei- genden Plasmakanäle 27 führen in eine gemeinsame Sammel- leitung 28 und von dort zu dem Plasmaauslaß 14. Im darge- stellten Fall ist eine derartige Anordnung symmetrisch zweifach vorhanden, wobei das Blut durch Einlässe 8a und 8b in den ersten Zuflußkanal 9a bzw. 9b eingespeist wird.

Von dort strömt es längs eines Kanals 26a bzw. 26b, des- sen zwischen den Verzweigungen 25 liegende Teilabschnitte jeweils den Waste-Kanal der vorausgehenden Verzweigung und den Zuflußkanal der nachfolgenden Verzweigung bilden.

Der erfindungsgemäße Trenneffekt führt dazu, daß in die- sen Kanälen 26a und 26b die Konzentration der Erythro- zyten ständig zunimmt. Um dennoch eine gleichbleibende Plasmaqualität zu erreichen, sind die Plasmakanäle (im dargestellten Fall hinsichtlich ihrer Länge) so dimensio- niert, daß die Strömungsgeschwindigkeit der darin trans-

portierten Flüssigkeit in der Richtung abnimmt, in der die an der jeweiligen Verzweigung zugeführte Erythro- zytenkonzentration zunimmt.

Fig. 11 zeigt eine mögliche Konzeption, gemäß der ein Trennmodul 1 gemeinsam mit anderen für eine Analyse er- forderlichen modularen Elementen planar in einen Analy- sechip 31 integriert ist. Dabei ist der Einlaß des Trenn- moduls 1 mit einem Blutreservoir 32 verbunden. An mehrere Auslässe des Trennmoduls 1 sind Testmodule 33 bis 38 an- geschlossen, die zur Bestimmung unterschiedlicher Ana- lyten oder beispielsweise auch zur genaueren Analyse un- terschiedlicher Konzentrationsbereiche des gleichen Ana- lyten dienen können. Schließlich ist in den Analysechip 31 ein Waste-Behälter 40 integriert, in den die Flüssig- keit aus einem oder mehreren Waste-Auslässen des Trennmo- duls 1 geleitet wird.

Wie erwähnt wurde in den vorstehenden Erläuterungen le- diglich beispielhaft und ohne Beschränkung der allge- meinen Anwendbarkeit der Erfindung auf die Abtrennung von Blutkörperchen aus Blut zur Gewinnung von Plasma Bezug genommen. Die Erläuterungen gelten sinngemäß auch für an- dere Anwendungsfälle, wobei in diesem Fall der Begriff "Plasmakanal"durch"erster Kanal", der Begriff"Waste- Kanal"durch"zweiter Kanal", der Begriff"Waste"durch "Flüssigkeit mit erhöhter Partikelkonzentration und der Begriff"Plasma"durch"Flüssigkeit mit verminderter Par- tikelkonzentration"ersetzt werden müssen.