Mikrofluidisches System mit einer Kanalaufweitung

Die Erfindung betrifft ein mikrofluidisches System, insbeson¬ dere für einen Zellsortierer, mit einem Trägerstromkanal zur Aufnahme eines Trägerstroms mit darin suspendierten Partikeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges mikrofluidisches System ist beispielsweise aus DE 103 20 956 Al bekannt und kann in einem Zellsortierer ein¬ gesetzt werden, um biologische Zellen zu untersuchen und die Zellen in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Untersuchung in einen von mehreren Ausgangskanälen zu sortieren. Hierzu weist das bekannte mikrofluidische System einen Trägerstromkanal zur Aufnahme eines Trägerstroms mit darin suspendierten Par ^¬ tikeln auf, wobei der Trägerstromkanal in mehrere Ausgangska- näle verzweigt, in die die biologischen Zellen sortiert wer ^¬ den. Darüber hinaus ist in dem Trägerstromkanal eine Messsta ^¬ tion angeordnet, welche die suspendierten biologischen Zellen untersucht, indem beispielsweise eine Durchlichtmessung, eine Fluoreszenzmessung oder eine Impedanzspektroskopie durchge- führt wird. Es ist jedoch auch möglich, dass die Messstation die Deformation der suspendierten Partikel oder deren Rotati¬ onsgeschwindigkeit oder eine elektrische oder magnetische Größe misst. Die Untersuchung der suspendierten biologischen Zellen in der Messstation setzt hierbei voraus, dass die zu untersuchenden biologischen Zellen während der Untersuchung räumlich fixiert oder zumindest stark gebremst sind. Das be ^¬ kannte mikrofluidische System weist deshalb zur Fixierung der zu untersuchenden biologischen Zellen in dem Trägerstromkanal einen Feldkäfig auf, der aus einer dielektrophoretisch wir-

kenden Elektrodenanordnung besteht und die in dem Trägerstrom suspendierten biologischen Zellen bei einer geeigneten elekt¬ rischen Ansteuerung festhält, damit die Messstation die Zel¬ len im ruhenden Zustand untersuchen kann.

Nachteilig an dem vorstehend beschriebenen bekannten mikro- fluidischen System ist der quantitativ unbefriedigende Durch¬ satz bzw. die hohe Belastung der biologischen Zellen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Durch ^¬ satz von biologischen Zellen bei einem derartigen mikroflui- dischen System zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes mikrofluidi- sches System gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der neu gewonnenen Erkenntnis, dass der Durchsatz von biologischen Zellen bei dem eingangs be¬ schriebenen bekannten mikrofluidischen System zum einen durch die maximal zulässige Detektionsgeschwindigkeit der Messsta ^¬ tion und zum anderen durch die maximal zulässige elektrische Ansteuerung des Feldkäfigs begrenzt wird.

Zur Durchführung einer Untersuchung in der Messstation dürfen die suspendierten biologischen Zellen nämlich eine bestimmte Fließgeschwindigkeit nicht überschreiten. Der Feldkäfig bremst die biologischen Zellen deshalb von der normalen Fließgeschwindigkeit in dem Trägerstromkanal so weit ab, dass die Fließgeschwindigkeit der zu untersuchenden Zellen unter die maximal zulässige Detektionsgeschwindigkeit der Messsta ^¬ tion absinkt.

Diese Abbremsung der zu untersuchenden Zellen ist jedoch nur beschränkt möglich, da die an den Feldkäfig zum Abbremsen

bzw. Festhalten der Zellen angelegte elektrische Spannung nicht beliebig erhöht werden kann, da die Zellen ansonsten thermisch oder elektrisch geschädigt werden können.

Der quantitative Durchsatz lässt sich deshalb durch eine Er ^¬ höhung der Strömungsgeschwindigkeit in dem Trägerstromkanal nur so weit anheben, bis trotz maximaler zulässiger elektri¬ scher Ansteuerung des Feldkäfigs die maximal zulässige Detek- tionsgeschwindigkeit der Messstation erreicht ist.

Die Erfindung umfasst deshalb die allgemeine technische Leh ^¬ re, dass der Trägerstromkanal auf einem Teil seiner Länge ei ^¬ ne Kanalaufweitung mit einem erweiterten Kanalquerschnitt aufweist. Die Kanalaufweitung führt entsprechend dem Verhält- nis der Kanalquerschnitte vor der Kanalaufweitung und in der Kanalaufweitung zu einer entsprechenden Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch die Abbremsung der zu un ^¬ tersuchenden Zellen durch den Feldkäfig unterstützt oder so¬ gar ersetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Kanalaufweitung des Trägerstromkanals bietet den Vorteil, dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem Trägerstromkanal außerhalb der Kanalaufweitung und damit auch der quantitative Durchsatz von biologischen Zellen oder sons- tigen Partikeln erhöht werden kann, ohne dass die zu untersu ^¬ chenden Partikel an der Messstation die maximale Detektions- geschwindigkeit überschreiten.

Ein weiterer Vorteil der Kanalaufweitung besteht darin, dass der Feldkäfig bzw. die Messstation weiter vom Kanalrand ent ^¬ fernt angeordnet sein kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei hochaufgelösten Fluoreszenzmessungen, die von fluoreszie¬ renden Kanalmaterialien bzw. Klebern behindert werden können.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Bereich der Kanalaufweitung mindestens eine Messstation ange¬ ordnet, um die in dem Trägerstrom suspendierten Zellen oder sonstige Partikel zu untersuchen. Die Messstation an sich kann in herkömmlicher Weise ausgebildet sein, wie beispiels ^¬ weise in der bereits eingangs zitierten Offenlegungsschrift DE 103 20 956 Al beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Veröffentlichung hinsichtlich der Ausbildung und der Funktion der Messstation der vorliegenden Beschreibung in vollem Um- fang zuzurechnen ist.

Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass im Bereich der Kanalaufweitung mindestens eine Manipula ^¬ tionseinrichtung angeordnet ist, um die suspendierten Parti- kel zu manipulieren, wobei die verringerte Strömungsgeschwin¬ digkeit im Bereich der Kanalaufweitung die Manipulation der suspendierten Partikel erleichtert. Beispielsweise kann im Bereich der Kanalaufweitung als Manipulationseinrichtung eine Sortiereinrichtung (z.B. eine dielektrische Weiche) angeord- net sein, die verschiedene Partikel (z.B. rote und weiße

Blutkörperchen) sortiert. Bei der Manipulationseinrichtung kann es sich auch um eine Halteeinrichtung handeln, welche die suspendierten Partikel bei einer geeigneten Ansteuerung festhält. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Ma- nipulationseinrichtung eine Manipulation im engeren Sinne durchführt, indem die Partikel gestreckt werden oder indem eine Paarbildung (z.B. durch Elektrofusion) erfolgt, was an sich bekannt ist. Die Manipulationseinrichtung kann hierbei beispielsweise ein Laser bzw. eine Laserpinzette oder eine dielektrophoretische Elektrodenanordnung sein.

Die Kanalaufweitung ist hierbei in Strömungsrichtung vorzugs¬ weise auf den Bereich der Messstation bzw. der Manipulations¬ einrichtung beschränkt, da nur dort eine Absenkung der Strö-

mungsgeschwindigkeit erforderlich ist, um eine Untersuchung in der Messstation bzw. eine Manipulation der Partikel zu er¬ möglichen.

Darüber hinaus weist die Messstation in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine vorgegebene, maximal zulässige Detektionsgeschwindigkeit auf, bis zu der die Mess ^¬ station die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel unter¬ suchen kann. Der Trägerstrom weist dagegen eine Fließge- schwindigkeit auf, die im Bereich der Kanalaufweitung unter der maximalen Detektionsgeschwindigkeit und außerhalb der Ka ^¬ nalaufweitung über der maximalen Detektionsgeschwindigkeit liegt. Die Kanalaufweitung führt hierbei also zu einer Absen ^¬ kung der Strömungsgeschwindigkeit bis unter die maximal zu- lässige Detektionsgeschwindigkeit der Messstation, so dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem Trägerstromkanal vor der Kanalaufweitung entsprechend angehoben werden kann, wodurch der quantitative Durchsatz von Partikeln erhöht wird.

Darüber hinaus bietet die Absenkung der Strömungsgeschwindig ^¬ keit im Bereich der Kanalaufweitung die Möglichkeit, dass auf einen Feldkäfig oder eine sonstige Fixierungseinrichtung zum Festhalten der Partikel während der Untersuchung verzichtet werden kann.

Ein großer Vorteil der Verwendung von Mikrokanälen zur Unter¬ suchung biologischer Proben (z.B. Zellen), insbesondere zur Untersuchung von deren Reaktion auf die Zugabe von Agenzien (z.B. pharmazeutisch oder zeildifferenzierend wirkender Sub- stanzen) , besteht darin, dass nur kleinste Volumina benötigt werden. Dies ist von großer Bedeutung beim WirkstoffScree¬ ning. Allerdings stellen die geringen Kanaldimensionen enge Grenzen für die parallele Untersuchung. Werden in einer Ka¬ nalaufweitung mehrere Manipulationselemente untergebracht, in

denen einzelne Zellen bzw. Zellaggregate gehalten werden kön¬ nen, lassen sich die Vorteile der geringen Substanzmengen mit der Parallelisierbarkeit vereinen.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt, bei denen im Bereich der Kanalaufweitung kein Feldkäfig angeordnet ist. Es besteht vielmehr auch die Mög ^¬ lichkeit, dass die Abbremsung bzw. Fixierung der zu untersu ^¬ chenden Partikel während der Untersuchung gemeinsam durch die Kanalaufweitung und einen Feldkäfig erfolgt, wodurch die

Strömungsgeschwindigkeit in dem Trägerstromkanal vor der Ka ^¬ nalaufweitung und damit des Durchsatz von Partikeln noch wei¬ ter gesteigert werden kann.

Der Feldkäfig ist vorzugsweise im Bereich der Messstation an¬ geordnet, um die Partikel für eine Untersuchung durch die Messstation abzubremsen oder sogar zu fixieren.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Feldkäfig mit seinen Elektroden gleichzeitig die Messstation bildet, so dass der Feldkäfig und die Messstation in einem bifunktiona ^¬ len Bauelement integriert sind. Derartige bifunktionale E- lektrodenanordnungen sind beispielsweise in der Patentanmel ^¬ dung DE 10 2004 017 482.2 beschrieben, so dass der Inhalt dieser Patentanmeldung der vorliegenden Beschreibung in vol¬ lem Umfang zuzurechnen ist.

Die vorstehend beschriebene bifunktionale Integration ist nicht auf die Kombination eines dielektrischen Feldkäfigs mit einer Messstation beschränkt. Es ist beispielsweise auch mög ^¬ lich, die Messstation mit einer Manipulationseinrichtung (z.B. einem Laser oder einer Laserpinzette) in einem Bauteil zu integrieren, wobei die Manipulationseinrichtung auch mag¬ netisch arbeiten kann.

Vorzugsweise ist der Kanalquerschnitt des Trägerstromkanals im Bereich der Kanalaufweitung gegenüber dem Bereich außer¬ halb der Kanalaufwertung um 5% bis 400% erweitert, wobei im Rahmen der Erfindung beliebige Zwischenwerte möglich sind und ein Bereich von 10% bis 500%, bevorzugt 10% bis 300%, beson ^¬ ders vorteilhaft ist.

In den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ver- zweigt der Trägerstromkanal in einem stromabwärts hinter der Kanalaufweitung gelegenen Verzweigungsbereich in mehrere Aus¬ gangskanäle, in welche die zu untersuchenden Partikel sor ^¬ tiert werden können. Eine derartige Verzweigung ist bei ^¬ spielsweise aus der bereits eingangs zitierten Offenlegungs- schrift DE 103 20 956 Al bekannt, so dass deren Inhalt hin ^¬ sichtlich der konstruktiven Gestaltung des mikrofluidischen Systems in dem Verzweigungsbereich der vorliegenden Beschrei¬ bung in vollem Umfang zuzurechnen ist.

In dem Verzweigungsbereich ist vorzugsweise eine Sortierein¬ richtung angeordnet, welche die suspendierten Partikel in Ab ^¬ hängigkeit von der Ansteuerung der Sortiereinrichtung in ei¬ nen der Ausgangskanäle sortiert, wobei eine derartige Sor ^¬ tiereinrichtung ebenfalls aus der bereits eingangs zitierten Offenlegungsschrift DE 103 20 956 Al bekannt ist.

Ferner ist in mindestens einem der Ausgangskanäle vorzugswei ^¬ se eine Zentriereinrichtung angeordnet, welche die suspen ^¬ dierten Partikel in dem Ausgangskanal zentriert und dadurch ein schwerkraftbedingtes Absetzen der Partikel in den Aus ^¬ gangskanälen verhindert .

Darüber hinaus mündet vorzugsweise in mindestens einen der Ausgangskanäle mindestens ein Hüllstromkanal, was an sich e- benfalls bekannt ist.

In dem Trägerstromkanal kann sich stromaufwärts vor der Mess ^¬ station eine Halteeinrichtung (engl. "Hook") befinden, welche die suspendierten Partikel in Abhängigkeit von ihrer Ansteue ^¬ rung festhält oder durchlässt. Dies bietet die Möglichkeit, dass die zu untersuchenden Partikel stromaufwärts vor der Messstation festgehalten und der Messstation gezielt zuge¬ führt werden.

Die Sortiereinrichtung (engl. "Switch"), die Zentriereinrich¬ tung (engl. "Funnel"), der Feldkäfig (engl. "Cage") und/oder die Halteeinrichtung (engl. "Hook") weisen hierbei vorzugs¬ weise eine dielektrophoretisch wirkende Elektrodenanordnung auf. Derartige dielektrophoretisch wirkende Elektrodenanord ^¬ nungen sind beispielsweise aus Müller, T. et al. : "A 3-D mic- roelectrode System for handling and caging Single cells and particles", Biosensors and Bioelectronics 14 (1999), 247-256, bekannt, so dass der Inhalt dieser Veröffentlichung der vor¬ liegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.

Anstelle von dielektrophoretisch wirkenden Elektrodenanord- nungen können jedoch im Rahmen der Erfindung auch andere e- lektrokinetische Kräfte ausgenutzt werden, die beispielsweise auf Elektrophorese oder Elektroosmose beruhen. Hierzu kann ein Zusatzkanal vorgesehen sein, der mit dem Trägerstromkanal verbunden ist und im Wesentlichen quer zum Trägerstromkanal verläuft, wobei der Zusatzkanal mit Gleichspannungssignalen zum Ablenken der Partikel beschaltet wird. Darüber hinaus be ^¬ steht auch die Möglichkeit, dass die Partikel magnetisch oder durch Laser (z.B. mittels Laserpinzette) manipuliert werden. Dabei können die einzelnen Partikel auch gestreckt werden,

was beispielsweise in DE 103 52 416 beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Druckschrift der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Sortiereinrich ^¬ tung und/oder die Messstation in dem Trägerstromkanal exzent¬ risch angeordnet ist. Die exzentrische Anordnung der Sortier ^¬ einrichtung vor der Mündungsöffnung eines der Ausgangskanäle bietet die Möglichkeit, dass die zu sortierenden Partikel oh- ne eine aktive Ansteuerung der Sortiereinrichtung selbständig in den jeweiligen Ausgangskanal strömen, so dass die Sortier¬ einrichtung lediglich für eine Sortierung in einen der ande¬ ren Ausgangskanäle aktiv angesteuert werden muss.

Die Kanalaufweitung kann bei dem erfindungsgemäßen mikroflui- dischen System eindimensional sein, indem beispielsweise die lediglich Breite des Trägerstromkanals im Bereich der Kanal ^¬ aufweitung vergrößert wird, während die Höhe des Trägerstrom ^¬ kanals konstant ist.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Kanalaufwei ^¬ tung zweidimensional ist, indem sowohl die Höhe als auch die Breite des Trägerstromkanals im Bereich der Kanalaufweitung vergrößert wird.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße mikro- fluidische System auf einem Chip integriert wird.

Weiterhin kann die Kanalaufweitung auch dadurch erreicht wer- den, dass sich der Trägerstromkanal stromaufwärts vor der Ka ^¬ nalaufweitung in mehrere parallele Teilkanäle verzweigt, die stromabwärts hinter der Kanalerweiterung wieder zusammenge¬ führt sind. Der Gesamtquerschnitt der einzelnen Teilkanäle ist hierbei vorzugsweise größer als der Querschnitt des Trä-

gerstromkanals außerhalb der Kanalerweiterung, so dass auch hierbei die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Kanalauf ^¬ weitung verringert wird.

Ferner besteht die Möglichkeit, dass in dem Trägerstromkanal mehrere Kanalaufweitungen hintereinander angeordnet sind. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn in dem Trä ^¬ gerstromkanal mehrere Messstationen hintereinander angeordnet sind. Die einzelnen Kanalaufweitungen sind dann vorzugsweise jeweils am Ort der Messstationen angeordnet, um dort die

Strömungsgeschwindigkeit der suspendierten Partikel zu ver ^¬ ringern und dadurch eine Messung zu ermöglichen.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass das erfindungs- gemäße mikrofluidische System mehrere parallele oder verzwei ^¬ gende Trägerstromkanäle aufweist, in denen jeweils mindestens eine Kanalaufweitung angeordnet ist.

Ferner ist die erfindungsgemäße Absenkung der Strömungsge- schwindigkeit im Bereich der Kanalaufweitung nicht nur für eine Untersuchung der Partikel sinnvoll, sondern auch für de¬ ren Manipulation, wie beispielweise für eine gezielte Paar ^¬ bildung. Es besteht deshalb im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass im Bereich der Kanalaufweitung eine Manipu- lationseinrichtung angeordnet ist.

Auch ist zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße mikrofluidi- sche System in einem Zellsortierer vorteilhaft eingesetzt werden kann.

Durch eine geeignete Kanalaufweitung kann zudem die Verweil¬ zeit der Mikroobjekte bei unveränderte Pumprate so verlän ^¬ gert/eingestellt werden, wie es im Rahmen einer notwendigen Assayinkubationszeit notwendig ist. Damit ist die Kopplung

von kontinuierlicher Pumprate und diskontinuierlichem Zeitre¬ gime erfolgt .

Weiterhin umfasst die Erfindung auch die neuartige Verwendung eines derartigen mikrofluidischen Systems in der medizini¬ schen oder pharmazeutischen Forschung, in der Diagnostik oder in der forensischen Medizin.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch die Verwendung ei- nes erfindungsgemäßen mikrofluidischen Systems zur Separation verschiedener Zelltypen voneinander, wie insbesondere apopti- scher und nekrotischer Zellen, Zellen mit unterschiedlichen Expressionsmustern und/oder Stammzellen. Ferner können in dem erfindungsgemäßen mikrofluidischen System auch Zellen bzw. allgemein Partikel unterschiedlicher Größe und/oder unter¬ schiedlicher Morphologie sortiert werden.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Partikels allgemein zu verstehen ist und nicht auf einzelne biologische Zellen beschränkt ist.

Vielmehr umfasst dieser Begriff auch synthetische oder biolo¬ gische Partikel, wobei sich besondere Vorteile ergeben, wenn die Partikel biologische Materialien, also beispielsweise biologische Zellen, Zellgruppen, Zellbestandteile oder biolo- gisch relevante Makromoleküle, jeweils ggf. im Verbund mit anderen biologischen Partikeln oder synthetischen Trägerpar¬ tikeln umfassen. Synthetische Partikel können feste Partikel, flüssige, vom Suspensionsmedium abgegrenzte Teilchen oder Mehrphasenpartikel umfassen, die gegenüber dem Suspensionsme- dium in dem Trägerstrom eine getrennte Phase bilden.

Schließlich ist zu erwähnen, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines mikrofluidischen Systems bedeutet, dass der Trägerstromkanal ein Volumen enthält, das Vorzugs-

weise im Milli-, Mikro- oder Nanoliterbereich liegt. Das Vo¬ lumen des Trägerstromkanals kann also bei dem erfindungsgemä ^¬ ßen mikrofluidischen System beispielsweise im Bereich von 0,01 nl bis 10 ml oder in dem engeren Bereich von 1 nl bis 1 ml liegen, wobei beliebige Zwischenwerte möglich sind.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusam¬ men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur IA eine schematische Darstellung eines erfindungsgemä ^¬ ßen mikrofluidischen Systems mit einer Kanalaufwei¬ tung und einem Feldkäfig zur gemeinsamen Abbremsung bzw. Fixierung der zu untersuchenden Partikel,

Figur IB ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfin ^¬ dungsgemäßen mikrofluidischen Systems mit einer Ka¬ nalaufweitung und einem nichtzentralen Feldkäfig zur gemeinsamen Abbremsung bzw. Fixierung der zu untersuchenden Partikel,

Figur 2A ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfin ^¬ dungsgemäßen mikrofluidischen Systems mit einer Ka- nalaufweitung zur Abbremsung der zu untersuchenden

Partikel ohne einen zusätzlichen Feldkäfig, sowie

Figur 2B ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfin ^¬ dungsgemäßen mikrofluidischen Systems mit einer Ka- nalaufweitung zur Fixierung und Beladung der zu un¬ tersuchenden Partikel.

Das mikrofluidische System gemäß Figur IA ist teilweise her ^¬ kömmlich ausgebildet, so dass ergänzend auf die Veröffentli-

chung Müller, T. et al. : "A 3-D microelectrode System for handling and caging Single cells and particles", Biosensors and Bioelectronics 14 (1999), 247-256 sowie auf DE 103 20 956 Al verwiesen wird.

Das mikrofluidische System weist einen Trägerstromkanal 1 auf, in dem ein Trägerstrom mit darin suspendierten Parti¬ keln 2 strömt, was an sich bekannt ist.

In dem Trägerstromkanal 1 befindet sich eine trichterförmige, dielektrophoretisch wirkende Elektrodenanordnung 3, welche die in dem Trägerstrom suspendierten Partikel 2 in dem Trä¬ gerstromkanal 1 zentriert und deshalb auch als "Funnel" be ^¬ zeichnet wird.

Stromabwärts hinter der Elektrodenanordnung 3 befindet sich eine weitere dielektrophoretisch wirkende Elektrodenanord ^¬ nung 4, welche die von der trichterförmigen Elektrodenanord¬ nung 3 zentrierten und aufgereihten Partikel 2 vorübergehend festhalten kann und deshalb und auch als "Hook" bezeichnet wird.

Stromabwärts hinter der hakenförmigen Elektrodenanordnung 4 weist der Trägerstromkanal 1 eine Kanalaufweitung 5 auf, wo- bei der Kanalquerschnitt im Bereich der Kanalaufweitung 5 ge¬ genüber dem Kanalquerschnitt außerhalb der Kanalaufweitung 5 um 50% vergrößert ist. Die Kanalaufweitung 5 bewirkt eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Ka ^¬ nalaufweitung, was für die nachfolgende Untersuchung der Par- tikel 2 wichtig ist, wie nachfolgend noch detailliert be ^¬ schrieben wird.

Im Bereich der Kanalaufweitung 5 befindet sich eine Messsta¬ tion 6, welche die Partikel 2 untersucht. Die Messstation 6

kann hierbei an sich in herkömmlicher Weise ausgebildet sein, wie in den beiden vorstehend erwähnten Veröffentlichungen be¬ schrieben ist, so dass an dieser Stelle auf eine detaillierte Beschreibung der Messstation 6 verzichtet werden kann.

Zu erwähnen ist jedoch, dass die Messstation 6 die Partikel 2 nur dann untersuchen kann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Partikel 2 eine vorgegebene maximal zulässige Detektions- geschwindigkeit nicht überschreitet.

In dem Bereich der Kanalaufweitung 5 ist deshalb zusätzlich eine weitere dielektrophoretisch wirkende Elektrodenanord ^¬ nung 7 angeordnet, die käfigförmig ausgebildet ist und die Partikel 2 bei einer geeigneten elektrischen Ansteuerung di- elektrophoretisch fixieren kann und deshalb auch als "Cage" bezeichnet wird.

Die Kanalaufweitung 5 und die käfigförmige Elektrodenanord ^¬ nung 7 wirken hierbei gemeinsam zusammen mit dem Ziel, die Partikel 2 in dem Trägerstromkanal 1 so weit abzubremsen bzw. festzuhalten, dass die Messstation 6 die Partikel 2 untersu ^¬ chen kann.

Stromabwärts hinter der Kanalaufweitung 5 verzweigt der Trä- gerstromkanal in zwei Ausgangskanäle 8, 9, wobei im Verzwei ^¬ gungsbereich der beiden Ausgangskanäle 8, 9 eine weitere di ^¬ elektrophoretisch wirkende Elektrodenanordnung 10 angeordnet ist, die als Partikelweiche wirkt und deshalb auch als "Switch" bezeichnet wird. Die weichenartige Elektrodenanord- nung 10 sortiert die Partikel 2 in Abhängigkeit von ihrer An ^¬ steuerung und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der durch die Messstation 6 durchgeführten Untersuchung in einen der beiden Ausgangskanäle 8, 9, was an sich bekannt ist.

In dem Ausgangskanal 9 befindet sich hierbei eine weitere trichterförmige, dielektrophoretisch wirkende Elektrodenan¬ ordnung 11, welche die Partikel 2 in dem Ausgangskanal 9 zentriert und dadurch ein schwerkraftbedingtes Absinken der Partikel 2 in dem Ausgangskanal 9 verhindert.

Ferner münden in den Ausgangskanal 9 zwei Hüllstromkanäle 12, 13, was ebenfalls an sich bekannt ist.

Das mikrofluidische System gemäß Figur IB stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur IA dargestell ^¬ ten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung zu Figur IA verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Die Besonderheiten dieses Ausführungsbeispiels bestehen dar ^¬ in, dass sich die Messstation 6 und die käfigförmige Elektro ^¬ denanordnung 7 nicht zentral im Bereich der Kanalaufweitung 5 befinden und zudem die hakenförmige Elektrodenanordnung 4 in Figur IA durch die Elektrodenanordnung 4 mit der Funktion ei¬ ner Partikelweiche (engl. "Switch") ersetzt wurde. Vorteil ^¬ hafterweise können bei beladener Elektrodenanordnung 7 (engl. "Cage") weitere Partikel 2 auf Grund der Kanalaufweitung 5 dicht an der käfigartigen Elektrodenanordnung 7 vorbei in den Ausgangskanal 8 (engl. "Waste") überführt werden, was die Ge ^¬ fahr einer Kanalverstopfung verringert. Außerdem gelangen die Partikel 2, die mittels der Messstation 6 positiv bewertet wurden, ohne zusätzliches Schalten in den gewünschten Aus- gangskanal 9.

Das in Figur 2A dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfin ^¬ dungsgemäßen mikrofluidischen Systems stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur IA dargestellten

Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wie ^¬ derholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung zu Figur IA verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass im Bereich der Kanalaufweitung 5 keine zusätzliche kä¬ figartige Elektrodenanordnung 7 angeordnet ist, so dass die Abbremsung der Partikel 2 für die Untersuchung durch die Messstation 6 alleine durch die Kanalaufweitung 5 bewirkt wird.

Eine weitere Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass sich die Kanalaufweitung 5 im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 über eine wesentlich größe ^¬ re Länge des Trägerstromkanals 1 erstreckt.

Schließlich besteht eine Besonderheit dieses Ausführungsbei ^¬ spiels darin, dass die trichterförmige Elektrodenanordnung 3, die Messstation 6 und die weichenartige Elektrodenanordnung

10 hierbei in dem Trägerstromkanal 1 im Bereich der Kanalauf ^¬ weitung 5 exzentrisch vor der Mündungsöffnung des Ausgangska¬ nals 9 angeordnet sind. Die weichenartige Elektrodenanordnung 10 muss hierbei also nur angesteuert werden, wenn die Parti- kel 2 in den Ausgangskanal 8 sortiert werden sollen, wohinge ^¬ gen die zu sortierenden Partikel 2 ohne eine aktive Ansteue ^¬ rung der weichenartigen Elektrodenanordnung 10 selbständig in den Ausgangskanal 9 strömen.

Das in Figur 2B dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfin ^¬ dungsgemäßen mikrofluidischen Systems stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 2A dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wie ^¬ derholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung zu

Figur 2A verwiesen wird, wobei für entsprechende Bauteile im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass im Bereich der Kanalaufweitung 5 mehrere Elektrodenan¬ ordnungen 7 untergebracht sind, wobei die Elektrodenanordnun¬ gen 7 auch Messstationen umfassen können.

Desweiteren wird anstelle der trichterförmigen Elektrodenan- Ordnung 3 (engl. "Funnel") eine Elektrodenanordnung 3 als

Verteilerelement verwendet, welche das Beladen der Elektro ^¬ denanordnungen 7 ermöglicht .

Zudem mündet zusätzlich zu dem Trägerstromkanal 1 ein zusätz- licher Beladungskanal 1' in der Bereich der Kanalaufwei ^¬ tung 5. In diesem Ausführungsbeispiel können Zellen in den käfigartigen Elektrodenanordnungen 7 (engl. "Cages") zunächst gefangen werden und dann durch geeignete Regulierung der Strömungsverhältnisse in dem Trägerstromkanal 1 bzw. dem Be- ladungskanal 1' einem räumlichen bzw. zeitlichen chemischem Konzentrationsprofil ausgesetzt werden. Dabei kann es sich bspw. um die Zuführung von künstlichen Partikeln, pharmakolo¬ gischen Substanzen, Antikörpern, Viren etc. über den Bela¬ dungskanal 1' handeln. Anschließend kann in Abhängigkeit der Detektion eine Sortierung erfolgen. Dieses Ausführungsbei¬ spiel kombiniert in vorteilhafter Weise den geringen Sub¬ stanzverbrauch bei paralleler Evaluierung im Mikrosystem.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen be- vorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die eben¬ falls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Bezugszeichenliste:

1 Tragerstromkanal

1' Beladungskanal

2 Partikel

3 Elektrodenanordnung

4 Elektrodenanordnung

5 Kanalaufweitung

6 Messstation

7 Elektrodenanordnung

8 Ausgangskanal

9 Ausgangskanal

10 Elektrodenanordnung

11 Elektrodenanordnung

12 Hüllstromkanal

13 Hüllstromkanal