Titel

Vorrichtung zum Abschirmen eines Lichtwegs und Chiplabor-Analysegerät

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.

In-vitro Diagnostik (IVD) ist ein Feld von Medizinprodukten, welche aus humanen Proben spezifische Größen, wie z.B. die Konzentration eines Moleküls, das Vorhandensein einer bestimmten DNA Sequenz oder die Zusammensetzung von Blut, messen und eine Diagnose und Behandlungsentscheid zulassen. Dies geschieht oft in einer Verkettung von mehreren Laborschritten, wobei die Probe so aufbereitet wird, dass die Zielgröße störungsfrei messbar ist. Dabei werden verschiedene Labormethoden angewandt. Für jede Methode existiert dabei ein Gerät. Eine Umsetzung einer solchen Diagnostik greift daher auf ein Arsenal an Laborgeräten zu, welche teuer sind und auch viel Platz benötigen.

Mikrofluidische Systeme, oft als Lab-on-Chip oder nur Chip bezeichnet, eignen sich besonders, um verschiedene biochemische Diagnosemethoden fluidisch zu prozessieren und analysieren.

Chiplabor-Analysegeräte, die auch als Lab-on-chip Geräte bezeichnet werden, sind in der Regel auf eine Messmethode (z.B. PCR (Polymerase chain reaction), Fluoreszenzmessung, pH-Messung) entworfen. Um ein Chiplabor-Analysegerät möglichst universell zu halten und eine allgemeine Testplattform anzubieten, sollten möglichst viele Detektionsmethoden miteinander kombiniert werden. Ein solcher universeller Charakter benötigt allerdings klar definierte Schnittstellen auf kleinstem Bauraum. In point-of-care Geräten ist das Ziel, solche in-vitro Diagnostik Tests in einem Gerät abzubilden und die Anzahl vom Benutzer durchzuführender manueller Schritte auf ein Minimum zu reduzieren. Im Idealfall wird eine Probe, ein sogenanntes Sample, direkt in das Gerät gegeben und der Diagnosetest wird vollautomatisch abgearbeitet.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz Vorrichtung zum Abschirmen eines Lichtwegs zwischen einer Optikeinheit eines Chiplabor- Analysegeräts und einer Chiplabor- Kartusche und ein Chiplabor- Analysegerät gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Mit diesem Ansatz wird ein Verbindungsbauteil zum Verbinden einer Optikeinheit eines Chiplabor- Analysegeräts mit einer auswechselbaren Chiplabor- Kartusche vorgestellt. Das Verbindungsbauteil ist ausgeformt um Licht zwischen der Optikeinheit und der Chiplabor- Kartusche zu leiten, und dichtet dazu einen Bereich zwischen der Optikeinheit und der Chiplabor- Kartusche gegenüber von anderen Lichteinflüssen wie Umgebungs- oder Streulicht optisch ab. Der auf diese Weise ausgeformte Lichtweg wird zudem vor Störpartikeln wie beispielsweise herumwirbelnden Staubkörnchen geschützt. Dies verringert bei optischen Messungen eine Interferenz, wodurch vorteilhafterweise die Messgenauigkeit zunimmt. Vorteilhafterweise kann das Verbindungsbauteil zusätzlich zur Bereitstellung eines Magnetfelds genutzt werden.

Es wird eine Vorrichtung zum Abschirmen eines Lichtwegs zwischen einer Optikeinheit eines Chiplabor- Analysegeräts und einer Chiplabor- Kartusche vorgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Hohlkörper und eine an dem Hohlkörper angeordnete Magneteinrichtung zum Bereitstellen eines Magnetfelds. Der Hohlkörper weist eine Optiköffnung zum Verbinden des Hohlkörpers mit der Optikeinheit auf. Zudem weist der Hohlkörper eine Kartuschenöffnung zum Verbinden des Hohlkörpers mit der Chiplabor- Kartusche auf. Der Hohlkörper ist dazu ausgeformt, um den Lichtweg zwischen der Optiköffnung und der Kartuschen Öffnung auszuformen und gegen Umgebungslicht abzuschirmen.

Bei dem Chiplabor-Analysegerät kann es sich um ein Gerät zum Erfassen oder Auswerten eines diagnostischen Verfahrens handeln, dass mittels eines Chiplabors, eines mikrofluidischen Systems, durchgeführt wird. Die Chiplabor- Kartusche kann als Einweg- Kartusche ausgeführt sein und einen mikrofluidischen Chip umfassen. Die Optikeinheit kann eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode sein, oder eine opto-mechanische Baugruppe, die neben der Lichtquelle beispielsweise eine Linse, ein Objektiv und einen Detektor umfassen kann. Die Optikeinheit kann auch zur optischen Diagnostik verwendet werden, beispielsweise um eine Vervielfältigung von DNA mittels einer Fluoreszenzmessung nach jedem Polymerase-Kettenreaktions-Zyklus zu beobachten. Bei dem Hohlkörper kann es sich um einen beispielsweise aus einem dunklen Kunststoff oder einem beschichteten Metall hergestellten zylindrischen starren Grundkörper handeln. Die Optiköffnung kann beispielsweise zum form-, kraft- oder stoffschlüssigen Verbinden mit einem Element der Optikeinheit ausgeformt sein. Die Kartuschenöffnung kann beispielsweise der Optiköffnung gegenüberliegend ausgeführt sein und einen inneren Durchmesser aufweisen, der einem Durchmesser eines Totalsichtfelds der Optikeinheit entsprechen kann. Eine Längsachse des Hohlkörpers kann, beispielsweise jeweils mittig, durch die Optiköffnung und die Kartuschenöffnung verlaufen. Der mittels des Hohlkörpers ausgeformte Lichtweg zwischen der Optikeinheit und der Chiplabor- Kartusche kann beispielsweise verwendet werden, um von einer Lichtquelle der Optikeinheit ausgestrahltes Licht in Richtung der Chiplabor- Kartusche zu leiten, oder von der Chiplabor- Kartusche reflektiertes oder ausgestrahltes Licht in Richtung der Optikeinheit zu leiten. Das Abschirmen des Lichtwegs gegenüber Umgebungslicht ist vorteilhaft für eine Messgenauigkeit einer mittels der Optikeinheit durchgeführten optischen Messung. Zudem kann der Hohlkörper den Lichtweg beispielsweise von Komponenten der Chiplabor- Kartusche oder des Chiplabor- Analysegeräts mit hoher Autofluoreszenz optisch separieren. Die Magneteinrichtung kann in ein Material des Hohlkörpers eingebettet sein oder einen Randabschnitt des Hohlkörpers ausformen. Das Magnetfeld der Magneteinrichtung kann in die Kartuschen Öffnung hineinreichen und zusätzlich oder alternativ in die Chiplabor- Kartusche hineinreichen, wenn die Vorrichtung auf die Chiplabor- Kartusche aufgesetzt ist.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Hohlkörper als Hohlkegelstumpf ausgeformt sein. Die Kartuschenöffnung kann in diesem Fall einen größeren Durchmesser aufweisen als die Optiköffnung, dazu kann die Kartuschenöffnung beispielsweise an einer Grundfläche und die Optiköffnung an einer Deckfläche des Hohlkegelstumpfs realisiert sein. Alternativ kann der Hohlkörper auch als Hohlzylinder, als hohler Pyramidenstumpf oder als Hohlquader ausgeformt sein. Die Ausformung des Hohlkörpers als Hohlkegelstumpf ist vorteilhaft, um bei kompakter Bauweise einen großen Bereich der Chiplabor- Kartusche optisch abzuschirmen.

Die Magneteinrichtung kann an einem der Kartuschenöffnung zugewandten Ende des Hohlkörpers angeordnet sein. Dieses Ende des Hohlkörpers kann eine Grundfläche des Hohlkörpers sein oder umfassen. Durch dies Anordnung der Magneteinrichtung kann das Magnetfeld in die Chiplabor- Kartusche hineinreichen.

Dabei kann zumindest ein Abschnitt einer Grundfläche des Hohlkörpers durch die Magneteinrichtung ausgeformt werden. Die Grundfläche kann eine ringförmige Fläche sein, die auf die Chiplabor- Kartusche aufgesetzt werden kann. Dadurch kann ein Abstand zwischen der Magneteinrichtung und der Chiplabor- Kartusche möglichst gering gehalten werden. Die Grundfläche wird auch als Schnittfläche bezeichnet.

Die Magneteinrichtung kann als ein Permanentmagnet ausgeführt sein. Auf diese Weise ist keine elektrische Kontaktierung erforderlich.

Alternativ kann die Magneteinrichtung als eine elektrische Spule ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine Steuerung der Bereitstellung des Magnetfelds, also ein gesteuertes Einschalten und Abschalten des Magnetfelds. Die Spule kann auf eine geeignete Weise ausgerichtet sein. Beispielsweise kann eine Windung der elektrischen Spule eine Mittelachse aufweisen, die quer zu einer Längsachse des Hohlkörpers ausgerichtet ist. Alternativ kann die Mittelachse parallel oder schräg zu der Längsachse ausgerichtet sein.

Die Magneteinrichtung kann ringförmig um eine Längsachse des Hohlkörpers angeordnet sein. Dabei kann die Magneteinrichtung einen nahezu geschlossenen Ring oder nur einen Teilabschnitt eines Rings ausformen. Auf diese Weise kann eine Form der Magneteinrichtung an eine Form des Hohlkörpers angepasst sein. Somit kann die Magneteinrichtung einen Kreisbogen um die Längsachse des Hohlkörpers ausformen.

Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Magneteinrichtungen aufweisen. Dabei können Magneteinrichtungen gleicher oder unterschiedlicher Art und Form eingesetzt werden. Die Mehrzahl von Magneteinrichtungen können beabstandet zueinander umlaufend um eine Längsachse des Hohlkörpers angeordnet sein. Somit können die Magneteinrichtungen ringförmig um den von dem Hohlkörper umschlossenen Raum angeordnet sein. Die Magneteinrichtungen können bezogen auf die Längsachse des Hohlkörpers auf einer Höhe angeordnet sein. Beispielshaft können die Magneteinrichtungen in einem Abschnitt des Hohlkörpers angeordnet sein, der die Kartuschen Öffnung ausformt.

Die Vorrichtung kann einen Schaltungsträger umfassen. Auf dem Schaltungsträger kann eine Schaltung, beispielsweise zum Betreiben einer als Spule ausgeformten Magneteinrichtung, angeordnet sein. Der Schaltungsträger kann an einer Seitenwand des Hohlkörpers angeordnet und elektrisch leitfähig mit der Mageneinrichtung verbunden sein. Dies ist vorteilhaft in Bezug auf eine kompakte Bauweise. Bei dem Schaltungsträger kann es sich beispielsweise um eine Platine handeln. Die Vorrichtung kann auch eine Mehrzahl an Schaltungsträgern aufweisen, die beispielsweise um den Hohlkörper umlaufend an einer Außenseite der Seitenwand angeordnet sein können. An dem Hohlkörper kann zumindest ein Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren der Vorrichtung, beispielsweise über die der Chiplabor- Kartusche, angeordnet sein. Mit diesem Ansatz wird zudem ein Chiplabor-Analysegerät vorgestellt. Das Chiplabor-Analysegerät umfasst eine Optikeinheit mit einer Lichtquelle, einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen einer Chiplabor- Kartusche und eine Ausführungsform der vorstehend genannten Vorrichtung zum Abschirmen. Im montierten Zustand der Vorrichtung ist Optiköffnung der Optikeinheit und die Kartuschenöffnung dem Aufnahmebereich zugewandt. Die Vorrichtung kann als mechanische und elektrische Schnittstelle zwischen der Optikeinheit und einer in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chiplabor- Kartusche verwendet werden.

Das Chiplabor-Analysegerät kann gemäß einer Ausführungsform zudem eine Anpresseinheit aufweisen. Die Anpresseinheit kann ausgebildet sein, die Chiplabor- Kartusche an die Vorrichtung anzupressen, um die Kartuschenöffnung und das Kontaktelement mit der Chiplabor- Kartusche zu verbinden. Die Anpresseinheit kann als mechanisch oder elektrisch bewegbare Einheit ausgeführt sein. Die Anpresseinheit ermöglicht vorteilhafterweise ein exaktes Anpressen und dadurch optisches Abdichten und Verbinden der Vorrichtung mit der Chiplabor- Kartusche.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Chiplabor-Analysegeräts mit einer Vorrichtung zum Abschirmen eines Lichtwegs zwischen einer Optikeinheit des Chiplabor- Analysegeräts und einer Chiplabor- Kartusche gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Darstellung einer Vorrichtung zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine Unteransicht einer Vorrichtung zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine Unteransicht einer Vorrichtung zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 5 eine Unteransicht einer Vorrichtung zum Abschirmen mit einem Permanentmagneten gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 eine Unteransicht einer Vorrichtung zum Abschirmen mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 eine Unteransicht einer Vorrichtung zum Abschirmen mit einer elektrischen Spule gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 eine Unteransicht einer Vorrichtung zum Abschirmen mit einer Mehrzahl von elektrischen Spulen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Fig. 9 eine Darstellung einer Vorrichtung zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Chiplabor-Analysegeräts 100 mit einer Vorrichtung 105 zum Abschirmen eines Lichtwegs 107 zwischen einer Optikeinheit 110 des Chiplabor-Analysegeräts 100 und einer Chiplabor- Kartusche 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 105 wird auch als Abschirmvorrichtung bezeichnet. Das Chiplabor-Analysegerät 100 umfasst die Optikeinheit 110 mit einer Lichtquelle 120. Das Chiplabor- Analysegerät 100 weist einen Aufnahmebereich 125 auf, von dem die Chiplabor- Kartusche 115 aufgenommen ist. Beispielsweise kann die Chiplabor- Kartusche 115 unter Verwendung eines Führungsrahmens in den Aufnahmebereich 125 eingesetzt oder eingezogen werden. In dem in Fig. 1 gezeigten Zustand kann ein sich in der Chiplabor- Kartusche 115 befindliches Fluid unter Verwendung des Chiplabor-Analysegeräts 100 und bekannter Analyseverfahren analysiert werden. Die Vorrichtung 105 umfasst einen Hohlkörper 130 und zumindest eine Magneteinrichtung 135 zum Bereitstellen eines Magnetfelds 137. Der Hohlkörper 130 ist hier beispielhaft als hohler Pyramidenstumpf ausgeführt. Der Hohlkörper 130 kann beispielsweise auch als Kegel oder Zylinder ausgeformt sein. Der Hohlkörper 130 weist eine Optiköffnung 140 zum Verbinden des Hohlkörpers 130 mit der Optikeinheit 110 auf. Die Optiköffnung 140 ist im hier gezeigten montierten Zustand der Vorrichtung 105 der Optikeinheit 110 zugewandt und mit der Optikeinheit 110 verbunden. Der Hohlkörper 130 weist neben der Optiköffnung 140 eine Kartuschenöffnung 145 zum Verbinden des Hohlkörpers 130 mit der Chiplabor- Kartusche 115 auf. Hier ist die Kartuschenöffnung 145 der Chiplabor- Kartusche 115 zugewandt und mit der Chiplabor- Kartusche 115 verbunden. Der Hohlkörper 130 ist dazu ausgeformt, den Lichtweg 107 zwischen der Optiköffnung 140 und der Kartuschen Öffnung 145 auszuformen und gegen Umgebungslicht abzuschirmen. Der Lichtweg 107 kann dabei den gesamten von dem Hohlkörper 130 umschlossenen Raum zwischen der Optiköffnung 140 und der Kartuschenöffnung 145 nutzen. Die Magneteinrichtung 135 zum Bereitstellen des auf die Chiplabor- Kartusche 115 einwirkenden Magnetfelds 137 ist benachbart zu der Kartuschenöffnung 145 an dem Hohlkörper 130 angeordnet.

Lediglich beispielhaft weist die Optiköffnung 140 einen Durchmesser von weniger als 10 mm und die Kartuschenöffnung 145 einen Durchmesser von weniger als 30 mm auf. Eine Höhe des Hohlkörpers 130 beträgt beispielsweise weniger als 50 mm.

Der Hohlkörper 130 ist gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen aus einem dunklem Kunststoff oder Metall gefertigt. Bei Metallen eignet sich insbesondere Aluminium. Dieses wird beispielsweise mit einer schwarzen Eloxatschicht versehen. Die Eloxatschicht hat den zusätzlichen Effekt, dass die Leitfähigkeit des Aluminiums vermindert wird. Beispielsweise wird der Hohlkörper 130 durch Spritzguss oder Fräsen hergestellt.

Die Chiplabor- Kartusche 115 weist hier beispielhaft zwei mikrofluidische Kammern 152 auf. Beispielhaft sind die Kammer 152 über einen Verbindungskanal miteinander verbunden und weisen jeweils einen Anschlusskanal auf. Im Betrieb des Chiplabor-Analysegeräts 100 ist beispielsweise in einer der Kammern 152 eine zu analysierende Probe angeordnet.

Zudem ist beispielhaft ein Bereich 155 der Chiplabor- Kartusche 115 gezeigt, auch „Bereich von Interesse“ oder „region of interest (ROI)“ genannt, der mittels der Optikeinheit 110 mit einem Bildsensor erfassbar ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel liegen die Kammern 152 innerhalb des Bereichs 155. Der Bereich 155 wird mittels der Abschirmeinrichtung 105 abgeschirmt. Ein Innendurchmesser des Hohlkörpers 130 im Bereich der Kartuschenöffnung 145 entspricht dabei einem Durchmesser des Bereichs 155, der einem Totalsichtfeld der Optikeinheit 110 entspricht.

Die Optikeinheit 110 umfasst neben der Lichtquelle 120 optional eine oder mehrere Linsen, optional Objektive sowie optional einen Detektor. Die Chiplabor- Kartusche 115 ist hier beispielshaft als mikrofluidischer Chip in Form einer Einweg-Lab-on-Chip- Einheit ausgeführt. Die Vorrichtung 105 kann auch als Lichtleitungszylinder (engl, lightguide cone) bezeichnet werden, der den Lichtweg 107 zwischen einer festen optischen Einheit, der Optikeinheit 110 und einer Einweg-Lab-on-Chip Einheit, der Chiplabor- Kartusche 115 optisch separiert und gleichzeitig eine Schnittstelle zur Erzeugung des Magnetfeldes 137 in einem Bereich der Chiplabor- Kartusche 115 ermöglicht. Die Bauweise der Vorrichtung 105 ist dabei auf einen kleinen Bauraum reduziert. Somit kann die Vorrichtung 105 auch als integraler Lightguide- Kegel zur Abschirmung optischer Wege und zur Magnetfeldinduktion von magento-optofluidischen Lab-on-Chip-Einheiten bezeichnet werden.

Die Vorrichtung 105 stellt ein Zylinderbauteil dar, welches die eine optische Einheit darstellende Optikeinheit 110 und die Chiplabor- Kartusche 115 optisch, hier lichtdicht, abdichtet. Eine der Chiplabor- Kartusche 115 zugewandte Grundfläche des Hohlkörpers 130 bildet eine Abdichtungsfläche zwischen der Chiplabor- Kartusche 115 und dem hier als Kegelbauteil ausgeformten Hohlkörper 130. Die Abdichtungsfläche wird zusätzlich ausgenutzt, um die Magneteinrichtung 135 oder mehrere Magneteinrichtungen 135 im selben Bauteil zu integrieren und somit magnetische Anwendungen ermöglichen. Die zumindest eine Magneteinrichtung 135 ist beispielsweise als ein permanenter Magnet oder ein elektrisch aktivierbarer Magnet ausgeformt.

Mittels der Vorrichtung 105 ist es vorteilhafterweise möglich, beispielsweise bei optischen Messungen den durch den Hohlkörper 130 ausgeformten Lichtweg 107 und den Bereich 155 vollständig vom Rest des Systems abzuschirmen. Dadurch wird Streulicht und Umgebungslicht bei der Auswertung nicht mitgemessen. Dies ist auch vorteilhaft, wenn Komponenten der Chiplabor- Kartusche 115 oder des Chiplabor-Analysegeräts 100 aus Materialien mit einer hohen Autofluoreszenz ausgeformt sind. Durch die Vorrichtung 105 ist hier eine optische Separation möglich. Auch Staub, der sich durch den Nutzzeitraum in dem Chiplabor-Analysegerät 100 ansammeln kann und durch eine Kühlung im Chiplabor-Analysegerät 100 herumgewirbelt werden kann, wird durch die Vorrichtung 105 abgeschirmt. Diese Staubteilchen, die bei optischen Messungen, insbesondere bei örtlich aufgelösten Messungen, eine Interferenz darstellen, werden dadurch auf ein Minimum reduziert.

Die Schnittfläche zwischen dem beispielsweise als Zylinder ausgeformten Hohlkörper 130 und der beispielsweise als Lab-on-Chip Einheit ausgeformten Chiplabor- Kartusche 115 kann zusätzlich für die Integration der Magneteinrichtungen 135, beispielsweise in Form von Magneten, und zum Erzeugen der Magnetfelder 137 auf der Chiplabor- Kartusche 115 genutzt werden. Eine an sich optofluidische Plattform kann dadurch als eine magneto- optofluidische Plattform mit allen Designfreiheiten für optische Anwendungen (Absorptions-, Fluoreszenz- und Chemolumineszenz-Messungen) und elektrische Anwendung (Elektrophorese, Redoxprozesse, pH-Messungen ...) sowie deren Kombinationen genutzt werden. Dies erhöht den Designfreiheitsgrad sowie die Attraktivität einer mikrofluidischen IVD-Plattform um ein Mehrfaches.

Der Einsatz von als Elektromagnete ausgeformten Magneteinrichtungen 135 erlaubt den Einsatz von dynamischen Magnetfeldern 137 und Designfreiheiten im Einsatz der Magnetfelder 137.

Durch eine im betriebsbereiten Zustand des Chiplabor-Analysegeräts 100 starre Lage des beispielsweise als Kegel ausgeformten Hohlkörper 130 kann eine klar definierte, dennoch universelle Schnittstelle für magnetische Anwendungen definiert werden.

Der Einsatz der Magnetfelder 137 erlaubt das Arbeiten mit magnetischen Partikeln, sogenannten Beads. Diese können auf der Oberfläche mit Antikörpern beschichtet werden. Dies erlaubt spezifische Aufreinigungen und Anreicherungen auf der Chiplabor- Kartusche 115. Somit kann ein von einem Magnetfeld 137 durchdrungener Bereich auch als magnetisches Fanggebiet (magnetic capture area) bezeichnet werden.

Beispielhaft wirken die in Fig. 1 gezeigten Magnetfelder 137 auf in der Chiplabor- Kartusche 115 ausgeformte Kanäle 157. Beispielsweise wird zumindest eines der Magnetfelder 137 genutzt, um durch einen der Kanäle 157 strömende magnetische Partikel anzuziehen und somit zurückzuhalten. Wenn zumindest eine Magneteinrichtung 135 steuerbar ist, können entsprechende magnetische Partikel den Kanal 157 passieren, wenn das entsprechende Magnetfeld 137 nicht erzeugt wird und den Kanal 157 nicht passieren, wenn das entsprechende Magnetfeld 137 erzeugt wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt Fig. 1 die Integration von der beispielsweise als Magnetkegel ausgeführten Vorrichtung 105 zur Chiplabor- Kartusche 115 dar. Die Chiplabor- Kartusche 115 wird dazu direkt an den Hohlkörper 130 gedrückt. Der dabei verwendete Mechanismus und die konstante Position sind durch die Konstruktion des Chiplabor-Analysegerätes 100, in welchem auch der Hohlkörper 130 verbaut ist, vordefiniert. Dabei kann auf bekannte Konstruktionen von Chiplabor-Analysegeräten zurückgegriffen werden. Beispielsweise kann die Chiplabor- Kartusche 115 unter Verwendung einer oberen und einer unteren Klemmeinheit des Chiplabor-Analysegeräts 100 eingeklemmt werden. In einem solchen eingeklemmten Zustand ist optional eine Kontaktierung von Pneumatikports der Chiplabor- Kartusche 115 möglich. Fluide in der Chiplabor- Kartusche 115 können beispielsweise durch eine pneumatische Aktuierung von flexiblen Membranen mittels Über- und Unterdrück gezielt im fluidischen Netzwerk der Chiplabor- Kartusche 115 bewegt werden. Der Bereich 155, welcher von dem Hohlkörper 130 eingeschlossen wird, ist das optische Sichtfeld, welches durch den Hohlkörper 130 vollständig abgedichtet wird. Die beispielsweise als Magnete ausgeführten Magneteinrichtungen 135 sitzen am Rand der Kegelschnittfläche und erzeugen auf der Chiplabor- Kartusche 115 in dieser Region das Magnetfeld 137. Mikrofluid ische Kanäle 157 an dieser Schnittstellenposition befinden sich dann in einem magnetischen Feld und können zum Zurückhalten von magnetischen Beads genutzt werden.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung 105 zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel der anhand von Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung mit dem Hohlkörper 130 und zumindest einer Magneteinrichtung 135 handeln.

Die Vorrichtung 105 ist beispielhaft als ein starrer Kegel ausgeführt. Bei dem Hohlkörper 130 handelt es sich geometrisch gesehen um ein Hohlkegelstumpf. Der Hohlkörper 130 weist zur oberen Seite die Optiköffnung 140 in Form einer Öffnung zur Konnektierung zur optischen Einheit und zur unteren Seite eine Kartuschenöffnung in Form einer unteren Öffnung zur Konnektierung zur Chiplabor- Kartusche auf. In dieser Konnektierung sind zusätzlich kleine permanent Magnete oder Spulen zur Erzeugung von elektromagnetischen Feldern in Form der zumindest einen Magneteinrichtung 135 integriert. Eine optionale Verbindung zweier Konnektoren kann sich in der Mantelschale des Hohlkörpers 130 befinden.

Alternativ kann die Geometrie des Hohlkörpers 130 auch ein hohler Pyramidenstumpf, Hohlquader oder ein Hohlzylinder mit analogen Durchlässen sein. Der innen Durchmesser des Hohlkörpers 130 entspricht dabei dem Durchmesser des Totalsichtfelds (total ROI) der optischen Einheit. Die Manteldicke des Hohlkörpers 130 der zu verbauenden Magneteinrichtung 135. Die innen Mantelfläche des Hohlkörpers 130 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer schwarzen Beschichtung versehen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 105 vier Magneteinrichtungen 135 auf. Es sind Ausführungen mit verschiedener Anzahl von Magneteinrichtungen 135, auch als Magneteinheiten bezeichnet, realierbar. Fig. 3 zeigt eine Unteransicht einer Vorrichtung 105 zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von Fig. 2 dargestellte Vorrichtung handeln.

In der Unteransicht sind die Optiköffnung 140 und die Kartuschen Öffnung 145 zu erkennen. Die Optiköffnung 140 weist einen kleineren Durchmesser als die Kartuschenöffnung 145 auf. Beispielsweise ist der Durchmesser der Kartuschenöffnung 145 in etwa viermal so groß wie der Durchmesser der Optiköffnung 140.

An dem der Kartuschenöffnung 145 zugewandten Ende des Hohlkörpers 130 bildet die Wand des Hohlkörpers 130 eine Grundfläche 358 in der gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Magneteinrichtungen 135 eingebettet sind. Somit wird die Grundfläche 358 des Hohlkörpers 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest abschnittsweise durch zumindest eine Magneteinrichtung 135 ausgeformt. Alternativ ist die zumindest eine Magneteinrichtung 135 vollständig von einem Material des Hohlkörpers 130 umschlossen oder beispielsweise an einem freien Ende mit einer Versiegelungsschicht versiegelt.

Eine Längsachse 360 des Hohlkörpers 130 verläuft gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittig durch die Optiköffnung 140 und die Kartuschenöffnung 145.

Fig. 4 zeigt eine Unteransicht einer Vorrichtung 105 zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 105 ist ähnlich zu der anhand von Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ausgeführt, wobei der Durchmesser der Kartuschenöffnung 145 in etwa fünfmal bis sechsmal so groß wie der Durchmesser der Optiköffnung 140 ist.

Fig. 5 zeigt eine Unteransicht einer Vorrichtung 105 zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel der anhand von Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung mit dem Hohlkörper 130 und einer Magneteinrichtung 135 handeln, die beispielhaft als ein Permanentmagnet ausgeführt ist. Die Magneteinrichtung 135 erstreckt sich über nahezu die gesamte Grundfläche des Hohlkörpers und umschließt die Kartuschenöffnung 145 somit nahezu vollständig. Beispielsweise erstreckt sich die Magneteinrichtung 135 um mehr als 90% eines Umfangs der Kartuschenöffnung 145. Die Magneteinrichtung 135 formt somit einen Kreisbogen um die Längsachse 360 aus oder folgt einem solchen Kreisbogen.

Von der Magneteinrichtung 135 sind ein Südpol und ein an den Südpol angrenzender Nordpol dargestellt.

Fig. 6 zeigt eine Unteransicht einer Vorrichtung 105 zum Abschirmen mit einer Mehrzahl von Magneteinrichtungen 135 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind über die Grundfläche des Hohlkörpers verteilt eine Mehrzahl, hier beispielhaft acht, Magneteinrichtungen 135 angeordnet. Benachbarte Magneteinrichtungen 135 sind voneinander beabstandet. Die Magneteinrichtungen 135 sind jeweils als Permanentmagnet ausgeführt.

Die Figuren 5 und 6 zeigen, wie Magneteinrichtungen 135 in Form von Permanentmagneten an der Schnittfläche von Lab-on-Chip zu Hohlkörper angeordnet werden können. Dazu zeigt Fig. 5 eine Ausführung, in welcher ein Stabmagnet in gerundeter Form als Magneteinrichtungen 135 integriert ist. Dabei entsteht an der Stelle zwischen den beiden Polen, also dem nicht durch die Magneteinrichtung 135 ausgefüllten Spalt der Grundfläche 358, ein Magnetfeld, welches zum Zurückhalten von magnetischen Teilen benutzt werden kann. Beispielsweise können die magnetischen Teile in einem mikrofluidischen Kanal zurückgehalten werden, der im Betrieb der Vorrichtung 105 unterhalb des Spalts durchführt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Für eine universellere Anwendung, können wie in Fig. 6 gezeigt, mehrere Stabmagnete angewandt werden und es entstehen entsprechend mehrere solcher Stellen. Dies ergibt eine größere Freiheit in den Designs von Flussnetzwerken.

Fig. 7 zeigt eine Unteransicht einer Vorrichtung 105 zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 105 entspricht der anhand von Fig. 5 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass die Magneteinrichtung 135 als eine elektrische Spule ausgeführt ist. Die Magneteinrichtung 135 umfasst eine Mehrzahl von Windungen. Eine mittig durch die Windungen geführte Linie formt einen Kreisbogen um die Längsachse 360 aus.

Fig. 8 zeigt eine Unteransicht einer Vorrichtung 105 zum Abschirmen mit einer Mehrzahl von Magneteinrichtungen 135 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Anstelle einer Magneteinrichtung, wie anhand von Fig. 7 beschrieben, sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl, hier beispielhaft zwölf, Magneteinrichtungen 135 vorgesehen. Die Vorrichtung 105 ähnelt somit der anhand von Fig. 6 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, das anstelle von Permanentmagneten Spulen als Magneteinrichtungen 135 verwendet werden.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel werden sowohl Spulen als auch Permanentmagnete als Magneteinrichtungen 135 verwendet, beispielsweise alternierend.

Die Figuren 7 und 8 zeigen eine Ausführung in welcher Magneteinrichtungen 135 in Form von Spulen im Hohlkörper integriert sind. Fließt elektrische Ladung durch die gewickelten Drähte der Spulen, entsteht ein Magnetfeld. Wie mit Permanentmagneten sind verschiedene Anordnungen dieser Spulen denkbar. Es kann eine einzige Spule um den Hohlkörper um die Schnittfläche gewickelt werden oder mehrere kleine Spulen. Werden mehre Spulen eingesetzt, können dynamische, lokale Magnetfelder appliziert werden.

Fig. 9 zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung 105 zum Abschirmen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist eine Aufsicht auf die Vorrichtung 105 gezeigt, die der anhand vorhergehender Figuren beschriebenen Vorrichtung ähnelt oder entspricht. Der Hohlkörper 130 ist auch hier als Hohlkegelstumpf ausgeformt. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 105 zudem zumindest einen, hier eine Mehrzahl von Schaltungsträgern 905 auf, von denen in Fig. 9 drei Schaltungsträger 905 zu erkennen sind. Die beispielsweise insgesamt vier Schaltungsträger 905 sind hier beispielhaft als Platinen ausgeführt. Die Schaltungsträger 905 sind je an der Seitenwand des Hohlkörpers 130 angeordnet und elektrisch leitfähig mit Kontaktelementen 910 der als Spulen ausgeführten Magneteinrichtungen verbunden.

Somit kann eine Elektronik für die Ansteuerung von Magneteinrichtungen in Form von Magnetspulen auf kleinstem Raum auf dem Hohlkörper selbst integriert werden. Die einzelnen Spulen werden von der äußeren Seite konnektiert und mit zumindest einem Schaltungsträger 905 verbunden, auf dem sich die benötigten Schaltkreise befinden. Der zumindest eine Schaltungsträger 905 wird auf der Außenmantelseite des Hohlkörpers befestigt, wie in Fig. 9 gezeigt.