DE10120035B4

DE10120035B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen

Info

Publication number: DE10120035B4
Application number: DE10120035A
Authority: DE
Inventors: Achim Wixforth
Original assignee: Advalytix AG
Current assignee: Advalytix AG
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: EP1381467A2; DE10120035A1; WO2002085520A3; US7198813B2; WO2002085520A2; US20040180130A1

Abstract

Verfahren zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen, insbesondere Chipoberflächen, bei dem mindestens eine kleine von ihrer Oberflächenspannung zusammengehaltene Flüssigkeitsmenge (1) auf einen Bereich der Oberfläche mit zumindest einem Zwischenbereich (3, 4) gebracht wird, der zumindest in zwei Richtungen an Führungsstreifen (5, 6) angrenzt, wobei die kleine Flüssigkeitsmenge (1) sowohl den Zwischenbereich (3, 4) als auch die Führungsstreifen (5, 6) berührt und der zumindest eine Zwischenbereich (3, 4) und die Führungsstreifen (5, 6) unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen, die derart gewählt sind, daß eine Oberfläche mit der Oberflächenbeschaffenheit der Führungsstreifen stärker von der kleinen Flüssigkeitsmenge benetzt wird, als eine Oberfläche mit der Oberflächenbeschaffenheit des zumindest einen Zwischenbereiches.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen, vorzugsweise Chipoberflächen.
Der Begriff Flüssigkeit umfaßt im vorliegenden Text unter anderem reine Flüssigkeiten, Mischungen, Dispersionen und Suspensionen, sowie Flüssigkeiten, in denen sich feste Teilchen, z. B. biologisches Material, befinden.
Bei der in jüngster Zeit im Blickpunkt stehenden „Lab-on-a-chip"-Technologie ist es wünschenswert, eine definierte kleine Flüssigkeitsmenge zu einem definierten Analyse- oder Synthesepunkt auf dem Chip zu bewegen. Die Flüssigkeitsmengen sind dabei z. B. im Pikoliter- bis Milliliterbereich. Die Analysestellen haben oftmals nur eine Ausdehnung von wenigen Mikrometern oder weniger auf Chips in der Größenordnung von elektronischen Halbleiterbauelementen.

Die Analyse derartig kleiner Flüssigkeitsmengen wird bereits heute zur Analytik in der Biologie eingesetzt (Anne Y. Fu et al., Nature Biotechnology 17, Seite 1109 ff. (1999)). Diese Verfahren werden u.a. für anorganische Reagenzien oder organisches Material, wie Zellen, Moleküle, Makromoleküle oder genetische Materialien, ggf. in Pufferlösungen eingesetzt.

Dabei wird die Bewegung und die Reaktion definierter Volumina kleiner Flüssigkeitsmengen mittels mikrostrukturierter Kanäle realisiert (z. B. O. Müller, Laborwelt 1/2000, Seiten 36–38). Solche Kanäle werden z. B. in den Chip geätzt und sind mehrere Mikrometer tief bzw. breit und im allgemeinen gedeckelt. Die Bewegung erfolgt durch elektrokinetische (M. Köhler et al., Physikalische Blätter 56, Nr. 11, Seiten 57–61), mechanische bzw. elektrische Pumpen oder Kapillarkräfte jeweils in mikrostrukturierten Kanälen.

Hohe Pumpleistungen sind notwendig, um eine Flüssigkeit durch diese Kanäle zu bewegen. Aufgrund der scharfen Kanten und engen Kanäle ist eine Reinigung nach der Verwendung sehr erschwert.

Soll eine Flüssigkeit bzw. darin enthaltenes Material an einer bestimmten Fläche untersucht werden, so wird oftmals eine chemisch, physikalisch und/oder biologisch funktionalisierte Oberfläche eingesetzt. Um an einer gut lokalisierten Stelle eine solche Analyse bzw. Synthese durchführen zu können, muß der funktionalisierte Bereich sich innerhalb eines Kanales befinden und ist somit schwierig herzustellen. Bei einer entsprechenden Funktionalisierung auf einer freien Oberfläche ohne Kanalbildung ist andererseits eine genaue Lokalisierung der Flüssigkeit während der Analyse nicht gewährleistet.

DE 198 27 754 C1 beschreibt die Manipulation von Flüssigkeitsmengen in einem Spalt, der sich zwischen Vorsprüngen und einer Oberfläche befindet. Aufgrund von Kapillarkräften in diesem Spalt wird verhindert, dass die Flüssigkeit in Zwischenräume eintritt. Die Flüssigkeit ist dabei ausschließlich mit einem Bereich in Verbindung, der solche Eigenschaften besitzt, dass sich die Flüssigkeit dort bevorzugter aufhält als in der Umgebung.

DE 199 23 761 C1 beschreibt die Manipulation von Flüssigkeiten mit Ankerbereichen. Die Flüssigkeitsmengen werden durch solche Ankerbereiche lokalisiert. Diese Bereiche sind hydrophil ausgestaltet und lokalisieren wässrige Tröpfchen. Die Flüssigkeitströpfchen werden dabei in einem Bereich gehalten, in dem sie sich auf grund der besseren Benetzungseigenschaften bevorzugt aufhalten, der von einem Bereich umgeben ist, auf dem sich die Flüssigkeit weniger bevorzugt aufhält. Eine ähnliche Verfahrensführung ist in DE 197 54 978 A1 beschrieben.

DE 196 28 178 C1 beschreibt die Lokalisation von Flüssigkeiten in eingelassenen Reaktionsgefäßen einer Mikro-Titerplatte. Die Flüssigkeit hält sich dabei in einem Bereich auf, in dem sie durch die Absenkung bevorzugt lokalisiert ist, wobei dieser Bereich von erhabenen Bereichen umgeben ist.

WO 00/16082 A1 ist die Manipulation von Flüssigkeitstropfen in abgesenkten Bereichen zu entnehmen, die von hydrophoben Bereichen umgeben sind. Die Flüssigkeitsmenge ist dabei durch den abgesenkten Aufenthaltsbereich der Flüssigkeit und eine Umgebung mit einem weniger gut benetzenden Bereich lokalisiert.

DE 198 19 537 A1 ist die Bewegung einer biologischen Probe durch eine mikrofluide Struktur in Form eines Mikrokanales zu entnehmen. Die Flüssigkeit befindet sich im abgesenkten Bereich.

DE 101 17 771 A1 , die erst nach dem Anmeldetag des vorliegenden Textes veröffentlicht wurde, beschreibt eine Vorrichtung mit bevorzugten Aufenthaltsbereichen, die durch unterschiedliche Benetzungseigenschaften für eine zu behandelnde Flüssigkeit definiert sind. Dabei sind die Benetzungseigenschaften des Aufenthaltsbereiches derart gewählt, dass er von der Flüssigkeit bevorzugt benetzt wird.

WO 99/54730 A1 sind Verfahren und Vorrichtungen zu entnehmen, bei denen Flüssigkeit mit Hilfe des Prinzipes des "electro-wetting" bzw. "electro-capillary effect" transportiert werden. Die Flüssigkeit kommt dabei mit Randbereichen nicht in Berührung.

DE 197 48 295 A1 beschreibt für wässrige Lösungen hydrophile Führungsstreifen, die von hydrophoben Streifen umgeben sind. Dabei befindet sich die Flüssigkeit nur auf dem hydrophilen Führungsstreifen, ohne die hydrophoben Streifen zu berühren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe eine Manipulation einer kleinen Flüssigkeitsmenge entlang genau definierter Transportwege bzw. an definierten Analyse- bzw. Synthesepunkten möglich ist, wobei das Verfahren bzw. die Vorrichtung kostengünstig und einfach durchgeführt bzw. hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 3, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 19 bzw. einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 21 gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine kleine Flüssigkeitsmenge, die durch ihre Oberflächenspannung zusammengehalten wird, auf einen Bereich einer Oberfläche, z. B. einer Festkörperoberfläche, gebracht, der einen Zwischenbereich umfasst, der zumindest in zwei Richtungen an Führungsstreifen angrenzt. Die Oberflächenbeschaffenheiten des zumindest einen Zwischenbereiches und der Führungsstreifen sind dabei so gewählt, daß eine Oberfläche mit einer Oberflächenbeschaffenheit, die der Oberflächenbeschaffenheit eines Führungsstreifen entspricht, stärker mit der Flüssigkeitsmenge benetzt, als eine Oberfläche mit den Oberflächenbeschaffenheiten des Zwischenbereiches. Zwischen der Flüssigkeit und einem Führungsstreifen wird sich also ein flacherer Benetzungswinkel einstellen, als zwischen der Flüssigkeit und dem Zwischenbereich. Die Flüssigkeit wird dabei derart auf die Oberfläche aufgebracht, daß sie sowohl die Führungsstreifen als auch den Zwischenbereich berührt. Die dazu notwendige Menge kann z. B. in Vorversuchen festgestellt oder durch sukzessives Aufbringen der Flüssigkeit erreicht werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zumindest zwei entsprechend angeordnete Führungsstreifen zur Begrenzung eines Zwischenbereiches mit den entsprechenden Oberflächenbeschaffenheiten vorgesehen.

Die Flüssigkeitsmenge wird durch die Oberflächenspannung und durch die bevorzugte Benetzung mit der Oberfläche der Führungsstreifen gehalten. Um die Lokalisierung weiter zu begünstigen, kann die Oberfläche des Oberflächenaußenbereiches, der einem Führungsstreifen auf seiner dem angrenzenden Zwischenbereich abgewandten Seite benachbart ist, derart von der Oberfläche eines Zwischenbereiches unterschiedliche Benetzungseigenschaften aufweisen, daß die kleine Flüssigkeitsmenge stärker mit der Oberfläche des Zwischenbereiches benetzt. Die Oberfläche der zumindest zwei Führungsstreifen wird von der Flüssigkeit also am stärksten benetzt. Da die Oberfläche des Oberflächenaußenbereiches noch weniger mit der Flüssigkeitsmenge benetzt als der Zwischenbereich, wird die Flüssigkeitsmenge dadurch im Bereich des Zwischenbereiches und der Führungsstreifen zusätzlich lokalisiert.

Die unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten lassen sich durch entsprechende Beschichtungen erreichen. So kann z. B. zur Manipulation einer wäßrigen Lösung die Oberfläche der Führungsstreifen hydrophil im Vergleich zu der Oberfläche des Zwischenbereiches gewählt werden. Bei zu untersuchenden öligen Lösungen werden die Führungsstreifen lipophil im Vergleich zum Zwischenbereich gewählt werden.

Die Beschichtungen können auf einfache Weise z. B. durch lithographische Verfahren mit nachfolgenden Beschichtungsschritten erreicht werden. Unterschiedliche Benetzungseigenschaften können weiterhin durch Mikrostrukturierung erreicht werden, wie es beim sogenannten Lotuseffekt der Fall ist, der auf unterschiedlichen Rauhigkeiten der Oberflächen beruht. Diese kann z. B. durch Mikrostrukturierung der entsprechenden Oberflächenbereiche erhalten werden, z. B. chemische Behandlung oder Ionenbestrahlung.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenbereich gegenüber den Führungsstreifen erhaben, wobei die sich dadurch ergebende Stufe kleiner ist als die Höhe der durch die Oberflächenspannung zusammengehaltenen Flüssigkeitsmenge auf dem Zwischenbereich. Eine solche Abstufung zwischen Führungsstreifen und Zwischenbereich kann z. B. durch eine sehr flache Ätzung z. B. mit einer Tiefe im Submikrometerbereich der Oberfläche eines Festkörperchips erreicht werden. Alternativ kann mit Hilfe von lithographischen Verfahren der Zwischenbereich aus einer Beschichtung bestehen, oder es kann in allen Bereichen der Oberfläche mit Ausnahme der Führungsstreifen Kristallmaterial aufgewachsen werden.

Makroskopisch, d. h. auf einer Längenskala in der Größenordnung der Breite des Zwischenbereiches bzw. der lateralen Ausdehnung der kleinen Flüssigkeitsmenge bleibt die Oberfläche dabei im wesentlichen planar. Eine derartig flache Ätzung bzw. Stufe ist fertigungstechnisch sehr einfach und definiert herstellbar, ohne daß die bekannten Probleme von tiefen Ätzungen schmaler Kanäle auftreten.

Den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ist gemeinsam, daß sich am Rand des Zwischenbereiches Führungsstreifen befinden, zu denen sich die Flüssigkeit ausbreiten möchte. Bei einer Ausgestaltung wird dies durch die bevorzugte Benetzung der Führungsstreifen bewirkt, bei der anderen Ausgestaltung durch die abwärts führende Stufe. An den Seiten des Zwischenbereiches wird also die Flüssigkeitsmenge durch Führungsstreifen geführt bzw. gehalten. Die Oberflächenspannung der kleinen Flüssigkeitsmenge verhindert zusätzlich das Auseinanderlaufen.

Die Flüssigkeitsmenge kann sich dabei je nach der Oberflächenspannung in Form eines Tröpfchens auf dem durch Führungsstreifen begrenzten Zwischenbereich befinden. Bei langgestreckten Zwischenbereichen mit angrenzenden Führungsstreifen kann sich die Flüssigkeit auch in Form eines „Schlauches" auf dem Zwischenbereich mit den angrenzenden Führungsstreifen befinden.

Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ermöglichen es, daß im Zwischenbereich unabhängig von den Benetzungseigenschaften eine Funktionalisierung gewählt werden kann. Die Lokalisierung bzw. Führung der Flüssigkeitsmenge wird durch die Führungsstreifen gewährleistet. So ist es z. B. möglich, daß Material in einer wäßrigen Lösung auf einem funktionalisierten Bereich untersucht wird, der hydrophob ist. Der funktionalisierte hydrophobe Bereich stellt den Zwischenbereich dar, der von hydrophilen bzw. abgesenkten Führungsstreifen umgeben ist. Die Flüssigkeit wird also in dem funktionalisierten Bereich gehalten, ohne daß tiefe Ätzungen zur Aufnahme der Flüssigkeitsmenge notwendig sind, obwohl der funktionalisierte Bereich ggf. hydrophob ist. Die Führungsstreifen verhindern, daß die Flüssigkeit den funktionalisierten und ggf. hydrophoben Bereich verläßt. Selbstverständlich ist auch eine Kombination der Ausgestaltungen mit modulierten Benetzungseigenschaften und abgesenkten Führungsstreifen möglich.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtungen wird die Breite der Führungsstreifen größer gewählt als die Breite eines Precursor-Filmes der zu untersuchenden Flüssigkeit, bevorzugt mehr als etwa 100 Nanometer. Der Precursor-Film bildet sich durch Kondensation von Flüssigkeitsdampf auf einem Festkörper (A. W. Adamson und A. P. Gast, „Physical Chemistry of Surfaces", John Wiley & Sons, Inc., New York 1997, 6. Auflage, Seiten 372, 373) im Umfeld einer Flüssigkeitsmenge auf einer Oberfläche unabhängig vom Benetzungswinkel.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die kleine Flüssigkeitsmenge an mehreren Seiten durch Führungsstreifen eingegrenzt. So läßt sich eine genaue Lokalisierung der Flüssigkeitsmenge erreichen, um z. B. eine Reaktion an lokalisierter Stelle durchführen zu können. Zu einem solchen Reaktionsbereich kann die Flüssigkeit z. B. auf einem von zwei Seiten durch Führungsstreifen eingeschränkten Zwischenbereich in einer Art Führungsschiene geführt werden.

Zum Transport kleiner Flüssigkeitsmengen auf einer Chipoberfläche eignen sich parallel angeordnete Führungsstreifen mit einem dazwischen befindlichen Zwischenbereich.

Durch Einwirkung einer äußeren Kraft wird z. B. ein Flüssigkeitstropfen entlang eines solchen Zwischenbereiches mit seitlich angeordneten Führungsstreifen wie auf einem „Gleis" geführt. Im Zwischenbereich können verschieden funktionalisierte Oberflächenbereiche angeordnet sein, wobei auf deren Benetzungseigenschaften keine besondere Rücksicht genommen werden muß.

Bei einer Ausgestaltung mit einem Zwischenbereich, der schlechter von der Flüssigkeit benetzt wird, als die Führungsstreifen, wird durch die Oberfläche nur eine geringe Bremskraft auf die Flüssigkeit ausgeübt, so daß ein schneller Transport möglich ist.

Bei einer Weiterbildung sind mehrere Führungsstreifen parallel zueinander angeordnet, wobei sich jeweils zwischen zwei Führungsstreifen ein Zwischenbereich befindet. Die äußeren Führungsstreifen dienen der lateralen Begrenzung der Bewegung der Flüssigkeit, während die dazwischen befindlichen Führungsstreifen die Stabilisierung der Bewegung gewährleisten.

Die erfindungsgemäßen Verfahren bzw. die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eignen sich zur chemischen, physikalischen und/oder biologischen Untersuchung der Flüssigkeitsmenge bzw. von Materie in der Flüssigkeitsmenge. Dazu kann der Zwischenbereich entsprechend funktionalisiert werden. Besonders vorteilhaft kann das Verfahren bzw. die Vorrichtung eingesetzt werden, um biologisches Material, z. B. Zellen oder DNA-Moleküle in Pufferlösungen zu untersuchen. Dazu wird der Zwischenbereich mit Hilfe biologischer Makromoleküle funktionalisiert. Die Flüssigkeit wird in den funktionalisierten Bereich gebracht und durch die Führungsstreifen lokalisiert bzw. in ihrer Bewegung in einer Raumrichtung begrenzt. Das in der Flüssigkeit befindliche biologische Material reagiert ggf. mit den biologischen Makromolekülen im Zwischenbereich. Daraus resultierende Änderungen des physikalischen, chemischen und/oder biologischen Verhaltens können untersucht werden und zur Analyse eingesetzt werden.

Selbstverständlich kann auf einem Chip eine Vielzahl derartiger „Reaktionsbereiche" vorgesehen sein, die z. B. ein „DNA-Screening" ermöglichen.

Bei vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren wird eine äußere Krafteinwirkung genutzt, um eine Durchmischung der kleinen Flüssigkeitsmenge zu erreichen. Auf diese Weise lassen sich z. B. eine Reaktion beschleunigen bzw. gleichförmige Reaktionsbedingungen erzielen.

Sind Führungsstreifen in paralleler Ausrichtung vorhanden, zwischen denen sich ein Zwischenbereich befindet, so kann die Flüssigkeitsmenge entlang dieser Führungsstreifen durch Einwirkung einer äußeren Kraft bewegt werden.

Bewegt sich die Flüssigkeitsmenge entlang eines langgestreckten Zwischenbereiches mit angrenzenden Führungsstreifen, deren Abstand nicht konstant ist, so ändert sich die Form der kleinen Flüssigkeitsmenge entsprechend der lateralen Ausdehnung des Zwischenbereiches mit angrenzenden Führungsstreifen.

Die äußere Kraft kann auf verschiedene Weisen, z. B. elektrostatisch, erzeugt werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Erzeugung einer äußeren Kraft mit Hilfe von Oberflächenschallwellen. Derartige Oberflächenschallwellen führen zu einer mechanischen Deformation der Oberfläche, die einen Impulsübertrag auf die Flüssigkeitsmenge bewirkt.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen weisen dazu zumindest eine Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung auf.

Wird z. B. ein piezoelektrischer Kristall als Festkörper eingesetzt, auf dem sich die Anordnung befindet, so wird die mechanische Deformation der Oberfläche durch die Oberflächenschallwelle zusätzlich von elektrischen Feldern begleitet, die wie derum eine Kraftwirkung auf geladene oder polarisierbare Materie innerhalb der zu untersuchenden Flüssigkeit bewirken.

Durch die genannten Effekte überträgt eine Oberflächenschallwelle einen Impuls auf die Flüssigkeit. Der Impuls bewirkt eine Bewegung der Flüssigkeit in Richtung der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenschallwelle. Zusätzlich wird eine Durchmischung der Flüssigkeit durch die Einwirkung der Oberflächenschallwelle erzielt.

Selbstverständlich können auch mehrere Flüssigkeitsmengen mit Oberflächenwellen aus unterschiedlichen Richtungen zueinander geführt werden, um miteinander zu reagieren oder sich zu vermischen.

Zur Erzeugung von Oberflächenschallwellen wird vorteilhaft ein an sich bekannter Interdigitaltransducer auf einem piezoelektrischen Bereich des Substrates oder auf einem piezoelektrischen Substrat eingesetzt. Dabei ist es ausreichend, wenn das Substrat bzw. die entsprechende Beschichtung nur in dem Bereich piezoelektrisch ist, in dem sich der Interdigitaltransducer befindet.

Ein solcher Interdigitaltransducer hat in einfacher Ausführung zwei Elektroden, die fingerartig ineinander greifen. Durch Anlegen eines hochfrequenten Wechselfeldes, z. B. in der Größenordnung von einigen 10 bis 100 MHz, wird in dem piezoelektrischen Substrat bzw. in dem piezoelektrischen Bereich des Substrates eine Oberflächenschallwelle angeregt, wenn die Resonanzbedingung nahezu erfüllt ist, daß der Fingerabstand einer Elektrode dem Quotienten der Oberflächenschallgeschwindigkeit und der Frequenz entspricht. Die Oberflächenschallwelle hat die Wellenlänge des Fingerabstandes einer Elektrode und ihre Ausbreitungsrichtung ist im wesentlichen senkrecht zu den ineinander greifenden Fingerelektrodenstrukturen. Ein solcher Interdigitaltransducer läßt sich sehr einfach und kostengünstig mit bekannten lithographischen Verfahren und Beschichtungstechnologien herstellen. Interdigitaltransducer können zudem, z. B. durch Einstrahlung eines elektromagnetischen Wechselfeldes in eine mit dem Interdigitaltransducer verbundene Antenneneinrichtung, drahtlos angesteuert werden.

Um z. B. eine Flüssigkeitsmenge entlang eines langgestreckten Zwischenbereiches mit seitlich sich anschließenden Führungsstreifen zu treiben, wird ein Interdigitaltransducer so auf der Chipoberfläche angeordnet, daß eine seiner Schallausbreitungsrichtungen im wesentlichen entlang der langgestreckten Anordnung aus Zwischenbereich und Führungsstreifen ist.

Selbstverständlich können mehrere Interdigitaltransducer zur Ansteuerung verschiedener durch Zwischenbereiche mit sich anschließenden Führungsstreifen gebildete Bahnen dienen. Ebenso ist eine Netzwerkanordnung aus entsprechenden Bahnen und dazu zugeordneten Interdigitaltransducern möglich.

Bei Einsatz von Interdigitaltransducern mit nicht konstantem Fingerabstand („getaperter Interdigitaltransducer") läßt sich auch der laterale Ausbreitungsbereich des Oberflächenschalles eines Interdigitaltransducers begrenzen. Mit einem solchen getaperten Interdigitaltransducer können verschiedene Bereiche eines Chips ausgewählt angesteuert werden.

Interdigitaltransducer lassen sich in verschiedenen Geometrien realisieren. Erfindungsgemäß können auch andere Interdigitaltransducergeometrien eingesetzt werden, wie sie aus der Technologie der Oberflächenwellenfilter bekannt sind.

Besondere Vorteile des Impulsübertrages mittels Oberflächenschallwellen zur Bewegung bzw. Durchmischung kleiner Flüssigkeitsmengen sind:

– Es lassen sich verschiedene zeitliche Verläufe der Kraft, wie z. B. Pulse verschiedener Länge, elektronisch definieren.
– Die Stärke der Kraftwirkung auf die kleine Flüssigkeitsmenge läßt sich in einem weiten Bereich über die Amplitude oder die Pulsfrequenz der Oberflächenschallwelle einstellen.
– Die Beschallung der Festkörperoberfläche mit der Oberflächenschallwelle kann eine automatische Reinigung der überstrichenen Bereiche bewirken.
– Eine Ansteuerung über entsprechende Software ist einfach möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich vorteilhaft auch in einem System aus verschiedenen Analyse- bzw. Synthesepunkten auf einem Festkörperchip einsetzen. Auf diese Weise wird ein sogenanntes „Lab-on-a-chip" gebildet. Dabei können langgestreckte Zwischenbereiche mit ggf. beidseitigen seitlichen Führungsstreifen als Verbindungspfade zwischen verschiedenen Analyse- bzw. Synthesepunkten dienen. Einzelne Zwischenbereiche, die an mehreren Seiten von Führungsstreifen umgeben sind, können als Reaktionsbereiche eingesetzt werden. Selbstverständlich lassen sich auch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die erfindungsgemäßen Verfahren mit anderen Transport- bzw. Lokalisierungsverfahren auf einem Chip kombinieren.

Die Flüssigkeit wird z. B. mit Hilfe eines Pipettierroboters derart auf den Zwischenbereich gebracht, daß zumindest zwei Führungsstreifen berührt werden. Die notwendige Menge kann in Vorversuchen festgestellt oder durch sukzessives Aufbringen der Flüssigkeit erreicht werden. Bei Berührung von zwei Führungsstreifen, die z. B. parallel angeordnet sind, wird die Flüssigkeitsmenge durch die bevorzugte Benetzung der Führungsstreifen in Zusammenwirkung mit der Oberflächenspannung lokalisiert. Bei geeigneter Wahl der Geometrie oder des Verfahrensablaufes kann die Flüssigkeit auch selbstjustierend aufgebracht werden. Die Flüssigkeitsmenge wird in Kontakt mit einem Führungsstreifen und dem Zwischenbereich gebracht. Durch äußere Krafteinwirkung, z. B. durch eine Oberflächenschallwelle oder durch Bewegen des gesamten Chips, wird die Flüssigkeitsmenge derart bewegt, daß sie in Kontakt mit einem weiteren Führungsstreifen gelangen kann. Es stellt sich dann in selbstjustierender Weise ein Zustand ein, in dem die Flüssigkeitsmenge aufgrund ihrer Oberflächenspannung und der bevorzugten Benetzung der Führungsstreifen zwischen diesen gehalten wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren im Detail erläutert. Die schematischen Figuren dienen der Erläuterung des Prinzipes und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren zeigen Ausschnitte auf Draufsichten bzw. Querschnitte von Chipoberflächen, die ggf. Teil eines größeren Komplexes sein können. Dabei zeigt
1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung während des Durchführens eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2a einen Querschnitt durch die Anordnung der 1 entlang der Linie A-A in der angezeigten Blickrichtung,
2b einen Querschnitt gemäß der Linie entlang der Linie B-B der 2a, in der angezeigten Richtung,
2c einen Querschnitt entlang der Linie C-C mit der in 2a angegebenen Blickrichtung,
3 eine alternative Ausführungsform im Querschnitt,
4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt in schematischer Darstellung und in Draufsicht die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gezeigt ist ein Ausschnitt aus einer Chipoberfläche. Die gezeigte Ausführungsform dient zum Transport einer kleinen Flüssigkeitsmenge 1 entlang einer definierten Strecke. Dabei bezeichnet 5 seitliche Führungsstreifen der Breite 8. 1 bezeichnet einen Flüssigkeitstropfen, der durch seine eigene Oberflächenspannung zusammengehalten auf der Festkörperoberfläche lokalisiert ist.
Typischerweise sind die Führungsstreifen etwa ein Zehntel bis ein Drittel der lateralen Ausdehnung der zu manipulierenden Flüssigkeitsmenge, im gezeigten Beispiel also des Tropfendurchmessers, jedoch größer als die Breite des Precursor-Filmes, also größer als etwa 100 nm.
Die Flüssigkeitsvolumina bewegen sich in der Größenordnung von 1 μm³ bis 1 cm³.
Zwischen den Führungsstreifen 5 befindet sich ein Zwischenbereich 3, der z. B. reaktionsfunktionalisiert ist. Zum Beispiel können biologische Makromoleküle in dem reaktionsfunktionalisierten Zwischenbereich 3 gebunden sein. Auch der aus dem Zwischenbereich 3 mit den Führungsstreifen 5 gebildete Streifen ist in 1 nicht vollständig dargestellt, was durch die seitlichen Bruchlinien 10 angedeutet sein soll. Verschiedene Geometrien und Größen sind denkbar.
Beabstandet zu der Streifenanordnung aus Zwischenbereich 3 und Führungsstreifen 5 befindet sich ein Interdigitaltransducer 7, der auf der Festkörperoberfläche mit bekannten lithographischen Techniken und Beschichtungstechniken aufgebracht ist. Der Interdigitaltransducer besteht aus Elektroden 9 mit fingerartigen Fortsätzen 11, die ineinander greifen. Der Abstand der einzelnen Finger ist dabei in der Größenordnung von Mikrometern. Bei der Ausführungsform der 1 befindet sich die Anordnung auf einem piezoelektrischen Kristall, z. B. Lithiumniobat. Alternativ kann die Oberfläche des Chips mit einer piezoelektrischen Schicht, z. B. aus Zinkoxid, versehen sein. Bei Anlegen eines elektromagnetischen Wechselfeldes an die Elektroden 9 in der Größenordnung von einigen 10 bis 100 MHz wird in bekannter Weise eine Oberflächenschallwelle mit einer Ausbreitungsrichtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der fingerartigen Elektroden 11 angeregt. Der interessierende Teil des so angeregten Oberflächenschallwellenfeldes hat einen Schallpfad in Richtung 13.
Der Abstand des Interdigitaltransducers 7 von der gezeigten Streifenanordnung ist nicht maßstabsgetreu. Es sind größere Abstände denkbar, wie sie aus der Oberflächenschallwellentechnologie bekannt sind.
2a zeigt einen Schnitt durch die Anordnung der 1 entlang der Linie A-A in der in 1 angegebenen Blickrichtung. Der piezoelektrische Festkörper ist mit 2 bezeichnet. Bei der gezeigten Ausführungsform befindet sich zwischen den Führungsstreifen 5 eine hydrophobe Reaktionsfunktionalisierung 3. Der Flüssigkeitstropfen 1 z. B. einer wäßrigen Lösung mit biologischem Material breitet sich bis zur äußeren Begrenzung der hydrophilen Führungsstreifen 5 aus. Außerhalb der Führungsstreifen 5 ist die Oberfläche 31 ebenfalls hydrophob. Die Oberflächenbenetzungseigenschaften sind dabei derart gewählt, daß eine geringere Benetzung vorliegt, als mit der reaktionsfunktionalisierten Oberfläche im Zwischenbereich 3. So wird eine zusätzliche Lokalisierung der Flüssigkeitsmenge auf dem Zwischenbereich 3 und den Führungsstreifen 5 erreicht.
2b zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B der 2a. In diesem Bereich ist die Flüssigkeit des Flüssigkeitstropfens 1 über den gesamten Querschnitt auf dem hydrophilen Bereich 5 angesiedelt. Es stellt sich der Benetzungswinkel α je nach Wahl der Materialien ein. 2c zeigt einen Schnitt entlang der Linie C-C der 2a. Hier befindet sich der Rand der Flüssigkeit auf dem ggf. hydrophoben Teil 3. Dementsprechend ist der Benetzungswinkel β sehr viel steiler als der Benetzungswinkel α der Flüssigkeit auf dem hydrophilen Bereich der 2b.
Eine solche Anordnung läßt sich wie folgt einsetzen. Ein Flüssigkeitstropfen 1 wird auf die Streifenanordnung aus dem Zwischenbereich 3 mit den seitlichen Führungsstreifen 5 gebracht. Der Flüssigkeitstropfen 1 umfaßt eine wäßrige Lösung mit z. B. biologischem Material. Die notwendige Menge an Flüssigkeit kann in Vorversuchen ermittelt werden. Ebenso kann die Menge mit Hilfe z. B. einer Pipette sukzessiv erhöht werden, bis beide Führungsstreifen 5 zumindest berührt werden. Aufgrund der hydrophilen Eigenschaften der seitlichen Führungsstreifen 5 breitet sich der Flüssigkeitstropfen in Richtung des Randes vollständig aus. Aufgrund der Oberflächenspannung des Tropfens wird er in seiner Form zusammengehalten und ein Auseinanderlaufen wird verhindert. Dies wird durch die Oberflächenbeschaffenheit des Oberflächenbereiches 31, in dem eine noch geringere Benetzung stattfindet, als im Zwischenbereich 3, zusätzlich verstärkt. Im Zwischenbereich 3, der ggf. stärker hydrophobe Eigenschaften hat als die Führungsstreifen 5, stellt sich ein steiler Benetzungswinkel β ein, während sich im Bereich der Führungsstreifen 5 ein flacherer Benetzungswinkel α einstellt.
Es wird ein elektrisches Wechselfeld der angegebenen Größenordnung an die Elektroden 9 des Interdigitaltransducers angelegt, um eine Oberflächenschallwelle in Richtung 13 anzuregen. Die Oberflächenschallwelle überträgt ihren Impuls auf den Flüssigkeitstropfen 1, z. B. durch die mechanische Deformation der Oberfläche. Der Flüssigkeitstropfen wird auf diese Weise in Richtung 13 fortbewegt. Die Führungsstreifen 5 verhindern ein seitliches Ausbrechen. Dieses Verhalten ist unabhängig davon, welche Benetzungseigenschaften der Zwischenbereich 3 hat. Auch ein weniger hydrophiler Bereich, wie er bei der gezeigten Ausführungsform vorhanden ist, ist für den Zwischenbereich 3 möglich, da die Richtung der Tropfenbewegung durch die Führungsstreifen 5 bestimmt wird. Es wird eine definierte Bewegung des Flüssigkeitstropfens entlang eines solchen „Gleises" erzeugt.
Eine solche Anordnung kann eingesetzt werden, um den Flüssigkeitstropfen z. B. an einen bestimmten Analysepunkt zu bringen, in dem der Zwischenbereich 3 in besonderer Form funktionalisiert ist, um z. B. eine Reaktion oder eine Analyse zu ermöglichen. Dabei braucht keine Rücksicht auf die Benetzungseigenschaften des Zwischenbereiches genommen werden, da die Bewegung des Tropfens durch die Führungsstreifen 5 festgelegt ist.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Flüssigkeit in Form eines Tröpfchens 1 auf der Oberfläche angeordnet. Bei einer entsprechend schmaleren Ausführung befindet sich die Flüssigkeit in Form eines „Flüssigkeitsschlauches" auf dem „Gleis" 3, 5.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt. Die Ansicht entspricht der Darstellung der 2a der ersten Ausführungsform. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform werden die Führungsstreifen durch flache Absenkungen 50 in der Oberfläche erreicht. Bei der gezeigten Ausführungsform befindet sich zwischen den Führungsstreifen eine Beschichtung ggf. mit der gewünschten Reakionsfunktionalisierung. Die Dicke der Beschichtung ist dabei dünner als etwa ein Zehntel der Oberflächenschallwellenlänge, die mit einem Transducer 11 erzeugt werden kann. Außerhalb der Führungsstreifen 50 befindet sich eine Beschichtung 30 mit ähnlichen Benetzungseigenschaften wie die Reaktionsfunktionalisierungsbeschichtung 3. Die Tiefe 51 der abgesenkten Bereiche 50 ist sehr viel kleiner als die Höhe 10 des Flüssigkeitstropfens 1, z. B. im Submikrometerbereich. Ein Flüssigkeitstropfen 1, der auf den Zwischenbereich 3 gebracht wird, fließt seitlich in die Führungsstreifen 50. Seine Oberflächenspannung verhindert, daß er auf der entfernten Seite die abgesenkten Bereiche 50 wieder verläßt. Auch hier wird die notwendige Menge abhängig von den verwendeten Materialien z. B. im Versuch ermittelt. Auf diese Weise läßt sich ebenfalls ein „Gleis"-Effekt erreichen, wie bei der Ausführungsform der 1 und 2.
Der Antrieb des Flüssigkeitstropfens 1 geschieht ebenfalls mit einem Interdigitaltransducer in analoger Anordnung wie bei der 1.
In 4 ist eine Ausführungsform mit mehreren Führungsstreifen 5, 6 gezeigt. Gleiche Elemente sind wiederum mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Während die äußeren Führungsstreifen 5 das seitliche Ausbrechen der Flüssigkeitsmenge 1 verhindern, dienen die Führungsstreifen 6 der weiteren Stabilisierung der Bewegung in Richtung 13. Die Oberflächeneigenschaften der Führungsstreifen 6 entsprechen den Oberflächeneigenschaften der Führungsstreifen 5. Analog zu der Ausführungsform der 1 und 2 sind die Oberflächenbereiche 5 und 6 hydrophil ausgebildet, wenn der zu bewegende Flüssigkeitstropfen eine wäßrige Lösung ist. Die Benetzungseigenschaften der Zwischenbereiche 3 können frei ge wählt werden, so daß eine Reaktionsfunktionalisierung vorgesehen sein kann, die unabhängig von den Benetzungseigenschaften ist.
5 zeigt eine Anordnung, wie sie z. B. zur Analyse eingesetzt werden kann. Die Führungsstreifen 5 bilden eine Umrandung. Innerhalb dieser Umrandung 5 befindet sich ein reaktionsfunktionalisierter Bereich 4. Zum Beispiel können biologische Makromoleküle an der Oberfläche gebunden sein. Die Benetzungseigenschaften des Oberflächenbereiches 4 können unabhängig von der Art der Flüssigkeit 1 gewählt werden, da ein seitliches Ausbrechen durch die hydrophilen Streifen 5 in Zusammenwirkung mit der Oberflächenspannung der Flüssigkeitsmenge 1 verhindert wird.
Mit der Anordnung der 5 kann wie folgt eine Analyse durchgeführt werden. Über die Zwischenbereiche 3 mit den seitlichen Führungsstreifen 5 kann eine Flüssigkeitsmenge mit Hilfe einer Oberflächenschallwelle, die mit dem Interdigitaltransducer 7 erzeugt wird, in Richtung des Reaktionsbereiches 4 gebracht werden, wie es z. B. mit Bezug zu der 1 beschrieben ist. In dem Reaktionsbereich 4 kann sich die Flüssigkeit 1 aufhalten. Durch die entsprechend gewählte z. B. biologische Funktionalisierung findet eine Reaktion zwischen der biologischen Funktionalisierung der Oberfläche 4 mit biologischem Material, das z. B. in der Flüssigkeit 1 enthalten ist, statt. Nach der Reaktion kann die Flüssigkeit z. B. durch weiteres Einstrahlen einer Oberflächenschallwelle auf der anderen Seite des Reaktionsbereiches 4 wieder entfernt werden. Selbstverständlich können auch andere, z. B. physikalische Untersuchungen vorgenommen werden.
Selbstverständlich kann auch die Anordnung der 5 mit Hilfe von flachen abgesenkten Bereichen anstelle der Führungsstreifen 5 realisiert werden, wie sie z. B. mit Bezug zur 3 beschrieben sind. Schließlich können auf dem Reaktionsbereich 4 mehrere Flüssigkeiten zur Reaktion zusammengebracht werden.
Verschiedene derartige Reaktionsbereiche 4 können über entsprechende „Gleise" miteinander verbunden sein und so verschiedene Reaktionen mit einer Flüssigkeit ermöglichen. Auch andere Analyse- bzw. Synthesestationen können vorgesehen sein, die jeweils über Anordnungen gemäß der 1 bis 4 miteinander verbunden sind. So läßt sich ein „Lab-on-the-chip" realisieren, in dem eine sehr kleine Flüssigkeitsmenge verschiedenen Untersuchungen unterzogen wird.
Die Erfindung ermöglicht also eine definierte Bewegung einer Flüssigkeitsmenge auf einer Chipoberfläche. Dazu sind keine tief geätzten Kanäle mit den dabei entstehenden bekannten Schwierigkeiten notwendig. Die Oberfläche bleibt im wesentlichen planar, läßt sich auf diese Weise sehr leicht reinigen und stellt keine zusätzlichen Hindernisse für die Bewegung der Flüssigkeitsmenge dar.
Durch die Einwirkung der Oberflächenschallwelle wird die Flüssigkeitsmenge zusätzlich in Turbulenz versetzt und durchmischt. Eine Reaktion kann auf diese Weise beschleunigt werden.
Die gezeigten Geometrien dienen nur zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und stellen somit bevorzugte Ausführungsformen dar. Die Ansprüche umfassen in für den Fachmann ersichtlicher Weise auch andere Anordnungen von Zwischenbereichen und Führungsstreifen bzw. Interdigitaltransducern. Ebenso ist die Anzahl der gezeigten Elemente nicht begrenzt. So können z. B. mehrere Interdigitaltransducer für die Bewegung in verschiedenen Richtungen vorgesehen sein, wenn Zwischenbereiche und Führungsstreifen entsprechende Geometrien aufweisen.

Claims

Verfahren zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen, insbesondere Chipoberflächen, bei dem mindestens eine kleine von ihrer Oberflächenspannung zusammengehaltene Flüssigkeitsmenge (1) auf einen Bereich der Oberfläche mit zumindest einem Zwischenbereich (3, 4) gebracht wird, der zumindest in zwei Richtungen an Führungsstreifen (5, 6) angrenzt, wobei die kleine Flüssigkeitsmenge (1) sowohl den Zwischenbereich (3, 4) als auch die Führungsstreifen (5, 6) berührt und der zumindest eine Zwischenbereich (3, 4) und die Führungsstreifen (5, 6) unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen, die derart gewählt sind, daß eine Oberfläche mit der Oberflächenbeschaffenheit der Führungsstreifen stärker von der kleinen Flüssigkeitsmenge benetzt wird, als eine Oberfläche mit der Oberflächenbeschaffenheit des zumindest einen Zwischenbereiches.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zumindest eine Zwischenbereich erhaben gegenüber den Führungsstreifen gewählt wird, wobei die Stufe zwischen dem zumindest einen Zwischenbereich und den Führungsstreifen kleiner als die Höhe der Flüssigkeitsmenge auf dem Zwischenbereich ist.
Verfahren zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen auf Oberflächen, insbesondere Chipoberflächen, bei dem mindestens eine kleine von ihrer Oberflächenspannung zusammengehaltene Flüssigkeitsmenge (1) auf einen Bereich der Oberfläche mit zumindest einem Zwischenbereich (3) gebracht wird, der wenigstens in zwei Richtungen an Führungsstreifen (50) angrenzt, wobei die kleine Flüssigkeitsmenge (1) sowohl den Zwischenbereich (3) als auch die Führungsstreifen (50) berührt und der zumindest eine Zwischenbereich (3) gegenüber den Führungsstreifen (50) erhaben gewählt ist und die Stufe (51) zwischen dem zumindest einen Zwischenbereich (3) und den Führungsstreifen (50) kleiner als die Höhe (10) der Flüssigkeitsmenge (1) auf dem Zwischenbereich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Oberflächenbeschaffenheit des Oberflächenaußenbereiches (31), der einem Führungsstreifen (5) auf dessen dem angrenzenden Zwischenbereich (3) abgewandten Seite benachbart ist, derart ausgewählt ist, daß die kleine Flüssigkeitsmenge (1) schlechter oder gleich stark mit der Oberfläche des Oberflächenaußenbereiches (31) benetzt, als mit der Oberfläche des Zwischenbereiches (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die kleine Flüssigkeitsmenge (1) Wasser bzw. eine wäßrige Lösung ist und die Führungsstreifen (5, 6, 50) im Vergleich zu dem zumindest einen Zwischenbereich (3, 4) hydrophil gewählt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die laterale Breite (8) eines Führungsstreifens (5, 6, 50) größer als die Breite des Precursor-Filmes der Flüssigkeitsmenge (1) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die laterale Breite (8) eines Führungsstreifens (5, 6, 50) größer als 100 nm gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die kleine Flüssigkeitsmenge (1) in mehreren Raumrichtungen von Führungsstreifen (5, 50) umgeben ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Flüssigkeitsmenge (1) auf einen Zwischenbereich (3, 4) gebracht wird, der zumindest auf zwei im wesentlichen gegenüberliegenden Seiten von Führungsstreifen (5, 50) begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest zwei Führungsstreifen (5, 6, 50) im wesentlichen parallel angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Flüssigkeitsmenge (1) mehrere Zwischenbereiche (3) und mehr als zwei Führungsstreifen (5, 6) berührt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der zumindest eine Zwischenbereich (3, 4) zur Reaktion mit der kleinen Flüssigkeitsmenge (1) und/oder darin enthaltenem Material zumindest teilweise physikalisch, chemisch und/oder biologisch funktionalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der zumindest eine Zwischenbereich (3, 4) durch biologische Makromoleküle funktionalisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die kleine Flüssigkeitsmenge (1) auf dem zumindest einen Zwischenbereich (3, 4) entlang der Führungsstreifen (5, 6, 50) mit Hilfe einer äußeren Krafteinwirkung bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die kleine Flüssigkeitsmenge (1) auf dem zumindest einen Zwischenbereich (3, 4) mit Hilfe einer äußeren Krafteinwirkung durchmischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem zumindest zwei Flüssigkeitsmengen auf einen Zwischenbereich (3, 4) gebracht werden und mit Hilfe äußerer Krafteinwirkung relativ zueinander bewegt werden, vorzugsweise um sie untereinander zu vermischen oder zur Reaktion zu bringen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem zur Erzeugung der äußeren Kraft der Impuls von wenigstens einer Oberflächenschallwelle auf die kleine Flüssigkeitsmenge (1) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die wenigstens eine Oberflächenschallwelle mit Hilfe zumindest eines Interdigitaltransducers (7) mit einer Abstrahlrichtung (13) in Richtung zumindest eines der Zwischenbereiche (3, 4) erzeugt wird.
Vorrichtung zur Manipulation zumindest einer kleinen Flüssigkeitsmenge mit – einer Oberfläche, vorzugsweise einer Chipoberfläche, – zumindest einem Zwischenbereich (3, 4) auf der Oberfläche, der zumindest in zwei Richtungen an Führungsstreifen (5) angrenzt, wobei die Führungsstreifen (5, 50) und der zumindest eine Zwischenbereich (3, 4) derart unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen, daß eine Oberfläche mit der Oberflächenbeschaffenheit eines Führungsstreifens stärker von der kleinen Flüssigkeitsmenge benetzt würde, als eine Oberfläche mit der Oberflächenbeschaffenheit des zumindest einen Zwischenbereiches, – und zumindest einer Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung (7) mit einer Abstrahlrichtung (13) in etwa entlang zumindest eines der Zwischenbereiche (3, 4) zur Erzeugung einer Oberflächenschallwelle.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der zumindest eine Zwischenbereich gegenüber den Führungsstreifen erhaben ist, wobei die Stufe zwischen dem zumindest einen Zwischenbereich und den Führungsstreifen kleiner als die Höhe einer durch die Oberflächenspannung auf dem Zwischenbereich und den Führungsstreifen zusammengehaltenen Flüssigkeitsmenge ist.
Vorrichtung zur Manipulation zumindest einer kleinen Flüssigkeitsmenge mit – einer Oberfläche, vorzugsweise einer Chipoberfläche, – zumindest einem Zwischenbereich (3) auf der Oberfläche, der zumindest in zwei Richtungen an Führungsstreifen (50) angrenzt, wobei der zumindest eine Zwischenbereich (3) gegenüber den Führungsstreifen (50) erhaben ist und die Stufe zwischen dem zumindest einen Zwischenbereich (3) und den Führungsstreifen (50) kleiner ist als die Höhe einer durch die Oberflächenspannung auf dem Zwischenbereich und den Führungsstreifen zusammengehaltenen Flüssigkeitsmenge, und – zumindest einer Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung (7) mit einer Abstrahlrichtung (13) in etwa entlang zumindest eines der Zwischenbereiche (3, 4) zur Erzeugung einer Oberflächenschallwelle.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 und 21, bei der die Führungsstreifen (50) flach geätzte Täler in der Oberfläche sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 und 21, bei der der erhabene Zwischenbereich (3) durch eine Beschichtung bzw. aufgewachsenes Material gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei der die Oberfläche des Oberflächenaußenbereiches (31), der einem Führungsstreifen (5) auf seiner einem angrenzenden Zwischenbereich (3, 4) abgewandten Seite benachbart ist, derart von der Oberfläche des Zwischenbereiches (3, 4) unterschiedliche Benetzungseigenschaften aufweist, daß die kleine Flüssigkeitsmenge stärker mit der Oberfläche des Zwischenbereiches (3, 4) benetzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei der die Führungsstreifen (5, 6, 50) im Vergleich zu dem zumindest einen Zwischenbereich (3, 4) hydrophil sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, bei der die laterale Breite der Führungsstreifen (5, 6, 50) größer als die Breite des Precursor-Filmes einer zu manipulierenden Flüssigkeitsmenge (1) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die laterale Breite (13) der Führungsstreifen (5, 6, 50) größer als 100 nm ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 27, mit einem Zwischenbereich (4), der ein in mehreren Raumrichtungen durch Führungsstreifen (5) begrenztes Feld umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, mit einem Zwischenbereich (3), der auf zwei im wesentlichen gegenüberliegenden Seiten von Führungsstreifen (5, 50) umgeben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, mit im wesentlichen parallel angeordneten Führungsstreifen (5, 6, 50).
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der mehr als zwei Führungsstreifen (5, 6) nebeneinander parallel angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 31 mit zumindest einem Zwischenbereich (3, 4), der zumindest teilweise physikalisch, chemisch und/oder biologisch funktionalisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, bei der der funktionalisierte Zwischenbereich mit biologischen Makromolekülen funktionalisiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 33, bei der die zumindest eine Oberflächenwellenerzeugungseinrichtung einen Interdigitaltransducer (7) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 34, bei der der Interdigitaltransducer einen nicht konstanten Fingerabstand aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 35 mit einem Netzwerk aus Zwischenbereichen mit angrenzenden Führungsstreifen zum Transport und/oder zur Analyse kleiner Flüssigkeitsmengen.