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DE10150269B4 - Micro chamber for non-invasive measurement on biological material - Google Patents

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DE10150269B4
DE10150269B4 DE2001150269 DE10150269A DE10150269B4 DE 10150269 B4 DE10150269 B4 DE 10150269B4 DE 2001150269 DE2001150269 DE 2001150269 DE 10150269 A DE10150269 A DE 10150269A DE 10150269 B4 DE10150269 B4 DE 10150269B4
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Abstract

Mikrokammer zur Kultivierung, Manipulation und/oder nicht-invasiven Messung an biologischem Material, mit einem Gehäuse (1, 2) aus einem Oberteil (1) und einem Unterteil (2), mit einer behältnisförmigen Ausnehmung (4, 5) im Unterteil (2) und einer Ausstülpung (3) im Oberteil (1), mit wenigstens jeweils einer flüssigkeits- oder gasführenden Zu- und Ableitung (6, 7) in die behältnisförmige Ausnehmung (5), wobei das Oberteil (1) gegenüber dem Unterteil (2) mit einem Gelenk (8) klappbar ausgestaltet ist, wobei die Ausstülpung des Oberteils (3) und die behältnisförmige Ausnehmung (4, 5) des Unterteils so angeordnet und ausgestaltet sind, dass in einer zugeklappten Position von Unterteil (2) und Oberteil (1) die behältnisförmige Ausnehmung (5) des Unterteils, eine erste Kammer (5) bildend, deckelartig durch die Ausstülpung des Oberteils (3) abgedichtet ist, wobei ein Verschlussmittel (9, 10) zur Sicherung der zugeklappten Position vorgesehen ist, und wobei mindestens eine an der behältnisförmigen Ausnehmung (4, 5) vorbeiführende und/oder an der Ausstülpung (3) vorbeiführende, jeweils die Zu- und Ableitung (6, 7) verbindende flüssigkeits- oder gasführende Leitung (18a, b) vorgesehen ist, wobei die Leitung (18a, b) Einrichtungen zur Messung von Nullkontrollen aufweist.Microcentric for cultivation, manipulation and / or non-invasive measurement on biological material, comprising a housing (1, 2) comprising an upper part (1) and a lower part (2), with a container-shaped recess (4, 5) in the lower part (2 ) and a protuberance (3) in the upper part (1), with at least one respective liquid- or gas-conducting inlet and outlet (6, 7) into the container-shaped recess (5), the upper part (1) being opposite the lower part (2). with a hinge (8) is designed hinged, wherein the protuberance of the upper part (3) and the Behärmförmige recess (4, 5) of the lower part are arranged and configured so that in a closed position of lower part (2) and upper part (1) the container-like recess (5) of the lower part, forming a first chamber (5), is lid-like sealed by the protuberance of the upper part (3), wherein a closure means (9, 10) is provided for securing the closed position, and wherein at least one d it is provided in the container-shaped recess (4, 5) past and / or on the protuberance (3), respectively the supply and discharge line (6, 7) connecting liquid or gas leading line (18a, b) is provided, wherein the line (18a , b) has means for measuring zero checks.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrokammer zur nicht-invasiven Messung an biologischem Material und deren Verwendung.The invention relates to a micro-chamber for non-invasive measurement of biological material and their use.

Es existiert bereits eine Reihe von Bioreaktoren zur Durchführung von Messungen an biologischem Material, insbesondere zur Untersuchung von Stoffwechselprozessen oder zur Durchführung toxikologischer Untersuchungen, z.B. an Wasser- oder Luftproben.There are already a number of Bioreactors to carry out of measurements on biological material, in particular for examination of metabolic processes or to carry out toxicological examinations, e.g. on water or air samples.

Als Beispiele können genannt werden miniPERM der Firma IN VITRO Systems & Services, ein Mini-Festbett-Biroeaktor der Firma Meredos, ein Flüssigbettreaktor des Forschungszentrum Jülich, BIACORE X der Firma BIACORE, cellferm-pro der Firma DASGIP mbH, Cytosensor® der Firma Molecular Devices, FLEXERCELL® der Firma Flexcell, Suprafusion der Firma Brandet, Vertical Schuler Organ Bath der Firma HSE Harvard, das Rotary Cell culture system von Synthecon, der Wave Bioreactor Cellbase der WaveBiotech AG, sowie Kammern der Firma cell-lining. Die meisten dieser Reaktoren bzw. Systeme sind nur für große Volumina im ml- bis I-Maßstab geeignet. DE 44 43 902 offenbart eine Mikroskopkammer mit speziell angeordneten Dichtungen zur optischen Untersuchung von Stoffwechselvorgängen an Zellen, und die Firma Minucells and Minutissue Vertriebs GmbH bietet entsprechende Gradientenkulturkammern anAs examples can be cited miniPERM the company IN VITRO Systems & Services, a mini fixed-Biroeaktor the company Meredos, a fluidized bed reactor of the Research Center Jülich, BIACORE X from BIACORE, cellferm-per company DASGIP mbH, Cytosensor ® from Molecular Devices , FLEXERCELL ® from Flexcell, Suprafusion from Brandet, Vertical Schuler Organ Bath from HSE Harvard, the Rotary Cell culture system from Synthecon, the Wave Bioreactor Cellbase from WaveBiotech AG, and chambers from cell-lining. Most of these reactors or systems are only suitable for large volumes in the ml to I scale. DE 44 43 902 discloses a microscope chamber with specially arranged seals for optical investigation of metabolic processes on cells, and the company Minucells and Minutissue Vertriebs GmbH offers corresponding gradient culture chambers

Die genannten Kammern bzw. Reaktoren weisen Nachteile dahingehend auf, dass jeweils große Probenmengen bzw. große Mengen an teuren Reagenzien wie Hormonen und Membraneffektoren erforderlich sind. Eine Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, eine für Arbeiten im Mikroliter-Maßstab geeignete Kammer bereitzustellen, deren Volumen zusätzliche variable wählbar sein sollte. Zudem bestand ein Bedarf nach einer flexibel verwendbaren Kammer, in die das biologische Material an unterschiedlichen Positionen eingebracht werden kann, die zudem je nach Bedarf als 1-Kammer- oder 2-Kammer-System betrieben werden kann, um Untersuchungen mit Kulturmedien- oder Reagenz-Gradienten durchführen zu können, und in die verschiedenste Messsensor-System an unterschiedlichen Positionen eingebracht werden können, d.h. nach einer vielseitig und einfach flexibel zu handhabenden Kammer.The said chambers or reactors have Disadvantages to the effect that in each case large quantities of samples or large quantities required on expensive reagents such as hormones and membrane effectors are. An object of the invention was therefore one for work suitable in microliter scale Chamber provide, whose volume can be selected additional variable should. In addition, there was a need for a flexibly usable chamber, into the biological material at different positions can be introduced, in addition, as needed, as a 1-chamber or 2-chamber system can be operated to investigate with Kulturmedien- or Perform reagent gradient to be able to and in the most diverse measuring sensor system at different positions can be introduced i.e. for a versatile and easy-to-use flexible chamber.

Die Aufgabe wurde gelöst durch die in Anspruch 1 im Zusammenhang mit 1 und 2 definierten Mikrokammer. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 11 definiert. Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung der Mikrokammer wie in Anspruch 12 definiert.The object has been solved by the in claim 1 in connection with 1 and 2 defined micro-chamber. Preferred embodiments are defined in claims 2 to 11. The invention further relates to the use of the micro-chamber as defined in claim 12.

1 und 2 stellen zwei Kammern dar, die nicht der Erfindung entsprechen. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung gemäss Anspruch 1 im aufgeklappten Zustand. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Kammer entsprechend Anspruch 3. 5 ist eine Aufsicht auf Ober- und Unterteil der erfindungsgemäßen Kammer im aufgeklappten Zustand, in der die Leitungen zur Messung von Nullkontrollen deutlicher erkennbar sind. Die Anschlussmodule für Sensoren nach Anspruch 7 sind im Anriss dargestellt. In den Figuren sind folgende Bezugszeichen angegeben: 1 and 2 represent two chambers that do not correspond to the invention. 3 shows an embodiment of the invention according to claim 1 in the unfolded state. 4 shows a chamber according to the invention according to claim 3. 5 is a plan view of the upper and lower part of the chamber according to the invention in the unfolded state, in which the lines for the measurement of zero controls are clearly visible. The connection modules for sensors according to claim 7 are shown in elevation. The following reference numerals are indicated in the figures:

  • 1 Oberteil1 upper part
  • 2 Unterteil2 lower part
  • 3 Ausstülpung3 protuberance
  • 4 Behältnisförmige Ausnehmung4 container-shaped recess
  • 5 Behältnisförmige Ausnehmung bzw. erste Kammer 5 container-shaped recess or first chamber
  • 6 Flüssigkeits- oder gasführende Zu- bzw. Ableitung6 liquid or gas-carrying Inlet or outlet
  • 7 Flüssigkeits- oder gasführende Zu- bzw. Ableitung7 liquid or gas-carrying Inlet or outlet
  • 8 Gelenk8 joint
  • 9 Verschlussmittel9 closure means
  • 10 Verschlussmittel10 closure means
  • 11 Aufsatz11 essay
  • 12a,b Dichtring12a, b sealing ring
  • 13a, b Dichtring13a, b sealing ring
  • 14 Membran14 membrane
  • 15 Scheibe bzw. Biosensorträger15 disc or biosensor carrier
  • 16 Sichtöffnung16 view opening
  • 17 Zweite Kammer17 Second Chamber
  • 18a, b Leitung zur Messung von Nullkontrollen18a, b line for measuring zero controls
  • 19 Anschlussmodul für Sensoren19 connection module for sensors

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments

Die Mikrokammer ist als Perfusionskammer konzipiert und erlaubt nicht-invasive Messungen an biologischem Material im miniaturisierten Maßstab.The micro chamber is designed as a perfusion chamber and allows non-invasive Measurements on biological material on a miniaturized scale.

Als biologisches Material können Bakterien, Algen, adhärent wachsende pflanzliche oder tierische Zellen, pflanzliche oder tierische Zellsuspensionen, pflanzliches oder tierisches Gewebe und pflanzliche oder tierische Kleinorganismen eingesetzt werden.As a biological material, bacteria, algae, adherent growing plant or animal cells, plant or animal Cell suspensions, plant or animal tissue and plant or small animal organisms.

In der erfindungsgemäßen Kammer weisen die erste und/oder die zweite Kammer (5) bzw. (17) Volumina im Mikroliterbereich auf. Typischerweise betragen die Volumina der Kammer(n) je ca. 100 bis 300 μl, bevorzugt 120 bis 270 μl, noch bevorzugter 150 bis 250 μl. Die Miniaturisierung des Messsystems ermöglicht die Installation von parallel betriebenen Perfusionskammern für den industriellen Einsatz mit hohem Probendurchsatz. Die Mikrokammer wird als Modul einer Gesamtmessvorrichtung eingesetzt, welche neben der Mikrokammer einen Sensormodul aufweist.In the chamber according to the invention, the first and / or the second chamber ( 5 ) respectively. ( 17 ) Volumes in the microliter range. Typically, the volumes of the chamber (s) are each about 100 to 300 μl, preferably 120 to 270 μl, more preferably 150 to 250 μl. The miniaturization of the measuring system enables the installation of parallel operated perfusion chambers for industrial use with high sample throughput. The microchamber is used as a module of an overall measuring device, which has a sensor module in addition to the micro chamber.

Die Mikrokammer (Durchflusszelle) besteht aus einem unteren (2) und einem oberen Teil (1) (Zellkörper; Gehäuse (1, 2)), die über ein Gelenk (8) miteinander verbunden sind und durch ein Verschlussmittel, bevorzugt einen Schnellverschluß (9, 10) verriegelt werden. Sowohl der untere (2) als auch der obere Zellkörper (1) verfügen über mindestens einen Zulauf und über mindestens einen Ablauf (6). Der hydrostatische bzw. barometrische Druck in mindestens einem Zulauf (6) und mindestens einem Ablauf (6) ist monitorierbar und in physiologischen Grenzen regelbar. Im unteren Zellkörper (2) mündet mindestens ein Zulauf (6) und mindestens ein Ablauf (6) in einer behältnisfärmigen Ausnehmung (4, 5), die nach unten (zur Außenseite des Gehäuses (1, 2) bevorzugt über eine transparente Fläche oder alternativ über einen planaren Mikrosensorchip (Biochip) abgedichtet ist.The microchamber (flow cell) consists of a lower ( 2 ) and an upper part ( 1 ) (Cell body; housing ( 1 . 2 )), which have a joint ( 8th ) are connected together and by a closure means, preferably a quick release ( 9 . 10 ) are locked. Both the lower ( 2 ) as well as the upper cell body ( 1 ) have at least one inlet and at least one outlet ( 6 ). The hydrostatic or barometric pressure in at least one inlet ( 6 ) and at least one process ( 6 ) can be monitored and regulated within physiological limits. In the lower cell body ( 2 ), at least one feed ( 6 ) and at least one process ( 6 ) in a relatively small recess ( 4 . 5 ) down (to the outside of the housing ( 1 . 2 ) is preferably sealed over a transparent surface or alternatively via a planar microsensor chip (biochip).

Der Biochip kann aus den bekannten Biosensoren ausgewählt werden und umfasst z.B. auf einen geeigneten scheibenförmigen Träger aufgebrachte Gewebeschnitte, Hirnschnitte, Antikörper, DNA, RNA, Antigene, Moleküle beelibiger Größe und chemischer Zusammensetzung, Zellen, Bakterien, Algen, Viren, Einzezellschichten usw. Der Biochip kann auch interdigitale Elektrodenstrukturen (IDES-Sensoren) aufweisen und/oder durch Ringelektroden elektrisch stimulierbar ausgestaltet sein.The biochip can be made from the known ones Biosensors selected and includes e.g. tissue sections applied to a suitable disc-shaped carrier, Brain slices, antibodies, DNA, RNA, antigens, molecules of obese size and chemical Composition, cells, bacteria, algae, viruses, single cell layers etc. The biochip can also handle interdigital electrode structures (IDES sensors) and / or electrically stimulable by ring electrodes be designed.

Bevorzugt führt mindestens eine den Zulauf (6) und mindestens den Ablauf (6) verbindende Leitung am Probenkompartiment (behälterförmige Ausnehmung (4, 5 ) vorbei und dient zur Messung von Nullkontrollen.Preferably, at least one of the feed ( 6 ) and at least the process ( 6 ) connecting line at the sample compartment (container-shaped recess ( 4 . 5 ) and serves to measure zero checks.

Im oberen Zellkörper (1) münden mindestens ein Zulauf (6) und mindestens ein Ablauf (6) in einer Ausstülpung (3), der bevorzugt aus transparentem Material besteht, über den bevorzugt entweder ein Membraneinsatz (11) mit einer hydrophilen, hydrophoben oder semipermeablen Membran oder ein Einsatz (11) ohne Membran gesteckt wird. Das bei Verwendung eines Membraneinsatzes mit Membran (14) entstehende Kompartiment zwischen Membran und Ausstülpung (3) wird bevorzugt über einen Dichtring (12a, 12b) abgedichtet. Bevorzugt führt eine mindestens eine Zuleitung (6) und mindestens eine Ableitung (6) verbindende Leitung am Kompartiment vorbei und dient zur Messung von Nullkontrollen.In the upper cell body ( 1 ) at least one feed ( 6 ) and at least one process ( 6 ) in a protuberance ( 3 ), which preferably consists of transparent material, over which preferably either a membrane insert ( 11 ) with a hydrophilic, hydrophobic or semipermeable membrane or insert ( 11 ) is inserted without membrane. That when using a membrane insert with membrane ( 14 ) resulting compartment between membrane and protuberance ( 3 ) is preferably via a sealing ring ( 12a . 12b ) sealed. Preferably, at least one lead ( 6 ) and at least one derivative ( 6 ) connecting cable passes the compartment and serves to measure zero checks.

Bei Verwendung eines Membraneinsatzes (14) mit Membran entstehen durch das Zusammenführen des, über ein Gelenk (8) verbundenen, oberen (1) und unteren (2) Gehäuses zwischen der Ausstülpung (3) des Oberteils (1) und der Ausnehmung (4, 5) des unteren Zellkörpers zwei Kompartimente (Kammern 5, 17), die durch die bevorzugt semipermeable Membran des Membraneinsatzes (14) getrennt sind.When using a membrane insert ( 14 ) with membrane arise by merging the, via a joint ( 8th ), upper ( 1 ) and lower ( 2 ) Housing between the protuberance ( 3 ) of the upper part ( 1 ) and the recess ( 4 . 5 ) of the lower cell body two compartments (chambers 5 . 17 ), which through the preferred semi-permeable membrane of the membrane insert ( 14 ) are separated.

Die Zu- und Ableitungen (6) münden im Oberteil (1) und im Unterteil (2) bevorzugt etwa in der Mitte der jeweiligen Kammer, um eine gleichmäßige Durchmischung der Inhalte zu gewährleisten Das Volumen des oberen Kompartiments (zweite Kammer (17)), zwischen Ausstülpung (3) und Membran, wird durch die Höhe der Ausstülpung (3) bestimmt, und kann je nach Anwendung durch Auswechseln der Ausstülpung (3) variiert werden. Das Volumen des unteren Kompartiments (erste Kammer (5)) wird durch die Tiefe der Ausnehmung (4) des Unterteils (2) bestimmt und kann je nach Anwendung durch Auswechseln der Ausnehmung variiert werden.The inlets and outlets ( 6 ) open in the upper part ( 1 ) and in the lower part ( 2 ) preferably in the middle of the respective chamber, in order to ensure a uniform mixing of the contents. The volume of the upper compartment (second chamber ( 17 )), between protuberances ( 3 ) and membrane, is determined by the height of the protuberance ( 3 ) and, depending on the application, by replacing the protuberance ( 3 ) can be varied. The volume of the lower compartment (first compartment ( 5 )) is determined by the depth of the recess ( 4 ) of the lower part ( 2 ) and can be varied depending on the application by replacing the recess.

Da sowohl das Oberteil (1) als auch das Unterteil (2) über jeweils mindestens einen Zulauf und mindestens einen Ablauf (6) verfügen, können beide Teile (1, 2) mit unterschiedlichen wässrigen und 1 oder gasförmigen Medien und f oder Gemischen beschickt werden. Der hydrostatische bzw. barometrische Druck ist in beiden Kammern durch übliche Maßnahmen einstell- und regelbar.Because both the top ( 1 ) as well as the lower part ( 2 ) via in each case at least one inlet and at least one outlet ( 6 ), both parts ( 1 . 2 ) are charged with different aqueous and 1 or gaseous media and f or mixtures. The hydrostatic or barometric pressure can be adjusted and regulated in both chambers by conventional measures.

Bei Verwendung eines Einsatzes (14) ohne Membran entsteht durch das Zusammenführen des, über ein Gelenk (8) verbundenen, oberen und unteren Gehäuses (1, 2) zwischen der Ausstülpung (3) des Oberteils (1) und der Ausnehmung (4) des Unterteils (2) eine zentrale Kammer (Reaktionsraum) (5), deren Volumen durch die Höhe der Ausstülpung bestimmt, und je nach Anwendung variiert werden kann.When using an insert ( 14 ) without a membrane is created by the merging of, via a joint ( 8th ), upper and lower housings ( 1 . 2 ) between the protuberance ( 3 ) of the upper part ( 1 ) and the recess ( 4 ) of the lower part ( 2 ) a central chamber (reaction space) ( 5 ), whose volume is determined by the height of the protuberance, and can be varied depending on the application.

Bevorzugt wird die Ausstülpung (3) des Oberteils (1) aus transparentem Material gefertigt und die Ausnehmung (4) des Unterteils (4) nach unten durch ein transparentes Material abgeschlossen. Daher verfügen beide Kammern (5, 17) über jeweils ein optisches bzw. die zentrale Kammer (5) über zwei optische Fenster. Diese Fenster ermöglichen eine Belichtung der Kammer(n) und/oder eine Visualisierung und/oder Prozeßkontrolle über alle gängigen mikrooptischen und/oder spektroskopischen Techniken.Preferably, the protuberance ( 3 ) of the upper part ( 1 ) made of transparent material and the recess ( 4 ) of the lower part ( 4 ) down through a transparent material. Therefore, both chambers have ( 5 . 17 ) via an optical or the central chamber ( 5 ) via two optical windows. These windows allow exposure of the chamber (s) and / or visualization and / or process control via all common micro-optic and / or spectroscopic techniques.

Insbesondere kann die Messung durch Lichtmikroskopie oder confokale Lasermikroskopie erfolgen. Zum Nachweis können ggf. auch Fluoreszenznachweismethoden eingesetzt werden.In particular, the measurement can by Light microscopy or confocal laser microscopy done. As proof can if necessary, fluorescence detection methods are also used.

Das transparente Material kann beliebig ausgewählt werden, es soll aber im Kontakt mit den verwendeten Medien keine toxischen Produkte wie z.B. Weichmacher abgeben. Z.B. sind Plexiglas, transparente Kunststoffe, Quarz oder Glas geeignet.The transparent material can be arbitrary selected but it should not be in contact with the media used toxic products such as e.g. Emit plasticizer. For example, are Plexiglas, transparent plastics, quartz or glass suitable.

Die Dichtungsmaterialien werden aus den gängigen ausgewählt und umfassen z.B. Gummi, Silikon oder Teflon.The sealing materials will be out the common ones selected and include e.g. Rubber, silicone or teflon.

Durch Bohrungen im Ober- und/oder im Unterteil (1, 2) können bevorzugt in beide Kammern (5, 17) bzw. den zentralen Reaktionsraum (5) zusärzliche Sensoren (z.B. Optoden, Drucksensoren) oder Elektroden (z.B. zur Ableitung elektrischer Signale oder zur elektrischen Stimulation) eingeführt werden. Es können so z.B. Messungen von pH, pO2, Impedanz, Fluoreszenz, Temperatur etc. durchgeführt werden.Through holes in the upper and / or lower part ( 1 . 2 ) may be preferred in both chambers ( 5 . 17 ) or the central reaction space ( 5 ) additional sensors (eg optodes, pressure sensors) or electrodes (eg for deriving electrical signals or for electrical stimulation) are introduced. For example, measurements of pH, pO 2 , impedance, fluorescence, temperature etc. can be carried out.

In beide Kammern (5, 17) bzw. die zentrale Kammer (5) kann ein berührungsfrei angetriebener Magnetrührer eingebracht werden.In both chambers ( 5 . 17 ) or the central Chamber ( 5 ), a non-contact driven magnetic stirrer can be introduced.

Die Membran des Einsatzes (14) kann aus üblichem für Membranen verwendetem Material bestehen. Die kann hydrophil, hydrophob oder semipermeabel sein und wird mit geeigneten Verfahren für den jeweiiigen Einsatzzweck geeignet vorbehandelt. Die Membran kann auch sandwichartig eingebettetes biologisches Material enthalten, z.B. in einer Alginatmatrix. Die Membran kann mit Monoschichten aus Zellen oder ähnlichem biologischem Material beschichtet sein. Durch unterschiedliche Wahl der hydrostatischen oder barometrischen Drucks in den beiden Kammern (5, 17) kann eine Verformung der auf die Membran aufgebrachten Zellen bewirkt werden.The membrane of the insert ( 14 ) may consist of conventional material used for membranes. It can be hydrophilic, hydrophobic or semipermeable and is suitably pretreated with suitable processes for the particular intended use. The membrane may also contain sandwich-embedded biological material, eg in an alginate matrix. The membrane may be coated with monolayers of cells or similar biological material. By different choice of hydrostatic or barometric pressure in the two chambers ( 5 . 17 ), a deformation of the cells applied to the membrane can be effected.

Durch das Zusammenführen des Oberteils (1) und des Unterteils (2) wird die Ausstülpung (3) schräg in die Ausnehmung (4) des Unterteils (2) eingeführt und dadurch der Einschluß von Luftblasen bei Arbeiten mit wässrigen Medien verhindert. Üblicherweise wird zunächst die erste Kammer (4) befüllt, dann ggf. der Einsatz (14) auf die Ausstülpung (3) aufgesetzt, die zweite Kammer (17) gefüllt und dann die Ausstülpung durch Zusammenführen von Ober- und Unterteil (1, 2) schräg in die erste Kammer (4) eingeführt.By merging the upper part ( 1 ) and the lower part ( 2 ) the protuberance ( 3 ) obliquely into the recess ( 4 ) of the lower part ( 2 ) and thereby prevents the inclusion of air bubbles when working with aqueous media. Usually the first chamber ( 4 ), then possibly the insert ( 14 ) on the protuberance ( 3 ), the second chamber ( 17 ) and then the protuberance by merging upper and lower part ( 1 . 2 ) obliquely into the first chamber ( 4 ) introduced.

Das Gehäuse (1, 2) kann entweder über ein angeschlossenes Wasserbad oder elektrisch über integrierte Peltierelemente oder durch Aufbringen auf eine übliche Heizplatte temperiert (erwärmt oder gekühlt) werden.The housing ( 1 . 2 ) can be tempered (heated or cooled) either via a connected water bath or electrically via integrated Peltier elements or by applying to a conventional hot plate.

Die gesamte Mikrokammer ist sterilisierbar.The entire micro chamber is sterilizable.

An mindestens einem Zulauf (6) und/oder an mindestens einem Ablauf (6) wird mindestens ein Sensormodul angeschlossen, in dem mindestens eine Mikroelektrode zur Messung des durchströmenden Mediums integriert ist. Ein Sensormodul besitzt auf der der Mikrokammer zugewandten Seite jeweils eine Kanüle, die in einen, jeweils mit einem sterilen Septum verschlossenen, Ablauf der Mikrokammer gestochen wird, und eine sterile Verbindung zwischen Mikrokammer und Sensormodul ermöglicht.At least one inlet ( 6 ) and / or at least one process ( 6 ) at least one sensor module is connected, in which at least one microelectrode for measuring the medium flowing through is integrated. On the side facing the microchamber, a sensor module has in each case a cannula which is pricked into a drain of the microchamber which is closed in each case with a sterile septum and permits a sterile connection between the microchamber and the sensor module.

Die Messungen können über kurze oder beliebig lange Zeiträume durchgeführt werden und sind speziesunabhängig. Es können beispielsweise Stoffwechselprozesse einzelner Spezies oder toxikologische Untersuchungen von flüssigen oder gasförmigen Proben durch Verwendung bestimmter Spezies als „Sensor" durchgeführt werden.The measurements can be for short or any length of time periods carried out are and are independent of species. It can For example, metabolic processes of individual species or toxicological Investigations of liquid or gaseous Samples can be performed by using certain species as a "sensor".

Durch die erfindungsgemäße Kammer wurde erstmals eine Mikrokammer für sehr kleine Volumina im Mikroliterbereich bereitgestellt, die sehr einfach bedienbar und trotz der geringen Größe der Reaktionskammer(n) robust und gut handhabbar ist. Das Volumen der Kammer(n) ist leicht variierbar. Der Aufbau ermöglicht eine äußerst vielseitige Anwendung verschiedenster Untersuchungsmaterialien und Meßmethoden.By the inventive chamber became for the first time a micro chamber for very small volumes in the microliter range provided, which is very easy to use and despite the low Size of the reaction chamber (s) robust and easy to handle. The volume of the chamber (s) is light variable. The structure allows an extremely versatile Application of various materials and methods of measurement.

Claims (12)

Mikrokammer zur Kultivierung, Manipulation und/oder nicht-invasiven Messung an biologischem Material, mit einem Gehäuse (1, 2) aus einem Oberteil (1) und einem Unterteil (2), mit einer behältnisförmigen Ausnehmung (4, 5) im Unterteil (2) und einer Ausstülpung (3) im Oberteil (1), mit wenigstens jeweils einer flüssigkeits- oder gasführenden Zu- und Ableitung (6, 7) in die behältnisförmige Ausnehmung (5), wobei das Oberteil (1) gegenüber dem Unterteil (2) mit einem Gelenk (8) klappbar ausgestaltet ist, wobei die Ausstülpung des Oberteils (3) und die behältnisförmige Ausnehmung (4, 5) des Unterteils so angeordnet und ausgestaltet sind, dass in einer zugeklappten Position von Unterteil (2) und Oberteil (1) die behältnisförmige Ausnehmung (5) des Unterteils, eine erste Kammer (5) bildend, deckelartig durch die Ausstülpung des Oberteils (3) abgedichtet ist, wobei ein Verschlussmittel (9, 10) zur Sicherung der zugeklappten Position vorgesehen ist, und wobei mindestens eine an der behältnisförmigen Ausnehmung (4, 5) vorbeiführende und/oder an der Ausstülpung (3) vorbeiführende, jeweils die Zu- und Ableitung (6, 7) verbindende flüssigkeits- oder gasführende Leitung (18a, b) vorgesehen ist, wobei die Leitung (18a, b) Einrichtungen zur Messung von Nullkontrollen aufweist.Microculture for cultivation, manipulation and / or non-invasive measurement of biological material, comprising a housing ( 1 . 2 ) from an upper part ( 1 ) and a lower part ( 2 ), with a container-shaped recess ( 4 . 5 ) in the lower part ( 2 ) and a protuberance ( 3 ) in the upper part ( 1 ), with at least one respective liquid- or gas-conveying inlet and outlet ( 6 . 7 ) in the container-shaped recess ( 5 ), the top ( 1 ) opposite the lower part ( 2 ) with a joint ( 8th ) is designed foldable, wherein the protuberance of the upper part ( 3 ) and the container-shaped recess ( 4 . 5 ) of the lower part are arranged and configured such that in a closed position of the lower part ( 2 ) and upper part ( 1 ) the container-shaped recess ( 5 ) of the lower part, a first chamber ( 5 ), lid-like by the protuberance of the upper part ( 3 ), a closure means ( 9 . 10 ) is provided for securing the closed position, and wherein at least one of the gerförmigenförmigen recess ( 4 . 5 ) passing and / or on the protuberance ( 3 ) passing, respectively the supply and discharge ( 6 . 7 ) connecting liquid or gas line ( 18a, b ), the line ( 18a, b ) Has means for measuring zero checks. Mikrokammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Aufsatz (11), welcher auf die Ausstülpung (3) aufsetzbar und in die behältnisförmige Ausnehmung (4, 5) einsetzbar ist.Microchamber according to one of the preceding claims with an attachment ( 11 ), which on the protuberance ( 3 ) and in the container-shaped recess ( 4 . 5 ) can be used. Mikrokammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausstülpung (3) eine zweite Kammer (17) aufweist, mit wenigstens jeweils einer flüssigkeits- oder gasführenden Zu- und Ableitung in die zweite Kammer (17), wobei die zweite Kammer (17) eine Membran (14) zu der Seite aufweist, mit der in der geschlossenen Position die behältnisförmige Ausnehmung (4, 5), eine erste Kammer bildend, deckelartig verschlossen wird.Microchamber according to one of the preceding claims, wherein the protuberance ( 3 ) a second chamber ( 17 ), with at least one respective liquid- or gas-carrying inlet and outlet into the second chamber ( 17 ), the second chamber ( 17 ) a membrane ( 14 ) to the side, with the in the closed position, the Behinderungförmige recess ( 4 . 5 ), forming a first chamber, is closed like a lid. Mikrokammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Bohrungen im Ober- und/oder Unterteil (1, 2) vorgesehen sind, durch die in beide Kammer (5, 17) bzw. den zentralen Reaktionsraum (5) Biosensoren und/oder physikalische Sensoren. eingeführt werden können.Microchamber according to one of the preceding claims, wherein holes in the upper and / or lower part ( 1 . 2 ) through which in both chambers ( 5 . 17 ) or the central reaction space ( 5 ) Biosensors and / or physical sensors. can be introduced. Mikrokammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste (5) und/oder die zweite Kammer (17) mit Hilfe von Dichtringen (12a, 12b, 13a, 13b) abgedichtet ist bzw. sind.A microchamber according to any one of the preceding claims, wherein the first ( 5 ) and / or the second chamber ( 17 ) by means of sealing rings ( 12a . 12b . 13a . 13b ) is sealed or are. Mikrokammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder zweite Kammer (5, 17) für eine mikrooptische oder spektroskopische Beobachtung wenigstens teilweise durchlässig ausgestaltet sind.Microchamber according to one of the preceding claims, wherein the first and / or second chamber ( 5 . 17 ) for a micro-optical or spectroscopic observation at least partially are designed casual. Mikrokammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese wenigstens teilweise aus wärmeleitfähigem Material zur Beheizung hergestellt ist.Microchamber according to one of the preceding claims, wherein this at least partially made of thermally conductive material is made for heating. Mikrokammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem oder mehreren Peltierelementen zur Beheizung bzw. Kühlung.Microchamber according to one of the preceding claims one or more Peltier elements for heating or cooling. Mikrokammer nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Membran (14) als eine semipermeable Membran ausgestaltet ist. A microchamber according to any one of claims 3 to 9, wherein the membrane ( 14 ) is configured as a semipermeable membrane. Mikrokammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an die Zu- bzw, Ableitungen (6, 7) in die erste und/oder 2, Kammer (5, 17) mindestens ein Sensormodul angeschlossen ist, die hydrophil, hydrophob, mit biologischem Material ein- oder zweiseitig beschichtet sein oder biologisches Material sandwichartig eingebettet enthalten kann.Microchamber according to one of the preceding claims, wherein the supply or discharge lines ( 6 . 7 ) in the first and / or 2, chamber ( 5 . 17 ) at least one sensor module is connected, which may be hydrophilic, hydrophobic, coated with biological material on one or two sides or may contain embedded biological material sandwiched. Mikrokammer nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die Membran (10) als eine nicht permeable Membran ausgestaltet ist, die hydrophil, hydrophob, mit biologischem Material ein- oder zweiseitig beschichtet sein oder biologisches Material sandwichartig eingebettet enthalten kann.A microchamber according to any one of claims 3 to 10, wherein the membrane ( 10 ) is configured as a non-permeable membrane which may be hydrophilic, hydrophobic, one or both-sided coated with biological material, or sandwiched with biological material. Verwendung einer Mikrokammer nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Kultivierung, Manipulation und/oder nicht-invasiven Messung an biologischem Material in miniaturisiertem Maßstab.Use of a microchamber according to one of the preceding claims Cultivation, manipulation and / or non-invasive measurement on biological material in miniaturized scale.
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