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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit wenigstens einer Flusszelle zur dielektrischen Trennung von Partikeln gemäß einer Wanderwellen-Dielektrophorese sowie ein Verfahren zur dielektrischen Trennung von Partikeln in einer Flusszelle einer Vorrichtung gemäß einer Wanderwellen-Dielektrophorese.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, dass mittels der sogenannten Dielektrophorese (DEP) Partikel unterschiedlicher Größe, Leitfähigkeit oder Permittivität (dielektrische Leitfähigkeit) voneinander getrennt werden können. Hierbei wird ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt, wobei bei den aufzutrennenden Partikeln ein Dipolmoment induziert wird, welches in Wechselwirkung mit dem angelegten Feld tritt. Je nach Feld und Dipolmoment bewegen sich die Partikel in Bereiche hoher (positive DEP - pDEP) oder niedriger (negative DEP - nDEP) Feldstärke. Die pDEP und nDEP wird auch als Realteil der Dielektrophorese bezeichnet. Dieses Verfahren wird bereits für verschiedene Anwendungen eingesetzt, z.B. zur Separierung, Sortierung und/oder Analyse von biologischen Partikeln in der medizinischen Diagnostik (z. B. für Bakterien, Viren oder bestimmte Zellpopulationen). Eine besondere Form der Dielektrophorese ist die sogenannte Wanderwellen-Dielektrophorese (travelling wave dielectrophoresis - twDEP). Hierbei wird ein zeitlich sich bewegendes elektrisches Feld erzeugt, das auf ein dielektrisches Partikel in einem Medium eine Kraft erzeugt, wobei die Kraftgröße und -richtung von einem Wechselstrom-frequenzabhängigen Imaginärteil des sogenannten „Clausius-Mossotti-Faktors“ (Im)fCM) abhängt. Der frequenzabhängige Imaginärteil dieses Faktors ist von der Permittivität des Systems von Partikel und Medium abhängig und beschreibt eine Bewegung des Partikels und die Bewegungsstärke, je nach Vorzeichen entweder in Richtung oder in Gegenrichtung der Feldbewegung. Für die Erzeugung des zeitlich sich bewegenden elektrischen Feldes werden in der Regel mehrere in Abständen positionierte Elektroden verwendet, an die phasenverschoben eine Spannung angelegt wird.
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Die
DE 600 34 789 T2 beschreibt ein DEP-Verfahren, das zur Abtrennung von Teilchen vorgesehen ist. Hier wird ein erstes twDEP-Signal erzeugt, das eine Mehrzahl von Signalen beinhaltet, von denen jedes bei einer ersten Frequenz liegt und dazwischen eine vorgegebene Phasenbeziehung aufweist. Weiterhin wird ein zweites Signal bei einer zweiten Frequenz erzeugt, was ebenso wie das erste Signal auf die Teilchensuspension einwirkt. Das US-Patent
US 6,596,143 B1 beschreibt eine Vorrichtung, um Mikropartikel in einer flüssigen Suspension gerichtet zu transportieren. Die Vorrichtung umfasst mehrere Arme, an denen Kräfte generiert werden, die die Partikel in die entsprechende Richtung lenken. Hierfür sind verschiedene Elektrodenanordnungen vorgesehen, so dass die Partikel gemäß dem Wanderwellen-Dielektrophorese-Prinzip in die gewünschte Richtung geleitet werden. Auch die US-Patentanmeldungsschrift
US 2012/0234680 A1 beschreibt einen Partikel-Transporter auf der Basis einer Wanderwellen-Dielektrophorese. Aus der
DE 697 37 552 T2 geht eine Vorrichtung zum Trennen von in einem Trägerfluid enthaltenem Partikelmaterial auf der Basis einer Dielektrophorese hervor, wobei auch hier ein räumlich inhomogenes elektrisches Feld erzeugt wird und eine Wanderwellen-Dielektrophorese-Kraft generiert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Es wird eine Vorrichtung zur dielektrischen Trennung von Partikeln bereitgestellt, die wenigstens eine Flusszelle aufweist und die auf einer Wanderwellen-Dielektrophorese basiert. Dabei ist der Flusszelle eine mehrlagige Elektrodenanordnung zugeordnet, so dass wenigstens zwei in einem Winkel zueinander stehende elektrische, sich bewegende Felder in der Flusszelle erzeugt werden können. Mit dieser Vorrichtung können in besonders vorteilhafter Weise Partikel transportiert und ggf. voneinander separiert werden. Durch die mehrlagige Elektrodenanordnung können in der Flusszelle lokale, veränderbare Inhomogenitäten in einem elektrischen Feld erzeugt werden, so dass Partikel in gezielter Weise sehr effektiv in bestimmte Richtungen gelenkt und dabei voneinander getrennt und ggf. aufkonzentriert werden können. Damit die Trennung der Partikel voneinander effektiv erfolgen kann, ist es erforderlich, dass sich die Vorzeichen und/oder der Betrag des imaginären Teils des CM-Faktors der unterschiedlichen Partikelarten voneinander unterscheiden. Mit besonderem Vorteil handelt es sich hierbei um eine mikrofluidische Vorrichtung, so dass auch sehr kleine Probenmengen verarbeitet und analysiert werden können. Mit besonderem Vorteil ist auch eine automatisierte Durchführung der dielektrischen Trennung möglich. Beispielsweise ist die Vorrichtung mit besonderem Vorteil für diagnostische, insbesondere medizindiagnostische Anwendungen einsetzbar. Die Vorrichtung kann beispielsweise dazu genutzt werden, Zellsubpopulationen zu separieren und zu identifizieren. Derartige Zell-Sortierungen können beispielsweise im Bereich der Krebsbehandlung oder der Krebsdiagnostik eingesetzt werden.
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Pro Lage der Elektrodenanordnung ist eine Mehrzahl von Elektroden vorgesehen. Mit Vorteil wird jede Lage der mehrlagigen Elektrodenanordnung von einer Mehrzahl von jeweils parallel verlaufenden Elektroden gebildet. Diese Elektroden werden mittels einer Spannungsquelle vorzugsweise derart angesteuert, dass die Amplitude jeder einzelnen Elektrode phasenversetzt ist. Hierdurch wird ein sich bewegendes elektrisches Feld in der jeweiligen Lage der Elektrodenanordnung erzeugt, das auf die zu trennenden Partikel Kräfte wirken lässt, die gemäß dem beschriebenen Wanderwellen-Dielektrophorese-Prinzip wirken. Vorzugsweise liegen die jeweils parallel verlaufenden Elektroden der einen Lage orthogonal zu den parallel verlaufenden Elektroden der anderen Lage. Die mehrlagige Elektrodenanordnung bildet hierbei gewissermaßen ein Netz mit rechtwinklig verlaufenden Streben. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Wanderwellen-Dielektrophorese-Kräfte in x- und in y-Richtung anlegbar sind, sodass im Prinzip jede mögliche Bewegungsrichtung der Partikel erzeugt werden kann, indem die überlagerten orthogonalen elektrischen Felder entsprechend angesteuert werden. Neben der orthogonalen Ausrichtung der überlagerten elektrischen Felder sind prinzipiell auch andere Ausgestaltungen möglich, bei denen beispielsweise die elektrischen Felder bzw. die entsprechenden Elektroden in einem anderen Winkel zueinander ausgerichtet werden. Weiterhin sind auch mehr als zwei Lagen bei der Elektrodenanordnung möglich, wobei unter Umständen die Variationsmöglichkeiten für eine gezielte Steuerung der Bewegungsrichtung der Partikel noch weiter erhöht und spezifiziert werden können.
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Die Ansteuerung der einzelnen Lagen der Elektrodenanordnung kann zeitlich getrennt oder auch zeitgleich erfolgen, so dass die zu bewegenden Partikel entsprechend geleitet werden. Für das Auslösen der Bewegung der Partikel kann zum einen in die Bewegungsrichtung der einzelnen elektrischen Felder eingegriffen werden und beispielsweise zwischen den elektrischen Feldern der jeweiligen Lagen der Elektrodenanordnung gewechselt werden. Weiterhin kann auch die jeweilige Ansteuerungsfrequenz beeinflusst werden, so dass die Permittivität des jeweiligen Partikels in dem Medium beeinflusst und damit die Bewegung des Partikels gesteuert wird.
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Mit besonderem Vorteil kann die Flusszelle Strukturierungen aufweisen, die für eine Separierung der Partikeln vorgesehen sind. Beispielsweise können eine oder mehrere Ausgangsbereiche vorgesehen sein, in die die jeweils zu trennenden bzw. zu separierenden Partikel, beispielsweise bestimmte Zellen, gelenkt werden können. Diese Ausgangsbereiche können dabei so gestaltet sein, dass sie mit einem Auslass verbunden sind, so dass die jeweiligen Partikel beispielsweise aus der Flusszelle bzw. aus der Vorrichtung herausgepumpt werden können. Dies eröffnet verschiedene Möglichkeiten für eine weitere Analyse der separierten Partikel.
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Insgesamt bietet die Vorrichtung den Vorteil, dass durch die Erzeugung von einer Partikelbewegung rein durch die angelegten elektrischen Felder auch Partikel innerhalb von Proben bewegt werden können, die sich nicht im Fluss befinden, also bei statischen Proben. Diese Anwendung kann beispielsweise bei mikrofluidischen Vorrichtungen, sogenannten Lab-on-a-Chips, eingesetzt werden, die eine Probenkammer aufweisen, in der kein Durchfluss stattfindet. Dabei kann beispielsweise durch einen Wechsel der elektrischen Feldbewegungsrichtung und ggf. einem Wechsel der jeweiligen Frequenz das zu bewegende Partikel je nach Permittivität beispielsweise in einen gewünschten Ausgangsbereich transferiert und so separiert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung befinden sich die einzelnen Lagen der mehrlagigen Elektrodenanordnung auf einer Seite der Flusszelle bzw. sind dieser Seite zugeordnet. In einer anderen, besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die einzelnen Lagen der mehrlagigen Elektrodenanordnung auf gegenüberliegenden Seiten der Flusszelle angeordnet. So kann beispielsweise oberhalb und unterhalb der Flusszelle jeweils eine Lage der Elektrodenanordnung vorgesehen sein, wobei die jeweiligen Lagen der Elektrodenanordnung bzw. die einzelnen Elektroden der Lagen in einem Winkel zueinander stehen und beispielsweise orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Es sind also gewissermaßen zwei Elektrodennetzwerke vorhanden, die an den gegenüberliegenden Seiten der Flusszelle orthogonal übereinanderliegen. Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass zu trennende Partikel in der Höhe der Flusszelle mittig zwischen beiden Lagen gehalten werden können und dennoch lateral in ihrer Bewegungsrichtung manipulierbar sind.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur dielektrischen Trennung von Partikeln in einer Flusszelle einer Vorrichtung, wobei dieses Verfahren auf einer Wanderwellen-Dielektrophorese basiert. Hierbei werden in der oben beschriebenen Weise wenigstens zwei in einem Winkel zueinander stehende überlagerte elektrische, sich bewegende Felder angelegt. Zur Erzeugung der sich bewegenden Felder werden die pro Feld vorgesehenen beispielsweise parallel verlaufenden Elektroden phasenversetzt angesteuert. Durch diese Phasenverschiebung werden Wanderwellen-Dielektrophorese-Kräfte ausgeübt. Hierfür kann beispielsweise eine Phasenverschiebung von 90° bei der Ansteuerung der einzelnen Elektroden vorgesehen sein. Andere Ansteuerungswinkel sind ebenfalls möglich. Die Phasenverschiebung kann dabei beispielsweise von einer Seite der Elektrodenanordnung bis zur anderen Seite erfolgen, indem beispielsweise die Elektroden beginnend an einer Seite mit einem Phasenversatz von 0°, 90°, 180°, 270°, 0°, 90°, 180°, 270° etc. angesteuert werden. Der Phasenversatz kann beispielsweise auch spiegelsymmetrisch erfolgen, beginnend an einer Seite der Elektrodenanordnung mit einem Phasenversatz von beispielsweise 180°, 90°, 0°, 90°, 180° etc.. In entsprechender Weise erfolgt die phasenversetzte Ansteuerung der Elektroden der weiteren Lage(n) der Elektrodenanordnung, wobei auch Kombinationen von unterschiedlichen phasenversetzten Ansteuerungen der Elektroden der einzelnen Elektrodenlagen der Anordnung möglich sind.
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Die in einem Winkel zueinander stehenden elektrischen Felder werden vorzugsweise orthogonal zueinander angelegt. Hierfür wird mit Vorteil die oben beschriebene Vorrichtung verwendet, bei der die entsprechenden Elektroden gewissermaßen ein Gitternetz mit rechtwinklig zueinander stehenden Streben bilden. Dies erlaubt ein Anlegen von twDEP-Kräften sowohl in x- als auch in y-Richtung, um damit durch Kombination dieser Kräfte im Prinzip jede mögliche Bewegungsrichtung der Partikel in der Flusszelle zu erzeugen. Bei der Kombination der Ansteuerung der überlagerten elektrischen Felder können die jeweiligen elektrischen Felder zeitlich getrennt oder zeitgleich angelegt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Durchführung des Verfahrens kann zunächst eine die zu trennenden Partikel enthaltende Probe in an sich bekannter Weise in eine Flusszelle der Vorrichtung eingebracht werden. Hierfür kann eine Vorrichtung, insbesondere eine mikrofluidische Vorrichtung verwendet werden, wie sie im Prinzip beispielsweise von Lab-on-a-Chips bekannt ist. Derartige mikrofluidische Vorrichtung umfassen in der Regel eine Mehrzahl von Kavitäten und Kanälen und können mit verschiedenen Funktionalitäten ausgestattet sein. Neben einer Probenaufnahmekammer können beispielsweise Ventile, Pumpen, Trennvorrichtungen und anderes vorgesehen sein. Eine derartige Vorrichtung ist gemäß der Erfindung mit einer Flusszelle ausgestattet, die für die beschriebene Wanderwellen-Dielektrophorese eingerichtet ist, indem entsprechende Elektroden zugeordnet sind, die die in einem Winkel zueinander stehenden elektrischen, sich bewegenden Felder erzeugen können. Bei dem durchzuführenden Verfahren werden im Bereich der Flusszelle, in der sich die Probe befindet, die entsprechenden elektrischen Felder angelegt, so dass eine Trennung und ggf. Separierung und/oder Konzentrierung der jeweiligen Partikel gemäß dem beschriebenen Prinzip erfolgen können. Besonders bevorzugt ist es, dass die Flusszelle mit einem oder mehreren Ausgangsbereichen für separierte Partikel ausgestattet ist, so dass die separierten Partikel aus der Flusszelle entfernt werden können. Hierfür können beispielsweise geeignete Pumpeinrichtungen vorgesehen sein, so dass an einem entsprechenden Outlet der Vorrichtung die separierten Partikel abgezogen und ggf. weiter analysiert werden können.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 Schnittdarstellung einer Flusszelle mit einer mehrlagigen Elektrodenanordnung im unteren Bereich der Flusszelle;
- 2 schräge Aufsicht auf die Elektrodenanordnung aus 1;
- 3 schematische Draufsicht auf eine Flusszelle mit zwei Ausgangsbereichen und
- 4 Schnittansicht einer Flusszelle mit oberhalb und unterhalb der Flusszelle angeordneten Lagen der Elektrodenanordnung.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus einer Flusszelle 10 als Teil einer Vorrichtung, insbesondere einer mikrofluidischen Vorrichtung, die für eine dielektrische Trennung von Partikeln nach dem Prinzip der Wanderwellen-Dielektrophorese vorgesehen ist. Voraussetzung für eine Trennung der Partikel voneinander nach dem Prinzip der Wanderwellen-Dieelektrophorese ist im Allgemeinen, dass sich die Vorzeichen und/oder der Betrag des imaginären Teils des CM-Faktors der unterschiedlichen Partikelarten voneinander unterscheiden, wobei die Richtung der Bewegung vor allem von dem Vorzeichen und die Stärke bzw. Geschwindigkeit der Bewegung von dem Betrag abhängen. Auf einem Substrat 100 sind in einem mehrlagigen Aufbau Elektroden 110, 120 angeordnet, die zwei Lagen bilden. Die einzelnen Elektroden 110, 120 der beiden Lagen sind in diesem Ausführungsbeispiel parallel in periodischen Abständen zueinander angeordnet. Die erste Lage wird von den Elektroden 110 gebildet. Die Elektroden 120 der zweiten, darüber liegenden Lage sind in entsprechender Weise in periodischen Abständen in orthogonaler Ausrichtung zu den Elektroden 110 der ersten Lage angeordnet. Das hierbei gebildete Muster nach Art eines Gitters ist in Aufsicht in 2 zu erkennen, wobei in 2 keine Isolierschichten dargestellt sind. Die Elektroden 110 der ersten Lage werden von einer Isolierschicht 130 von der zweiten Lage der Elektroden 120 getrennt. Eine weitere Isolierschicht 140 trennt die Elektroden 120 von einem Probenraum 150 der Flusszelle 10, in dem sich die Probe mit den aufzutrennenden Partikeln 200 befindet. Der hier gezeigte Partikel 200 steht stellvertretend für die aufzutrennenden Partikel in der Probe bzw. in einem flüssigen Medium. Zur Erzeugung der sich bewegenden elektrischen Felder, die die wirkenden Kräfte für die Wanderwellen-Dielektrophorese bilden, werden die Elektroden 110 und 120 mittels einer hier nicht näher dargestellten Spannungsquelle derart angesteuert, dass die Amplitude jedes einzelnen Elektrodenarms der beiden Elektrodenanordnung 110, 120 phasenverschoben ist. Beispielsweise können die einzelnen Elektroden 110 und 120 mit einer Phasenverschiebung von jeweils 90 Grad, wie hier angedeutet, angesteuert werden. Durch gleichzeitiges oder zyklisch abwechselndes Anlegen der Spannung an die einzelnen Lagen der Elektrodenanordnung, also an die Elektroden 110 bzw. 120, werden die Partikel 200 je nach dem Vorzeichen ihres Im(fCM) in eine bestimmte Richtung gelenkt. Die hierbei wirkenden Kräfte sind durch die Pfeile mit den Bezeichnungen FtwDEP - bzw. FtwDEP+ in 1 angedeutet.
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3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine mögliche Ausführungsform einer Flusszelle 20. Die mehrlagige Elektrodenanordnung 210, 220 bildet vergleichbar wie in 2 von oben gesehen ein Gitternetzwerk, wobei die einzelnen Elektroden 210, 220 der jeweiligen Lagen der Elektrodenanordnung orthogonal bzw. rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Diese Elektrodenanordnung, die von den Elektroden 210 und 220 gebildet wird, kann vergleichbar mit der Ausführungsform in 1 unterhalb der eigentlichen Flusszelle bzw. unterhalb des Probenraums 150, in der sich die zu trennenden Partikel 200 in einem Medium befinden, angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die einzelnen Lagen der Elektrodenanordnung voneinander getrennt oberhalb und unterhalb der eigentlichen Flusszelle angeordnet sind, wie es anhand der 4 näher erläutert wird. Die in 3 gezeigte Ausgestaltung einer Flusszelle 20 bzw. einer entsprechenden Vorrichtung zeichnet sich durch eine Strukturierung der Vorrichtung aus, die zwei gegenüberliegende Ausgangsbereiche 230, 240 bildet, über die die aufzutrennenden Partikel 201, 202 aus der Flusszelle 20 herausgeleitet werden können. Weiterhin ist ein Einlasskanal 250 vorgesehen, über den die Probe mit den zu separierenden Partikeln 201, 202 in die Flusszelle 20 eingeleitet wird. Durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden 210, 220 der mehrlagigen Elektrodenanordnung werden die Partikel 201, 202 je nach dem Vorzeichen ihres Im(fCM) in den Ausgangsbereich 230 bzw. 240 gelenkt. Durch die unterschiedliche Natur der hier beispielhaft dargestellten zwei Partikel 201, 202 wird auf den einen Partikel 202 eine positive Kraft FtwDEP+ und auf den anderen Partikel 201 eine negative Kraft FtwDEP- ausgeübt, so dass die Partikel 201, 202 durch die wirkenden Kräfte der Wanderwellen-Dielektrophorese je nach Ansteuerung der einzelnen Lagen der Elektrodenanordnung in unterschiedliche Richtungen und insbesondere in die Ausgangsbereiche 240 bzw. 230 gelenkt werden.
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Der Einlass 250 sowie die beiden Auslässe 230 und 240 können zweckmäßigerweise mit Ventilen 251, 231, 241 ausgestattet sein. Für die Durchführung der dielektrischen Trennung kann dann zunächst die Probe, die die Partikel 201, 202 enthält, also eine Partikelsuspension, durch den Einlass 250 in den Probenraum der Flusszelle 20 eingebracht werden. Anschließend werden die Ventile 251 und ggf. 231 und 241 geschlossen. Durch Anlegen einer phasenverschobenen Spannung, wobei in diesem Beispiel eine Phasenverschiebung von 90 Grad für die einzelnen Elektroden 210, 220 der beiden Lagen der Elektrodenanordnung vorgesehen ist, werden die Partikel 201, 202 je nach ihrem Im(fCM) in die gegenüberliegenden Bereiche 230, 240 bzw. Ecken der Flusszelle 20 gelenkt und separiert, wobei zugleich eine Aufkonzentrierung stattfindet. Nun können die entsprechenden Volumina, die die Partikel 201 bzw. 202 enthalten, aus der Flusszelle 20 durch entsprechende Ansteuerung der Ventile 231, 241 der Ausgangsbereiche 230, 240 (Outlets) herausgepumpt werden.
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Die Strukturierungen der Flusszelle 20 bzw. der entsprechenden Vorrichtung, also der Einlass 250 und die Auslässe 230 und 240 können sich oberhalb des Elektrodennetzwerks befinden, das von der mehrlagigen Elektrodenanordnung aus den Elektroden 210 und 220 gebildet ist. Andererseits ist es auch möglich, dass die einzelnen Lagen der mehrlagigen Elektrodenanordnung sich oberhalb und unterhalb der Flusszelle bzw. des Probenraums der Flusszelle befinden. Eine derartige Ausgestaltung der Flusszelle 30 ist in 4 illustriert. Der Probenraum 350 der Flusszelle 30, innerhalb dessen sich der Partikel 200 in einem Medium befindet, wird nach oben und nach unten von einem Substrat oder Träger 300 umgrenzt, auf dem sich jeweils eine Lage der mehrlagigen Elektrodenanordnung befindet. Nach unten hin sind auf dem Substrat 300 die parallel verlaufenden Elektroden 310 der einen Lage angeordnet, die über eine Isolierschicht 330 von dem Probenraum 350 getrennt sind. Oberhalb des Probenraums 350 ist die weitere Lage der mehrlagigen Elektrodenanordnung vorgesehen, die von den Elektroden 320 gebildet wird, die orthogonal zu den Elektroden 310 angeordnet sind. Auch hier sind die Elektroden 320 über eine Isolierschicht 340 von dem Probenraum 350 getrennt. In dieser Ausgestaltung der Flusszelle 30 liegen also die beiden Lagen der Elektroden 310 und 320 (Elektrodennetzwerke) an gegenüberliegenden Seiten der Flusszelle 30, wobei beide Elektrodennetzwerke orthogonal übereinander liegen. Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass durch Anlegen von geeigneter Spannung und Phasenversatz die Kraftkomponenten der Wanderwellen-Dielektrophorese FtwDEP+ und FtwDEP- für eine laterale Verschiebung des Partikels 200 genutzt werden können, wohingegen die Komponenten pDEP und nDEP als Realteile der dielektrophoretischen Kräfte, die je nach Vorzeichen des Realteils von fCM als anziehende oder abstoßende Kräfte FpDEP bzw. FnDEP auf den Partikel 200 wirken, sich gegenseitig aufheben. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Partikel 200 genau in der Höhe mittig zwischen den beiden Lagen der Elektroden 310 und 320 gehalten werden und dennoch lateral manipuliert werden kann. Für ein einzelnes Partikel 200 kann dabei nur entweder pDEP oder nDEP gelten (je nach Vorzeichen des CM-Faktors). Von jeder Elektrode bzw. Elektrodennetzwerk 310, 320 wirkt die Kraft (hier beispielsweise pDEP) und zieht das Teilchen zu sich hin (höhere Feldstärke). Da sich die zwei Elektrodennetzwerke 310, 320 gegenüber stehen, gleichen sich die jeweiligen Einzelkräfte pDEP1 und pDEP2 aus, was zur mittigen Lage führt (beide Kräfte gleich groß, da symmetrisch). Das Gleiche gilt analog für nDEP.
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Zweckmäßigerweise bestehen die Substrate und die Isolierschichten der Flusszelle aus isolierendem Material, z. B. aus Glas und/oder aus Polymeren. Die Mikrostrukturierung kann beispielsweise aus einer Oxidschicht gebildet werden. Für die Herstellung der Elektroden der Vorrichtung können Mikrostrukturierungsverfahren eingesetzt werden, so dass die Elektroden beispielsweise durch eine Metallisierung des Substrats der Vorrichtung hergestellt werden können. Als Spannungsquelle wird eine Wechselstromquelle verwendet, beispielsweise für einen Wechselstrom zwischen 200 bis 500 V. Geeignete Frequenzen liegen beispielsweise zwischen 10 bis 500 kHz. Beispielsweise ergibt sich somit eine mittlere Stärke des elektrischen Feldes in der Flusszelle von 10000 bis 500000 Volt (V) pro Meter (m),
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Die Vorrichtung eignet sich für eine dielektrische Trennung verschiedener Partikel. Beispielsweise können Zellsubpopulationen in einer Blutprobe untersucht werden, wobei beispielsweise direkt das Blut, ggf. nach einer geeigneten Aufarbeitung, in die Vorrichtung eingegeben werden kann. Andererseits können auch andere Medien für die zu trennenden und/oder zu analysierenden Partikel verwendet werden, beispielsweise ein übliches Medium wie DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium) oder andere aus der Zellkultur bekannte Medien oder andere übliche Pufferlösungen, je nach zu untersuchendem Partikel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60034789 T2 [0003]
- US 6596143 B1 [0003]
- US 2012/0234680 A1 [0003]
- DE 69737552 T2 [0003]
