DE102016211355A1 - Analysis system and method for performing an analysis - Google Patents
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Abstract
Ausführungsbeispiele gemäß dem Hauptaspekt beruhen auf der Erkenntnis, dass eine Heizvorrichtung, die eine erste Geometrie aufweist, aufgrund der Wärmeleitfähigkeit an den Flanken der Heizvorrichtung Wärme in die Richtung der Kammer in einer anderen Geometrie abstrahlt. Ausgehend von dieser Erkenntnis ist die Form der Kammer an die Form der Temperaturverteilungscharakteristik und nicht an die Form der Heizvorrichtung angepasst. Ein derartiges Konzept hat vorteilhafte Auswirkungen auf das Temperaturverhalten und vor allem auf die Konstanten und die Gradienten in der Kammer.Embodiments according to the main aspect are based on the finding that a heater having a first geometry radiates heat in the direction of the chamber in a different geometry due to the thermal conductivity at the edges of the heater. Based on this knowledge, the shape of the chamber is adapted to the shape of the temperature distribution characteristic and not to the shape of the heater. Such a concept has advantageous effects on the temperature behavior and especially on the constants and the gradients in the chamber.
Description
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Analysesystem, das eine Heizvorrichtung aufweist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Analysekartusche oder tragbare Diagnostiksysteme, die ein Analysesystem aufweisen.One aspect of the invention relates to an analysis system having a heater. Preferred embodiments relate to an analysis cartridge or portable diagnostic systems having an analysis system.
Chiplabors (Lab-on-a-Chip, LoC), Folienlabor (Lab-on-a-Foil), Mikrototalanalysensysteme (micro-total-analysis-systems, μTAS) oder bio-mikroelektromechanische Systeme (Bio-MEMS) sind übliche Namen für solche Systeme, die sich mit der Miniaturisierung chemischer und biologischer Laborprozesse und Versuche im Mikroskalenformat beschäftigen, mit dem Ziel, die Leistungsfähigkeit des Versuchs zu verbessern und seinen Kosten- und Zeitaufwand zu verringern. Diesen Systemen ist gemein, dass sie mit Flüssigkeiten umgehen, da sie allgemein aus einem Satz mikrofluidischer Kanäle und/oder Hohlräume bestehen, die auf einem Substrat integriert sind. Je nach Anwendung erfordern diese Systeme mannigfaltige sonstige Funktionalitäten wie beispielsweise Mischen, Erwärmen und Filtern von Proben und Reagenzien und Detektion spezifischer Analyten oder Endprodukte, um in der Lage zu sein, einen entsprechenden Laborumfang analog nachzubilden. Die verschiedenen Funktionalitäten können dem mikrofluidischen System entweder durch Miniaturisierung und Integration als chipinterne Komponenten bereitgestellt werden oder können als chipexterne Makroskalen-Komponenten getrennt gehalten werden, wobei eine Makro-zu-Mikro-Schnittstelle, die die Funktionalität in das mikrofluidische Bauelement integriert, Vorteile wie beispielsweise eine verbesserte Leistungsfähigkeit und Empfindlichkeit (direkter Kontakt mit der Probe) und eine Verringerung von voluminösen chipexternen Komponenten (wichtig für tragbare Anwendungen, PoC) mit sich bringt, jedoch mit erhöhten Kosten einhergeht, da eine chipinterne Integration zusätzliche Verarbeitungsschritte beinhaltet.Lab-on-a-chip (Lab-on-a-Foil), micro-total-analysis-systems (μTAS), or bio-micro-electro-mechanical (Bio-MEMS) systems are common names for Such systems, which deal with the miniaturization of chemical and biological laboratory processes and experiments in micro scale format, with the aim to improve the efficiency of the experiment and to reduce its cost and time. Common to these systems is that they handle liquids since they generally consist of a set of microfluidic channels and / or cavities integrated on a substrate. Depending on the application, these systems require a variety of other functionalities, such as mixing, heating and filtering of samples and reagents, and detection of specific analytes or final products to be able to analogously model a corresponding range of laboratory equipment. The various functionalities may be provided to the microfluidic system either by miniaturization and integration as on-chip components, or may be kept separate as off-chip macroscale components, with a macro-to-micro interface that integrates functionality into the microfluidic device having advantages such as Improved performance and sensitivity (direct contact with the sample) and reduction of bulky off-chip components (important for portable applications, PoC), but at an increased cost, because on-chip integration involves additional processing steps.
Um Verunreinigungsrisiken zu vermeiden, sind mikrofluidische Systeme oft wegwerfbare Einwegsysteme mit dem Erfordernis geringer Material- und Herstellungskosten, und somit werden Kunststoffe und Polymere gegenüber dem klassischen MEMS-Material Silikon bevorzugt. Mikrospritzguss ist die aktuelle hochmoderne Herstellungstechnologie für eine Massenproduktion dieser Systeme. Trotz der Möglichkeit, Millionen von mikrofluidischen Kunststoffsubstraten mit hohem Durchsatz herzustellen, weist das Verfahren Schwierigkeiten beim Integrieren von Funktionalitäten auf. Das spritzgegossene mikrofluidische Systems allgemein durch ein Lösungsmittel- oder thermisches Bonden hergestellt, was oft mit Elektroden und Biomolekülen, die integriert werden sollen, nicht vereinbar ist. Eine Verwendung von Kunststofffolien und eine Rolle-zu-Rolle-Herstellung ist ein attraktives alternatives Massenproduktionsverfahren, da eine Integration derartiger Elemente durch die Verwendung von laminierungsbasierten Prozessen und druckempfindlichen Klebebändern ohne Weiteres und mit hohem Durchsatz erfolgt. Dies ermöglicht, dass verschiedene Materialien in einem Mischen-und-Abgleichen-Lösungsansatz (Mischbetriebs-Lösungsansatz, mix-and-match approach) miteinander gebondet werden können und jede Komponente des Systems unter für sie optimalen Bedingungen hergestellt werden kann.To avoid contamination risks, microfluidic systems are often disposable disposable systems requiring low material and manufacturing costs, and thus plastics and polymers are preferred over the classic MEMS silicone material. Micro injection molding is the current state-of-the-art manufacturing technology for mass production of these systems. Despite the ability to produce millions of high throughput microfluidic plastic substrates, the process has difficulty integrating functionalities. The injection molded microfluidic system is generally made by solvent or thermal bonding, which is often incompatible with electrodes and biomolecules to be integrated. Use of plastic films and roll-to-roll production is an attractive alternative mass production process because integration of such elements through the use of lamination-based processes and pressure-sensitive adhesive tapes is readily accomplished with high throughput. This allows various materials to be bonded together in a mix-and-match approach, and any component of the system can be manufactured under optimal conditions.
Eine exakte Temperatursteuerung bei mikrofluidischen Systemen ist oft eine essenziell wichtige Funktionalität, da viele biochemische Reaktionen von spezifischen Temperaturen abhängen. Beispielsweise erfordern ein Zellwachstum und eine Zellvermehrung bei einem Zellkultivierungsversuch konstant 37°C. Bei einem Experiment einer DNA-Hybridisierung hybridisieren Target- und Analytstrang nur unter einer Inkubation bei 37°C. Ferner verwenden viele DNA-Amplifikationsprotokolle spezifische Temperaturen, um die verschiedenen Schritte in der Amplifikationskette zu steuern. Die schleifenvermittelte isotherme Amplifikation (LAMP, loop mediated isothermal amplification) wird bei konstant 60–65°C durchgeführt. Die Rolling-Circle-Amplifikation (RCA) erfordert einen bei 95°C erfolgenden Denaturierungsschritt, bevor eine Verlängerung bei 30°C durchgeführt wird, und schließlich verwendet die Polymerase-Kettenreaktion (PCR – polymerase chain reaction) ein Durchlaufen zyklischer Vorgänge zwischen ~63°C, ~72°C und ~95°C für eine exponentielle Amplifikation der Vorlage-DNA. Um eine präzise Temperatursteuerung und hohe Erwärmungs- und Abkühlraten zu erhalten, weist eine Integration von Mikroskalen-Heizvorrichtungen im Vergleich zu externen Makroskalen-Heizvorrichtungen aufgrund des direkten thermischen Kontakts mit der Mikrofluidik eine bessere Leistungsfähigkeit auf.Precise temperature control in microfluidic systems is often an essential functionality, as many biochemical reactions depend on specific temperatures. For example, cell growth and proliferation in a cell culture experiment require a constant 37 ° C. In an experiment of DNA hybridization, the target and analyte strand hybridize only under incubation at 37 ° C. Furthermore, many DNA amplification protocols use specific temperatures to control the various steps in the amplification chain. Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) is performed at a constant 60-65 ° C. Rolling circle amplification (RCA) requires a denaturation step at 95 ° C before extension at 30 ° C, and finally, the polymerase chain reaction (PCR) uses cyclic events between ~ 63 ° C, ~ 72 ° C and ~ 95 ° C for exponential amplification of the template DNA. In order to obtain precise temperature control and high heating and cooling rates, integration of micro-scale heaters has improved performance compared to external macroscale heaters due to direct thermal contact with the microfluidics.
Wir haben bereits die Detektion von SNPs (Einzelnukleotid-Polymorphismen, single nucleotide polymorphisms) anhand einer Schmelzkurvenanalyse an DNA-Mikroarrays demonstriert, die unter Verwendung von semitransparenten Kupfergitter-Heizvorrichtungen, die auf Kunststofffolie strukturiert sind, integriert sind [1], [2], [3], [4]. Es hat sich herausgestellt, dass die Mikroheizvorrichtung an der Stelle der Analyse eine robuste und homogene Temperatur bereitstellt, mittels Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden kann (geringe Kosten) und eine Energiezufuhr von 2 V erfordert (weshalb sie tragbar ist).We have already demonstrated the detection of SNPs (single nucleotide polymorphisms) by melting curve analysis on DNA microarrays integrated using semitransparent copper grid heaters patterned on plastic film [1], [2], [3], [4]. It has been found that the microheater provides a robust and homogeneous temperature at the point of analysis, can be made roll-to-roll (low cost) and requires 2V power input (which is why it is portable).
Ein herkömmliches Chiplabor ist in
Das Analysesystem
In
Wie bezüglich des Diagramms der
Lösungsansätze gemäß dem Stand der Technik, z. B. der oben erörterte Lösungsansatz des Analysesystems
Hauptaspektkey aspect
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konzept zum Verbessern des Temperaturverhaltens in der Kammer bereitzustellen.An object of the present invention is to provide a concept for improving the temperature behavior in the chamber.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand unabhängiger Patentansprüche gelöst.This object is solved by the subject matter of independent claims.
Ausführungsbeispiele, die zu dem Hauptaspekt gehören, liefern ein Analysesystem zum Analysieren eines Analyten. Das Analysesystem weist eine Kammer und eine Heizvorrichtung, z. B. eine (Kupfer-)Gitter-Heizvorrichtung, auf, die in eine Schicht integriert ist und eine zweidimensionale Geometrie, z. B. ein Quadrat, aufweist. Die Schicht ist neben der Kammer angeordnet. Die Heizvorrichtung ist dazu konfiguriert, gemäß einer zweidimensionalen Temperaturverteilungscharakteristik, die eine Form, z. B. eine ovale Form, aufweist, Wärme an die Kammer abzugeben. Eine laterale Form und/oder laterale Größe der Kammer sind an die Form und Größe der zweidimensionalen Temperaturverteilungscharakteristik angepasst. Folglich kann die Kammer eine Größe aufweisen, die mit der Größe der Temperaturverteilungscharakteristik vergleichbar ist, und kann dieselbe Form, z. B. eine ovale Form, aufweisen.Embodiments pertaining to the main aspect provide an analysis system for analyzing an analyte. The analysis system comprises a chamber and a heating device, e.g. B. a (copper) grid heater, which is integrated into a layer and a two-dimensional geometry, for. As a square has. The layer is arranged next to the chamber. The heater is configured to have a shape according to a two-dimensional temperature distribution characteristic, e.g. As an oval shape, has to deliver heat to the chamber. A lateral shape and / or lateral size of the chamber are adapted to the shape and size of the two-dimensional temperature distribution characteristic. Consequently, the chamber may have a size comparable to the size of the temperature distribution characteristic, and may have the same shape, e.g. B. an oval shape.
Ausführungsbeispiele gemäß dem Hauptaspekt beruhen auf der Erkenntnis, dass eine Heizvorrichtung, die eine erste Geometrie aufweist, aufgrund der Wärmeleitfähigkeit an den Flanken der Heizvorrichtung Wärme in die Richtung der Kammer in einer anderen Geometrie abstrahlt. Ausgehend von dieser Erkenntnis ist die Form der Kammer an die Form der Temperaturverteilungscharakteristik und nicht an die Form der Heizvorrichtung angepasst. Ein derartiges Konzept hat vorteilhafte Auswirkungen auf das Temperaturverhalten und vor allem auf die Konstanten und die Gradienten in der Kammer.Embodiments according to the main aspect are based on the finding that a heater having a first geometry radiates heat in the direction of the chamber in a different geometry due to the thermal conductivity at the edges of the heater. Based on this knowledge, the shape of the chamber is adapted to the shape of the temperature distribution characteristic and not to the shape of the heater. Such a concept has advantageous effects on the temperature behavior and especially on the constants and the gradients in the chamber.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Seitenverhältnis der zweidimensionalen Temperaturverteilungscharakteristik vergleichbar oder im Wesentlichen identisch mit einem Seitenverhältnis der Kammer. Zusätzlich oder alternativ dazu ist die laterale Form dieser Kammer vergleichbar oder im Wesentlichen identisch mit der Form der zweidimensionalen Temperaturverteilungscharakteristik. In diesem Kontext bedeutet „im Wesentlichen”, dass eine Nichtübereinstimmung von ±20% akzeptabel ist, beispielsweise falls das Seitenverhältnis der Temperaturverteilungscharakteristik 20% kleiner oder größer als die Kammer ist.According to embodiments, the aspect ratio of the two-dimensional Temperature distribution characteristic comparable or substantially identical to an aspect ratio of the chamber. Additionally or alternatively, the lateral shape of this chamber is comparable or substantially identical to the shape of the two-dimensional temperature distribution characteristic. In this context, "substantially" means that a mismatch of ± 20% is acceptable, for example, if the aspect ratio of the temperature distribution characteristic is 20% smaller or larger than the chamber.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die Größe der Kammer und der Temperaturverteilungscharakteristik vergleichbar oder im Wesentlichen identisch sein. Hier kann eine Unterscheidung für unterschiedliche Fälle erfolgen. Gemäß einem ersten Fall ist die Kammer 10% bis 30% kleiner als die Temperaturverteilungscharakteristik. Dieser Fall ermöglicht einen sehr kleinen Gradienten von der Mitte bis zum Rand, wodurch sich eine fast homogene Verteilung über die gesamte Kammer hinweg ergibt. Bei einem zweiten Fall ist die Temperaturverteilungscharakteristik innerhalb einer Toleranz von ±20% identisch mit der Kammer. Ein dritter Fall, gemäß dem die Kammer 10% bis 30% größer ist als die Temperaturverteilungscharakteristik, ermöglicht einen hohen Gradienten von der Mitte bis zum Rand. Der Gradient des zweiten Falles liegt in der Mitte zwischen dem ersten und dem zweiten Fall.According to further embodiments, the size of the chamber and the temperature distribution characteristic may be comparable or substantially identical. Here a distinction can be made for different cases. According to a first case, the chamber is 10% to 30% smaller than the temperature distribution characteristic. This case allows a very small gradient from the center to the edge, resulting in an almost homogeneous distribution over the entire chamber. In a second case, the temperature distribution characteristic is within a tolerance of ± 20% identical to the chamber. A third case, according to which the chamber is 10% to 30% larger than the temperature distribution characteristic, allows a high gradient from the center to the edge. The gradient of the second case lies midway between the first and second cases.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist die Kammer für eine Polymerase-Kettenreaktion konfiguriert, wobei die Kammer größer ist als die zweidimensionale Temperaturverteilungscharakteristik, so dass ein Temperaturgradient von der Mitte bis zur Randregion der Kammer eine Zirkulation eines Fluids in der Kammer bewirkt. Ausgehend hiervon kann nicht nur die Zirkulation des Fluids erzielt werden, sondern es kann auch ein Entgasen eines Klebstoffmaterials in der Schicht der Kammer vermieden oder verringert werden.In other embodiments, the chamber is configured for a polymerase chain reaction wherein the chamber is greater than the two-dimensional temperature distribution characteristic so that a temperature gradient from the center to the edge region of the chamber causes circulation of fluid in the chamber. From this not only the circulation of the fluid can be achieved, but also a degassing of an adhesive material in the layer of the chamber can be avoided or reduced.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel liefert ein Analysesystem zum Analysieren eines Analyten. Das System weist eine Polymerase-Kettenreaktion-Kammer und eine Heizvorrichtung auf, die in eine neben der Kammer befindliche Schicht integriert ist und eine zweidimensionale Geometrie aufweist, wobei die Heizvorrichtung dazu konfiguriert ist, gemäß einer zweidimensionalen Temperaturverteilungscharakteristik, die eine Form aufweist, Wärme an die Kammer abzugeben, wobei eine laterale Form oder laterale Größe der Kammer derart ausgewählt ist, dass ein Temperaturgradient von der Mitte bis zur Randregion der Kammer eine Zirkulation eines Fluids in der Kammer bewirkt.Another embodiment provides an analysis system for analyzing an analyte. The system includes a polymerase chain reaction chamber and a heater integrated into a chamber adjacent the chamber and having a two-dimensional geometry, wherein the heater is configured to apply heat to the body in accordance with a two-dimensional temperature distribution characteristic having a shape Chamber, wherein a lateral shape or lateral size of the chamber is selected such that a temperature gradient from the center to the edge region of the chamber causes a circulation of a fluid in the chamber.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Kammer durch eine oder mehrere Polymerfolien gebildet und/oder weist ein Polymer mit geringer Wärmeleitfähigkeit auf. Dies hat den Vorteil, dass ein rascher zyklischer Temperaturwechsel erzielt wird, ohne die Komplexität des gesamten Systems zu erhöhen. In diesem Fall ist zu beachten, dass gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen die Heizvorrichtung als Dünnfilmheizvorrichtung implementiert und als Schicht auf der Hauptoberfläche der Kammer angeordnet ist.According to a further embodiment, the chamber is formed by one or more polymer films and / or has a polymer with low thermal conductivity. This has the advantage that a rapid cyclic temperature change is achieved without increasing the complexity of the entire system. In this case, it should be noted that according to preferred embodiments, the heater is implemented as a thin-film heater and disposed as a layer on the main surface of the chamber.
Zweiter AspektSecond aspect
Ein Ausführungsbeispiel gemäß einem weiteren Aspekt stellt ein Analysesystem zum Analysieren eines Analyten bereits. Das Analysesystem weist zumindest eine Kammer zum Verarbeiten des Analyten und ein temperatursteuerbares Element wie beispielsweise ein temperatursteuerbares Ventil sowie eine Steuerschicht auf. In der Steuerschicht ist eine Heizvorrichtung zum Erwärmen der zumindest einen Kammer sowie eine weitere, mit dem temperatursteuerbaren Element gekoppelte Heizvorrichtung implementiert. Die Heizvorrichtung zum Erwärmen der zumindest einen Kammer weist den Zweck auf, die Verarbeitung in der Kammer zu unterstützen oder die Verarbeitung zu ermöglichen, wohingegen die weitere Heizvorrichtung, die mit dem temperatursteuerbaren Element gekoppelt ist, dazu konfiguriert ist, das temperatursteuerbare Element durch Erwärmen desselben zu steuern. Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen werden die Heizvorrichtung und die Heizvorrichtung durch eine gemeinsame Heizschicht gebildet.An embodiment according to another aspect already provides an analysis system for analyzing an analyte. The analysis system has at least one chamber for processing the analyte and a temperature-controllable element such as a temperature-controllable valve and a control layer. In the control layer, a heating device for heating the at least one chamber and a further, coupled to the temperature-controllable element heater is implemented. The heating device for heating the at least one chamber has the purpose of assisting processing in the chamber or enabling processing, whereas the further heating device coupled to the temperature-controllable element is configured to supply the temperature-controllable element by heating it Taxes. According to preferred embodiments, the heating device and the heating device are formed by a common heating layer.
Ausführungsbeispiele eines weiteren Aspekts beruhen auf der Erkenntnis, dass nahezu alle oder alle Elemente als temperatursteuerbare Elemente implementiert werden können, so dass keine weiteren Elemente zum Steuern des Chiplabors implementiert werden müssen. Dies ist bezüglich der Komplexität des Analysesystems vorteilhaft.Embodiments of a further aspect are based on the recognition that almost all or all elements can be implemented as temperature-controllable elements, so that no further elements for controlling the chip laboratory have to be implemented. This is advantageous in terms of the complexity of the analysis system.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann zumindest eine Kammer für eine Zellauflösung, DNA-Amplifikation, schnelle DNA-Hybridisierung und Target-Detektion bis hin zu einer Signalbasisschicht und/oder Polymerase-Kettenreaktion konfiguriert sein. Das temperatursteuerbare Element kann beispielsweise ein temperatursteuerbares Ventil sein, z. B. ein Ventil, das einen Wachspfropfen aufweist, der dazu konfiguriert ist, entweder offen oder geschlossen zu sein, indem er die Umgebungstemperatur steuert.According to embodiments, at least one chamber may be configured for cell dissolution, DNA amplification, rapid DNA hybridization and target detection to a signal base layer and / or polymerase chain reaction. The temperature-controllable element may for example be a temperature-controllable valve, z. A valve having a wax plug configured to be either open or closed by controlling the ambient temperature.
Da die temperatursteuerbaren Elemente und die verschiedenen Kammern für die verschiedenen Funktionen üblicherweise unterschiedliche Betriebstemperaturen aufweisen, kann die Größe der Heizvorrichtungen in der gemeinsamen Schicht je nach weiteren Ausführungsbeispielen variieren.Since the temperature-controllable elements and the various chambers for the various functions usually have different operating temperatures, the size of the heaters in the common layer may vary depending on further embodiments.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel stellt eine Analysekartusche bereit, die Stifte aufweist, die mit einer Lesevorrichtung, die die Analyse steuert und/oder auswertet, und einem Analysesystem zu verbinden sind. Hier sind die Stifte mit der Heizvorrichtung und der weiteren Heizvorrichtung der Steuerschicht derart verbunden, dass die Analysekartusche extern gesteuert werden kann.Another embodiment provides an analysis cartridge having pens to be connected to a reading device that controls and / or evaluates the analysis and an analysis system. Here, the pins are connected to the heater and the further heater of the control layer so that the analysis cartridge can be externally controlled.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel liefert ein Verfahren zum Steuern eines Analysesystems unter Verwendung der gemeinsamen Heizschicht.Another embodiment provides a method of controlling an analysis system using the common heating layer.
Dritter Aspekt Third aspect
Ein Ausführungsbeispiel dieses Nebenaspekts der Erfindung stellt ein Analysesystem zum Analysieren eines Analyten bereit. Das Analysesystem weist zumindest eine Kammer, eine semitransparente Heizvorrichtung und einen optischen Detektor auf, der in eine neben der Kammer befindliche Schicht integriert ist, um von der Kammer kommendes Licht zu erfassen. Der optische Detektor ist dazu konfiguriert, ein Signal auszugeben, das ein Transmissionsverhalten (Durchlässigkeitsverhalten) durch die Kammer hindurch angibt oder das eine optische Aktivität des Analyten angibt.An embodiment of this ancillary aspect of the invention provides an analysis system for analyzing an analyte. The analysis system comprises at least one chamber, a semitransparent heater and an optical detector integrated in a layer adjacent to the chamber for detecting light from the chamber. The optical detector is configured to output a signal indicative of transmission behavior (permeability behavior) through the chamber or indicative of an optical activity of the analyte.
Ausführungsbeispiele gemäß einem weiteren Aspekt beruhen auf der Erkenntnis, dass die Integration einer Kammer und einer semitransparenten Heizvorrichtung auf zwei unterschiedlichen Seiten der Kammer ein Analysesystem ermöglichen, das eine hohe Funktionalität, eine hohe Detektionsgenauigkeit und geringe Herstellungskosten aufweist. Dieses Konzept weist zusätzlich Vorteile bezüglich der Nutzbarkeit auf, da die Analysekartusche nicht bezüglich eines externen optischen Detektors positioniert oder ausgerichtet werden muss.Embodiments according to another aspect are based on the recognition that the integration of a chamber and a semi-transparent heater on two different sides of the chamber enable an analysis system that has high functionality, high detection accuracy, and low manufacturing cost. This concept also has usability advantages because the analysis cartridge need not be positioned or aligned with respect to an external optical detector.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine Lichtquelle auf einer Seite der Heizvorrichtung, d. h. gegenüber dem optischen Detektor, angeordnet sein. Aufgrund der Herstellung des Detektors und der Lichtquelle direkt auf dem mikrofluidischen System wird ermöglicht, die Sensibilität zu erhöhen, indem ein Lichtverlust durch kürzere Lichtwege und eine verringerte Anzahl von Lichtstreuungsgrenzflächen verringert wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Lichtquelle in Kombination mit einem optischen Filter verwendet werden, das dazu konfiguriert ist, eine Lichtquelle in einen Hintergrund mit homogen verteilter Ausleuchtung umzuwandeln. Hier kann auch eine Frequenzänderung derart durchgeführt werden, dass eine Lichtfrequenz mit einem Absorptionsspektrum des optischen Detektors übereinstimmt.According to another embodiment, a light source on one side of the heater, i. H. be arranged opposite the optical detector. Due to the manufacture of the detector and the light source directly on the microfluidic system, it is possible to increase the sensitivity by reducing light loss through shorter light paths and a reduced number of light scattering interfaces. According to another embodiment, the light source may be used in combination with an optical filter configured to convert a light source to a background with homogeneously distributed illumination. Here also a frequency change can be carried out such that a light frequency coincides with an absorption spectrum of the optical detector.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Analysesystem mit einem Prozessor gekoppelt sein, oder einen Prozessor aufweisen, der es ermöglicht, das Lichtdurchlässigkeitsverhalten und/oder die optische Aktivität des Analyten zu analysieren. Eine Lichtdurchlässigkeit durch die Kammer hindurch, die eine niedrige Absorption aufweist, gibt den Fall an, gemäß dem keine Reaktion erfolgt ist, eine Lichtdurchlässigkeit durch die Kammer hindurch, die eine hohe Absorption aufweist, gibt den Fall an, gemäß dem eine Reaktion erfolgt ist. Eine Fluoreszenz, Chemolumineszenz oder Kolorimetrie des Analyten gibt den Fall einer im Gang befindlichen biochemischen Reaktion an.According to a further embodiment, the analysis system can be coupled to a processor, or have a processor that makes it possible to analyze the light transmission behavior and / or the optical activity of the analyte. A light transmittance through the chamber having a low absorption indicates the case where no reaction has occurred, a light transmittance through the chamber having a high absorption indicates the case where a reaction has occurred. Fluorescence, chemiluminescence or colorimetry of the analyte indicates the case of an on-going biochemical reaction.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel liefert ein Verfahren zum Analysieren eines Analyten unter Verwendung des oben charakterisierten Chiplabors, wobei das Signal, das das Lichtdurchlässigkeitsverhalten und/oder die optische Aktivität des Analyten angibt, gemäß der obigen Erörterung verarbeitet wird.Another embodiment provides a method for analyzing an analyte using the above-characterized chip lab, wherein the signal indicative of the light transmission behavior and / or optical activity of the analyte is processed according to the discussion above.
Alle obigen Ausführungsbeispiele gemäß den obigen Aspekten beziehen sich auf ein Analysesystem, das Heizvorrichtungen verwendet. Ausgehend hiervon ist es klar, dass die oben beschriebenen Technologien gemäß Aspekten nicht miteinander vereinbar sind, sondern auch auf vorbestimmte Weise kombiniert werden müssen. Deshalb liefern weitere Ausführungsbeispiele ein Ausführungsbeispiel, das Merkmale zumindest zweier Aspekte aufweist.All the above embodiments according to the above aspects relate to an analysis system using heaters. From this it is clear that the technologies described above are incompatible in aspects, but must also be combined in a predetermined way. Therefore, further embodiments provide an embodiment having features of at least two aspects.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel liefert eine Analysekartusche, die ein Analysesystem und Stifte aufweist, die mit einer Lesevorrichtung, die die Analyse steuert und auswertet, zu verbinden sind. Hier sind die Stifte mit dem optischen Detektor derart verbunden, dass ein externer Zugriff auf den Detektor ermöglicht wird.Another embodiment provides an analysis cartridge having an analysis system and pens to be connected to a reading device that controls and evaluates the analysis. Here, the pins are connected to the optical detector so as to allow external access to the detector.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel stellt ein graphisch darstellbares Diagnostiksystem bereit, das ein Analysesystem gemäß einem der obigen Ausführungsbeispiele und als Leistungsversorgung eine Batterie aufweist. Hier genügt eine kleine Batterie, da die Heizvorrichtungen zum Erwärmen der Kammern und zum Steuern der Elemente direkt neben der Kammer oder den temperatursteuerbaren Elementen angeordnet sind, so dass der Leistungsverbrauch derselben ziemlich niedrig ist.Another embodiment provides a graphically displayable diagnostic system that includes an analysis system according to any of the above embodiments and a battery for powering. Here, a small battery suffices since the heaters are arranged to heat the chambers and to control the elements directly adjacent to the chamber or temperature-controllable elements, so that the power consumption thereof is quite low.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anschließend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, bei denen:Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which:
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anschließend unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich erläutert, wobei Elemente oder Strukturen, die eine ähnliche oder identische Funktion aufweisen, mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Somit sind deren Beschreibungen austauschbar und sollten jeweils aufeiander anwendbar sein.Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in detail with reference to the figures, wherein elements or structures having a similar or identical function are provided with identical reference numerals. Thus, their descriptions are interchangeable and should be applicable to each other.
Die Funktionalität des gezeigten Analysesystems
Wie in Bezug auf
Infolge dieser zweidimensionalen Geometrie der Heizvorrichtung
Auf der Basis dieser Kenntnis können die Form und Größe der Kammer
Bezüglich der Größe der Kammer
Es gibt verschiedene Verfahren zum Vergleichen der zwei Größen, beispielsweise kann das Quadrat der Temperaturverteilungscharakteristik
Gemäß Ausführungsbeispielen wird die Kammer
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist das Analysesystem
Da die drei verschiedenen Schritte bei dem PCR-Zyklus (Aufschmelzen, Verlängerung und Denaturierung) jeweils durch eine spezifische Temperatur initiiert werden, ist es wesentlich, die Probe während des gesamten Versuchs einer möglichst homogenen und genauen Temperatur auszusetzen. Bei dem PCR-System wird der Heißpunkt einer (Gitterkupfer-)Heizvorrichtung dazu verwendet, die Form der PCR-Kammer zu definieren. Indem die Größe der MikroPCR-Kammer variiert wird, können Kammern mit entweder konstanter Temperatur oder unterschiedlichen konstanten Gradienten erzielt werden.Since the three different steps in the PCR cycle (melting, extension and denaturation) are each initiated by a specific temperature, it is essential to expose the sample throughout the experiment to the most homogeneous and accurate temperature possible. In the PCR system, the hot spot of a (grid copper) heater is used to define the shape of the PCR chamber. By varying the size of the MikroPCR chamber, chambers of either constant temperature or different constant gradients can be achieved.
Ausgehend von dieser Heizvorrichtung
Für jeden Entwurf A, B und C wird der resultierende Temperaturgradient von der Mitte bis zu den Rändern durch
Eine Analyse der Temperaturverteilung für die drei verschiedenen Entwürfe A, B und C zeigt, dass der Gradient für den Entwurf A ziemlich klein ist, hier 1° bis 1,5°C von der Mitte bis zum Rand, wohingegen der Gradient des Entwurfs C ziemlich groß ist, d. h. 3° bis 4°C von der Mitte bis zum Rand. Der Entwurf B weist einen Gradienten 2° bis 3°C von der Mitte bis zum Rand auf.An analysis of the temperature distribution for the three different designs A, B and C shows that the gradient for design A is quite small, here 1 ° to 1.5 ° C from the center to the edge, whereas the gradient of design C is quite is big, d. H. 3 ° to 4 ° C from the middle to the edge. The design B has a gradient of 2 ° to 3 ° C from the center to the edge.
Ein Inkontaktbringen mit einem homogenen oder leichten Gradienten kann je nach der Art des PCR-Versuchs eine vorteilhafte Auswirkung aufweisen. Eine homogene Temperatur kann eine unspezifische Primerbindung bei manchen PCR-Versuchen verhindern, wohingegen ein Gradient mehrerer Grade einen Fluss in der Probenflüssigkeit zwischen kalten und warmen Regionen bewirken kann und einen Rühreffekt aufweisen kann, der einen Austausch zwischen den chemischen Komponenten in dem Fluid befördert.Contacting with a homogeneous or light gradient may have a beneficial effect, depending on the nature of the PCR experiment. A homogeneous temperature may prevent nonspecific primer binding in some PCR assays, whereas a multiple grade gradient may cause flow in the sample fluid between cold and warm regions and may have a stirring effect that promotes an exchange between the chemical components in the fluid.
Herausforderungen bei MikroPCR bestehen in einem Erzielen einer präzisen thermischen Steuerung und einem raschen zyklischen Temperaturwechsel bei einem Polymer mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Ähnliche Ergebnisse werden in letzter Zeit mit polymerbasierten Systemen erzielt, die jedoch ziemlich komplexe Aufbauten erfordern, einschließlich Reservoiren mit flüssigem Stickstoff und Luftschläuchen, was zu einem umfangreichen Instrumentarium und erhöhten Kosten führt. Eine Verwendung von Kunststofffolien als Substrat für eine microPCR-Kammer verringert die thermisch wirksame Masse des Materials mit geringer Wärmeleitfähigkeit und ermöglicht eine schnelle Anpassung an Außenkräfte wie beispielsweise aufgebrachte Wärme oder eine niedrige Umgebungstemperatur. Auf diese Weise ermöglicht die folienbasierte PCR-Kammer eine hohe Rampenbildungs- und Abkühlrate ohne das Erfordernis zusätzlicher Außenkräfte. Beispielsweise wurde anhand einer einfachen Konvektionseinrichtung eine Abkühlrate von ~4°C/Sek. (d. h. 95 bis 63°C in ~8 Sekunden) erzielt (
Ferner erfordert die verwendete Heizvorrichtung lediglich eine Versorgung mit 2 V mit einem maximalen Stromstärkevorgabepegel von 150 mA, was bedeutet, dass sie durch eine kleine Batterie mit Leistung versorgt werden könnte. Durch diesen μPCR-Chipentwurf ermöglichen wir einen einfachen Aufbau, der für eine Integration in tragbare Molekulardiagnostiksysteme geeignet ist.Further, the heater used requires only a 2V supply with a maximum current setpoint level of 150mA, meaning that it could be powered by a small battery. With this μPCR chip design, we enable a simple design suitable for integration into portable molecular diagnostics systems.
Unter Bezugnahme auf
Das temperatursteuerbare Element
Da die Kammer
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann das Analysesystem
Ein schematisches Prinzip einer derartigen Analyse, die mehrere sequenzielle Schritte aufweist, ist durch
Die Elemente
Der Vorteil des Nur-Wärme-Steuerung-Lösungsansatzes besteht darin, dass die meisten Funktionalitäten in einem einzigen Prozessschritt erzeugt werden können, beispielsweise eine einzige Kupferschicht, die die Komplexität des Herstellungsprozesses immens verringert. Die Lösung könnte ein wahrhaft kostengünstiges Probe-zu-Ansprechverhalten-Diagnostiksystem ermöglichen.The advantage of the heat-only control approach is that most of the functionality can be generated in a single process step, such as a single layer of copper, which greatly reduces the complexity of the manufacturing process. The solution could allow for a truly cost-effective sample-to-response diagnostic system.
Unter Bezugnahme auf
Der optische Detektor
Der optische Detektor
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann das Analysesystem
Ob das mikrofluidische System die Plattform für einen Zellkultivierungsversuch liefert, ein gewisses Pathogen bei einem diagnostischen Text erfasst oder einen Mikrobioreaktor für die Erzeugung eines Bioprodukts darstellt – das Ergebnis der biochemischen Prozesse muss der Makrowelt qualitativ und/oder quantitativ berichtet werden. Eine Detektion von Analyten und erzeugten Produkten erfolgt allgemein anhand einer massensensitiven, elektrochemischen oder optischen Einrichtung, wodurch optische Detektionsmethoden wie beispielsweise Fluoreszenz, Chemolumineszenz, Kolorimetrie oder Absorbanz bei weitem die üblichsten sind. Eine Integration von chipinternen Lichtquellen und eines Fotodetektors für eine Analytdetektion in mikrofluidischen Systemen bringt abgesehen davon, dass sie das Erfordernis voluminöser optischer Komponenten bei patientennahen Aufbauten verringert, folgende Vorteile mit sich: 1) ein Herstellen des Detektors und der Lichtquelle direkt auf dem mikrofluidischen System könnte eine erhöhte Sensibilität ermöglichen, indem der Lichtverlust durch kürzere Lichtwege und eine verringerte Anzahl von Lichtstreuungsgrenzflächen verringert wird. 2) Die integrierten miniaturisierten Detektoren können zu kondensierten Arrays strukturiert sein, die ein effektives Multiplexieren ermöglichen.Whether the microfluidic system provides the platform for a cell culture experiment, detects a certain pathogen in a diagnostic text, or represents a microbioreactor for the production of a bioproduct - the result of the biochemical processes must be qualitatively and / or quantitatively reported to the macro-world. Detection of analytes and generated products is generally by mass-sensing, electrochemical or optical means, making optical detection methods such as fluorescence, chemiluminescence, colorimetry or absorbance by far the most common. Integration of on-chip light sources and a photodetector for analyte detection in microfluidic systems, in addition to reducing the requirement of bulky optical components in near-patient structures, has the following advantages: 1) to make the detector and light source directly on the microfluidic system allow increased sensitivity by reducing light loss through shorter light paths and a reduced number of light scattering interfaces. 2) The integrated miniaturized detectors can be patterned into condensed arrays that allow effective multiplexing.
Unter Bezugnahme auf
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Heizschicht
Bezüglich der
Wenn in der Kammer kein Ereignis stattgefunden hat, fällt eine konstante Lichtmenge von der Lichtquelle auf den Detektor. Falls in dem mikrofluidischen Hohlraum ein biochemisches Ereignis stattgefunden hat, können je nach Versuchsaufbau zwei Detektionsmechanismen genutzt werden. Entweder erzeugt das biochemische Ereignis ein Produkt, das eine sterische Hinderung für das Licht erzeugt, das von der Lichtquelle kommt und an dem Detektor ankommt, wie bei
Das biochemische Ereignis könnte sein, dass sich eine Zellkultur in lateraler Richtung vermehrt und von der Lichtquelle kommendes Licht blockiert, könnte ein DNA-Hybridisierungsversuch, ein Immunoassay oder ein Amplifikationsprodukt von jeglichen der zuvor beschriebenen DNA-Amplifikationsprotokolle sein. Der Hybridisierungsversuch oder das Amplifikationsprodukt könnte entweder mit Markern für Fluoreszenz, Chemolumineszenz oder kolorimetrische Messung oder mit Markern für Absorbanzmessung (Polymerkügelchen, Goldnanopartikeln, Silbererweiterungsverfahren (silver enhancement methods) gekennzeichnet werden.The biochemical event could be that cell culture proliferates laterally and light from the light source is blocked, could be a DNA hybridization assay, an immunoassay or an amplification product of any of the DNA amplification protocols previously described. The hybridization assay or amplification product could be labeled with either fluorescence, chemoluminescence or colorimetric or fluorescence (polymer bead, gold nanoparticle, silver enhancement) labels.
Gegenüber dem Detektor
Zwischen der Detektorschicht
Hier weist die Sensorschicht
Diese Detektion wird unter Bezugnahme auf
Im Fall der Übereinstimmung reagiert die mit Streptavitin beschichtete Charge
Ein exemplarisches Signal, das zu drei verschiedenen Konzentrationen und einer Nichtübereinstimmung gehört, ist in
Der obige Aufbau verwendet eine organische Halbleiterschicht (OSC)
Zusätzlich zeigt
Alle oben erörterten Systeme, die zu verschiedenen Aspekten gehören, werden vorzugsweise vollständig auf Folie hergestellt, beispielsweise unter Verwendung einer Rolle-zu-Rolle-Technologie. Da die Detektorschicht und die Heizschicht direkt neben der Kammer angeordnet sind, weisen Ausführungsbeispiele gemäß allen Aspekten einen geringen Leistungsverbrauch auf, so dass sie batteriebetrieben sein können. Deshalb stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel ein tragbares Diagnostiksystem bereit, das eines der oben erörterten Analysesysteme und als Leistungsversorgung eine Batterie aufweist. Die Kombination der Elemente zu einem mikrofluidischen System würde ein Analysemodul für biologische oder chemische Ereignisse ermöglichen, das extrem kostengünstig und tragbar ist.All of the systems discussed above, which belong to different aspects, are preferably made entirely on film, for example using a roll-to-roll technology. Since the detector layer and the heating layer are arranged directly next to the chamber, embodiments in all aspects have a low power consumption, so that they can be battery operated. Therefore, another embodiment provides a portable diagnostic system having one of the analysis systems discussed above and a battery as a power supply. The combination of elements into a microfluidic system would allow a biological or chemical event analysis module that is extremely cost effective and portable.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel liefert eine Analysekartusche, die ein Analysesystem gemäß einem oder mehreren der oben erörterten Aspekte aufweist. Das Analysekartuschensystem weist beispielsweise die Form einer Kreditkarte auf und weist Außenstifte auf, über die das Analysesystem mit einer Lesevorrichtung verbunden werden kann, um die Analyse zu steuern/auszuwerten. Beispielsweise sind die Stifte innen mit der Steuerschicht, d. h. mit den Heizvorrichtungen, oder mit den optischen Detektorelementen verbunden. Die Analysekartusche kann ein Einweg-Element sein, bei dem die Analyseelektronik getrennt sein könnte, d. h. in die Lesevorrichtung integriert. Umgekehrt bedeutet dies, dass alle Aktoren und Sensoren in das Einweg-Element integriert sind, während Elemente, die wiederverwendet werden können, außen angeordnet sind.Another embodiment provides an analysis cartridge having an analysis system according to one or more of the aspects discussed above. For example, the analysis cartridge system is in the form of a credit card and has outside pegs through which the analysis system can be connected to a reader to control / analyze the analysis. For example, the pins are inside with the control layer, i. H. connected to the heaters, or to the optical detector elements. The analysis cartridge may be a disposable element in which the analysis electronics could be separated, i. H. integrated into the reading device. Conversely, this means that all actuators and sensors are integrated into the disposable element, while elements that can be reused are located outside.
Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele hauptsächlich im Zusammenhang mit einer Vorrichtung erörtert wurden, ist zu beachten, dass weitere Ausführungsbeispiele entsprechende Verfahren bereitstellen. Deshalb wird gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Steuern eines Analysesystems bereitgestellt. Dieses Verfahren beginnt bei den bezüglich eines Nebenaspekts erörterten Ausführungsbeispielen und weist die Schritte des Erwärmens zumindest einer Kammer, um das Verarbeiten des Analyten durchzuführen, und des Erwärmens des temperatursteuerbaren Elements zum Steuern desselben auf. Ein weiteres Verfahren bezieht sich auf das Analysieren eines Analyten. Dieses Verfahren beginnt bei den Ausführungsbeispielen gemäß einem Nebenaspekt und weist den Hauptschritt des Analysierens des Signals des optischen Detektors auf, wobei ein Signal, das zu einer erfassten Lichttransmission durch die Kammer, die eine geringe Absorption aufweist, gehört, einen Fall angibt, gemäß dem keine Reaktion erfolgt ist, wobei ein Signal, das zu einer Lichttransmission durch die Kammer, die eine hohe Absorption aufweist, gehört, den Fall angibt, gemäß dem eine Reaktion erfolgt ist. Ein weiteres Signal, das zu einer Fluoreszenz, Chemolumineszenz oder Kolorimetrie oder etwas Anderem gehört, gibt den Fall einer im Gang befindlichen chemischen oder biochemischen Reaktion an.Although the above embodiments have been discussed primarily in the context of a device, it should be understood that other embodiments provide such methods. Therefore, according to another embodiment, a method for controlling an analysis system is provided. This method begins with the embodiments discussed in a minor aspect and includes the steps of heating at least one chamber to perform the processing of the analyte and heating the temperature-controllable element to control the same. Another method relates to analyzing an analyte. This method starts in the embodiments according to a side aspect and includes the main step of analyzing the signal of the optical detector, wherein a signal corresponding to a detected light transmission through the chamber having a low absorption indicates a case in which none Reaction has taken place, wherein a signal that belongs to a light transmission through the chamber, which has a high absorption, indicates the case in which a reaction has taken place. Another signal leading to a fluorescence, Chemiluminescence or colorimetry or otherwise, is the case of a chemical or biochemical reaction in progress.
Es versteht sich, dass die im Zusammenhang mit einer Vorrichtung erörterten Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder ein Bauelement einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung des entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals der entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle Verfahrensschritte können durch eine (oder unter Verwendung einer) Hardware-Vorrichtung wie beispielsweise einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch eine derartige Vorrichtung ausgeführt werden.It is understood that the aspects discussed in connection with a device also represent a description of the corresponding method, wherein a block or a component corresponds to a method step or a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with a method step also represent a description of the corresponding block or feature or feature of the corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by (or using) a hardware device such as a microprocessor, a programmable computer or electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such a device.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers durchgeführt werden, auf der bzw. auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken (oder zusammenwirken können), dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM, or a FLASH memory on which are stored on the electronically readable control signals, which cooperate with a programmable computer system (or can cooperate), that the respective method is performed. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung weisen einen Datenträger auf, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.Some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system to perform one of the methods described herein.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.In general, embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer. The program code may for example be stored on a machine-readable carrier.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.In other words, an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das aufgezeichnete Medium sind üblicherweise greifbar bzw. nicht-flüchtig.A further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein. The data medium, the digital storage medium or the recorded medium are usually tangible or non-volatile.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.A further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals, which represent the computer program for performing one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen (z. B. elektronisch oder optisch). Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder dergleichen sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms an den Empfänger umfassen.Another embodiment of the invention includes a device or system configured to transmit (eg, electronically or optically) a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver. The receiver may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or the like. For example, the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the receiver.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren vorzugsweise seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt.In some embodiments, a programmable logic device (eg, a field programmable gate array) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein. Generally, the methods are preferably performed by any hardware device.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
Referenzenreferences
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PCT/EP2013/071952 PCT / EP2013 / 071952 -
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DE 10 2014 221 734.2 DE 10 2014 221 734.2 -
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