DE102008021364A1 - Charging dry reagents into analysis unit used e.g. in biotechnology and genetic engineering, applies dry reagents to transfer reservoir to be brought into contact with analysis unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Trockenreagenzien in eine Analyseeinheit und ein Kit.The The present invention relates to a method for introducing Dry reagents in an analysis unit and a kit.
Die Bio- und Gentechnologie hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Eine Grundaufgabe in der Bio- und Gentechnologie ist der Nachweis von biologischen Molekülen wie DNA (Desoxyribonukleinsäure) oder RNA (Ribonukleinsäure), Proteinen, Polypeptiden, etc. Insbesondere Moleküle, in denen Erbgutinformation kodiert ist, sind für viele medizinische Anwendungen von großem Interesse. Durch ihren Nachweis, beispielsweise in einer Blutprobe eines Patienten, können Krankheitserreger nachgewiesen werden, was eine Diagnose für einen Arzt erleichtert. Die DNA ist eine Doppelhelix, die aus zwei vernetzten wendelförmigen Einzelketten, so genannten Halbsträngen, aufgebaut ist. Jeder dieser Halbstränge weist eine Rasensequenz auf, wobei durch die Reihenfolge der Basen (Adenin, Guanin, Thymin, Cytosin) die Erbinformation festgelegt ist. DNA-Halbstränge weisen die charakteristische Eigenschaft auf, sehr spezifisch nur mit ganz bestimmten anderen Molekülen eine Bindung einzugehen. Daher ist es für das Andocken eines DNA-Halbstrangs an einen anderen DNA-Halbstrang Voraussetzung, dass die jeweiligen Moleküle zueinander komplementär angeordnet sind.The Biotechnology and genetic engineering has become increasingly important in recent years won. A basic task in biotechnology and genetic engineering is the Detection of biological molecules like DNA (deoxyribonucleic acid) or RNA (ribonucleic acid), Proteins, polypeptides, etc. In particular, molecules in which genetic information are coded for are many medical applications of great interest. Through her Detection, for example in a blood sample of a patient, can cause pathogens be detected, which makes a diagnosis easier for a doctor. The DNA is a double helix consisting of two cross-linked helical single chains, so-called half strands, is constructed. Each of these half strands has a lawn sequence wherein the sequence of the bases (adenine, guanine, thymine, Cytosine) the genetic information is fixed. DNA half-strands point characteristic feature, very specific only with whole certain other molecules to make a bond. Therefore, it is for the docking of a DNA half strand to another DNA half-strand requirement that the respective molecules complementary to each other are arranged.
Dieses von der Natur vorgegebene Prinzip kann zum selektiven Nachweis von Molekülen in einer zu untersuchenden Probe verwendet werden. Die Grundidee eines auf diesem Prinzip basierenden Biochip-Sensors besteht darin, dass auf einem Substrat aus einem geeigneten Material zunächst so genannte Fängermoleküle (Oligonukleotide), beispielsweise mittels Mikrodispensierung aufgebracht und immobilisiert werden, d. h. an der Oberfläche des Biochip-Sensors dauerhaft fixiert werden. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, Bio-Moleküle mit Thiol-Gruppen (SH-Gruppen) an Gold-Oberflächen zu immobilisieren.This principle given by nature can be used for the selective detection of molecules be used in a sample to be examined. The basic idea of a biochip sensor based on this principle is that on a substrate of a suitable material first so called catcher molecules (oligonucleotides), For example, applied and immobilized by means of microdispensing be, d. H. on the surface permanently fixed to the biochip sensor. In this context it is known, bio molecules with thiol groups (SH groups) on gold surfaces to immobilize.
Ein entsprechender Biochip-Sensor mit einem Substrat und daran gebundenen Fängermolekülen, die beispielsweise auf einen bestimmten, nachzuweisenden DNA-Halbstrang sensitiv sind, wird üblicherweise zum Untersuchen einer Probe, meist in Form einer Flüssigkeit, auf das Vorhandensein des DNA-Halbstrangs verwendet werden. Hierzu ist die auf das Vorhandensein eines bestimmten DNA-Halbstrangs zu untersuchende Probe mit den immobilisierten Fängermolekülen in Wirkkontakt zu bringen. Sind ein Fängermolekül und ein zu untersuchender DNA-Halbstrang zueinander komplementär, so hybridisiert der DNA-Halbstrang an dem Fängermolekül, d. h. er wird daran gebunden. Wenn infolge dieser Bindung sich der Wert einer messtechnisch erfassbaren physikalischen Größe in charakteristischer Weise ändert, so kann dieser Wert gemessen werden und auf diese Weise das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines DNA-Halbstrangs in der untersuchten Probe festgestellt werden.One corresponding biochip sensor with a substrate and bound thereto Catcher molecules that for example, to a specific DNA half-strand to be detected are sensitive, usually becomes for examining a sample, usually in the form of a liquid, be used for the presence of the DNA half strand. For this This is due to the presence of a particular DNA half-strand bring the investigating sample into operative contact with the immobilized capture molecules. are a catcher molecule and a to be examined DNA half strand complementary to each other, so hybridized the DNA half strand on the capture molecule, d. H. he is bound to it. If as a result of this binding the value a metrologically detectable physical quantity in a characteristic Way changes, so this value can be measured and in this way the presence or absence of a DNA half-strand in the sample examined be determined.
Das beschriebene Prinzip ist nicht auf den Nachweis von DNA-Halbsträngen beschränkt. Vielmehr sind weitere Kombinationen von auf dem Substrat aufgebrachten Fängermolekülen und zu erfassenden Molekülen in einer zu untersuchenden Probe bekannt. So können beispielsweise Nukleinsäuren als Fängermoleküle für Peptide oder Proteine, die nukleinsäurespezifisch binden, verwendet werden. Weiterhin bekannt ist, Peptide oder Proteine als Fängermoleküle für andere, das Fängerpeptid bzw. das Fängerprotein bindende Proteine oder Peptide zu verwenden.The described principle is not limited to the detection of DNA half-strands. Much more are other combinations of deposited on the substrate catcher molecules and to be detected molecules in a sample to be examined. For example, nucleic acids as Catcher molecules for peptides or proteins specific for nucleic acid bind, be used. Also known is peptides or proteins as catcher molecules for others, the capture peptide or the capture protein to use binding proteins or peptides.
Zum Nachweis der erfolgten Bindung zwischen dem auf dem Substrat aufgebrachten Fängermolekül und dem in der zu untersuchenden Probe vorhandenen, zu erfassenden Molekül werden häufig optische oder elektronische Nachweisverfahren verwendet. Solche Nachweisverfahren erlangen zunehmende Bedeutung bei der industriellen Identifikation und Bewertung von neuen Medikamenten organischer oder gentechnologischer Herkunft. Diese Nachweisverfahren eröffnen vielfältige Anwendungen bei spielsweise in der medizinischen Diagnostik, in der Pharmaindustrie, in der chemischen Industrie, in der Lebensmittelanalytik, sowie in der Umwelt- und Lebensmitteltechnik.To the Evidence of the bond between the applied on the substrate Catcher molecule and the become in the sample to be examined, to be detected molecule often optical or electronic detection methods used. Such detection methods gain increasing importance in industrial identification and Evaluation of new drugs organic or genetic engineering Origin. These detection methods open up many applications, for example in medical diagnostics, in the pharmaceutical industry, in the chemical industry, in food analysis, as well as in the Environmental and food technology.
Zur Durchführung einer Analyse der oben beschriebenen Art, beispielsweise zum Nachweis einer bestimmten DNA, sind im Allgemeinen mehrere Aufbereitungsschritte erforderlich, mittels derer in der Probe enthaltene DNA extrahiert wird. Im Folgenden wird beispielhaft auf den Fall der Analyse einer Blutprobe eines Patienten eingegangen, die Ausführungen sind aber auch auf andere Analyseverfahren übertragbar.to execution an analysis of the type described above, for example for detection a particular DNA, are generally several treatment steps required, extracted by means of which contained in the sample DNA becomes. The following is an example of the case of the analysis of a Blood sample of a patient received, the versions are also on other analytical methods transferable.
Die zur Analyse durchzuführenden Aufbereitungsschritte umfassen eine Vielzahl biochemischer Vorgänge. So müssen zunächst aus der Blutprobe die zu analysierenden Bestandteile, beispielsweise Bakterien oder Viren, extrahiert und die restliche Blutprobe entsorgt werden. Durch eine so genannte Lyse wird mittels einer Pufferlösung die umgebende Hülle der Viren oder Bakterien zerstört und so die später zu analysierende DNA freigesetzt. Da im Allgemeinen für einen Nachweis der DNA zu wenige Exemplare der DNA in der Blutprobe vorliegen, findet mittels einer bekannten Reaktion, der so genannten Polymerase-Kettenreaktion (PCR), eine Vervielfältigung der DNA statt. Im weiteren Verlauf der Analyse sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die DNA und damit den Krankheitserreger nachzuweisen.The processing steps to be performed include a variety of biochemical processes. Thus, first of all, the components to be analyzed, for example bacteria or viruses, must be extracted from the blood sample and the remaining blood sample disposed of. By means of a so-called lysis, the surrounding envelope of the viruses or bacteria is destroyed by means of a buffer solution, thus releasing the DNA to be analyzed later. Since there are generally too few copies of the DNA in the blood sample for a detection of the DNA, a duplication of the DNA takes place by means of a known reaction, the so-called polymerase chain reaction (PCR). In the further course of the analysis, various options are known, the DNA and there to prove with the pathogens.
Die verwendeten Biochips basieren in ihrer einfachsten Form auf einem Glassubstrat, auf dem die Fängermoleküle immobilisiert sind. Diese oftmals synthetisch hergestellten kurzen Nukleinsäurefragmente sind von ihrer Sequenz her wenigstens teilweise komplementär zur Sequenz der nachzuweisenden Nukleinsäure, so dass die Bindung hochspezifisch ist. Eine Bindung anderer Nukleinsäuren als der nachzuweisenden muss in jedem Fall vermieden werden, damit das Messergebnis nicht falsch positiv ist. Der eigentliche Nachweis der Nukleinsäure erfolgt in vielen Verfahren über Fluoreszenz-Verfahren, bei denen ein Fluoreszenzfarbstoff an die nachzuweisende Nuklein säure angelagert wird, beispielsweise über eine Biotin-Streptavidin-Bindung. Nach spezifischer Hybridisierung der Nukleinsäure mit den Fängermolekülen wird der Biochip gespült, so dass nicht gebundenes Material entfernt wird. In der Lösung befinden sich folglich keine fluoreszierenden Farbstoffe mehr. Mittels Anregung der Farbstoffe lässt sich mit einer CCD-Kamera die Fluoreszenz beobachten, wodurch ein Nachweis ermöglicht wird.The used biochips are based in their simplest form on a Glass substrate on which the capture molecules immobilized are. These often synthetically produced short nucleic acid fragments are at least partially complementary to the sequence in their sequence the nucleic acid to be detected, so that the binding is highly specific. Binding of nucleic acids other than The evidence to be proved must be avoided in any case so that the Measurement result is not false positive. The actual proof the nucleic acid occurs in many procedures over Fluorescence method in which a fluorescent dye to the to be detected nucleic acid is attached, for example, over a biotin-streptavidin bond. After specific hybridization of the nucleic acid with the capture molecules the biochip rinsed, so that unbound material is removed. To be in the solution Consequently, no more fluorescent dyes. By suggestion the dyes leaves observe the fluorescence with a CCD camera, thereby creating a Proof possible becomes.
Ein Vorteil der Biochips ist die Multiplexfähigkeit des Nachweises. So lassen sich auf verschiedenen Positionen des Biochips verschiedene Sorten von Fängermolekülen immobilisieren, die gegen verschiedene nachzuweisende Nukleinsäuren gerichtet sind. Der Nachweis lässt sich dann über die ortsaufgelöste Messung der Fluoreszenz durchführen. Somit lassen sich auch mehrere Nachweise von Nukleinsäuren in einem Verfahren durchführen.One The advantage of biochips is the multiplexing capability of the detection. So can be different on different positions of the biochip Immobilize varieties of capture molecules, which are directed against various nucleic acids to be detected. The proof let yourself then over the spatially resolved Measure the fluorescence. Thus, several detections of nucleic acids in perform a procedure.
Da die Anzahl der vorhandenen Kopien der Nukleinsäuren im Allgemeinen nicht ausreicht, um einen Nachweis direkt zu ermöglichen, werden die Nukleinsäuren vor dem Nachweis vervielfältigt (amplifiziert). Dies kann beispielsweise mittels einer Poymerase-Kettenreaktion (PCR, Polymerase Chain Reaction) erfolgen. Die PCR basiert auf der Replikation von Nukleinsäuren mit Hilfe von thermostabile DNA-Polymerasen. Hierbei wird ein Paar von Oligonukleotid-Primern (einzelsträngige Oligonukleotide) mit der zu amplifizierenden Nukleinsäure in Kontakt gebracht. Die Primer werden so gewählt, dass sie an den beiden Enden eines zu amplifizierenden Fragments auf den komplementären Strängen binden. Bei der Elongation wird dann die Primer in der 3'-Richtung entlang des jeweiligen Zielnukleinsäurestrangs elongiert (Vorwärts- und Rückwärts-Primer). Vorwärts- und Rückwärts-Primer werden alternativ auch als Sense- oder Antisense-Primer bezeichnet. Auf diese Weise kann das zwischen den zu den Primern komplementären Stellen auf der Zielnukleinsäure liegende Stück amplifiziert werden. Für nachfolgende Nachweisreaktionen werden die PCR Produkte vor teilhafterweise von Primern, Nukleotiden und anderen störenden Komponenten des PCR-Ansatzes abgetrennt.There the number of available copies of the nucleic acids is generally insufficient to provide proof directly, become the nucleic acids duplicated before proof (Amplified). This can be done, for example, by means of a polymerase chain reaction (PCR, Polymerase Chain Reaction). The PCR is based on the Replication of nucleic acids with the help of thermostable DNA polymerases. Here is a pair of oligonucleotide primers (single-stranded oligonucleotides) with the nucleic acid to be amplified brought into contact. The primers are chosen to match the two Bind ends of a fragment to be amplified on the complementary strands. at the elongation then becomes the primers in the 3 'direction along the respective target nucleic acid strand elongated (forward and reverse primer). Forward and forward Reverse primer Alternatively, as a sense or Designated antisense primer. That way, between the complementary to the primers Spots on the target nucleic acid lying piece be amplified. For subsequent detection reactions are the PCR products geous enough of primers, nucleotides and other interfering components of the PCR approach separated.
Der PCR-Ablauf umfasst mehrere Thermozyklen mit jeweils drei Schritten: Zunächst wird die Probe erhitzt (z. B. auf 94°C), um die Stränge der in der Probe enthaltenen doppelsträngigen Ziel-DNA zu trennen (Denaturierung). Daraufhin wird die Temperatur gesenkt (z. B. auf 45–60°C), so dass die Primer sich an die komplementären Bereiche der nunmehr einzelsträngigen DNA anlagern können (Annealing). Im letzten Schritt werden die an den Einzelstrang gebundene Primer durch die DNA-Polymerase entsprechend der Information des DNA-Templatestranges in 3'-Richtung verlängert, wobei die entsprechenden Nucleotidtriphosphate in der Lösung als Bausteine verwendet werden (Elongation, z. B. bei 72°C). Dieser Zyklus wird während einer PCR typischerweise ca. 15–50 mal durchlaufen. Die angegebenen Temperaturen dienen lediglich als Beispielwerte und sind auf die jeweilig spezifisch auszuführende PCR abzustimmen.Of the PCR procedure includes several thermocycles with three steps each: First The sample is heated (eg to 94 ° C) to the strands of the to separate in the sample contained double-stranded target DNA (Denaturation). Then the temperature is lowered (eg to 45-60 ° C), so that the primers attach themselves to the complementary regions of the now single-stranded DNA can attach (Annealing). In the last step, those tied to the single strand become Primer by the DNA polymerase extended according to the information of the DNA template strand in the 3 'direction, wherein the corresponding nucleotide triphosphates in the solution as Blocks are used (elongation, eg at 72 ° C). This Cycle is during a PCR typically about 15-50 go through it. The indicated temperatures are only for Example values and are based on the specific PCR to be performed vote.
Somit lässt sich von wenigen vorliegenden Exemplaren einer DNA (oder im Allgemeinen einer Nukleinsäure) binnen kürzester Zeit eine Vielzahl von Kopien herstellen, deren Konzentration zum anschließenden qualitativen Nachweis der DNA bzw. Nukleinsäure in der Probe ausreicht. Beispielsweise wird nach 20-fachem Durchlaufen der PCR (typischer Zeitbedarf 20 bis 40 Minuten) die theoretisch 220-fache, also die etwa 106-fache Mange der ursprünglich eingesetzten Nukleinsäure erhalten. Die PCR bietet gleichzeitig die Möglichkeit, in das resultierende PCR-Produkt eine Markierung (Label) einzubauen, das den Nachweis ermöglicht. So lassen sich beispielsweise mit Biotin markierte PCR-Primer oder Nukleotidtriphosphate verwenden, was dazu führt dass die synthetisierten PCR-Produkte biotinyliert sind. Das Biotin ist nach der Anlagerung des PCR-Produkts an die immobilisierten Fängermoleküle folglich ebenfall auf dem Biochip an der entsprechenden Position immobilisiert. An das Biotin lassen sich dann in einem weiteren Schritt mit Streptavidin verbundene Fluoreszenz-Farbstoffe binden, die dann letztlich den Nachweis der Nukleinsäure bzw. ihres PCR-Produkts erlauben. Alternativ zum Fluoreszenz-Farbstoff lassen sich andere Nachweissysteme nutzen, die beispielsweise auf elektrochemischer Detektion beruhen.Thus, a small number of copies of a few available copies of a DNA (or generally of a nucleic acid) can be produced within a very short time, the concentration of which suffices for the subsequent qualitative detection of the DNA or nucleic acid in the sample. For example, after 20-fold through the PCR (typical time required 20 to 40 minutes) theoretically 2 20- fold, ie about 10 6- fold mango of the original nucleic acid used. The PCR also offers the possibility of incorporating a label into the resulting PCR product, which makes detection possible. For example, biotin-labeled PCR primers or nucleotide triphosphates can be used, resulting in the synthesized PCR products being biotinylated. The biotin is thus also immobilized on the biochip at the corresponding position after the attachment of the PCR product to the immobilized capture molecules. The biotin can then be bound in a further step with streptavidin associated fluorescent dyes, which then ultimately allow the detection of the nucleic acid or its PCR product. As an alternative to the fluorescent dye, it is possible to use other detection systems based, for example, on electrochemical detection.
Als Fängermoleküle können grundsätzlich sämtliche in der Affinitätschromatographie verwendeten Liganden gekoppelt werden. Beispiele hierfür sind: Protein A, Protein G, Protein L, Streptavidin, Biotin, Heparin, Antikörper, Serum Albumin, Gelatine, Lysin, Concanavalin A, Oligosaccharide, Oligonukleotide, Polynukleotide, proteinbindende Metallionen, Lektine, Aptamere oder Enzyme.When Catcher molecules can basically all in affinity chromatography used ligands are coupled. Examples for this are: Protein A, protein G, protein L, streptavidin, biotin, heparin, Antibody, Serum albumin, gelatin, lysine, concanavalin A, oligosaccharides, Oligonucleotides, polynucleotides, protein binding metal ions, lectins, Aptamers or enzymes.
Weit verbreitet sind z. B. in der medizinischen Diagnostik und im Forschungslabor ELISA-Tests (Enzym-Linked ImmunoSorbent Assay). Auch für Anwendungen auf dem Gebiet des DNA-Chips werden Verfahren mit Enzymmarkern bei einer bekannten Methode des Redoxcyclings eingesetzt.Widely used z. B. in the medical diagnostics and in the research laboratory ELISA tests (enzyme-linked immunosorbent assay). For applications in the field of DNA chips, enzyme label methods are also used in a known method of redox cycling.
Bei der letztgenannten Methode wird der zu untersuchenden DNA beispielsweise ein Biotin-Molekül angehängt. Nach erfolgter Hybridisierung mit den Oligonukleotiden des Biochips wird ein Streptavidin-verbundenes Label hinzugefügt. Streptavidin und Biotin gehen eine Bindung ein, so dass das Label mit dem hybridisierten Komplex aus Oligonukleotid und nachzuweisende DNA verbunden ist. Nach einem Waschvorgang, in dem nicht gebundenes Label von der Biochip-Oberfläche entfernt wird, ist nur im Falle eines Bindungsereignisses zwischen nachzuweisender DNA und Oligonukleotid ein Label oberhalb des Biochips vorhanden. Durch den Nachweis des Labels kann also auf das vorliegenden der nachzuweisenden DNA in der ursprünglichen Probe geschlossen werden.at the latter method, for example, the DNA to be examined a biotin molecule attached. After hybridization with the oligonucleotides of the biochip a streptavidin-linked label is added. Streptavidin and biotin Make a bond so that the label hybridizes with the label Complex of oligonucleotide and DNA to be detected is connected. After a wash, remove unbound label from the biochip surface is to be detected only in the case of a binding event DNA and oligonucleotide present a label above the biochip. By the proof of the label can thus on the present of the DNA to be detected in the original Sample be closed.
Zum Nachweis des Labels wird ein Substrat hinzugefügt, durch das das Label vom Streptavidin gelöst wird. Es liegt hiernach in Lösung vor.To the Proof of the label is added to a substrate through which the label of the Solved streptavidin becomes. It is hereafter in solution in front.
In bestimmten Fällen ist das Redox-Verhalten diffusionsbestimmt. Als Beispiel für ein Redoxpaar sei p-Aminophenol/Chinonimin genannt. Am entsprechenden Redoxprozess sind 2 Elektronen und 2 H+-Ionen beteiligt. Dieses System kommt z. B. bei Enzym-gekoppelten Nachweisreaktionen zum Einsatz. Dabei wird das Enzym "Alkalische Phosphatase" als Label- bzw. Verstärkungs-Substanz eingesetzt. Alkalische Phosphatase ist in der Lage, p-Aminophenyl-Phosphat in p-Aminophenol und Phosphat zu spalten. Das entstehende p-Aminophenol wird am Elektroden-System oxidiert bzw. das Redoxpaar p-Aminophenol/Chinonimin zyklisiert.In certain cases, the redox behavior is diffusion-determined. As an example of a redox pair is called p-aminophenol / quinoneimine. The corresponding redox process involves 2 electrons and 2 H + ions. This system comes z. B. in enzyme-coupled detection reactions are used. The enzyme "alkaline phosphatase" is used as label or reinforcing substance. Alkaline phosphatase is capable of cleaving p-aminophenyl phosphate into p-aminophenol and phosphate. The resulting p-aminophenol is oxidized on the electrode system and the redox pair cyclized p-aminophenol / quinone imine.
Die Höhe des letzlich zur Verfügung stehenden Signals hängt insbesondere von der Anzahl der gebildeten Fängermolekül-Zielmolekül-Komplexe ab. Daher ist es insbesondere wichtig, die Zahl der immobilisierten Fängermoleküle zu maximieren. Durch eine PCR lassen sich ausreichend viele Zielmoleküle für einen Nachweis bereitstellen, sofern ausreichende Fängermoleküle auf dem Biochip immobilisiert sind. Die Qualität des generierten Signals hängt maßgeblich von der Homogenität und Reproduzierbarkeit der Immobilisierung der Fängermoleküle während des Herstellungsprozesses des Biochips ab. Daher spielt Qualitätskontrolle eine wichtige Rolle bei der Herstellung um auch in sensitiver Biochips.The Height of finally available hanging signal in particular on the number of capture molecule-target molecule complexes formed. Therefore, it is especially important to maximize the number of immobilized capture molecules. A PCR can be enough target molecules for a Provide evidence if sufficient capture molecules are immobilized on the biochip. The quality the generated signal depends significantly from homogeneity and reproducibility of the immobilization of the capture molecules during the manufacturing process of the biochip. Therefore, quality control plays an important role the production around even in sensitive biochips.
Zur Durchführung von biochemischen Analysen unter Einsatz von Biochips werden insbesondere bei Point-of-Care-Anwendungen bevorzugt integrierte Systeme eingesetzt. Diese bestehen beispielsweise aus einer einmal verwendbaren Karte (Cartridge) und einem Steuergerät. Es ist wünschenswert, die Integration derart zu gestalten, dass sämtliche Aufbereitungs- und Nachweisschritte innerhalb der Cartridge voll automatisch ablaufen. So kann beispielsweise ein einem Patienten entnommener Blutstropfen in die Cartridge eingefügt werden, woraufhin nach Einschub in das Steuergerät aus dem Vollblut das nachzuweisende Molekül (DNA, Protein, ...) extrahiert und nachgewiesen wird. Dazu sind in der Cartridge im Allgemeinen zahlreiche Kanäle vorgesehen, in denen die einzelnen Prozessschritte ablaufen. Zur Durchführung der Prozessschritte sind in der Cartridge Reagenzien zu lagern. Dies erfolgt vorzugsweise in Form getrockneter Reagenzien, da diese eine längere Haltbarkeit als Flüssig-Reagenzien aufweisen. Es ist ebenfalls möglich, Reagenzien im Steuergerät vorzuhalten, und diese bei Bedarf in die Cartridge zu leiten. Hierdurch wird jedoch das Steuergerät komplexer und die Flexibilität des Geräts geringer. Bei Einsatz von Cartridges mit Trockenreagenzien ist im Steuergerät lediglich Wasser vorzuhalten, das zum Lösen der getrockneten Reagenzien und zur Steuerung der Mikrofluidik in der Cartridge verwendet werden kann.to execution biochemical analyzes using biochips are particularly useful Point-of-care applications preferred to use integrated systems. These consist for example of a single-use card (Cartridge) and a control unit. It is desirable to design the integration so that all processing and Detection steps within the cartridge run fully automatically. For example, a drop of blood taken from a patient inserted into the cartridge be, whereupon after insertion into the control unit from the whole blood to be detected molecule (DNA, protein, ...) extracted and detected. These are in the cartridge generally provided numerous channels in which the individual process steps. To carry out the process steps are in the cartridge reagents store. This is preferably done in the form of dried reagents, as these have a longer shelf life than liquid reagents exhibit. It is also possible Reagents in the control unit to hold and guide them into the cartridge as needed. hereby but becomes the controller more complex and the flexibility of the device lower. When using cartridges with dry reagents is in control unit to hold only water, to dissolve the dried reagents and used to control microfluidics in the cartridge can.
Das Einbringen von Reagenzien in Mikrokanäle einer Cartridge (Spotten) ist mit Geräten möglich, die beispielsweise ähnlich zu einem Nadel- oder Tintenstrahldrucker arbeiten. Dabei werden über eine Kanüle Reagenzien im flüssigen Zustand in die Mikrokanäle der Cartridge getropft. Anschließend werden die Reagenzien getrocknet, so dass eine verlängerte Lagerungszeit möglich wird. Dieser Prozess ist bei Cartridges mit einer Vielzahl von Mikrokanälen zeitaufwändig und erfordert eine hohe Anzahl von Prozessschritten. Dies wiederum erhöht die Kosten der Cartridge und damit der medizinischen Untersuchung, die mittels der Cartridge durchgeführt werden soll. Insbesondere im Fall getrockneter Reagenzien erhöht sich die Bearbeitungszeit, da nach jedem Spott-Vorgang die aufgebrachten Reagenzien trocknen müssen, bevor weitere Reagenzien aufgebracht werden können.The Introduction of Reagents into Microchannels of a Cartridge (Spotting) is with devices possible, similar, for example to work with a needle or inkjet printer. In the process, reagents are administered via a cannula in the liquid State in the microchannels the cartridge dropped. Subsequently, the reagents dried, leaving a longer Storage time possible becomes. This process is time consuming with cartridges containing a variety of microchannels requires a high number of process steps. This in turn increases the cost of Cartridge and thus the medical examination by means of Cartridge performed shall be. Especially in the case of dried reagents increases the processing time, since after each ridicule process the applied Need to dry reagents, before further reagents can be applied.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Kit anzugeben, das eine zeiteffiziente Einbringung von Reagenzien in eine Analyseeinheit ermöglicht.It is therefore an object of the present invention, a method and to provide a kit that provides a time-efficient introduction of reagents into an analysis unit.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Kit gemäß Anspruch 8 gelöst.These Task is by method according to claim 1 and a kit according to claim 8 solved.
Es wird ein Verfahren zum Einbringen von Trockenreagenzien in eine Analyseeinheit angegeben, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
- – Bereitstellen einer Analyseeinheit, die mehrere Kavitäten zur Aufnahme der Trockenreagenzien aufweist,
- – Bereitstellen wenigstens eines Transferreservoirs auf dem die Trockenreagenzien aufgebracht sind,
- – Inkontaktbringen des Transferreservoirs mit der Analyseeinheit derart, dass die Trockenreagenzien in den Kavitäten verbleiben.
- Providing an analysis unit which has a plurality of cavities for receiving the dry reagents,
- Providing at least one transfer reservoir on which the dry reagents are applied,
- - Contacting the transfer reservoir with the analysis unit such that the dry reagents remain in the cavities.
Vorteilhaft gegenüber bekannten Verfahren zur Einbringung von Reagenzien ist, dass die Reagenzien bereits in trockener Form auf dem Transferreservoir vorliegen, so dass bei der Bestückung der Analyseeinheit mit den Trockenreagenzien lediglich ein Transfer erforderlich ist. Zusätzliche Trocknungszeiten der Reagenzien während der Bestückung der Analyseeinheit können dabei entfallen.Advantageous across from known method for the introduction of reagents is that the Reagents already in dry form on the transfer reservoir, so that at the assembly the analysis unit with the dry reagents only one transfer is required. additional Drying times of the reagents during the assembly of the analysis unit can thereby omitted.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Analyseeinheit eine Oberfläche mit Öffnungen auf, durch die die Trockenreagenzien in die Kavitäten einbringbar sind. Dies vereinfacht das entsprechende Kontaktieren des Transferreservoirs mit der Analyseeinheit, da die Trockenreagenzien unmittelbar in die Kavitäten eingeführt werden können.In an advantageous embodiment According to the invention, the analysis unit has a surface with openings through which the dry reagents can be introduced into the cavities are. This simplifies the corresponding contacting of the transfer reservoir with the analysis unit, since the dry reagents are directly in the cavities introduced can be.
Vorteilhaft ist ein Verfahren derart, dass das Transferreservoir mittels einer Maske in geometrische Formen geteilt wird, die einer geometrischen Anordnung der Kavitäten der Analyseeinheit entsprechen. Auf diese Art lassen sich auch komplexere Anordnungen von Kavitäten auf einfache Weise mit Trockenreagenzien aus dem Transferreservoir bestücken. Das Aufteilen des Transferreservoirs erhöht die Flexibilität des Verfahrens, da standardisierte Transferreservoire zur Bestückung von Analyseeinheit mit unterschiedlich angeordneten Kavitäten verwendet werden können.Advantageous is a method such that the transfer reservoir by means of a Mask is divided into geometric shapes, which is a geometric arrangement the cavities correspond to the analysis unit. In this way, even more complex Arrangements of cavities in a simple manner with dry reagents from the transfer reservoir equip. Splitting the transfer reservoir increases the flexibility of the process, because standardized transfer reservoirs for equipping analysis unit with different arranged cavities can be used.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Transferreservoir während seiner Teilung oberhalb der Analyseeinheit bewegt und entstandene Teilstücke werden mit der Analyseeinheit in Kontakt gebracht. So lassen sich die Tro ckenreagenzien abschnittsweise in die Kavitäten der Analyseeinheit einbringen. Der Teilungsprozess und das Kontaktieren des Transferreservoirs mit der Analyseeinheit erfolgt mittels ineinander verschachtelten Verfahren.In An advantageous embodiment of the invention is the transfer reservoir while moved and created its division above the analysis unit sections are brought into contact with the analysis unit. That's the way to go the drying reagents in sections into the cavities of Introduce analysis unit. The division process and contacting the transfer reservoir with the analysis unit is carried out by means of each other nested procedures.
Vorteilhaft ist ein Verfahren derart, dass bei der Bereitstellung des Transferreservoirs die Trockenreagenzien geometrisch derart auf dem Transferreservoir angeordnet werden, dass ihre Anordnung der Anordnung der Kavitäten der Analyseeinheit entspricht. Dieser hat den Vorteil dass das Transferreservoir in einem einzigen Schritt mit der Analyseeinheit in Kontakt gebracht werden kann, wobei alle Trockenreagenzien in die dafür vorgesehenen Kavitäten eingebracht werden. Somit lassen sich auch komplexe geometrische Anordnungen einer Vielzahl von Kavitäten auf einfache Weise zeiteffizient mit Trockenreagenzien befüllen.Advantageous is a method such that in providing the transfer reservoir the dry reagents geometrically on the transfer reservoir be arranged so that their arrangement of the arrangement of the cavities of the Analysis unit corresponds. This has the advantage that the transfer reservoir brought in contact with the analysis unit in a single step can be, with all dry reagents introduced into the appropriate cavities become. Thus, even complex geometric arrangements can be a variety of cavities easily time-efficiently fill with dry reagents.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Transferreservoir eine Oberfläche auf, auf der die Trockenreagenzien aufgebracht sind, wobei auf der Oberfläche Klebemittel angeordnet sind, durch die das Transferreservoir nach Inkontaktbringen auf der Analyseeinheit fixierbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass die Öffnungen der Kavitäten nach Einfüllung der Trockenreagenzien durch das Transferreservoir verschlossen werden können. Das Klebemittel dient dabei zu Fixierung des Transferreservoirs auf der Analyseeinheit.In an advantageous embodiment of the invention, the transfer reservoir a surface on, on which the dry reagents are applied, with adhesives on the surface are arranged, through which the transfer reservoir after contacting can be fixed on the analysis unit. This offers the advantage that the openings the cavities after filling the dry reagents are closed by the transfer reservoir can. The adhesive serves to fix the transfer reservoir on the analysis unit.
Erfindungsgemäß wird ein Kit mit einer Analyseeinheit bereitgestellt, die mehrere Kavitäten zur Aufnahme von Trockenreagenzien aufweist und einem Transferreservoir auf dem die Trockenreagenzien aufgebracht sind, wobei das Transferreservoir derart ausgebildet ist, dass durch Inkontaktbringen mit der Analyseeinheit die Trockenreagenzien in den Kavitäten verbleiben.According to the invention is a Kit provided with an analysis unit that holds multiple wells of dry reagents and a transfer reservoir on the the dry reagents are applied, the transfer reservoir being so is formed by contacting with the analysis unit the dry reagents remain in the wells.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen:Further Advantages and embodiments of the invention will become apparent from the hereinafter described embodiments in conjunction with the attached Drawings:
Es zeigen:It demonstrate:
In
In
Alternativ ist es möglich, mittels einer Maske aus einem breiter angelegten Streifen mit aufgebrachten Trockenreagenzien einen Teil derart auszuscheiden, dass die geometrische Anordnung der Trockenreagenzien der gewünschten Anordnung innerhalb der Mikrokanäle entspricht.alternative Is it possible, by means of a mask of a broader strip with applied Dry reagents to part out in such a way that the geometric Arrangement of the dry reagents of the desired arrangement within the microchannels equivalent.
In
In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist es ebenfalls möglich,
dass der Stanzer
Alternativ ist es möglich, die Plastikkarte mit einer photolithographischen Maske zu versehen, die nur an den Stellen, an denen Reagenzien in die Mikrokanäle eingebracht werden sollen durchlässig ist. In einem folgenden Schritt lassen sich Reagenzien durch die Durchlässe der Maske in die Mikrokanäle der Plastikkarte transferieren und die Maske danach entfernen.alternative Is it possible, to provide the plastic card with a photolithographic mask, the only at the places where reagents are introduced into the microchannels be permeable is. In a next step, reagents can be passed through the passages the mask into the microchannels of the Transfer the plastic card and then remove the mask.
In
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Die Ausführungsbeispiele lassen sich bevorzugt bei einer Cartridge anwenden, die ein Mikrokanalsystem zur Aufnahme und zum Transport von Flüssigkeiten aufweist. Das Mikrokanalsystem weist Mikrokanäle auf, die mit den Kavitäten zur Aufnahme der Trockenreagenzien verbunden sind. Das Mikrokanalsystem und die Kavitäten können auf derselben Oberfläche der Cartridge angeordnet sein. Alternativ können sie auf gegenüberliegenden Oberflächen (Ober- und Unterseite) der Cartridge oder auf trennbaren Teilen der Cartridge angeordnet sein. Dies erhöht die Kontaminationssicherheit beim Einbringen der Reagenzien und die Flexibilität des Systems. Ein fluidischen Verbindung zwischen dem Mikrokanalsystem und den Kavitäten ist herzustellen.The embodiments can be preferably applied to a cartridge which is a microchannel system for receiving and transporting liquids. The microchannel system has microchannels on that with the cavities connected to receive the dry reagents. The microchannel system and the cavities can on the same surface the cartridge can be arranged. Alternatively, they can be opposite Surfaces (upper and bottom) of the cartridge or on separable parts of the cartridge be arranged. This increases the contamination safety when introducing the reagents and the flexibility of the system. A fluidic connection between the microchannel system and the cavities is to produce.
Claims (13)
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