WO1994010564A1 - Process for separating substances from dilute solutions and suspensions - Google Patents

Process for separating substances from dilute solutions and suspensions Download PDF

Info

Publication number
WO1994010564A1
WO1994010564A1 PCT/EP1993/003077 EP9303077W WO9410564A1 WO 1994010564 A1 WO1994010564 A1 WO 1994010564A1 EP 9303077 W EP9303077 W EP 9303077W WO 9410564 A1 WO9410564 A1 WO 9410564A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capillary
thermostatable
volume
substances
suspension
Prior art date
Application number
PCT/EP1993/003077
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Eigen
Karsten Henco
John Mc Caskill
Original Assignee
Evotec Biosystems Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE4305651A external-priority patent/DE4305651A1/en
Application filed by Evotec Biosystems Gmbh filed Critical Evotec Biosystems Gmbh
Publication of WO1994010564A1 publication Critical patent/WO1994010564A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/536Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with immune complex formed in liquid phase
    • G01N33/537Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with immune complex formed in liquid phase with separation of immune complex from unbound antigen or antibody
    • G01N33/5375Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with immune complex formed in liquid phase with separation of immune complex from unbound antigen or antibody by changing the physical or chemical properties of the medium or immunochemicals, e.g. temperature, density, pH, partitioning
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D57/00Separation, other than separation of solids, not fully covered by a single other group or subclass, e.g. B03C
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B01L7/525Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6806Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00279Features relating to reactor vessels
    • B01J2219/00306Reactor vessels in a multiple arrangement
    • B01J2219/00313Reactor vessels in a multiple arrangement the reactor vessels being formed by arrays of wells in blocks
    • B01J2219/00315Microtiter plates
    • B01J2219/00317Microwell devices, i.e. having large numbers of wells
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00497Features relating to the solid phase supports
    • B01J2219/00513Essentially linear supports
    • B01J2219/0052Essentially linear supports in the shape of elongated tubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C40COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40BCOMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B60/00Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries
    • C40B60/14Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries for creating libraries

Definitions

  • the present invention relates to a method for separating substances from a volume or volume element of a dilute solution or suspension by restricting the space available for diffusion of the substances, a device for carrying out the method and the use of a thermostattable capillary.
  • Evolutive biotechnology requires a very large number of samples to be checked, including even individual molecules and their amplified, identical or mutated structural analogues for functional properties.
  • a large number of mutants are generated at the genetic level (genotypes), the functions or functional gene products (phenotypes) of which have to be analyzed, using methods of evolutionary biotechnology (P 41 12 440 "Process for the production of new biopolymers) disposable reaction vessels such as the well-known Eppendorf tubes are unsuitable for processing more than 100 samples simultaneously in an experimental application, using the micro titration systems such as those from Flow are on the market, up to 1000 samples per day can be handled with moderate effort.
  • P 40 22 792 describes a plate with at least one trough for receiving chemical and / or biochemical and / or microbiological substances.
  • this plate which is in the form of a film with depressions embossed therein, already enables a large number of samples to be processed, this technology can only be used routinely to a limited extent.
  • a volume of a liquid with a larger number of different molecules that do not allow selection of the best molecule should be divided into small volume elements so that an analysis is possible.
  • the quantity of molecules analyzed per volume element must be so small that a certain molecule can also be recognized against the background of several molecules that are not shortlisted. It is often not possible to evaluate the functionality of a single molecule.
  • the corresponding signals must therefore be amplified. This can be done on the one hand using measurement technology, or it can be achieved by cloning the molecules.
  • the molecular amplification can e.g. B.
  • RNA or D ⁇ A molecules can be directly amplified or replicated. This is achieved using so-called enzymatic amplification systems such as the polymerase chain reaction (PCR) or other amplification strategies such as the ligase chain reaction (LCR) or 3SR. Cellular amplification processes must also be taken into account in the task.
  • PCR polymerase chain reaction
  • LCR ligase chain reaction
  • 3SR 3SR
  • Proven methods for separating molecules from homogeneous solutions are pipetting methods in which molecular separation can ultimately be achieved by physically separating smaller volume elements. This is achieved, for example, by serial dilutions.
  • a disadvantage of the pipetting method is its limitation to the manageability of relatively large volumes, which cannot always be present in evolutive biotechnology. On the other hand, changing the collecting vessels is also not desired.
  • carrier material for the simultaneous binding of genotypic and phenotypic substance by the same applicant as the present application, a material is proposed which can bind genotypic and phenotypic substances simultaneously.
  • Tubes and capillary systems as reaction carriers have long been in use as reaction carriers in routine analysis (Technicon company). Different blood samples are taken sequentially in one and the same tube.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying a method and creating a device for carrying out a large number of chemical and enzymatic reactions in parallel, in which Different products are expected, the functionality of which must be determined in simultaneous or subsequent analysis.
  • the method is intended to ensure cell-free molecular cloning, ie the separate amplification of defined nucleic acid sequences. In particular, up to 100 million molecular structures should be able to be checked for their functions separately or in limited mixtures per experimental use.
  • the method should also be able to examine cells, how individual molecules can be coupled and with a variety of other reaction methods and analysis methods. At the same time, it should spatially distribute individual molecules or groups of individual molecules such that access to the genotype is possible after analysis of these molecules.
  • the method which is preferably inexpensive, is intended to ensure that a volume of liquid with a larger number of different molecules, which does not allow selection of the best molecule, is divided into small volume elements, so that an analysis is possible.
  • Claims 2 to 12 relate to preferred variants of the method according to the invention.
  • the device according to the invention for carrying out the method according to the invention has the features of claim 13.
  • the subclaims 14 to 30 relate to preferred embodiments of the device according to the invention.
  • Claim 31 relates to the use of a known thermostattable capillary in the method according to the invention.
  • the method for separating substances from a volume or volume element of a dilute solution or suspension by restricting the amount available for diffusion of the substances Bare space is characterized in that at least one degree of freedom of the spatial diffusion of the substances is restricted without substantially changing the connected volume or volume element of this solution or suspension.
  • the principle of separation is based on restricting the three degrees of freedom of spatial diffusion in free solution so that the molecule can either only diffuse quasi-two-dimensionally or, if two degrees of freedom are restricted, can ultimately diffuse one-dimensionally. It is essential that the total volume or the content of the corresponding volume element of the solution or suspension remains essentially unchanged. This means that there is no significant loss of solvent in the solution or suspension, for example by evaporation or other means of removing liquids.
  • An essential prerequisite for using the method according to the invention is that the starting solutions already contain the molecules to be separated in a dilute solution.
  • ⁇ 1 mm when only one degree of freedom of the spatial diffusion of the substances is reduced, this is restricted to a thickness ⁇ 1 mm.
  • This can be done, for example, by pouring the solution onto a flat support which is dimensioned such that the total volume or the volume of the volume element forms a layer thickness of ⁇ 1 mm.
  • the flat support can be a membrane, filter paper, etc.
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention consists in that two degrees of freedom for the spatial diffusion of the substances in the solution or suspension are restricted. This is done in particular by introducing the volume or volume element in which the substances to be separated are located into at least one capillary.
  • the inner diameter of the capillary is preferably 0.1 ⁇ m to 1 mm.
  • the substances separated by the process according to the invention can then be analyzed or subjected to a chemical reaction.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the evolutionary optimization of biopolymers, in particular of nucleic acids, polypeptides and proteins, using evolutionary biotechnology.
  • the molecular cloning of nucleic acid fragments in the method according to the invention is preferably carried out using cellular or non-cell-bound, enzymatic replication systems such as PCR, LCR, 3SR and similar systems in which polymerases are used.
  • the separation method according to the invention prepares the samples in particular for analysis, preferably for the quantifying analysis of different samples taken separately from the capillary on specific nucleic acid sequences, using an enzymatic amplification method.
  • the enzymatic amplification processes are preferably carried out using heating and cooling steps (thermal cycles) which have to be repeated several times.
  • Nucleic acids from cells can preferably be detected quantitatively and qualitatively, in particular nucleic acids of low multiplicity, in particular certain RNA and / or DNA, mRNA, regulatory RNA, antisense RNA, ribozymes, chromosomes, chromosome fragments, plasmids, mitochondria, chloroplasts and satellites.
  • the nucleic acid sequences which are subjected to the qualitative or quantitative analysis can originate from pathogenically associated nucleic acid sequences, in particular from viruses, bacteria, fungi, from human, animal or vegetable tissue, body fluids and excretions.
  • the method according to the invention allows the group-specific analysis of nucleic acid fragments by focusing the same nucleic acid fragments from neighboring volume elements.
  • the capillaries which can be used in the method according to the invention and which serve as a device to restrict two degrees of freedom of spatial diffusion of the substances in a volume or volume element do not necessarily have to be arranged regularly in any way.
  • Nonwovens made of pressed fibers or materials such as cellulose fibers, porous glass or porous silica gels are likewise suitable for carrying out the process according to the invention.
  • Such carriers can be loaded, for example, with a solution or cell suspension suitable for enzymatic or cellular amplification, the capillary pores of these materials filling.
  • the flat support with the capillaries e.g. in the device according to the invention, subject to the corresponding reaction and analysis conditions.
  • the reaction spaces limit the disruptive diffusion processes and virtually hold the molecule in place.
  • the surface supports can then be brought into contact with a cell suspension or a cell lawn.
  • the flat capillary device for carrying out the method according to the invention is also suitable for carrying out evolutionary optimizations at the DNA, RNA or protein or peptide level (P 4112 440). After generating hierarchical mutant spectra and distributing them to the capillary reaction spaces and compartments, the respective mutants can be amplified with increased accuracy in order to arrive at narrower quasi-species distributions, which are described below. be evaluated and isolated. When using the method according to the invention, the separation of individual, observable volume elements is carried out.
  • capillaries and / or hollow fibers through which the solution or suspension, which is to be divided into a plurality of individually observable volumes, is passed, enables the implementation of evolutionary optimization methods.
  • FIG. 1 shows schematically the situation after the separation of individual molecules in a capillary. After the separation, amplification reactions are carried out, with a concentration gradient forming over time as a result of diffusion and turbulence around each starting molecule or cell, which increases by division, the respective profiles being able and permitting to mutually penetrate one another.
  • the efficiency of the method according to the invention can be illustrated using a numerical example.
  • a filled capillary allows an experiment in which 8000 pipetting steps would otherwise have had to be carried out. With a corresponding dimensioning, a recognition of one molecule in 1000 accompanying molecules can thus be allowed with a corresponding extension of the capillary volume.
  • capillaries and hollow fibers are meanwhile commercially available in various embodiments, for example from the company Amicon. Glass capillaries can be manufactured with an inner diameter of 1 ⁇ m.
  • Capillaries as a device for separating substances from a volume or volume element, in which reactions can be carried out after the separation, offer a number of further advantages which are both practical and of a fundamental nature.
  • the setting of defined temperatures of the capillary contents or the rapid change in temperature within the volume of the capillary can be designed in a particularly advantageous manner by arranging the capillary preferably in a space-saving arrangement, for example by flat, parallel guidance, on a temperature-controlled surface. It is particularly simple and efficient to wrap the capillary around a thermostattable support with a column, cone or other geometry.
  • the capillary can be efficiently thermostatted by good heat transfer to the tempered surface and still remains from the opposite Side observable, provided transparent capillary wall materials are used for the corresponding measurement signal. In addition to the possibility of observation, mechanical or other interventions are then possible from the free side.
  • volume element is then comparable to a volume that would otherwise only be accessible by micropipetting.
  • the above numerical example assumed a volume of 0.125 microliters, provided that an observation distance of 1 mm was used. In this example, 8000 volume elements were strung together in the capillary.
  • the cyclic thermostats necessary in the polymerase chain reaction are preferably carried out by the fact that the contents of the capillaries come into contact with different temperatures at time-defined intervals.
  • the capillary content mediated by a flow through the capillary, can be guided past a static thermostat unit or, in the case of a stationary capillary content, the thermostattable device can be guided past the capillary. If the capillary content is transported relative to the capillary surface, the capillary flow itself can be used to set defined, cyclical temperature levels by fixing the capillaries to surfaces of different temperatures.
  • the dwell time of a certain section of the capillary and thus of the volume therein at a certain temperature is determined via the length of the capillary segment which is in contact with a certain tempered surface. This situation is indicated schematically in Figure 2.
  • the constructive-mechanical realization of a device for carrying out the method according to the invention is particularly simple by using a cylindrical or conical winding of the capillary, or a winding with a different topology.
  • the dwell times in the specific temperature levels can be defined via the respective geometry of the surface of the geometric body.
  • Figure 2 shows in a linear representation the basic structure of the heat transfer for capillaries.
  • the respective lengths of the contact points determine the time intervals in which the individual volume element is at the respective temperature.
  • the transition points d are of particular importance. _, d ,, - and d., /. to.
  • a temperature gradient, comparable to a ramp, between the different temperature levels is established via these connecting elements.
  • a preferably linear temperature gradient is built up at a relatively short distance.
  • the thickness of the connecting elements between the different temperature levels also determines here whether a more or less abrupt change in temperature should occur in a very short time or, if it is procedurally necessary, whether the capillary content gradually increases to the other temperature of the following temperature level should be raised or lowered.
  • the following total times result for reactions which are preferably carried out cyclically, such as the polymerase chain reaction.
  • the incubation times are:
  • Dwell time at T Dwell time at T, dwell time at T.
  • t (z) t ( ⁇ ⁇ ) + t ( ⁇ 2 ) + t ( ⁇ 3 ) + t ( ⁇ 1 / ⁇ 2 ) + t ( ⁇ 2 / ⁇ 3 ) + n ⁇ / ⁇ ⁇ )
  • the device according to the invention for carrying out the method according to the invention therefore preferably has a capillary which is in thermal contact with a thermostattable device, and the capillary is arranged at least partially in a space-saving manner, and this space-saving arrangement likewise the thermostatic device at least partially surrounds and thermal contact between the thermostattable device and the space-saving arrangement is ensured.
  • the space-saving arrangement can be present, for example, in a three-dimensional arrangement in the form of a winding, whereas meandering or spiral arrangements are preferably possible as a flat space-saving arrangement.
  • the capillary of the device according to the invention preferably has an inner diameter of 0.1 ⁇ m - 1 mm.
  • the capillary preferably consists of non-porous materials, such as plastic or mineral material, such as glass, if no exchange with the surrounding medium is to take place.
  • the walls of the capillary consist entirely or partially of material which is permeable to ions.
  • hollow fibers as are commercially available and used in the medical field, are particularly suitable.
  • the thermostattable device is preferably flat or has the shape of a roller, a cone or related topologies.
  • the thermostattable device has a heatable, uniform, roller-shaped block. This can be set to certain temperature levels via heating elements and ensures the setting of a certain temperature in the capillary via a thermal contact.
  • Another preferred embodiment of the thermostattable device consists of a preferably cylindrical or cylindrical block, which is made up of at least two thermally insulated segments.
  • the block consists of metals that are thermally conductive and, in the embodiment with different segments, can also have a higher heat capacity, whereas in the embodiment with a uniform temperature level it can be advantageous to use materials with a lower heat capacity in order to achieve a fast To achieve equalization of the temperature level.
  • One embodiment of the device according to the invention regulates the period of time for which certain volume elements of the solution or suspension enclosed in the capillary are exposed to a certain temperature by the capillary flow.
  • This flow is preferably set and controlled by a conveyor.
  • Pumps which are capable of delivering extremely small volumes come into consideration as the conveying device. For example, this is achieved by dosing systems based on the piston pump principle. However, systems which allow the conveyance of liquid quantities by means of piezoelectric elements are particularly preferred. Similar piezo pumps are already operating extremely successfully with inkjet printers. The functioning of these piezoelectric elements is based on the principle of the deformation of capillary systems to which a piezoelectric element is attached.
  • a further embodiment of the device according to the invention has a thermostatic device which consists of an outer jacket which is in thermal contact with an inner roller which is rotatable about the longitudinal axis.
  • This internal roller is made up of at least two segments which can be thermally decoupled from one another.
  • the capillary is fixed on the outer surface of the thermostattable device.
  • the segments are now guided past the inside of the outer jacket and lead to corresponding heating of the outer jacket, which then transfers its temperature to the capillary fixed to its outer surface and thus heats the capillary contents.
  • the outer jacket of this device can be dispensed with if the friction caused by the rotation of the cylindrical or cylindrical thermostatic device on the capillary wall is reduced by an appropriate lubricant, which can simultaneously serve as a heat transfer medium. Then the thermostattable, movable device is in direct thermal contact with the capillary via a heat transfer medium.
  • the method according to the invention using the device according to the invention elegantly enables the elimination of troublesome evaporation and condensation problems that otherwise occur when handling open solutions, for example when pipetting. If, for example, the individual volume elements in the capillary are preferably separated from one another by air bubbles, the possible evaporation only occurs between two adjacent volume elements.
  • the molecules separated and deposited in the individual volume elements can be analyzed, in particular with the aid of temperature gradient gel electrophoresis, as proposed in P 42 34 086.
  • This analytics allows an exact control by internal standardization, whether the corresponding searched molecules are present and their absence suggests contamination or non-functioning enzymatic reactions.
  • An internal standard is preferably added to the reaction mixture, which differs only slightly from the sequence to be detected.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the device according to the invention schematically in supervision.
  • the capillary 1 is partially arranged in the form of a winding consisting of n loops and encloses the thermostattable device (3), which has three temperature levels in corresponding segments T1, T2 and T3 (7).
  • the flow through the capillary takes place in the direction of the arrow and is brought about and controlled by the conveying device 4.
  • the thermostattable device 3 can in particular be designed to be rotatable.
  • the sample is drawn into the capillary from the sample holder 20 by means of the suction caused by the conveying device 4.
  • the sample liquid contains the molecules to be separated and analyzed or processed in dilute concentrations as well as all components required for analysis or chemical reaction.
  • the winding 2 can be matched to the thermostattable device 4 in such a way that one cycle of the PCR reaction is run through per winding of the winding 2. If twenty cycles are to be run through, the winding 3 has twenty turns.
  • the liquid flow is conveyed further through the conveying device in the direction of the sample outlet 30 and caught there.
  • Appropriate templates on the sample receiving side 20 can be used, for example, to introduce air bubbles to separate the volume elements or further templates and washing solutions into the capillary using appropriate mixing systems (two-way or reusable valves).
  • FIG. 4 shows a side view of the space-saving arrangement 2 as it is wound around the thermostattable device 3.
  • the optimized nucleic acids are to be expressed in the corresponding protein products by means of evolutionary biotechnology, a large number of reproducible transformations of bacterial or eukaryotic cells are required. Electroporation has proven to be an extremely efficient process for transformation. Competent cells are mixed with DNA. This mixture must be dialyzed against water and then subjected to electroporation. In the device according to the invention this can be achieved in that the DNA / cell mixture is passed from the capillary into a hollow fiber or a hollow fiber bundle or is immediately placed in a hollow fiber.
  • the exchange liquid such as water, for example, flows around this hollow fiber over a certain length.
  • the length of the hollow fiber or the hollow fiber bundle is preferably chosen so that the desired exchange effect / dilution factor with respect to the previous buffer system is achieved.
  • a subsequent section which can also be in the form of a further hollow fiber bundle, there are electrodes for electroporation of the cells.
  • the cells When leaving the electroporation device, the cells are either in a transient, transformed or already in a stably transformed form.
  • the medium can be Suitable medium for growth.
  • the cells are then incubated at a suitable growth temperature. This is preferably done in a reactor, for example in that the capillaries or hollow fibers are arranged in a space-saving manner, eg. B. by a cylinder winding, this arrangement having the required to grow the cells, preferably optimal temperature. It is sufficient that the corresponding thermostattable device only has a uniform temperature level. The number of turns and flow adjustment controls the time the cells are exposed to the optimal growth conditions.
  • the introduction of this substance can also be done by a further dialysis with the hollow fiber system or hollow fiber bundle system.
  • An expression unit can then be connected to this unit, which is constructed similarly to the growth unit. If the expression system does not secrete the corresponding phenotypic substances (such as proteins, etc.), a device must be provided in which these cells are lysed so that the cell constituents can be released. This is preferably done by introducing lytic substances and removing the substances exchanged by dialysis. In the case of secreting systems such as B. subtilis or some E. coli systems, this lysis device can already be used to examine the functionality sought.
  • the corresponding volume element can be separated.
  • small amounts of the corresponding DNA and RNA of interest or coding or the functional DNA or RNA can be discharged by arranging hollow fibers or a hollow fiber itself in a cruciform manner with the hollow fiber transporting the substances. sersystem is arranged.
  • the usual capillary content is deposited in individual samples, which in turn is preferably carried out using a piezo pipetting system, and the solution or suspension is deposited on a suitable carrier in the form of small, individual drops becomes.
  • This reservoir can serve, for example, as a reserve sample or for documentation purposes.
  • the discharged DNA or RNA can then be amplified in the process according to DE 4112 440 C2.
  • the device according to the invention in the form of the capillary system enables simple and direct access to individual volume elements. This means that they can be measured non-destructively using optical systems, provided the capillary walls are transparent to the measurement signal used for analysis.
  • the proven luminescence detection methods can be used to analyze the molecules separated by the method according to the invention (McCaskill, 1989).
  • a particular volume element Once a particular volume element has been located, that element can be mechanically accessed directly. It can be cut out or melted. Larger sub-segments of the capillary can e.g. mechanically broken down into segments of smaller defined length. In principle, this process then corresponds to pipetting as it can also be achieved by piezo pipetting for smaller portions.
  • FIG. 5 schematically describes a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • Cells can be fed into the capillary 1 on a sample receiving side 20.
  • a mixing system 11 a certain amount of DNA is fed in for transformation and, together with the cells, is brought into a device 15, in which, if necessary, the liquid is used for electroporation suitable liquid such as water is exchanged.
  • This dialysis device 15 can consist, for example, of a storage vessel with inlet and outlet, which is constantly filled with the liquid to be introduced. The exchanged, diluted solution is then removed through the drain.
  • the capillary 1 is at least partially permeable to the corresponding liquids in the area of the dialysis device.
  • the transforming DNA is then brought into the cells in the electroporation device 16.
  • An exchange of the medium with a medium suitable for the growth of the transformed cells then takes place in the medium dialysis device 17.
  • the cells are cultivated in an incubation device 18 which has the configuration described above.
  • This growth device consists, for example, of a capillary arranged in a space-saving manner.
  • the multiplied cells leave the growth device 18 and optionally pass a device 19 with which the chemicals required for any induction are preferably introduced into the capillary by dialysis.
  • the capillary contents then pass through an induction device 25, which can have a configuration similar to that of the growth device 18.
  • a lysis device 26 can optionally be arranged, in which chemicals for lysing the transformed and induced cells are introduced, for example by dialysis become. As already described above, this is necessary if the substances are not secreted by the cells into the culture medium. Otherwise, a chamber can already be arranged at this point, in which the functional tests for identifying the desired proteins or nucleic acids are carried out.
  • the capillary flow is then preferably passed through a device 28 which selects the volume elements of interest on the basis of optical signals. The selected volume elements are then led through the capillary 29 to the thermostattable device 3, where further mutagenization and amplification steps are optionally carried out for further optimization of the nucleic acids.
  • the capillary flow is then conveyed to the sample outlet side and passes through a mixing unit 31, in which at least a portion of the sample exposed to further evolutionary optimization can be returned to the process already described via the capillary 32.
  • the respective non-branched samples can be collected at the sample outlet 30 and fractionated.
  • the system according to the invention consisting of device and method also offers the possibility of surface-mediated reactions and assays or binding processes by using chemically modifiable capillaries or hollow fibers.
  • Reversible methods for surface-bound interactions are particularly suitable for the continuous management of evolutionary processes. If nucleic acid fragments are to be bound reversibly, anion exchangers such as the commercially available Qiagen are preferably used.
  • anion exchangers such as the commercially available Qiagen are preferably used.
  • the system of peptide ligand-chelate binding, such as the 6 x His / Ni / NTA affinity system, has proven itself for the reversible binding of proteins.
  • the individual components of the device according to the invention can also be used for specific tasks in individual parts.
  • the capillary separation unit, the enzymatic amplification unit for purely analytical or analytical-preparative purposes, the dialysis units, the induction and growth units, and the conveyor in the form of the piezo pump can also be used individually for specific problem solutions.
  • the Copy number of certain DNA or RNA sequences are determined.
  • the device according to the invention now enables simple determination of very low copy numbers of certain DNA or RNA sequences (1 to 100). Furthermore, the possibility is provided to provide information about the transcription activity of individual cells in certain development phases or under certain living or induction conditions.
  • Single cell analysis is of increasing importance for the branch of somatic genetics.
  • the somatic occurrence of physiologically induced or nonphysiologically induced mutations in individual cells is the subject of several research directions.
  • infectious diseases such as in the case of HIV / AIDS or Mycobacterium tuberculosum
  • reliable quantitative detection methods with very low copy numbers are required.
  • concentrations of a nucleic acid to be detected are often not relatively small, but the amount of the material available is the limiting factor of an analysis. This allows minimal amounts a fine needle biopsy or a few cells of an amniotic fluid biopsy for genetic defects such as chromosomal aberration or trisomy 21.
  • the device according to the invention with the method according to the invention allows the amplification of certain sequences, with a few copies of this sequence being distributed over different volume elements in such a way that they can be multiplied separately during the amplification and thus can be counted individually.
  • the correct amplicons can be recognized by the fact that they are all amplified with practically comparable kinetics, while the contaminations involved across all volume elements are amplified with a kinetics that is different from them.
  • the method according to the invention also allows different sequences to be to quantify each other.
  • a particular advantage offered by the method according to the invention is that the amplification product is produced in a small volume element of the total volume and essentially remains there. There is therefore a local, high concentration of these products at this point. Concentration-dependent processes, such as reactions with other molecules or photons, are therefore favored.
  • the method according to the invention particularly advantageously combines a preparative advantage associated with quantification.
  • amplificates from a volume element contain descendants of a single defined sequence.
  • the corresponding elements can be prepared and, for example, sequenced as described above. In this way, coexisting variants can be analyzed very quickly and quantitatively recorded in their respective concentrations. It is easy to obtain information about the sequence distribution and the nature of a quasi-species.
  • capillaries form a flat pattern and are arranged in a larger, spatial complex, in which, however, the substances in the individual volume elements in turn only have one one-dimensional diffusion is allowed. If the length of these capillaries, which are preferably glued to one another, is very short, a macroporous surface is finally obtained which is composed of individual capillary units.
  • Capillaries with an outer diameter of 1 mm and an inner diameter of 0.5 mm can be arranged in a density of 114,000 per dm 2 .
  • These surface elements can be used on both sides open, open on one side or closed on both sides, wherein the closing base surfaces C can be porous membranes which allow the exchange of molecules of certain sizes.
  • One square meter of such a flat arrangement with a thickness of 3 mm contains a 3,430 m long capillary.
  • the production takes place, for example, by bundling long capillaries, the bundling according to Figure 6 being carried out in optimal packaging.
  • the gaps are filled with a suitable adhesive. After it has solidified, the surface segments can be cut perpendicular to the capillary axis.
  • capillaries can be understood as a flat arrangement of capillary volume elements which only consist of linearly arranged volume units in contact with one another within the short subsegments.
  • the subsegments do not allow any exchange with one another by diffusion of the macromolecular complexes of interest.
  • the material exchange that may be desired as well as the optical observation take place parallel to the orientation of the capillary, ie perpendicular to the surface that is spanned by the capillaries.
  • the capillaries are accessible both individually and in their entirety for experimental access. Leave molecule complexes are transferred locally to affinity membranes, for example by blotting.
  • the desired molecules can be separated and fixed at a specific location, which is only dependent on the structure of the respective molecules and is not dependent on the duration of the action of the electric field.
  • disruptive molecules are removed. Due to the ability of autofocusing, large separation effects can be made visible with small differences in the thermodynamic stability of the molecules in question.
  • the method is particularly advantageous when the biopolymers sought are present in a low concentration or are covered by a high concentration of foreign molecules.
  • Molecules of low electrophoretic mobility are mechanically removed from the observation compartment by the flowing medium.
  • Foreign molecules higher electrophoretic mobility is removed from the capillary observation compartment by the electric field. Only the molecules that have an electrophoretic mobility within the gradient that is identical to the flow rate of the matrix are fixed at a defined position. This situation is shown schematically in FIG. 7.
  • the method is not limited to nucleic acids, but is equally suitable for separating other biopolymers, such as proteins, which can carry out reversible structural changes which are accompanied by a change in electrophoretic mobility.
  • Macromolecules from several volume elements can be focused according to the invention by applying a rectified electric field over a certain distance of the capillary, for example using hollow fiber elements.
  • the accelerating direction which the electric field exerts on the molecules is opposite to the direction of flow, and at the same time a thermal gradient is superimposed on the electric field in space or time.
  • identical nucleic acids can be focused which undergo reversible structural changes through the application of a denaturing gradient.
  • the liquid content of the capillary volume elements is in a mechanical flow during the process and is overlaid by a voltage gradient of the electrophoresis matrix.
  • the biopolymers to be analyzed concentrate auto-focussing at the position at which the electrophoretic mobility coincides with the opposite flow velocity.
  • the method according to the invention and the device according to the invention can be used to divide a solution or suspension with the aim of analyzing and / or evaluating functional biopolymers with different ones Functions.
  • this involves the evolutionary in vitro optimization of biopolymers, in particular nucleic acids, polypeptides and proteins.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the quantifying analysis of different samples taken separately from the capillary on specific nucleic acid sequences using an enzymatic amplification method, preferably using repetitive thermal cycles.
  • nucleic acids from cells in particular nucleic acids of low multiplicity, in particular certain RNA and / or DNA, such as rnRNA, regulatory RNA, antisense RNA, ribozymes, chromosomes, chromosome fragments, plastids, mitochondria, chloroplasts, satellites and Plasmids are of interest.
  • RNA and / or DNA such as rnRNA, regulatory RNA, antisense RNA, ribozymes, chromosomes, chromosome fragments, plastids, mitochondria, chloroplasts, satellites and Plasmids are of interest.
  • pathogen-associated nucleic acid sequences in particular viruses, bacteria, fungi, from human, animal or vegetable tissue, body fluids and excretions can also be examined.
  • the method according to the invention can be used with the device according to the invention for the preparative production of nucleic acid fragments by molecular cloning, using cellular or non-cell-bound, enzymatic replication systems.
  • PCR, LCR, 3SR and similar systems which use polymerases are particularly suitable as enzymatic replication systems.
  • the combination with superimposed electrical fields allows the focus of identical nucleic acid fragments from adjacent, arbitrary volume elements.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

The present invention describes a device and a process for carrying out a multitude of parallel enzymatic of chemical reactions expected to yield different products whose functionality must be determined by simultaneous or successive analysis. The process provides a method of non-cellular molecular cloning, i.e. the separate amplification of defined nucleic acid sequences. It provides for carrying out molecular evolutive optimization experiments with up to 100 million molecular structures that can be examined separately, individually or in dilute mixtures as to their desired function. The process can also be carried out with cells and combined with a number of other analytical and reaction processes.

Description

Verfahren zur Trennung von Substanzen aus verdünnten Lösungen oder SuspensionenProcess for the separation of substances from dilute solutions or suspensions
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Trennung von Substanzen aus einem Volumen oder Volumenelement einer verdünnten Lösung oder Suspension durch Beschränkung des zur Diffusion der Substanzen verfügbaren Raumes, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie die Verwen¬ dung einer thermostatisierbaren Kapillare.The present invention relates to a method for separating substances from a volume or volume element of a dilute solution or suspension by restricting the space available for diffusion of the substances, a device for carrying out the method and the use of a thermostattable capillary.
Evolutive Biotechnologie erfordert eine Überprüfung sehr großer Probenzahlen, unter anderem sogar einzelner Moleküle und ihre amplifizierten, identischen oder mutierten Struktur¬ analoga auf funktionale Eigenschaften. Bei derartigen Ex¬ perimenten werden mit Verfahren der evolutiven Biotechnologie (P 41 12 440 "Verfahren zur Herstellung von neuen Biopoly¬ meren) eine Vielzahl von Mutanten auf genetischer Ebene erzeugt (Genotypen) , deren Funktionen oder funktionale Genprodukte (Phänotypen) so analysiert werden müssen, daß einem gefundenen Phänotyp der zugehörige Genotyp zuzuordnen ist. Einmalreaktionsgefäße wie die bekannten Eppendorf-Gefäße sind ungeeignet, um in einem experimentellen Einsatz mehr als 100 Proben simultan zu bearbeiten. Mit den Mikro- titrationssystemen wie sie beispielsweise von der Firma Flow auf dem Markt sind, lassen sich bereits bis zu 1000 Proben pro Tag mit mäßigem Aufwand handhaben.Evolutive biotechnology requires a very large number of samples to be checked, including even individual molecules and their amplified, identical or mutated structural analogues for functional properties. In experiments of this type, a large number of mutants are generated at the genetic level (genotypes), the functions or functional gene products (phenotypes) of which have to be analyzed, using methods of evolutionary biotechnology (P 41 12 440 "Process for the production of new biopolymers) disposable reaction vessels such as the well-known Eppendorf tubes are unsuitable for processing more than 100 samples simultaneously in an experimental application, using the micro titration systems such as those from Flow are on the market, up to 1000 samples per day can be handled with moderate effort.
Die P 40 22 792 beschreibt eine Platte mit zumindest einer Mulde zur Aufnahme von chemischen und/oder biochemischen
Figure imgf000004_0001
und/oder mikrobiologischen Substanzen. Diese in Form einer Folie mit" darin eingeprägten Mulden vorliegende Platte er¬ möglicht zwar bereits eine Prozessierung sehr vieler Proben¬ zahlen, jedoch ist diese Technologie nur bedingt routinemäßig einsetzbar.
P 40 22 792 describes a plate with at least one trough for receiving chemical and / or biochemical
Figure imgf000004_0001
and / or microbiological substances. Although this plate, which is in the form of a film with depressions embossed therein, already enables a large number of samples to be processed, this technology can only be used routinely to a limited extent.
Erforderlich ist ein System, das es erlaubt kostengünstig eine Vielzahl von Einzelmolekülen oder Gruppen von Einzel- molekülen räumlich so zu verteilen, daß nach erfolgter Analyse dieser Moleküle ein Zugriff auf den Genotyp möglich wird. Letztlich soll ein Volumen einer Flüssigkeit mit einer größeren Anzahl unterschiedlicher Moleküle, die eine Selektion des besten Moleküls nicht erlauben, in kleine Volumenelemente aufgeteilt werden, so daß eine Analyse möglich wird. Dabei muß die Menge der pro Volumenelement analysierten Moleküle so klein sein, daß sich ein bestimmtes Molekül auch über dem Hintergrund mehrerer, nicht in die engere Wahl fallender Moleküle zu erkennen gibt. Häufig ist es nicht möglich ein einziges Molekül in seiner Funktionali¬ tät zu bewerten. Deshalb müssen die entsprechenden Signale verstärkt werden. Dies kann einerseits meßtechnisch erfolgen oder aber über eine klonale Verstärkung der Moleküle erreicht werden. Die molekulare Verstärkung kann z. B. durch wieder¬ holte Ableseprozesse von einer einzigen Matrize realisiert werden, wie es im Falle der Translation einer mRNA in ein Protein geschieht. RNA oder DΝA-Moleküle können direkt amplifiziert bzw. repliziert werden. Das gelingt durch sogenannte enzymatische Amplifikationssysteme wie die Poly- merase Kettenreaktion (PCR) oder andere Amplifikations- strategien wie die Ligase-chain-reaction (LCR) oder 3SR. Auch zelluläre Amplifikationsprozesse müssen bei der Aufgaben¬ stellung berücksichtigt werden. Zur Durchführung der Optimierung von Biopolymeren mit der evolutiven Biotechnologie ist es erforderlich, geeignete ein¬ zelne Moleküle, Molekülkomplexe, Zellen oder ein engverwand¬ tes Mutantenspektrum zu individualisieren und gegebenenfalls i nachfolgend zu isolieren.What is required is a system which allows a large number of individual molecules or groups of individual molecules to be distributed inexpensively in such a way that access to the genotype is possible after analysis of these molecules. Ultimately, a volume of a liquid with a larger number of different molecules that do not allow selection of the best molecule should be divided into small volume elements so that an analysis is possible. The quantity of molecules analyzed per volume element must be so small that a certain molecule can also be recognized against the background of several molecules that are not shortlisted. It is often not possible to evaluate the functionality of a single molecule. The corresponding signals must therefore be amplified. This can be done on the one hand using measurement technology, or it can be achieved by cloning the molecules. The molecular amplification can e.g. B. can be realized by repeated reading processes from a single template, as happens when an mRNA is translated into a protein. RNA or DΝA molecules can be directly amplified or replicated. This is achieved using so-called enzymatic amplification systems such as the polymerase chain reaction (PCR) or other amplification strategies such as the ligase chain reaction (LCR) or 3SR. Cellular amplification processes must also be taken into account in the task. To carry out the optimization of biopolymers using evolutionary biotechnology, it is necessary to individualize suitable individual molecules, molecular complexes, cells or a closely related spectrum of mutants and, if necessary, to isolate them subsequently.
Bewährte Verfahren zur Trennung von Molekülen aus homogenen Lösungen sind Pipettierverfahren, bei denen durch physika¬ lische Trennung kleinerer Volumenelemente letztlich eine molekulare Vereinzelung erreicht werden kann. Dies wird bei¬ spielsweise durch serielle Verdünnungen erreicht. Nachteilig an den Pipettierverfahren ist jedoch deren Beschränkung auf die Handhabbarkeit relativ großer Volumina, die in der evolutiven Biotechnologie nicht immer vorliegen können. Zum anderen ist auch ein Wechsel der Aufanggefäße nicht er¬ wünscht.Proven methods for separating molecules from homogeneous solutions are pipetting methods in which molecular separation can ultimately be achieved by physically separating smaller volume elements. This is achieved, for example, by serial dilutions. A disadvantage of the pipetting method, however, is its limitation to the manageability of relatively large volumes, which cannot always be present in evolutive biotechnology. On the other hand, changing the collecting vessels is also not desired.
In der Anmeldung "Trägermaterial zur simultanen Bindung genotypischer und phänotypischer Substanz" der gleichen Anmelderin wie der vorliegenden Anmeldung wird ein Material vorgeschlagen, das genotypische und phänotypische Substanzen gleichzeitig binden kann.In the application "carrier material for the simultaneous binding of genotypic and phenotypic substance" by the same applicant as the present application, a material is proposed which can bind genotypic and phenotypic substances simultaneously.
Als Reaktionsträger sind in der Routineanalytik Schläuche und Kapillarsysteme als Reaktionsträger seit längerem in Gebrauch (Firma Technicon) . Dabei werden verschiedene Blut¬ proben sequenziell in ein und demselben Tubus aufgenommen.Tubes and capillary systems as reaction carriers have long been in use as reaction carriers in routine analysis (Technicon company). Different blood samples are taken sequentially in one and the same tube.
Zwischen den einzelnen Probenaufnahmen wird eine Luftblase eingezogen, deren Oberflächenspannung zur wäßrigen Phase dafür sorgt, daß es nicht zu einer störenden Vermischung benachbarter Proben kommt.An air bubble is drawn in between the individual sample holders, the surface tension of which in relation to the aqueous phase ensures that there is no disruptive mixing of adjacent samples.
~t ~ t
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde ein Verfahren anzugeben und eine Vorrichtung zu schaffen zur parallelen Durchführung einer Vielzahl chemischer wie enzymatischer Reaktionen, bei denen unter- schiedliche Produkte erwartet werden, deren Funktionalität in gleichzeitiger oder nachfolgender Analyse bestimmt werden muß. Das Verfahren soll eine zellfreie molekulare Klonierung, d.h. die getrennte Amplifikation definierter Nukleinsäure- sequenzen gewährleisten. Es sollen insbesondere pro experi¬ mentellem Einsatz bis zu 100 Millionen Molekülstrukturen separat oder in begrenzten Mischungen auf ihre Funktionen überprüfbar sein. In dem Verfahren sollen sich ebenso Zellen untersuchen lassen, wie einzelne Moleküle und mit einer Vielzahl weiterer Reaktionsverfahren und Analyseverfahren koppeln lassen. Dabei soll es gleichzeitig Einzelmoleküle oder Gruppen von Einzelmolekülen räumlich so verteilen, daß nach erfolgter Analyse dieser Moleküle ein Zugriff auf den Genotyp möglich wird. Das vorzugsweise kostengünstige Ver¬ fahren soll es gewährleisten, ein Flüssigkeitsvolumen mit einer größeren Anzahl unterschiedlichen Moleküle, die eine Selektion des besten Moleküls nicht erlaubt, in kleine Volumenelemente aufzuteilen, so daß eine Analyse möglich wird.The present invention is based on the technical problem of specifying a method and creating a device for carrying out a large number of chemical and enzymatic reactions in parallel, in which Different products are expected, the functionality of which must be determined in simultaneous or subsequent analysis. The method is intended to ensure cell-free molecular cloning, ie the separate amplification of defined nucleic acid sequences. In particular, up to 100 million molecular structures should be able to be checked for their functions separately or in limited mixtures per experimental use. The method should also be able to examine cells, how individual molecules can be coupled and with a variety of other reaction methods and analysis methods. At the same time, it should spatially distribute individual molecules or groups of individual molecules such that access to the genotype is possible after analysis of these molecules. The method, which is preferably inexpensive, is intended to ensure that a volume of liquid with a larger number of different molecules, which does not allow selection of the best molecule, is divided into small volume elements, so that an analysis is possible.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 12 betreffen bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens.According to the invention, the problem is solved by a method with the features of claim 1. Claims 2 to 12 relate to preferred variants of the method according to the invention.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des er¬ findungsgemäßen Verfahrens weist die Merkmale des Anspruchs 13 auf. Die Unteransprüche 14 bis 30 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The device according to the invention for carrying out the method according to the invention has the features of claim 13. The subclaims 14 to 30 relate to preferred embodiments of the device according to the invention.
Der Patentanspruch 31 betrifft die Verwendung einer an sich bekannten thermostatisierbaren Kapillare im erfindungsgemäßen Verfahren.Claim 31 relates to the use of a known thermostattable capillary in the method according to the invention.
Das Verfahren zur Trennung von Substanzen aus einem Volumen oder Volumenelement einer verdünnten Lösung oder Suspension durch Beschränkung des zur Diffusion der Substanzen verfüg- baren Raumes ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Freiheitsgrad der räumlichen Diffusion der Substanzen einge¬ schränkt wird, ohne das zusammenhängende Volumen oder Volumenelement dieser Lösung oder Suspension wesentlich zu verändern. Das Trennprinzip beruht also darauf, die in freier Lösung vorhandenen drei Freiheitsgrade der räumlichen Diffusion so einzuschränken, daß das Molekül entweder nur noch quasi zweidimensional diffundieren kann oder wenn zwei Freiheitsgrade eingeschränkt werden letztlich quasi ein¬ dimensional diffundieren kann. Dabei ist es wesentlich, daß das Gesamtvolumen oder der Inhalt des entsprechenden Volume - elements der Lösung oder Suspension im wesentlichen un¬ verändert bleibt. Das bedeutet, daß keine erheblichen Ver¬ luste an Lösungsmittel der Lösung oder Suspension eintritt, beispielsweise durch Eindampfen oder andere Art der Ent¬ fernung von Flüssigkeiten. Eine wesentliche Voraussetzung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die Ausgangslösungen bereits die zu trennenden Moleküle in einer verdünnten Lösung enthalten.The method for separating substances from a volume or volume element of a dilute solution or suspension by restricting the amount available for diffusion of the substances. Bare space is characterized in that at least one degree of freedom of the spatial diffusion of the substances is restricted without substantially changing the connected volume or volume element of this solution or suspension. The principle of separation is based on restricting the three degrees of freedom of spatial diffusion in free solution so that the molecule can either only diffuse quasi-two-dimensionally or, if two degrees of freedom are restricted, can ultimately diffuse one-dimensionally. It is essential that the total volume or the content of the corresponding volume element of the solution or suspension remains essentially unchanged. This means that there is no significant loss of solvent in the solution or suspension, for example by evaporation or other means of removing liquids. An essential prerequisite for using the method according to the invention is that the starting solutions already contain the molecules to be separated in a dilute solution.
Vorzugsweise wird bei Verringerung nur eines Freiheitsgrades der räumlichen Diffusion der Substanzen, dieser auf eine Stärke < 1 mm eingeschränkt. Dies kann z.B. durch Ausgießen der Lösung auf einem flächigen Träger erfolgen, der so bemessen ist, daß das Gesamtvolumen oder das Volumen des Volumenelementes eine Schichtdicke von < 1 mm ausbildet. Der flächige Träger kann dabei eine Membran, ein Filtrierpapier usw. sein. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zwei Frei¬ heitsgrade der räumlichen Diffusion der Substanzen in der Lösung oder Suspension eingeschränkt werden. Dies geschieht inbesondere durch Einbringen des Volumens oder Volumen- elementes, in dem sich die zu trennenden Substanzen befinden, in mindestens eine Kapillare. Vorzugsweise beträgt der Innendurchmesser der Kapillare 0,1 μm bis 1 mm. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren getrennten Substanzen können dann analysiert werden oder einer chemischen Reaktion unterworfen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur evolutiven Optimierung von Biopolymeren insbesondere von Nukleinsäuren, Polypeptiden und Proteinen unter Anwendung der evolutiven Biotechnologie geeignet.Preferably, when only one degree of freedom of the spatial diffusion of the substances is reduced, this is restricted to a thickness <1 mm. This can be done, for example, by pouring the solution onto a flat support which is dimensioned such that the total volume or the volume of the volume element forms a layer thickness of <1 mm. The flat support can be a membrane, filter paper, etc. A further preferred embodiment of the method according to the invention consists in that two degrees of freedom for the spatial diffusion of the substances in the solution or suspension are restricted. This is done in particular by introducing the volume or volume element in which the substances to be separated are located into at least one capillary. The inner diameter of the capillary is preferably 0.1 μm to 1 mm. The substances separated by the process according to the invention can then be analyzed or subjected to a chemical reaction. The method according to the invention is particularly suitable for the evolutionary optimization of biopolymers, in particular of nucleic acids, polypeptides and proteins, using evolutionary biotechnology.
Die molekulare Klonierung von Nukleinsäurefragmenten im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt vorzugsweise unter Verwendung zellulärer oder nicht zellgebundener, enzy- matischer Replikationssysteme wie PCR, LCR, 3SR und ähnlichen Systemen, in denen Polymerasen verwendet werden.The molecular cloning of nucleic acid fragments in the method according to the invention is preferably carried out using cellular or non-cell-bound, enzymatic replication systems such as PCR, LCR, 3SR and similar systems in which polymerases are used.
Das erfindungsgemäße Trennverfahren bereitet die Proben insbesondere zur Analyse, vorzugsweise zur quantifizierenden Analyse unterschiedlicher, separat von der Kapillare auf¬ genommenen Proben auf spezifischen Nukleinsäuresequenzen, unter Einsatz eines enzymatischen Amplifikationsverfahrens, vor. Vorzugsweise werden die enzymatischen Amplifikations¬ verfahren unter Einsatz von mehrfach zu durchlaufenden Erwärmungs- und Abkühlungsschritten (Thermozyklen) durch¬ geführt.The separation method according to the invention prepares the samples in particular for analysis, preferably for the quantifying analysis of different samples taken separately from the capillary on specific nucleic acid sequences, using an enzymatic amplification method. The enzymatic amplification processes are preferably carried out using heating and cooling steps (thermal cycles) which have to be repeated several times.
Vorzugsweise werden Nukleinsäuren aus Zellen quantitativ und qualitativ erfaßbar, insbesondere Nukleinsäuren niedriger Multiplizität, insbesondere bestimmte RNA und/oder DNA, mRNA, regulatorische RNA, antisense RNA, Ribozyme, Chromosomen, Chromosomenfragmente, Plasmide, Mitochondrien, Chloroplasten und Satelliten. Die Nukleinsäuresequenzen, die der quali¬ tativen oder quantitativen Analyse unterworfen werden, können dabei aus pathogen assoziierten Nukleinsäuresequenzen stammen, insbesondere von Viren, Bakterien, Pilzen, aus humanem, tierischem oder pflanzlichem Gewebe, Körperflüssig¬ keiten und Ausscheidungen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die gruppenspezifische Analyse von Nukleinsäurefragmenten durch Fokussierung gleicher Nukleinsäurefragmente aus benachbarten Volumen¬ elementen.Nucleic acids from cells can preferably be detected quantitatively and qualitatively, in particular nucleic acids of low multiplicity, in particular certain RNA and / or DNA, mRNA, regulatory RNA, antisense RNA, ribozymes, chromosomes, chromosome fragments, plasmids, mitochondria, chloroplasts and satellites. The nucleic acid sequences which are subjected to the qualitative or quantitative analysis can originate from pathogenically associated nucleic acid sequences, in particular from viruses, bacteria, fungi, from human, animal or vegetable tissue, body fluids and excretions. The method according to the invention allows the group-specific analysis of nucleic acid fragments by focusing the same nucleic acid fragments from neighboring volume elements.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Kapillaren, die als Vorrichtung dazu dienen, zwei Freiheitsgrade der räumlichen Diffusion der Substanzen in einem Volumen oder Volumenelement einzuschränken, müssen nicht notwendigerweise in irgendeiner Art regelmäßig angeordnet sein. So sind Vliese aus gepreßten Fasern oder Materialien wie Cellulose-Fasern, poröses Glas oder poröse Silicagele ebenfalls zur Durch¬ führung des erfindungsgemäßen Verfahren geeignet. Derartige Träger lassen sich beispielsweise mit einer zur enzymatischen oder zellulären Amplifikation geeigneten Lösung oder Zell- suspension beschicken, wobei sich die kapillaren Poren die¬ ser Materialien füllen. Danach läßt sich der flächige Träger mit den Kapillaren, z.B. in der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung, den entsprechenden Reaktions- und Analysebe¬ dingungen unterwerfen. Wie in einer lineare Kapillaren beschränken auch hier die Reaktionsräume die störenden Diffusionsvorgänge und halten quasi das Molekül an Ort und Stelle. Anschließend lassen sich die Flächenträger mit einer Zellsuspension oder einem Zellrasen in Kontakt bringen.The capillaries which can be used in the method according to the invention and which serve as a device to restrict two degrees of freedom of spatial diffusion of the substances in a volume or volume element do not necessarily have to be arranged regularly in any way. Nonwovens made of pressed fibers or materials such as cellulose fibers, porous glass or porous silica gels are likewise suitable for carrying out the process according to the invention. Such carriers can be loaded, for example, with a solution or cell suspension suitable for enzymatic or cellular amplification, the capillary pores of these materials filling. Then the flat support with the capillaries, e.g. in the device according to the invention, subject to the corresponding reaction and analysis conditions. As in a linear capillary, here too the reaction spaces limit the disruptive diffusion processes and virtually hold the molecule in place. The surface supports can then be brought into contact with a cell suspension or a cell lawn.
Wenn dieser Zellrasen kompetente Zellen enthält, können direkt Transformationen erfolgen, ansonsten sind Elektropora- tion oder vorzugsweise eine laserinduzierte Transformation möglich (G. Weber et al. E.J. Selbiol 49, 73 bis 79 (1989)) . Die flächig kapillare Vorrichtung zur Durchführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens ist auch geeignet zur Durchführung evolutiver Optimierungen auf DNA-, RNA- oder Protein- oder Peptidebene (P 4112 440) . Es lassen sich so nach Erzeugung hierarischer Mutantenspektren und deren Verteilung auf die kapillaren Reaktionsräume und Kompartimente die jeweiligen Mutanten mit erhöhter Genauigkeit verstärken, um zu engeren Quasi Spezies-Verteilungen zu kommen, die nachfolgend be- wertet und isoliert werden. Bei Anwendung des er¬ findungsgemäßen Verfahrens wird die Trennung einzelner, beobachtbarer Volumenelemente vorgenommen.If this cell lawn contains competent cells, transformations can take place directly, otherwise electroporation or preferably a laser-induced transformation are possible (G. Weber et al. EJ Selbiol 49, 73 to 79 (1989)). The flat capillary device for carrying out the method according to the invention is also suitable for carrying out evolutionary optimizations at the DNA, RNA or protein or peptide level (P 4112 440). After generating hierarchical mutant spectra and distributing them to the capillary reaction spaces and compartments, the respective mutants can be amplified with increased accuracy in order to arrive at narrower quasi-species distributions, which are described below. be evaluated and isolated. When using the method according to the invention, the separation of individual, observable volume elements is carried out.
Durch die bevorzugte Verwendung von Kapillaren und/oder Hohl- fasern, durch die die Lösung oder Suspension geleitet wird, die in einer Vielzahl einzeln beobachtbarer Volumina aufge¬ teilt werden soll, wird also die Durchführung evolutiver Optimierungsverfahren ermöglicht.The preferred use of capillaries and / or hollow fibers, through which the solution or suspension, which is to be divided into a plurality of individually observable volumes, is passed, enables the implementation of evolutionary optimization methods.
Es ist dabei nicht unbedingt erforderlich, die entsprechenden Volumenelemente wie im Falle der Pipettierung in ver¬ schiedenen Vorlagen so aufzuteilen, daß die Volumen- kompartimente nicht im direkten Kontakt miteinander stehen. Eine partielle Vermischung von Molekülen benachbarter Ele¬ mente ist dabei nicht störend, solange die gesuchte Molekül- spezies detektierbar bleibt und sich der korrespondierende Phänotyp im gleichen Volumenelement befinde .It is not absolutely necessary to divide the corresponding volume elements into different templates, as in the case of pipetting, in such a way that the volume compartments are not in direct contact with one another. A partial mixing of molecules of neighboring elements is not disturbing, as long as the searched molecular species remains detectable and the corresponding phenotype is in the same volume element.
Die Figur 1 gibt schematisch die Situation nach Auftrennung einzelner Moleküle in einer Kapillare wieder. Nach der Trennung werden Amplifikationsreaktionen durchgeführt, wobei sich im zeitlichen Verlauf, infolge Diffusion und Turbulenz, ein Konzentrationsgradient um jedes Ausgangsmolekül oder jede Zelle, die sich durch Teilung vermehrt, bildet, wobei sich die jeweiligen Profile auch durchaus gegenseitig durchdringen können und dürfen. Die Effizienz des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens kann anhand eines Zahlenbeispiels verdeutlicht werden.FIG. 1 shows schematically the situation after the separation of individual molecules in a capillary. After the separation, amplification reactions are carried out, with a concentration gradient forming over time as a result of diffusion and turbulence around each starting molecule or cell, which increases by division, the respective profiles being able and permitting to mutually penetrate one another. The efficiency of the method according to the invention can be illustrated using a numerical example.
Gegeben sei 1 ml einer Lösung, in der sich 10 Moleküle be¬ finden unter denen sich nach klonaler Verstärkung gesuchte, optimierte Einzelspezies identifizieren lassen sollen. Wenn diese Lösung in einer Kapillare mit einem Innendurchmesser von 400 μm aufgenommen wird, ergibt sich eine Füllänge der Kapillare von ca. 8 m. Wenn sich in einem Millimeter homo¬ gener Lösung 10 Moleküle befunden haben, so beträgt deren durchschnittlicher Abstand 8 μm bzw. in einem Segment von 1 mm Länge befinden sich 125 Moleküle. Da große Biopolymere, wie Nukleinsäuren nur sehr langsam diffundieren, lassen sich in einem Segment von 1 mm, entsprechend einem Volumen von 0,125 Mikroliter, 125 Moleküle analysieren. Wenn sich das gesuchte Molekül bei einem Untergrund von 125 begleitenden verunreinigenden Molekülen finden läßt und 0,125 Mikroliter Volumeneinheit einer Analyse zugänglich sind, erlaubt eine gefüllte Kapillare ein Experiment, bei dem ansonsten 8000 Pipettierschritte hätten ausgeführt werden müssen. Bei einer entsprechenden Dimensionierung kann mithin bei entsprechender Streckung des Kapillarvolumens eine Erkennung von einem Mole¬ kül in 1000 Begleitmolekülen erlaubt werden. Wird eineGiven is 1 ml of a solution in which there are 10 molecules, among which optimized individual species sought after clonal amplification are to be identified. If this solution is taken up in a capillary with an inner diameter of 400 μm, the filling length of the capillary is approx. 8 m. If there were 10 molecules in a millimeter of homogeneous solution, then this is average distance 8 μm or in a segment of 1 mm length there are 125 molecules. Since large biopolymers, such as nucleic acids, diffuse very slowly, 125 molecules can be analyzed in a 1 mm segment, corresponding to a volume of 0.125 microliters. If the molecule sought can be found on a background of 125 accompanying contaminating molecules and 0.125 microliter volume unit is available for analysis, a filled capillary allows an experiment in which 8000 pipetting steps would otherwise have had to be carried out. With a corresponding dimensioning, a recognition of one molecule in 1000 accompanying molecules can thus be allowed with a corresponding extension of the capillary volume. Will one
QQ
Kapillarlänge von ca. 100 m verwendet, ließen sich etwa 10 Moleküle durchmustern. Kapillaren und Hohlfasern sind in¬ zwischen in den verschiedensten Ausführungsformen kommerziell verfügbar, beispielsweise von der Firma Amicon. Glas- kapillaren lassen sich mit einem Innendurchmesser von 1 μm herstellen.Using a capillary length of approx. 100 m, about 10 molecules could be screened. Capillaries and hollow fibers are meanwhile commercially available in various embodiments, for example from the company Amicon. Glass capillaries can be manufactured with an inner diameter of 1 μm.
Kapillaren als Vorrichtung zur Trennung von Substanzen aus einem Volumen oder Volumenelement, in dem nach der Trennung Reaktionen durchgeführt werden können, bieten eine Reihe weiterer Vorteile, die sowohl praktischer Art sind als auch prinzipiellen Charakter aufweisen.Capillaries as a device for separating substances from a volume or volume element, in which reactions can be carried out after the separation, offer a number of further advantages which are both practical and of a fundamental nature.
Die Einstellung definierter Temperaturen des Kapillarinhaltes bzw. die schnelle Temperaturänderung innerhalb des Volumens der Kapillare ist im besonderen Maße günstig gestaltbar, indem die Kapillare vorzugsweise in raumsparender Anordnung, beispielsweise durch flächige, parallele Führung, auf einer temperierbaren Oberfläche angeordnet wird. Besonders einfach und effizient ist es, die Kapillare um einen thermo- statisierbaren Träger mit Säulen-, Kegel- oder anderer Geometrie zu wickeln. So kann die Kapillare durch einen guten Wärmeübergang zur temperierten Fläche effizient thermo- statiert werden und bleibt dennoch von der entgegengesetzten Seite beobachtbar, sofern für das entsprechende Meßsignal transparente Kapillar-Wandmaterialien verwendet werden. Es sind dann von der freien Seite her, neben der Möglichkeit der Beobachtung, auch mechanische oder sonstige Eingriffe möglich.The setting of defined temperatures of the capillary contents or the rapid change in temperature within the volume of the capillary can be designed in a particularly advantageous manner by arranging the capillary preferably in a space-saving arrangement, for example by flat, parallel guidance, on a temperature-controlled surface. It is particularly simple and efficient to wrap the capillary around a thermostattable support with a column, cone or other geometry. The capillary can be efficiently thermostatted by good heat transfer to the tempered surface and still remains from the opposite Side observable, provided transparent capillary wall materials are used for the corresponding measurement signal. In addition to the possibility of observation, mechanical or other interventions are then possible from the free side.
Die Selektion und Identifizierung einzelner Moleküle aufgrund verbesserter Eigenschaften ist nur sehr schwer möglich. Es gibt z.B. Techniken, die Signale durch gekoppelte, enzy- matische Reaktionen zu verstärken oder im Falle der Nuklein¬ säuren die Signale selbst zu verstärken. So erlaubt die Polymerase Kettenreaktion, die sich in hervorragender Weise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbinden läßt, mit sehr geringem technischen Aufwand eine große Zahl von Volumen¬ elementen, die sich in der Kapillare befinden, einer Amplifi- kationsreaktion zu unterwerfen. Als Volumenelement der Kapillare wird ein solcher Abschnitt verstanden, der noch durch ein geeignetesThe selection and identification of individual molecules due to improved properties is very difficult. There are e.g. Techniques to amplify the signals through coupled, enzymatic reactions or, in the case of nucleic acids, to amplify the signals themselves. The polymerase chain reaction, which can be combined in an outstanding manner with the process according to the invention, allows a large number of volume elements located in the capillary to be subjected to an amplification reaction with very little technical effort. Such a section is understood as a volume element of the capillary, which section is also characterized by a suitable one
Verfahren meßtechnisch aufgelöst werden kann. Dieses Volumen¬ element ist dann vergleichbar mit einem Volumen, das an¬ sonsten nur durch eine Mikropipettierung zugänglich wäre. Das oben genannte Zahlenbeispiel ging von einem Volumen von 0,125 Mikrolitern aus, sofern eine Beobachtungsstrecke von 1 mm zugrunde gelegt wurde. In diesem Beispiel waren in der Kapillare 8000 Volumenelemente aneinandergereiht.Process can be resolved by measurement. This volume element is then comparable to a volume that would otherwise only be accessible by micropipetting. The above numerical example assumed a volume of 0.125 microliters, provided that an observation distance of 1 mm was used. In this example, 8000 volume elements were strung together in the capillary.
In bevorzugter Weise werden die in der Polymerase Ketten¬ reaktion notwendigen zyklischen Thermostatisierungen dadurch ausgeführt, daß der Inhalt der Kapillaren in zeitlich definierten Abständen mit verschiedenen Temperaturen in Berührung kommt. Dabei kann der Kapillarinhalt, durch einen Fluß durch die Kapillare vermittelt, an einer statischen Thermostatiereinheit vorbeigeführt werden oder bei stationärem Kapillarinhalt die thermostatisierbare Ein¬ richtung an der Kapillare vorbeigeführt werden. Wird der Kapillarinhalt relativ zur Kapillaroberfläche transportiert, kann der Kapillarfluß selbst zur Einstellung definierter, zyklischer Temperaturniveaus genützt werden, indem die Kapillaren an Oberflächen unterschiedlicher Temperaturen fixiert werden. Über die Länge des Kapillarsegments, das mit einer bestimmten temperierten Oberfläche in Kontakt steht, wird die Verweilzeit eines bestimmten Abschnittes der Kapillare und somit des darin befindlichen Volumens bei einer bestimmten Temperatur festgelegt. Diese Situation wird in Figur 2 schematisch angedeutet.The cyclic thermostats necessary in the polymerase chain reaction are preferably carried out by the fact that the contents of the capillaries come into contact with different temperatures at time-defined intervals. The capillary content, mediated by a flow through the capillary, can be guided past a static thermostat unit or, in the case of a stationary capillary content, the thermostattable device can be guided past the capillary. If the capillary content is transported relative to the capillary surface, the capillary flow itself can be used to set defined, cyclical temperature levels by fixing the capillaries to surfaces of different temperatures. The dwell time of a certain section of the capillary and thus of the volume therein at a certain temperature is determined via the length of the capillary segment which is in contact with a certain tempered surface. This situation is indicated schematically in Figure 2.
Besonders einfach gelingt die konstrutiv-mechanische Reali¬ sierung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs- gemäßen Verfahrens durch Verwendung einer zylindrischen oder kegelförmigen oder in anderer Topologie gestalteten Wicklung der Kapillare. Über die jeweilige Geometrie der Oberfläche des geometrischen Körpers können die Verweilzeiten in den bestimmten Temperaturniveaus definiert werden.The constructive-mechanical realization of a device for carrying out the method according to the invention is particularly simple by using a cylindrical or conical winding of the capillary, or a winding with a different topology. The dwell times in the specific temperature levels can be defined via the respective geometry of the surface of the geometric body.
Die Figur 2 zeigt in linearer Darstellung den prinzipiellen Aufbau der Wärmeübertragung für Kapillaren. Die jeweiligen Längen der Kontakstellen bestimmen die Zeitinterwalle, in denen sich das einzelne Volumenelement bei der jeweiligen Temperatur befindet. Besondere Bedeutung kommt den Über¬ gangsstellen d. _, d,,- und d., /. zu. Über diese Ver¬ bindungselemente stellt sich ein Temperaturgradient, ver¬ gleichbar mit einer Rampe, zwischen den unterschiedlichen Temperaturniveaus ein. Es wird dabei auf relativ kurzer Distanz ein vorzugsweise linearer Temperaturgradient auf¬ gebaut. Die Dicke der Verbindungselemente zwischen den unterschiedlichen Temperaturniveaus bestimmt auch hier, ob es in sehr kurzer Zeit zu einer mehr oder weniger sprung¬ haften Temperaturveränderung kommen soll oder, wenn es verfahrenstechnisch erforderlich ist, ob der Kapillareninhalt allmählich auf die andere Temperatur des folgenden Tempera¬ turniveaus angehoben oder abgesenkt werden soll. Aus der Figur 2 ergeben sich insgesamt folgende Zeiten für vorzugsweise zyklisch geführte Reaktionen, wie die Poly- merase-Chain-Reaction. Die Inkubationszeiten ergeben sich für das Beispiel einer PCR-Reaktion zu:Figure 2 shows in a linear representation the basic structure of the heat transfer for capillaries. The respective lengths of the contact points determine the time intervals in which the individual volume element is at the respective temperature. The transition points d are of particular importance. _, d ,, - and d., /. to. A temperature gradient, comparable to a ramp, between the different temperature levels is established via these connecting elements. A preferably linear temperature gradient is built up at a relatively short distance. The thickness of the connecting elements between the different temperature levels also determines here whether a more or less abrupt change in temperature should occur in a very short time or, if it is procedurally necessary, whether the capillary content gradually increases to the other temperature of the following temperature level should be raised or lowered. From FIG. 2, the following total times result for reactions which are preferably carried out cyclically, such as the polymerase chain reaction. For the example of a PCR reaction, the incubation times are:
Verweilzeit bei T. Verweilzeit bei T, Verweilzeit bei T.
Figure imgf000014_0001
Dwell time at T. Dwell time at T, dwell time at T.
Figure imgf000014_0001
Die "Rampen"-Zeiten ergeben sich zu:The "ramp" times are:
Verweilzeit bei Rampe T./T,: t(Tl/T2) = d1;2/(vc + vτ) Verweilzeit bei Rampe T^/'T,: t(τ23) =d2;3/(vc + vτ) Verweilzeit bei Rampe T./T.: t(T3/T1) = d3;1/(vc + vτ)Dwell time at ramp T./T ,: t ( Tl / T 2 ) = d 1; 2 / (v c + v τ ) Dwell time at ramp T ^ / ' T ,: t (τ 2 / τ 3 ) = d 2 ; 3 / (v c + v τ ) dwell time at ramp T./T .: t (T 3 / T 1 ) = d 3; 1 / (v c + v τ )
Zykluszeit:Cycle time:
t(z) = t(τχ) + t(τ2) + t(τ3) + t(τ12) + t(τ23) + n^/τ^ )t (z) = t (τ χ ) + t (τ 2 ) + t (τ 3 ) + t (τ 1 / τ 2 ) + t (τ 2 / τ 3 ) + n ^ / τ ^)
Zeit der Amplifikationsreaktion:Amplification reaction time:
t(gesamt) - n x t(z)t (total) - n x t (z)
Die Symbole bedeuten:The symbols mean:
Primerhybridisierungstemperatur;Primer hybridization temperature;
Temperatur der Polymerasereaktion;Polymerase reaction temperature;
Denaturierungstemperatur;Denaturation temperature;
Länge der jeweiligen Thermostatiersegmente;Length of the respective thermostat segments;
Geschwindigkeit des Kapillarflusses in mm/min;Capillary flow velocity in mm / min;
Geschwindigkeit der Thermostatiereinheit relativ zurSpeed of the thermostat unit relative to
Kapillaroberfläche in mm/min;Capillary surface in mm / min;
VT2 τ23 3/T. Rampen der Temperaturübergänge; t(z) Zykluszeit n Anzahl der parallelen Wicklungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des er¬ findungsgemäßen Verfahrens weist also vorzugsweise eine Kapillare auf, die im thermischen Kontakt mit einer thermo- statisierbaren Einrichtung steht, und wobei die Kapillare mindestens teilweise raumsparend angeordnet ist, und wobei diese raumsparende Anordnung die thermostatisierbare Ein¬ richtung ebenfalls mindestens teilweise umgibt und ein thermischer Kontakt zwischen der thermostatisierbaren Ein¬ richtung und der raumsparenden Anordnung gewährleistet ist. Die raumsparende Anordnung kann beispielsweise in einer dreidimensionalen Anordnung in Form einer Wicklung vorliegen, wohingegen als flächige raumsparende Anordnung vorzugsweise mäanderförmige oder spiralige Anordnungen in Frage kommen.V T 2 τ 2 / τ 3 3 / T. Ramping the temperature transitions; t (z) cycle time n number of parallel windings. The device according to the invention for carrying out the method according to the invention therefore preferably has a capillary which is in thermal contact with a thermostattable device, and the capillary is arranged at least partially in a space-saving manner, and this space-saving arrangement likewise the thermostatic device at least partially surrounds and thermal contact between the thermostattable device and the space-saving arrangement is ensured. The space-saving arrangement can be present, for example, in a three-dimensional arrangement in the form of a winding, whereas meandering or spiral arrangements are preferably possible as a flat space-saving arrangement.
Die Kapillare der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist vor¬ zugsweise einen Innendurchmesser von 0,1 μm - 1 mm auf. Die Kapillare besteht vorzugsweise aus unporösen Materialien, wie Kunststoff oder mineralischem Material, wie Glas, wenn kein Austausch mit dem umgebenden Medium erfolgen soll. Wenn jedoch das im Inneren der Kapillare befindliche Fluidum, mit dem die Kapillare umgebenden Medium in einem begrenzten Stoffaustausch stehen soll, bestehen die Wände der Kapillare ganz oder teilweise aus für Ionen durchlässigem Material. In diesen Fällen kommen insbesondere Hohlfasern, wie sie kommerziell erhältlich sind und im medizinischen Bereich eingesetzt werden, in Frage.The capillary of the device according to the invention preferably has an inner diameter of 0.1 μm - 1 mm. The capillary preferably consists of non-porous materials, such as plastic or mineral material, such as glass, if no exchange with the surrounding medium is to take place. However, if the fluid in the interior of the capillary, with which the medium surrounding the capillary is to have a limited mass exchange, the walls of the capillary consist entirely or partially of material which is permeable to ions. In these cases, hollow fibers, as are commercially available and used in the medical field, are particularly suitable.
Die thermostatisierbare Einrichtung ist vorzugsweise eben¬ flächig oder weist die Gestalt einer Walze, eines Kegels oder verwandte Topologien auf. In einer bevorzugten Ausführungs- form weist die thermostatisierbare Einrichtung einen beheiz¬ baren, einheitlichen, walzenförmigen Block auf. Dieser ist über Heizelemente auf bestimmte Temperaturniveaus einstellbar und sorgt über einen thermischen Kontakt für die Einstellung einer bestimmten Temperatur in der Kapillare. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der thermostatisierbaren Ein¬ richtung besteht aus einem vorzugsweise walzenförmigen oder zylindrischen Block, der aus mindestens zwei voneinander thermisch isolierbaren Segmenten aufgebaut ist. Der Block besteht dabei aus Metallen, die thermisch leitend sind und in der Ausführungsform mit verschiedenen Segmenten auch eine höhere Wärmekapazität aufweisen kann, wohingegen es bei der Ausführungsform mit einem einheitlichen Temperaturniveau es vorteilhaft sein kann, Materialien mit geringerer Wärme¬ kapazität zu verwenden um eine schnelle Angleichung des Temperaturniveaus zu erreichen.The thermostattable device is preferably flat or has the shape of a roller, a cone or related topologies. In a preferred embodiment, the thermostattable device has a heatable, uniform, roller-shaped block. This can be set to certain temperature levels via heating elements and ensures the setting of a certain temperature in the capillary via a thermal contact. Another preferred embodiment of the thermostattable device consists of a preferably cylindrical or cylindrical block, which is made up of at least two thermally insulated segments. The block consists of metals that are thermally conductive and, in the embodiment with different segments, can also have a higher heat capacity, whereas in the embodiment with a uniform temperature level it can be advantageous to use materials with a lower heat capacity in order to achieve a fast To achieve equalization of the temperature level.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung reguliert die Zeitdauer, für die bestimmte Volumenelemente der in der Kapillare eingeschlossenen Lösung oder Suspension einer bestimmten Temperatur ausgesetzt sind, durch den Kapillarfluß. Dieser Fluß wird vorzugsweise durch eine Fördereinrichtung eingestellt und gesteuert. Als Förderein¬ richtung kommen Pumpen in Betracht, die in der Lage sind, extrem kleine Volumina zu fördern. Beispielsweise wird dies durch Dosiersysteme nach dem Prinzip der Kolbenpumpe bewirkt. Insbesondere bevorzugt sind jedoch Systeme, die eine Förderung von Flüssigkeitsmengen mittels piezoelektrischen Elementen ermöglicht. Ähnliche Piezo-Pumpen sind bereits bei Tintenstrahldruckern äußerst erfolgreich in Betrieb. Die Funktionsweise dieser piezoelektrischen Elemente beruht auf dem Prinzip der Deformation von Kapillarsystemen, an denen ein piezoelektrisches Element angebracht ist. Wird an die Elektroden der Piezo-Keramik eine Spannung angelegt, so deformiert sich das Element, wodurch in der Flüssigkeit, die relativ inkompressibel ist, ein sehr schneller Druckanstieg erzeugt wird. Dieser Druckanstieg pflanzt sich mit Schall¬ geschwindigkeit durch die Flüssigkeit fort zu einer Düse, wo die Druckwelle in eine Bewegung der Flüssigkeit trans¬ formiert wird. Eine feine Flüssigkeitssäule verläßt mit sehr hoher Geschwindigkeit die Düse. Durch Kapillarkräfte wird die abgegebene Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter der Kapillare ersetzt, wodurch sich die Flüssigkeit der Kapillare langsam in Richtung der Piezo-Pumpe bewegt. Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung weist eine thermostatisierbare Einrichtung auf, die aus einem äußeren Mantel besteht, der im thermischen Kontakt mit einer um die Längsachse rotierbaren innenliegenden Walze steht. Diese innenliegende Walze ist aus mindestes zwei Segmenten aufgebaut, welche thermisch voneinander entkoppel- bar sind. Die Kapillare ist dabei auf der äußeren Mantel¬ fläche der thermostatisierbaren Einrichtung fixiert. Durch Rotation der inneren Walze oder des inneren Zylinders werden nun die Segmente an der Innenseite des äußeren Mantels vorbeigeführt und führen zu entsprechender Erwärmung des äußeren Mantels, welcher dann seine Temperatur an die an seiner Außenfläche fixierte Kapillare weitergibt und mithin den Kapillarinhalt erwärmt. Auf den äußeren Mantel dieser Einrichtung kann verzichtet werden, wenn die Reibung, die durch die Rotation der zylindrischen oder walzenförmigen, thermostatisierbaren Einrichtung an der Kapillarwand erfolgt, durch ein entsprechendes Gleitmittel, das gleichzeitig als wärmeübertragendes Medium dienen kann, verringert wird. Dann steht die thermostatisierbare, bewegliche Einrichtung über ein wärmeübertragendes Medium mit der Kapillare direkt im thermischen Kontakt.One embodiment of the device according to the invention regulates the period of time for which certain volume elements of the solution or suspension enclosed in the capillary are exposed to a certain temperature by the capillary flow. This flow is preferably set and controlled by a conveyor. Pumps which are capable of delivering extremely small volumes come into consideration as the conveying device. For example, this is achieved by dosing systems based on the piston pump principle. However, systems which allow the conveyance of liquid quantities by means of piezoelectric elements are particularly preferred. Similar piezo pumps are already operating extremely successfully with inkjet printers. The functioning of these piezoelectric elements is based on the principle of the deformation of capillary systems to which a piezoelectric element is attached. If a voltage is applied to the electrodes of the piezo ceramic, the element deforms, as a result of which a very rapid rise in pressure is generated in the liquid, which is relatively incompressible. This increase in pressure propagates at the speed of sound through the liquid to a nozzle, where the pressure wave is transformed into a movement of the liquid. A fine column of liquid leaves the nozzle at a very high speed. Capillary forces are used to replace the liquid dispensed from the capillary's storage container, causing the liquid in the capillary to slowly move in the direction of the piezo pump. A further embodiment of the device according to the invention has a thermostatic device which consists of an outer jacket which is in thermal contact with an inner roller which is rotatable about the longitudinal axis. This internal roller is made up of at least two segments which can be thermally decoupled from one another. The capillary is fixed on the outer surface of the thermostattable device. By rotating the inner roller or the inner cylinder, the segments are now guided past the inside of the outer jacket and lead to corresponding heating of the outer jacket, which then transfers its temperature to the capillary fixed to its outer surface and thus heats the capillary contents. The outer jacket of this device can be dispensed with if the friction caused by the rotation of the cylindrical or cylindrical thermostatic device on the capillary wall is reduced by an appropriate lubricant, which can simultaneously serve as a heat transfer medium. Then the thermostattable, movable device is in direct thermal contact with the capillary via a heat transfer medium.
Das erfindungsgemäjSe Verfahren unter Verwendung der er- findungsgemäjßen Vorrichtung ermöglicht in eleganter Weise die Elimination störender Verdampfungs- und Kondensations- probleme wie sie sonst bei Hantieren mit offenen Lösungen beispielsweise beim Pipettieren auftreten. Wenn beispiels¬ weise die einzelnen Volumenelemente in der Kapillare vorzugs¬ weise durch Luftblasen, voneinander getrennt werden, tritt die mögliche Verdampfung lediglich zwischen zwei jeweils benachbarten Volumenelementen auf.The method according to the invention using the device according to the invention elegantly enables the elimination of troublesome evaporation and condensation problems that otherwise occur when handling open solutions, for example when pipetting. If, for example, the individual volume elements in the capillary are preferably separated from one another by air bubbles, the possible evaporation only occurs between two adjacent volume elements.
Die in den einzelnen Volumenelementen getrennten und ab¬ gelegten Moleküle lassen sich, insbesondere mit Hilfe der Temperaturgradientengelelektrophorese, wie sie in der P 42 34 086 vorgeschlagen wird, analysieren. Diese Analytik erlaubt durch interne Standardisierung eine genaue Kontrolle, ob die entsprechenden gesuchten Moleküle vorhanden sind und deren Fehlen auf Kontaminationen oder nicht funktionierende enzymatische Reaktionen schlie/3en läßt. Dabei wird vor¬ zugsweise dem Reaktionsgemisch ein interner Standard zuge¬ fügt, der sich nur gerinfügig von der nachzuweisenden Sequenz unterscheide .The molecules separated and deposited in the individual volume elements can be analyzed, in particular with the aid of temperature gradient gel electrophoresis, as proposed in P 42 34 086. This analytics allows an exact control by internal standardization, whether the corresponding searched molecules are present and their absence suggests contamination or non-functioning enzymatic reactions. An internal standard is preferably added to the reaction mixture, which differs only slightly from the sequence to be detected.
Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in Aufsicht. Die Kapillare 1 ist teilweise in Form einer Wicklung, bestehend aus n Schleifen angeordnet und umschließt die thermostatisierbare Einrichtung (3) , die drei Temperaturniveaus in entsprechenden Segmenten Tl, T2 und T3 (7) aufweist. Der Flu3 durch die Kapillare erfolgt in Pfeilrichtung und wird durch die Fördereinrichtung 4 bewirkt und gesteuert. Die thermostatisierbare Einrichtung 3 kann insbesondere rotierbar ausgestaltet sein. Aus der Probenaufnahme 20 wird mittels des durch die Förderein¬ richtung 4 verursachten Sogs die Probe in die Kapillare gezogen. Die Probenflüssigkeit enthält die zu trennenden und analysierenden oder prozessierenden Moleküle in verdünnten Konzentrationen sowie alle zur Analyse oder chemischen Reaktion benötigten Komponenten. Die Flüssigkeit zieht in die Kapillare in Pfeilrichtung durch die Wicklung mit n Schleifen und passiert dabei zyklisch die unterschiedlichen Temperatursegmente Tl bis T3. Dadurch wird im Falle einer durchzuführenden, PCR-Reaktion die zyklische Verfahrensweise, die dieser Methodik zwangsläufig innewohnt, durchlaufen. Die Wicklung 2 kann dabei so auf die thermostatisierbare Ein¬ richtung 4 abgestimmt sein, daß pro Windung der Wicklung 2 ein Zyklus der PCR-Reaktion durchlaufen wird. Sollen also zwanzig Zyklen durchlaufen werden, weist die Wicklung 3 zwanzig Windungen auf.Figure 3 shows an embodiment of the device according to the invention schematically in supervision. The capillary 1 is partially arranged in the form of a winding consisting of n loops and encloses the thermostattable device (3), which has three temperature levels in corresponding segments T1, T2 and T3 (7). The flow through the capillary takes place in the direction of the arrow and is brought about and controlled by the conveying device 4. The thermostattable device 3 can in particular be designed to be rotatable. The sample is drawn into the capillary from the sample holder 20 by means of the suction caused by the conveying device 4. The sample liquid contains the molecules to be separated and analyzed or processed in dilute concentrations as well as all components required for analysis or chemical reaction. The liquid pulls into the capillary in the direction of the arrow through the winding with n loops and cyclically passes through the different temperature segments T1 to T3. In this way, in the event of a PCR reaction to be carried out, the cyclical procedure which is inherent in this methodology is carried out. The winding 2 can be matched to the thermostattable device 4 in such a way that one cycle of the PCR reaction is run through per winding of the winding 2. If twenty cycles are to be run through, the winding 3 has twenty turns.
Nach Passieren des Bereiches der raumsparenden Anordnung der Kapillare wird der Flüssigkeitsstrom durch die Förder¬ einrichtung weiter in Richtung Probenausgang 30 befördert und dort aufgefangen. Durch entsprechende Vorlagen auf der Probenaufnahmeseite 20 können durch entsprechende Misch¬ systeme (Zwei- oder Mehrwegventile) beispielsweise Luftblasen zur Trennung der Volumenelemente oder weitere Vorlagen und Waschlösungen in die Kapillare eingebracht werden.After passing the area of the space-saving arrangement of the capillary, the liquid flow is conveyed further through the conveying device in the direction of the sample outlet 30 and caught there. Appropriate templates on the sample receiving side 20 can be used, for example, to introduce air bubbles to separate the volume elements or further templates and washing solutions into the capillary using appropriate mixing systems (two-way or reusable valves).
Die Figur 4 zeigt eine Seitenansicht der raumsparenden Anordnung 2, wie sie um die thermostatisierbare Einrichtung 3 gewickelt ist.FIG. 4 shows a side view of the space-saving arrangement 2 as it is wound around the thermostattable device 3.
Sofern mittels evolutiver Biotechnologie die optimierten Nukleinsäuren in die entsprechenden Proteinprodukte expri- miert werden sollen, wird eine große Anzahl reproduzierbarer Transformationen bakterieller oder eukaryotischer Zellen benötigt. Die Elektroporation hat sich dabei als äußerst effizientes Verfahren zur Transformation erwiesen. Es werden kompetente Zellen mit DNA vermischt. Dieses Gemisch ist gegen Wasser zu dialysieren, um danach einer Elektroporation unterworfen zu werden. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich dies dadurch erreichen, daß das DNA/Zellgemisch aus der Kapillare in eine Hohlfaser oder ein Hohlfaserbündel geleitet wird oder gleich in eine Hohlfaser verbracht wird. Diese Hohlfaser wird über eine bestimmte Länge von der Austauschflüssigkeit umspült, wie beispielsweise Wasser. Die Länge der Hohlfaser oder des Hohlfaserbündels wird vor¬ zugsweise so gewählt, daß der gewünschte Austausch- effekt/Verdünnungsfaktor bezüglich des vorherigen Puffer¬ systems erreicht wird. In einem darauf folgenden Abschnitt, der auch in Form eines weiteren Hohlfaserbündels ausgebildet sein kann, befinden sich Elektroden, zur Elektroporation der Zellen. Beim Verlassen der Elektroporationseinrichtung liegen die Zellen entweder in transiεnter, transformierter oder bereits in stabil transformierter Form vor.If the optimized nucleic acids are to be expressed in the corresponding protein products by means of evolutionary biotechnology, a large number of reproducible transformations of bacterial or eukaryotic cells are required. Electroporation has proven to be an extremely efficient process for transformation. Competent cells are mixed with DNA. This mixture must be dialyzed against water and then subjected to electroporation. In the device according to the invention this can be achieved in that the DNA / cell mixture is passed from the capillary into a hollow fiber or a hollow fiber bundle or is immediately placed in a hollow fiber. The exchange liquid, such as water, for example, flows around this hollow fiber over a certain length. The length of the hollow fiber or the hollow fiber bundle is preferably chosen so that the desired exchange effect / dilution factor with respect to the previous buffer system is achieved. In a subsequent section, which can also be in the form of a further hollow fiber bundle, there are electrodes for electroporation of the cells. When leaving the electroporation device, the cells are either in a transient, transformed or already in a stably transformed form.
Wenn Zellwachstum nach erfolgter Transformation erforderlich ist, kann in einem weiteren Bereich, in dem beispielsweise Hohlfasern angeordnet sind, das Medium gegen ein zum Zeil- Wachstum geeignetes Medium ausgetauscht werden. Anschließend werden die Zellen bei einer geeigneten Wachstumstemperatur inkubiert. Vorzugsweise geschieht dies in einem Reaktor, indem beispielsweise die Kapillaren oder Hohlfasern raum¬ sparend angeordnet sind, z. B. durch eine Zylinderwicklung, wobei diese Anordnung die zur Züchtung der Zellen benötigte, vorzugsweise optimale Temperatur aufweist. Dabei ist es hinreichend, daß die entsprechende thermostatisierbare Einrichtung lediglich ein uniformes Temperaturniveau auf¬ weist. Durch die Anzahl der Wicklungen und Einstellung des Flußes wird die Zeit, welche die Zellen den optimalen Wachstumsbedingungen ausgesetzt werden, gesteuert. Wenn anschließend chemisch, beispielsweise durch IPTG induziert werden muß, kann die Einführung dieser Substanz ebenfalls durch eine weitere Dialyse mit dem Hohlfasersystem oder Hohlfaserbündelsystem geschehen. An diese Einheit kann sich danach eine Expressionseinheit anschließen, die ähnlich aufgebaut ist wie die Wachstumseinheit. Wenn das Expressions¬ system die entsprechenden, phänotypischen Substanzen (wie Proteine etc) nicht seze niert, muß eine Einrichtung vor¬ gesehen werden, in dem diese Zellen lysiert werden, so daß die Zeilinhaltsstoffe freigesetzt werden können. Dies erfolgt vorzugsweise durch Einbringung von lytischen Substanzen und Abführung der durch Dialyse ausgetauschten Stoffe. Diese Lyseeinrichtung kann bei sezernierenden Systemen wie B. subtilis oder einigen E. coli Systemen bereits zur Unter¬ suchung auf die gesuchte Funktionalität eingesetzt werden.If cell growth is required after the transformation has taken place, in a further area in which, for example, hollow fibers are arranged, the medium can be Suitable medium for growth. The cells are then incubated at a suitable growth temperature. This is preferably done in a reactor, for example in that the capillaries or hollow fibers are arranged in a space-saving manner, eg. B. by a cylinder winding, this arrangement having the required to grow the cells, preferably optimal temperature. It is sufficient that the corresponding thermostattable device only has a uniform temperature level. The number of turns and flow adjustment controls the time the cells are exposed to the optimal growth conditions. If it must subsequently be induced chemically, for example by IPTG, the introduction of this substance can also be done by a further dialysis with the hollow fiber system or hollow fiber bundle system. An expression unit can then be connected to this unit, which is constructed similarly to the growth unit. If the expression system does not secrete the corresponding phenotypic substances (such as proteins, etc.), a device must be provided in which these cells are lysed so that the cell constituents can be released. This is preferably done by introducing lytic substances and removing the substances exchanged by dialysis. In the case of secreting systems such as B. subtilis or some E. coli systems, this lysis device can already be used to examine the functionality sought.
Als Detektionssystem der gewünschten Produkte kommen insbe¬ sondere solche Methoden in Frage, die auf Lumineszenz- Phänomen beruhen. Sofern ein positives Meßsignal verzeichnet wird, kann das entsprechende Volumenelement abgetrennt werden. So lassen sich beispielsweise geringe Mengen der entsprechenden interessierenden und kodierenden DNA oder RNA oder der funktionalen DNA oder RNA ausschleusen, indem eine Anordnung aus Hohlfasern oder eine Hohlfaser selbst in kreu¬ zender Weise mit dem die Substanzen transportierenden Hohlfa- sersystem angeordnet wird. Dabei wird ein Teil der ent¬ sprechenden Substanzen ausgetauscht, der übliche Kapillaren¬ inhalt wird in einzelnen Proben abgelegt, was wiederum vorzugsweise mit einem Piezo-Pipettiersystem erfolgt, und wobei die Lösung oder die Suspension auf einem geeigneten Träger in Form kleiner, individueller Tropfen abgelegt wird. Dieses Reservoir kann beispielsweise als Rückstellprobe oder zu Dokumentationszwecken dienen. Die ausgeschleuste DNA oder RNA kann dann in dem Verfahren gemäß DE 4112 440 C2 ampli¬ fiziert werden.Methods that are based on luminescence phenomena are particularly suitable as the detection system for the desired products. If a positive measurement signal is recorded, the corresponding volume element can be separated. For example, small amounts of the corresponding DNA and RNA of interest or coding or the functional DNA or RNA can be discharged by arranging hollow fibers or a hollow fiber itself in a cruciform manner with the hollow fiber transporting the substances. sersystem is arranged. Some of the corresponding substances are exchanged, the usual capillary content is deposited in individual samples, which in turn is preferably carried out using a piezo pipetting system, and the solution or suspension is deposited on a suitable carrier in the form of small, individual drops becomes. This reservoir can serve, for example, as a reserve sample or for documentation purposes. The discharged DNA or RNA can then be amplified in the process according to DE 4112 440 C2.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung in Form des kapillaren Systems ermöglicht einen einfachen und direkten Zugriff auf einzelne Volumenelemente. So lassen sich diese sowohl mit optischen Systemen zerstörungsfrei vermessen, sofern die Kapillarwände für das zur Analyse verwendete Meßsignal transparent ist. Insbesondere können die bewährten Lumineszenz-Detektionsverfahren zur Analyse der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren getrennten Moleküle eingesetzt werden (McCaskill, 1989) .The device according to the invention in the form of the capillary system enables simple and direct access to individual volume elements. This means that they can be measured non-destructively using optical systems, provided the capillary walls are transparent to the measurement signal used for analysis. In particular, the proven luminescence detection methods can be used to analyze the molecules separated by the method according to the invention (McCaskill, 1989).
Wenn ein bestimmtes Volumenelement lokalisiert wurde, kann auf dieses Element direkt mechanisch zugegriffen werden. Es kann ausgeschnitten oder abgeschmolzen werden. Größere Teil- segmente der Kapillare können z.B. mechanisch in Segmente kleinerer definierter Länge zerlegt werden. Dieser Vorgang entspricht dann im Prinzip einer Pipettierung wie er für kleinere Portionierungen auch durch die Piezo-Pipettierung erreicht werden kann.Once a particular volume element has been located, that element can be mechanically accessed directly. It can be cut out or melted. Larger sub-segments of the capillary can e.g. mechanically broken down into segments of smaller defined length. In principle, this process then corresponds to pipetting as it can also be achieved by piezo pipetting for smaller portions.
Die Figur 5 beschreibt in schematischer Weise eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es können Zellen auf einer Probenaufnahmeseite 20 in die Kapillare 1 eingespeist werden. In einem Mischsystem 11 wird zur Trans¬ formation eine bestimmte Menge DNA eingespeist und zusammen mit den Zellen in eine Einrichtung 15 verbracht, in der gegebenenfalls die Flüssigkeit gegen eine zur Elektroporation geeignete Flüssigkeit wie Wasser ausgetauscht wird. Diese Dialyseeinrichtung 15 kann beispielsweise aus einem Vorrats- gefäß mit Zu- und Ablauf bestehen, welches mit der einzu¬ bringenden Flüssigkeit ständig gefüllt ist. Die ausge¬ tauschte, verdünnte Lösung wird dann durch den Abfluß ent¬ fernt. Die Kapillare 1 ist im Bereich der Dialyse-Ein¬ richtung mindestens teilweise durchlässig für die ent¬ sprechenden Flüssigkeiten. Die transformierende DNA wird dann in der Elektroporationseinrichtung 16 in die Zellen ver¬ bracht. In der MediumDialyse-Einrichtung 17 findet dann ein Austausch des Mediums mit einem für das Wachstum der trans¬ formierten Zellen geeigneten Medium statt. Nach Verlassen der Medium-Dialyse-Einrichtung 17 werden die Zellen in einer Inkubationseinrichtung 18, die die weiter oben beschriebene Konfiguration aufweist, kultiviert. Diese Wachstumsein¬ richtung besteht beispielsweise aus einer in raumsparender Weise angeordneten Kapillare. Danach verlassen die vermehrten Zellen die Wachstumseinrichtung 18 und passieren gegebenen¬ falls eine Einrichtung 19, mit welcher die zu einer eventuellen Induktion benötigten Chemikalien vorzugsweise auch durch Dialyse in die Kapillare eingebracht werden. Danach passiert der Kapillarinhalt eine Induktionseinrichtung 25, die eine ähnliche Konfiguration aufweisen kann, wie die Wachstumseinrichtung 18. Nach der Induktionseinrichtung 25 kann gegebenenfalls eine Lyse-Einrichtung 26 angeordnet wer¬ den, in der beispielsweise durch Dialyse Chemikalien zur Lyse der transformierten und induzierten Zellen eingebracht wer¬ den. Dies ist wie bereits oben beschrieben dann erforderlich, wenn die Substanzen von den Zellen nicht in das Kultur-Medium sezerniert werden. Ansonsten kann an dieser Stelle bereits eine Kammer angeordnet werden, in welcher die funktionalen Tests zur Identifizierung der gewünschten Proteine oder Nukleinsäuren durchgeführt werden. Der Kapillarenstrom wird dann vorzugsweise durch eine Einrichtung 28 geführt, die aufgrund optischer Signale die interessierenden Volumen¬ elemente selektiert. Die selektierten Volumenelemente werden dann durch die Kapillare 29 zu der thermostatisierbaren Einrichtung 3 geführt, wo gegebenenfalls weitere Mutagenisierung- und Amplifizierungsschritte durchgeführt werden zur weiteren Optimierung der Nukleinsäuren. Danach wird der Kapillarfluß zur Probenausgangsseite befördert und passiert eine Mischein¬ heit 31, in dem mindestens ein Teil, der einer erneuten evolutiven Optimierung ausgesetzten Probe, über die Kapillare 32 dem bereits beschriebenen Prozess wieder zugeführt werden kann. Die jeweiligen nicht abgezweigten Proben können am Probenausgang 30 aufgefangen und fraktioniert werden.FIG. 5 schematically describes a preferred embodiment of the device according to the invention. Cells can be fed into the capillary 1 on a sample receiving side 20. In a mixing system 11, a certain amount of DNA is fed in for transformation and, together with the cells, is brought into a device 15, in which, if necessary, the liquid is used for electroporation suitable liquid such as water is exchanged. This dialysis device 15 can consist, for example, of a storage vessel with inlet and outlet, which is constantly filled with the liquid to be introduced. The exchanged, diluted solution is then removed through the drain. The capillary 1 is at least partially permeable to the corresponding liquids in the area of the dialysis device. The transforming DNA is then brought into the cells in the electroporation device 16. An exchange of the medium with a medium suitable for the growth of the transformed cells then takes place in the medium dialysis device 17. After leaving the medium dialysis device 17, the cells are cultivated in an incubation device 18 which has the configuration described above. This growth device consists, for example, of a capillary arranged in a space-saving manner. Thereafter, the multiplied cells leave the growth device 18 and optionally pass a device 19 with which the chemicals required for any induction are preferably introduced into the capillary by dialysis. The capillary contents then pass through an induction device 25, which can have a configuration similar to that of the growth device 18. After the induction device 25, a lysis device 26 can optionally be arranged, in which chemicals for lysing the transformed and induced cells are introduced, for example by dialysis become. As already described above, this is necessary if the substances are not secreted by the cells into the culture medium. Otherwise, a chamber can already be arranged at this point, in which the functional tests for identifying the desired proteins or nucleic acids are carried out. The capillary flow is then preferably passed through a device 28 which selects the volume elements of interest on the basis of optical signals. The selected volume elements are then led through the capillary 29 to the thermostattable device 3, where further mutagenization and amplification steps are optionally carried out for further optimization of the nucleic acids. The capillary flow is then conveyed to the sample outlet side and passes through a mixing unit 31, in which at least a portion of the sample exposed to further evolutionary optimization can be returned to the process already described via the capillary 32. The respective non-branched samples can be collected at the sample outlet 30 and fractionated.
Das erfindungsgemäße System bestehend aus Vorrichtung und Verfahren bietet über die Verwendung chemisch modifizierbarer Kapillaren oder Hohlfasern auch die Möglichkeit oberflächen¬ vermittelter Reaktionen und Assays oder Bindungs-Prozesse.The system according to the invention consisting of device and method also offers the possibility of surface-mediated reactions and assays or binding processes by using chemically modifiable capillaries or hollow fibers.
Für kontinuierliche Führung evolutiver Prozesse eignen sich insbesondere reversible Verfahren für oberflächengebundene Wechselwirkungen. Wenn Nukleinsäure-Fragmente reversibel gebunden werden sollen, werden bevorzugt Anionenaustauscher wie das handelsübliche Qiagen eingesetzt. Für die reversible Bindung von Proteinen hat sich das System der Peptidliganden- Chelatbindung bewährt, wie das 6 x His/Ni/NTA-Affinitäts- system.Reversible methods for surface-bound interactions are particularly suitable for the continuous management of evolutionary processes. If nucleic acid fragments are to be bound reversibly, anion exchangers such as the commercially available Qiagen are preferably used. The system of peptide ligand-chelate binding, such as the 6 x His / Ni / NTA affinity system, has proven itself for the reversible binding of proteins.
Die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch für bestimmte Aufgaben in Einzelteilen eingesetzt werden. So ist die Kapillartrenneinheit, die enzymatische Amplifikationseinheit für rein analytische oder analytisch- präparative Zwecke, die Dialyseeinheiten, die Induktions¬ und Wachstumseinheiten sowie die Fördereinrichtung in Form der Piezo-Pumpe auch einzeln für bestimmte Problemlösungen einsetzbar.The individual components of the device according to the invention can also be used for specific tasks in individual parts. The capillary separation unit, the enzymatic amplification unit for purely analytical or analytical-preparative purposes, the dialysis units, the induction and growth units, and the conveyor in the form of the piezo pump can also be used individually for specific problem solutions.
Mit dem Verfahren zur Bestimmung von in vitro amplifizierten Nukleinsäuren gemäß P 42 03178 kann mit hoher Präzision die Kopienzahl bestimmter DNA- oder RNA-Sequenzen festgestellt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht nun eine einfache Bestimmung sehr niedriger Kopienzahlen bestimmter DNA- oder RNA-Sequenzen (1 bis 100) . Es wird weiterhin die Möglichkeit bereitgestellt, Informationen über die Transkriptionsaktivität einzelner Zellen in bestimmten Entwicklungsphasen oder unter bestimmten Lebens- oder In¬ duktionsbedingungen bereitzustellen.With the method for the determination of in vitro amplified nucleic acids according to P 42 03178, the Copy number of certain DNA or RNA sequences are determined. The device according to the invention now enables simple determination of very low copy numbers of certain DNA or RNA sequences (1 to 100). Furthermore, the possibility is provided to provide information about the transcription activity of individual cells in certain development phases or under certain living or induction conditions.
Die Einzelzellanalytik ist für den Zweig der somatischen Genetik von steigender Bedeutung. Das somatische Auftreten physiologisch induzierter oder unphysiologisch induzierter Mutationen in einzelnen Zellen ist Gegenstand mehrerer Forschungsrichtungen. Auch in der Analytik von Infektions- erkrankungen wie im Falle von HIV/AIDS oder Mycobakterium tuberculosum sind sichere quantitative Nachweismethoden bei sehr niedrigen Kopienzahlen erforderlich. Für die Anwendung in Medizin, forensischer Medizin oder Disziplinen der Bio¬ logie sind häufig nicht die Konzentrationen einer nach¬ zuweisenden Nukleinsäure relativ klein, sondern die Menge des zur Verfügung stehenden Materials stellt den limitierenden Faktor einer Analyse dar. So lassen sich mini¬ male Mengen einer Feinnadel-Biopsie oder wenige Zellen einer Fruchtwasserbiopsie auf genetische Defekte wie Chromosomen- Aberration oder Trisomie 21 analysieren.Single cell analysis is of increasing importance for the branch of somatic genetics. The somatic occurrence of physiologically induced or nonphysiologically induced mutations in individual cells is the subject of several research directions. Also in the analysis of infectious diseases such as in the case of HIV / AIDS or Mycobacterium tuberculosum, reliable quantitative detection methods with very low copy numbers are required. For use in medicine, forensic medicine or disciplines in biology, the concentrations of a nucleic acid to be detected are often not relatively small, but the amount of the material available is the limiting factor of an analysis. This allows minimal amounts a fine needle biopsy or a few cells of an amniotic fluid biopsy for genetic defects such as chromosomal aberration or trisomy 21.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt die Amplifikation bestimmter Sequenzen, wobei wenige Kopien dieser Sequenz so auf verschiedene Volumenelemente verteilt werden, daß sie während der Amplifi- kation getrennt vervielfacht und somit jev/eils für sich ausgezählt werden können. Die korrekten Amplifikate sind dadurch erkennbar, daß sie alle mit praktisch vergleichbarer Kinetik amplifiziert werden, während die über alle Volumen¬ elemente beteiligten Kontaminationen mit einer davon ver¬ schiedenen Kinetik verstärkt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es auch, unterschiedliche Sequenzen neben- einander quantitativ zu bestimmen. Dies gelingt beispiels¬ weise durch den Einsatz mehrerer Primer-Paare in einem Amplifikationsansatz, wobei beispielsweise jeweils ein Primer mit einem differenzierbaren Farbstoff ausgerüstet ist, der beispielsweise Amplifikationen durch Veränderung der spektralen Eigenschaften der Farbstoffe anzeigt, die sich sowohl auf die Frequenz des emitierten Lichtes beziehen kann als auch auf eine Veränderung der Lebensdauer des jeweils angeregten Zustandes. Ein besonderer Vorteil, den das er¬ findungsgemäße Verfahren bietet, besteht darin, daß das Amplifikationsprodukt in einem kleinen Volumenelement des Gesamtvolumens hergestellt wird und dort im wesentlichen verbleibt. Somit liegt an dieser Stelle eine lokale, hohe Konzentration dieser Produkte vor. Mithin sind konzen¬ trationsabhängige Prozesse, wie Reaktionen mit anderen Molekülen oder Photonen begünstigt.The device according to the invention with the method according to the invention allows the amplification of certain sequences, with a few copies of this sequence being distributed over different volume elements in such a way that they can be multiplied separately during the amplification and thus can be counted individually. The correct amplicons can be recognized by the fact that they are all amplified with practically comparable kinetics, while the contaminations involved across all volume elements are amplified with a kinetics that is different from them. The method according to the invention also allows different sequences to be to quantify each other. This is achieved, for example, by using several pairs of primers in an amplification approach, for example one primer each being equipped with a differentiable dye which, for example, indicates amplifications by changing the spectral properties of the dyes, which relate both to the frequency of the emitted light can also change the life of the excited state. A particular advantage offered by the method according to the invention is that the amplification product is produced in a small volume element of the total volume and essentially remains there. There is therefore a local, high concentration of these products at this point. Concentration-dependent processes, such as reactions with other molecules or photons, are therefore favored.
Besonders vorteilhaft verbindet das erfindungsgemäße Ver¬ fahren einen mit einer Quantifizierung verbundenen präpara- tiven Vorteil. Amplifikate aus einem Volumenelement bein¬ halten bei verdünnten Ausgangskonzentrationen der Matrizen Nachkommen einer einzigen definierten Sequenz. Die ent¬ sprechenden Elemente lassen sich wie oben beschrieben prä¬ parieren und zum Beispiel sequenzieren. So lassen sich sehr schnell coexistierende Varianten analysieren und in ihren jeweiligen Konzentrationen quantitativ erfassen. Ausagen über die Sequenz-Verteilung und die Natur einer Quasi-Spezies lassen sich leicht erhalten.The method according to the invention particularly advantageously combines a preparative advantage associated with quantification. In the case of dilute initial concentrations of the matrices, amplificates from a volume element contain descendants of a single defined sequence. The corresponding elements can be prepared and, for example, sequenced as described above. In this way, coexisting variants can be analyzed very quickly and quantitatively recorded in their respective concentrations. It is easy to obtain information about the sequence distribution and the nature of a quasi-species.
Die Beschränkung der Diffusionsmöglichkeit der in Frage stehenden Moleküle oder Zellen oder Partikeln auf quasi eine Dimension durch Verwendung der Kapillare kann auch durch eine weitere Anordnung der Kapillaren erhalten werden, wie sie schematisch in der Figur 6 beschrieben wird. Hierbei bilden Kapillaren ein flächiges Muster und sind zu einem größeren, räumlichen Komplex geordnet, bei dem jedoch den Substanzen in den einzelnen Volumenelementen wiederum jeweils nur eine eindimensionale Diffusionsmöglichkeit eingeräumt ist. Wenn die Länge dieser vorzugsweise untereinander verklebten Kapillaren sehr kurz ist, erhält man schließlich eine makro- poröse Fläche, die aus einzelnen Kapillareinheiten aufgebaut ist.The restriction of the possibility of diffusion of the molecules or cells or particles in question to virtually one dimension by using the capillary can also be obtained by a further arrangement of the capillaries, as is described schematically in FIG. 6. Here, capillaries form a flat pattern and are arranged in a larger, spatial complex, in which, however, the substances in the individual volume elements in turn only have one one-dimensional diffusion is allowed. If the length of these capillaries, which are preferably glued to one another, is very short, a macroporous surface is finally obtained which is composed of individual capillary units.
Kapillaren von 1 mm Außendurchmesser und 0,5 mm Innendurch¬ messer lassen sich in einer Dichte von 114.000 pro dm2 anordnen. Diese Flächenelemente lassen sich sowohl beider¬ seits offen, einseitig offen oder beiderseits geschlossen einsetzen, wobei die verschließenden Grundflächen C poröse Membranen sein können, die einen Austausch von Molekülen bestimmter Größen erlauben. Ein Quadratmeter einer solchen flächigen Anordnung in einer Dicke von 3 mm enthält eine 3.430 m lange Kapillare. Die Herstellung erfolgt z.B. dadurch, daß lange Kapillaren gebündelt werden, wobei die Bündelung gemäß Abbildung 6 in optimaler Packung erfolgt. Die Zwischenräume werden mit einem geeigneten Klebstoff gefüllt. Nach dessen Erstarren können die Flächensegmente senkrecht zur Kapillarachse geschnitten werden. In dieser speziellen Ausführungsform lassen sich Kapillaren als flächige Anordnung kapillarer Volumenelemente auffassen, die nur innerhalb der kurzen Teilsegmente aus linear ange¬ ordneten, miteinander in Kontakt stehenden Volumeneinheiten bestehen. Die Teilsegmente lassen jedoch untereinander keinen Austausch durch Diffusion der interessierenden makromole¬ kularen Komplexe zu.Capillaries with an outer diameter of 1 mm and an inner diameter of 0.5 mm can be arranged in a density of 114,000 per dm 2 . These surface elements can be used on both sides open, open on one side or closed on both sides, wherein the closing base surfaces C can be porous membranes which allow the exchange of molecules of certain sizes. One square meter of such a flat arrangement with a thickness of 3 mm contains a 3,430 m long capillary. The production takes place, for example, by bundling long capillaries, the bundling according to Figure 6 being carried out in optimal packaging. The gaps are filled with a suitable adhesive. After it has solidified, the surface segments can be cut perpendicular to the capillary axis. In this special embodiment, capillaries can be understood as a flat arrangement of capillary volume elements which only consist of linearly arranged volume units in contact with one another within the short subsegments. However, the subsegments do not allow any exchange with one another by diffusion of the macromolecular complexes of interest.
Auf diese Weise lassen sich getrennte, kapillare Reaktions- räume flächig in großer Dichte unterbringen. In dieser Aus- führungsform findet sowohl der eventuell erwünschte Stoff- austausch wie auch die optische Beobachtung parallel zur Ausrichtung der Kapillare statt, d.h. senkrecht zur Fläche, die durch die Kapillaren aufgespannt wird. Die Kapillaren sind sowohl einzeln als auch in ihrer Gesamtheit einem experimentellen Zugriff zugänglich. Molekül-Komplexe lassen sich z.B. durch Blotting-Verfahren auf Affinitätsmembranen lokal definiert übertragen.In this way, separate, capillary reaction spaces can be accommodated over a large area. In this embodiment, the material exchange that may be desired as well as the optical observation take place parallel to the orientation of the capillary, ie perpendicular to the surface that is spanned by the capillaries. The capillaries are accessible both individually and in their entirety for experimental access. Leave molecule complexes are transferred locally to affinity membranes, for example by blotting.
Durch Überlagerung eines elektrischen Feldes, in Richtung parallel zur Flußrichtung des Kapillareninhaltes im Sinne einer Kapillar-Gegenstrom-Gradientenelektrophorese, lassen sich analytisch bestimmte Stoffgemische voneinander trennen und autofokussierend in scharfen Banden konzentrieren. Getrennt und fokussiert werden hochmolekulare Substanzen, die durch einen von außen angelegten Gradienten eine reversible Strukturumwandlung erfahren, die eine Veränderung der elektrophoretischen Mobilität bewirkt.By superimposing an electric field in the direction parallel to the direction of flow of the capillary contents in the sense of a capillary-countercurrent gradient electrophoresis, analytically determined substance mixtures can be separated from one another and concentrated in sharp bands in an autofocusing manner. High-molecular substances are separated and focused, which undergo a reversible structural transformation through an externally applied gradient, which causes a change in the electrophoretic mobility.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung können spezifische Sequenzen mit der Temperaturgradientengelelektrophorese in einem örtlich festen Punkt konzentriert werden. Mit der Ein¬ führung der denaturierenden Gradientengelelektrophorese ge¬ lingt es Makromoleküle in einer Matrix voneinander zu trennen, die sich nur in einem einzigen Baustein unter¬ scheiden z.B. einer Punktmutation bei Nukleinsäuren.With the aid of the present invention, specific sequences can be concentrated at a fixed point using temperature gradient gel electrophoresis. With the introduction of denaturing gradient gel electrophoresis, it is possible to separate macromolecules from one another in a matrix, which differ only in a single building block, e.g. a point mutation in nucleic acids.
Erfindungsgemäß gelingt die Abtrennung gesuchter Moleküle und deren Fixierung an einem bestimmten Ort, die lediglich abhängig ist von der Struktur der jeweiligen Moleküle und nicht abhängig ist von der Dauer der Einwirkung des elektrischen Feldes. Gleichzeitig werden störende Moleküle entfernt. Durch die Fähigkeit der Autofokussierung lassen sich große Trenneffekte bei kleinen Unterschieden in der thermodynamischen Stabilität der betreffenden Moleküle sichtbar machen.According to the invention, the desired molecules can be separated and fixed at a specific location, which is only dependent on the structure of the respective molecules and is not dependent on the duration of the action of the electric field. At the same time, disruptive molecules are removed. Due to the ability of autofocusing, large separation effects can be made visible with small differences in the thermodynamic stability of the molecules in question.
Die Methode ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die gesuchten Biopolymere in niedriger Konzentration vorliegen oder durch eine hohe Konzentration von Fremdmolekülen über¬ deckt werden. Moleküle geringer elektrophoretischer Beweg¬ lichkeit werden durch das strömende Medium mechanisch aus dem Beobachtungskompartiment entfernt. Fremdmoleküle hoher elektrophoretischer Mobilität werden durch das elektrische Feld aus dem kapillaren Becbachtungskompartiment entfernt. Lediglich die Moleküle, die innerhalb des Gradienten eine elektrophoretische Mobilität aufweisen, die mit der Strömungsgeschwindigkeit der Matrix identisch ist, werden an einer definierten Position fixiert. Diese Situation ist schematisch in Figur 7 dargestellt.The method is particularly advantageous when the biopolymers sought are present in a low concentration or are covered by a high concentration of foreign molecules. Molecules of low electrophoretic mobility are mechanically removed from the observation compartment by the flowing medium. Foreign molecules higher electrophoretic mobility is removed from the capillary observation compartment by the electric field. Only the molecules that have an electrophoretic mobility within the gradient that is identical to the flow rate of the matrix are fixed at a defined position. This situation is shown schematically in FIG. 7.
Das Verfahren ist nicht auf Nukleinsäuren beschränkt, sondern in gleicher Weise zur Trennung anderer Biopolymere, wie Proteine, die reversible Strukturveränderungen durchführen können, welche mit einer Änderung elektrophoretischer Mobili¬ tät einhergeht, geeignet.The method is not limited to nucleic acids, but is equally suitable for separating other biopolymers, such as proteins, which can carry out reversible structural changes which are accompanied by a change in electrophoretic mobility.
Makromoleküle aus mehreren Volumenelementen lassen sich er¬ findungsgemäß fokussieren, indem über eine bestimmte Distanz der Kapillare, beispielsweise unter Verwendung von Hohlfaser¬ elementen ein gleichgerichtetes elektrisches Feld angelegt wird. Die beschleunigende Richtung, die das elektrische Feld auf die Moleküle ausübt, ist der Strömungsrichtung entgegen¬ gesetzt, und gleichzeitig wird dem elektrischen Feld räumlich oder zeitlich ein thermischer Gradient überlagert. So können insbesondere identische Nukleinsäuren fokussiert werden, die durch das Anlegen eines denaturierenden Gradienten reversible Strukturveränderungen erfahren. Der flüssige Inhalt der kapillaren Volumenelemente befindet sich während des Vor¬ ganges in einem mechanischen Fluß und ist von einen Spannungsgradienten der Elektrophoresematrix überlagert. Die zu analysierenden Biopolymere konzentrieren sich auto¬ fokussierend an der Position, an der die elektrophoretische Mobilität mit der entgegengesetzt gerichteten Strömungsge¬ schwindigkeit übereinstimmt.Macromolecules from several volume elements can be focused according to the invention by applying a rectified electric field over a certain distance of the capillary, for example using hollow fiber elements. The accelerating direction which the electric field exerts on the molecules is opposite to the direction of flow, and at the same time a thermal gradient is superimposed on the electric field in space or time. In this way, in particular identical nucleic acids can be focused which undergo reversible structural changes through the application of a denaturing gradient. The liquid content of the capillary volume elements is in a mechanical flow during the process and is overlaid by a voltage gradient of the electrophoresis matrix. The biopolymers to be analyzed concentrate auto-focussing at the position at which the electrophoretic mobility coincides with the opposite flow velocity.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor¬ richtung lassen sich verwenden zur Aufteilung einer Lösung oder Suspension mit dem Ziel der Analyse und/oder Bewertung funktionaler Biopolymere mit voneinander differierenden Funktionen. Dabei geht es insbesondere um evolutive in vitro Optimierungsverfahren von Biopolymeren, insbesondere von Nukleinsäuren, Polypeptiden und Proteinen. Das erfindungs- gemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur quantifizieren¬ den Analyse unterschiedlicher, separat von der Kapillare aufgenommene Proben, auf spezifischen Nukleinsäuresequenzen unter Einsatz eines enzymatischen Amplifikationsverfahrens, vorzugsweise unter Einsatz repetitiver Thermozyklen. Die qualitative und quantitative Erfassung von Nukleinsäuren aus Zellen, insbesondere Nukleinsäuren niedriger Multiplizität, insbesondere bestimmte RNA und/oder DNA, wie rnRNA, regula¬ torische RNA, antisense RNA, Ribozymen, Chromosomen, Chromo¬ somenfragmenten, Piastiden, Mitochondrien, Chloroplasten, Satelliten und Plasmiden, ist dabei von Interesse. Auch die quantitative und/oder qualitative Erfassung von pathogen- assoziiertern Nukleinsäuresequenzen, insbesondere von Viren, Bakterien, Pilzen, aus humanem, tierischem oder pflanzlichem Gewebe, Körperflüssigkeiten und Ausscheidungen können unter¬ sucht werden.The method according to the invention and the device according to the invention can be used to divide a solution or suspension with the aim of analyzing and / or evaluating functional biopolymers with different ones Functions. In particular, this involves the evolutionary in vitro optimization of biopolymers, in particular nucleic acids, polypeptides and proteins. The method according to the invention is particularly suitable for the quantifying analysis of different samples taken separately from the capillary on specific nucleic acid sequences using an enzymatic amplification method, preferably using repetitive thermal cycles. The qualitative and quantitative detection of nucleic acids from cells, in particular nucleic acids of low multiplicity, in particular certain RNA and / or DNA, such as rnRNA, regulatory RNA, antisense RNA, ribozymes, chromosomes, chromosome fragments, plastids, mitochondria, chloroplasts, satellites and Plasmids are of interest. The quantitative and / or qualitative detection of pathogen-associated nucleic acid sequences, in particular viruses, bacteria, fungi, from human, animal or vegetable tissue, body fluids and excretions can also be examined.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur präparativen Herstellung von Nukleinsäure¬ fragmenten durch molekulare Klonierung, unter Verwendung zellulärer oder nicht zellgebundener, enzymatischer Repli- kationsSysteme eingesetzt werden. Als enzymatische Repli- kationssysteme kommen insbesondere PCR, LCR, 3SR und ähnliche Systeme, die Polymerasen verwenden, in Frage. Die Kombination mit überlagerten elektrischen Feldern erlaubt die Fokus¬ sierung gleicher Nukleinsäurefragmente aus benachbarten, beliebigen Volumenelementen. The method according to the invention can be used with the device according to the invention for the preparative production of nucleic acid fragments by molecular cloning, using cellular or non-cell-bound, enzymatic replication systems. PCR, LCR, 3SR and similar systems which use polymerases are particularly suitable as enzymatic replication systems. The combination with superimposed electrical fields allows the focus of identical nucleic acid fragments from adjacent, arbitrary volume elements.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P atent claims
1. Verfahren zur Trennung von Substanzen aus einem Volumen oder Volumenelement einer verdünnten Lösung oder Suspension, durch Beschränkung des zur Diffusion der Substanzen verfügbaren Raumes, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Freiheitsgrad der räumlichen Diffusion der Substanzen eingeschränkt wird, ohne das zusammenhängende Volumen oder Volumenelement dieser Lösung oder Suspension wesentlich zu verändern.1. A method for separating substances from a volume or volume element of a dilute solution or suspension, by limiting the space available for the diffusion of the substances, characterized in that at least one degree of freedom of the spatial diffusion of the substances is restricted, without the contiguous volume or volume element of these Significantly change the solution or suspension.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Freiheitsgrade der räumlichen Diffusion der Substanzen auf eine Stärke < l mm eingeschränkt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that one of the degrees of freedom of the spatial diffusion of the substances is limited to a thickness <1 mm.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß ein Freiheitsgrad der räumlichen Diffusion der Substanzen in der Lösung oder Suspension durch Aufbringen des Volumens oder Volumenelementes auf einen flächigen Träger, wie eine Membran, Filtrier¬ papier aufgebracht wird, wobei die Schichtdicke < l mm ist.3. The method according to claim 1 and / or 2, characterized in that a degree of freedom of the spatial diffusion of the substances in the solution or suspension is applied by applying the volume or volume element to a flat support, such as a membrane, filter paper, where the layer thickness is <1 mm.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zwei Freiheitsgrade der räumlichen Diffusion der Substanzen in der Lösung oder Suspension durch Einbringen des Volumens oder Volumenelementes in mindestens eine Kapillare eingeschränkt wird, wobei der Innendurchmesser der Kapillare 0,1 mm bis 1 mm be¬ trägt.4. The method according to claim 1 and / or 2, characterized in that two degrees of freedom of the spatial diffusion of the substances in the solution or suspension are restricted by introducing the volume or volume element into at least one capillary, the inner diameter of the capillary being 0.1 mm to 1 mm.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Substanzen analysiert werden.5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the separated substances are analyzed.
6. Verfahren zur Herstellung und/oder qualitativen und/ oder quantitativen Analyse von Biopolymeren, wobei zu- nächst die Biopolymeren gemäß mindestens einem der An¬ sprüche 1 bis 4 getrennt werden und gleichzeitig oder in einem engen zeitlichen Zusammenhang mindestens einer chemischen Reaktion unterworfen werden.6. Process for the production and/or qualitative and/or quantitative analysis of biopolymers, whereby in addition Next, the biopolymers are separated according to at least one of claims 1 to 4 and are subjected to at least one chemical reaction at the same time or in a close temporal connection.
7. Verfahren nach Anspruch 6 zur evolutiven Optimierung von Biopolymeren, insbesondere von Nukleinsäuren, Poly- peptiden und Proteinen.7. Method according to claim 6 for the evolutionary optimization of biopolymers, in particular nucleic acids, polypeptides and proteins.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und/oder 7 zur molekularen Klonierung von Nukleinsäurefragmenten unter Verwendung zellulärer oder nicht zellgebundener, enzymatischer Replikationssysteme, insbesondere PCR, LCR, 3SR und ähnlicher Systeme, in denen Polymerasen verwendet werden.8. Method according to claim 6 and/or 7 for the molecular cloning of nucleic acid fragments using cellular or non-cell-bound enzymatic replication systems, in particular PCR, LCR, 3SR and similar systems in which polymerases are used.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, zur Analyse, vorzugsweise zur quantifizierenden Analyse unterschiedlicher, separat von der Kapillare aufge¬ nommener Proben auf spezifische Nukleinsäuresequenzen unter Einsatz eines enzymatischen Amplifikationsver- fahrens, vorzugsweise unter Einsatz von repetitiven Thermozyklen.9. The method according to at least one of claims 6 to 8, for analysis, preferably for quantifying analysis, of different samples taken separately from the capillary for specific nucleic acid sequences using an enzymatic amplification process, preferably using repetitive thermal cycles.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei Nukleinsäuren aus Zellen quantitativ und quali¬ tativ erfaßt werden, insbesondere Nukleinsäuren niedriger Multiplizität, insbesondere bestimmte RNA und/oder DNA, wie mRNA, regulatorische RNA, antisense RNA, Ribozyme, Chromosome, Chromosomenfragmente, Plasmide, Mitochondrien, Chloroplasten und Satelliten- DNA.10. The method according to at least one of claims 6 to 9, wherein nucleic acids from cells are recorded quantitatively and qualitatively, in particular nucleic acids of low multiplicity, in particular certain RNA and / or DNA, such as mRNA, regulatory RNA, antisense RNA, ribozymes, chromosomes, Chromosome fragments, plasmids, mitochondria, chloroplasts and satellite DNA.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei Pathogen-assoziierte Nukleinsäuresequenzen quantitativ und/oder qualitativ erfaßt werden, insbe¬ sondere von Viren, Bakterien, Pilzen, aus humanem, tierischem oder pflanzlichem Gewebe, Körperflüssig¬ keiten und Ausscheidungen.11. The method according to at least one of claims 6 to 10, wherein pathogen-associated nucleic acid sequences are recorded quantitatively and / or qualitatively, in particular from viruses, bacteria, fungi, from human, animal or plant tissue, body fluids and excretions.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei Nukleinsäurefragmente gruppenspezifisch analysiert werden durch Fokussierung gleicher Nuklein¬ säurefragmente aus benachbarten Volumenelementen.12. The method according to at least one of claims 6 to 11, wherein nucleic acid fragments are analyzed in a group-specific manner by focusing on the same nucleic acid fragments from neighboring volume elements.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach min¬ destens einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einer Kapillare (1) , die im thermischen Kontakt mit einer thermostatisierbaren Einrichtung (3) steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (l) mindestens teil¬ weise raumsparend angeordnet ist, wobei diese Anordnung (2) die thermostatisierbare Einrichtung (3) mindestens teilweise umgibt und ein thermischer Kontakt zwischen der thermostatisierbaren Einrichtung (3) und der raum¬ sparenden Anordnung (2) gewährleisten ist.13. Device for carrying out the method according to at least one of claims 1 to 12 with a capillary (1) which is in thermal contact with a thermostatable device (3), characterized in that the capillary (l) is at least partially is arranged to save space, this arrangement (2) at least partially surrounding the thermostatable device (3) and thermal contact between the thermostatable device (3) and the space-saving arrangement (2) is ensured.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (1) einen Innendurchmesser von 0,1 μm bis 1 mm aufweist.14. The device according to claim 13, characterized in that the capillary (1) has an inner diameter of 0.1 μm to 1 mm.
15. Verfahren nach Anspruch 13 und/oder 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Kapillare (1) aus einem unporösen Material, wie Kunststoff, oder mineralischem Material, wie Glas besteht.15. The method according to claim 13 and / or 14, characterized in that the capillary (1) consists of a non-porous material, such as plastic, or mineral material, such as glass.
16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis16. Device according to at least one of claims 13 to
15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Kapillare (1) ganz oder teilweise aus für Ionen durchlässigem15, characterized in that the walls of the capillary (1) are made entirely or partially of ion-permeable material
Material bestehen, die einen begrenzten Stoffaustausch des im Inneren der Kapillare (1) befindlichen Fluidums mit dem die Kapillare (1) umgebenden Medium erlaubt.Material exists that allows a limited exchange of material between the fluid inside the capillary (1) and the medium surrounding the capillary (1).
17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis17. Device according to at least one of claims 13 to
16, dadurch gekennzeichnet, daß die thermostatisierbare Einrichtung (3) ebenflächig ist oder die Gestalt einer Walze, eines Kegels oder verwandte Topologien aufweist.16, characterized in that the thermostatable Device (3) is flat or has the shape of a roller, a cone or related topologies.
18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die thermostatisierbare Einrichtung (3) aus einem beheizbaren, einheitlichen, walzenförmigen Block besteht.18. Device according to at least one of claims 13 to 17, characterized in that the thermostatable device (3) consists of a heatable, uniform, roller-shaped block.
19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die thermostatisierbare Einrichtung (3) aus einem beheizbaren, einheitlichen, walzenförmigen Block besteht, der aus mindestens zwei voneinander thermisch isolierbaren Segmenten (7) auf¬ gebaut ist.19. Device according to at least one of claims 13 to 17, characterized in that the thermostatable device (3) consists of a heatable, uniform, roller-shaped block which is constructed from at least two segments (7) which can be thermally insulated from one another.
20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß der in der Kapillare angeordneten Kompartimente durch eine Förder¬ einrichtung (4) gesteuert wird.20. Device according to at least one of claims 13 to 20, characterized in that the flow of the compartments arranged in the capillary is controlled by a conveyor device (4).
21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis21. Device according to at least one of claims 13 to
20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindig¬ keit der Lösung oder Suspension durch die Kapillare (1) von einer Einrichtung so gesteuert wird, daß die Lösung oder Suspension in der Kapillare (1) für eine be¬ stimmbare Zeitdauer der thermischen Einwirkung, ver¬ mittelt durch die thermostatisierbaren Einrichtung (3) , ausgesetzt ist.20, characterized in that the flow rate of the solution or suspension through the capillary (1) is controlled by a device in such a way that the solution or suspension in the capillary (1) is subject to thermal action for a determinable period of time averaged by the thermostatable device (3), is exposed.
22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis22. Device according to at least one of claims 13 to
21, dadurch gekennzeichnet, daß die thermostatisierbare Einrichtung (3) aus einem äußeren Mantel (5) besteht, der im thermischen Kontakt mit einer um die Längsachse rotierbaren innenliegenden Walze (6) steht, die aus mindestens zwei Segmenten (7) aufgebaut ist, welche thermisch voneinander entkoppelbar sind oder die thermostatisierbare, bewegliche Einrichtung (1) über ein wärmeübertretendes Medium, mit der Kapillare (1) direkt im thermischen Kontakt steht.21, characterized in that the thermostatable device (3) consists of an outer jacket (5) which is in thermal contact with an internal roller (6) which can be rotated about the longitudinal axis and which is made up of at least two segments (7), which can be thermally decoupled from one another or via the thermostatable, movable device (1). a heat-transferring medium that is in direct thermal contact with the capillary (1).
23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis23. Device according to at least one of claims 6 to
22, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (4) am Ende der Kapillare (1) angeordnet ist.22, characterized in that the conveying device (4) is arranged at the end of the capillary (1).
2 . Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis2. Device according to at least one of claims 6 to
23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung zur Förderung (4) auch kleiner Volumenheiten einsetzbar ist.23, characterized in that the conveying device can be used to convey (4) even small volumes.
25. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis25. Device according to at least one of claims 6 to
24, dadurch gekennzeichnet, daß, mittels einer Ein¬ richtung, ein elektrisches Feld parallel zur Richtung der Kapillare (1) anlegbar ist.24, characterized in that, by means of a device, an electric field can be applied parallel to the direction of the capillary (1).
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des elektrischen Feldes auf die in den Kompartimenten befindlichen Substanzen, wie Nuklein¬ säuren, entgegengesetzt ist der Wirkung der Kraft, die durch die Fördereinrichtung auf die Lösung oder Suspension in der Kapillare (1) ausgeübt wird.26. The device according to claim 25, characterized in that the effect of the electric field on the substances located in the compartments, such as nucleic acids, is opposite to the effect of the force exerted by the conveying device on the solution or suspension in the capillary (1 ) is exercised.
27. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis27. Device according to at least one of claims 13 to
26, dadurch gekennzeichnet, daß die thermostatisierbare Einrichtung (3) die Bereitstellung eines räumlichen und/oder zeitlichen Temperaturgradienten erlaubt.26, characterized in that the thermostatable device (3) allows the provision of a spatial and/or temporal temperature gradient.
28. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis28. Device according to at least one of claims 16 to
27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektroporations- einrichtung (16) an der porösen Kapillare (1) an¬ geordnet ist.27, characterized in that an electroporation device (16) is arranged on the porous capillary (1).
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden zur Elektroporation außerhalb der porösen Kapillare angeordnet ist. 29. The device according to claim 28, characterized in that the electrodes for electroporation are arranged outside the porous capillary.
30. Vorrichtung nach mindestens einem der Anspruch 13 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände der Kapillare (1) mindestens teilweise eine Beschichtung mit Liganden tragen wie ionische Liganden, insbesondere kationische Liganden für die Anionenaustauscher- Chromatographie oder Affinitätsliganden für spezifische Wechselswirkungen mit Proteinen, Peptiden oder Nuklein¬ säuren, wie Antikörper, Antikörperfragmente, Biotin, Avidin oder Streptavidin, sowie interkalierende Farb¬ stoffe oder Nitrilo-Triessigsäure-Derivate (NTA) oder Imino-Diessigsäure-Derivate (IDA) .30. Device according to at least one of claims 13 to 29, characterized in that the inner walls of the capillary (1) at least partially carry a coating with ligands such as ionic ligands, in particular cationic ligands for anion exchange chromatography or affinity ligands for specific interactions with proteins, Peptides or nucleic acids, such as antibodies, antibody fragments, biotin, avidin or streptavidin, as well as intercalating dyes or nitrilo-triacetic acid derivatives (NTA) or imino-diacetic acid derivatives (IDA).
31. Verwendung einer thermostatisierbaren Kapillare in einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12. 31. Use of a thermostatable capillary in a method according to at least one of claims 1 to 12.
PCT/EP1993/003077 1992-11-05 1993-11-03 Process for separating substances from dilute solutions and suspensions WO1994010564A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP4237383.2 1992-11-05
DE4237383 1992-11-05
DE4305651A DE4305651A1 (en) 1992-11-05 1993-02-25 Process for the separation of substances from dilute solutions or suspensions
DEP4305651.2 1993-02-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1994010564A1 true WO1994010564A1 (en) 1994-05-11

Family

ID=25920167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1993/003077 WO1994010564A1 (en) 1992-11-05 1993-11-03 Process for separating substances from dilute solutions and suspensions

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO1994010564A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6849461B2 (en) * 1994-06-17 2005-02-01 Evotec Oai Ag Method and device for the selective withdrawal of components from complex mixtures
WO2023059622A1 (en) * 2021-10-04 2023-04-13 University Of Maryland, College Park Polymer processing systems and methods employing pulsed heating

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2198632A5 (en) * 1972-08-30 1974-03-29 Nra Inc
WO1983002007A1 (en) * 1981-12-04 1983-06-09 Beckman Instruments Inc An analytical instrument reactor temperature regulator
FR2650657A1 (en) * 1989-08-05 1991-02-08 Scras Sa APPARATUS FOR THE AUTOMATIC AND REPEATED EXECUTION OF A THERMAL CYCLE FOR THE TREATMENT OF BIOLOGICAL SAMPLES
WO1991002244A1 (en) * 1989-08-07 1991-02-21 Applied Biosystems, Inc. Nucleic acid fractionation by counter-migration capillary electrophoresis
WO1992013967A1 (en) * 1991-02-08 1992-08-20 The Beckman Research Institute Of The City Of Hope Device and method for the automated cycling of solutions between two or more temperatures
EP0524808A2 (en) * 1991-07-23 1993-01-27 F. Hoffmann-La Roche Ag In situ PCR preparations, their use, and corresponding thermal cycler equipment

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2198632A5 (en) * 1972-08-30 1974-03-29 Nra Inc
WO1983002007A1 (en) * 1981-12-04 1983-06-09 Beckman Instruments Inc An analytical instrument reactor temperature regulator
FR2650657A1 (en) * 1989-08-05 1991-02-08 Scras Sa APPARATUS FOR THE AUTOMATIC AND REPEATED EXECUTION OF A THERMAL CYCLE FOR THE TREATMENT OF BIOLOGICAL SAMPLES
WO1991002244A1 (en) * 1989-08-07 1991-02-21 Applied Biosystems, Inc. Nucleic acid fractionation by counter-migration capillary electrophoresis
WO1992013967A1 (en) * 1991-02-08 1992-08-20 The Beckman Research Institute Of The City Of Hope Device and method for the automated cycling of solutions between two or more temperatures
EP0524808A2 (en) * 1991-07-23 1993-01-27 F. Hoffmann-La Roche Ag In situ PCR preparations, their use, and corresponding thermal cycler equipment

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6849461B2 (en) * 1994-06-17 2005-02-01 Evotec Oai Ag Method and device for the selective withdrawal of components from complex mixtures
WO2023059622A1 (en) * 2021-10-04 2023-04-13 University Of Maryland, College Park Polymer processing systems and methods employing pulsed heating

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0738733B1 (en) Method for isolating nucleic acids
DE60018733T2 (en) DEVICE AND METHOD FOR SAMPLING
DE60028819T2 (en) METHOD OF TREATING A MATRIX NUCLEIC ACID USING AN INTEGRATED MICROFLUIDIC PLATE
EP1192007B1 (en) Microchip matrix device for duplicating and characterizing nucleic acids
DE60316562T2 (en) TISSUE ARRAY CONSTRUCTION INSTRUMENT
EP1882948A2 (en) Sample processing device
EP1436609B1 (en) Microfluidic extraction method
EP1277055B1 (en) Biochip for the archiving and medical laboratory analysis of biological sample material
EP1081233A2 (en) Sample chamber for liquid treatment of biological samples
EP1880766A1 (en) Analysis system based on porous material for highly-parallel single cell detection
DE102010032203A1 (en) Method and apparatus for the passive separation and sorting of drops, in particular in a microfluidic system, by using non-optical markers for reactions within the drops
EP0486580B1 (en) Process and device for separating and detecting constituents of a mixture of substances by temperature gradient gel electrophoresis
EP0751827B1 (en) Method of processing nucleic acids
EP1303353B1 (en) Method and device for analysing chemical or biological samples
EP0765470A2 (en) Process and device for selectively extracting components from complex mixtures
WO1994010564A1 (en) Process for separating substances from dilute solutions and suspensions
DE4305651A1 (en) Process for the separation of substances from dilute solutions or suspensions
DE19700364A1 (en) Electrokinetic sample preparation
EP2591086B1 (en) Method for active hybridization in microarrays with denaturing function
EP1234056B1 (en) Dynamic determination of analytes using arrays on internal surfaces
DE3927467C2 (en) Device and use of a device for the separation and detection of components of a substance mixture by temperature gradient gel electrophoresis
EP3927842A1 (en) Device for analysing a biological sample
DE102020102389A1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR THE ISOLATION OF MOLECULE FRACTIONS
WO2009065620A2 (en) Flexible extraction method for the production of sequence-specific molecule libraries
DE19629281A1 (en) Biochemical preparation of bio-material samples

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase