DE10120959A1 - Probenträgerplatte, insbesondere für Anlagerungs-Screening-Verfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich aud eine Probenträgerplatte für Anlagerungs-Screening-Verfahren, insbesondere für das RIfS-Verfahren, bestehend aus einer transparenten Platte 1, welche auf ihrer probenseitigen Oberfläche ein aus mehreren Schichten 2; 3 unterschiedlichen Brechnungsindexes bestehendes Schichtsystem aufweist. Auf der obersten Schicht des Schichtsystems ist eine weitere Schicht 4 angeordnet, welche Bereiche (Spots) mit unterschiedlicher Benetzbarkeit für flüssige Proben oder für ein die zu untersuchende Probe enthaltendes flüssiges Medium umfaßt. Die weitere Schicht 4 umfaßt benetzbare Bereiche 5; 7 und nicht benetzbare Bereiche 6; 8; 16, wobei die benetzbaren Bereiche von den nicht benetzbaren Bereichen umschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Probenträgerplatte zur Aufnahme einer Vielzahl von zu untersuchenden Proben oder Reagenzi­ en, insbesondere für Anlagerungs-Screenincr-Verfahren,

Aus der DE 196 15 366 A1 ist eine Einrichtung zur Durchfüh­ rung von Tests physikalischer, chemischer, biochemischer oder biologischer Reaktionen und Wechselwirkungen nach der Methode der reflektometrischen Interferenzspektroskopie (RIfS) bekannt, welche unter anderem zur Aufnahme der zu testenden flüssigen oder in Flüssigkeiten gelösten Proben eine sog. Mikrotiterplatte mit matrixartig angeordneten Ka­ vitäten umfaßt, wobei die Mikrotiterplatte allgemein aus einer transparenten Substrat- oder Bodenplatte und einer, die Kavitäten bildenden Kavitätenplatte zusammengesetzt ist. Die Probenplatte ist probenseitig mit einem Schichtsy­ stem mit übereinander angeordneten Schichten unterschiedli­ chen Brechungsindexes versehen. So besteht beispielsweise ein solches Schichtsystem u. a. aus mindestens einer hoch brechenden und mindestens einer niedrig brechenden Schicht und bildet zusammen mit einer über dem Schichtsystem lie­ genden sensitiven Schicht und dem Substrat ein interferenz­ fähiges System, dessen wellenlängenabhängiges Verhalten de­ tektiert wird und Informationen über Schichtdicke und Bre­ chungsindex der sensitiven Schicht liefert, aus welchen dann Rückschlüsse auf die an der sensitiven Schicht angela­ gerten, zu untersuchenden Proben gezogen werden können.

In der DE 198 06 681 ist eine Mikrotiterplatte beschrieben, welche aus einer Bodenplatte aus einem transparenten Werkstoff und aus einer an zwei gegenüberliegenden Oberflächen offenen Kavitätenplatte mit einer matrixartigen Anordnung der Kavitäten (Wells) besteht, wobei die Kavitätenplatte unlösbar und flüssigkeitsdicht, beispielsweise durch Ver­ kleben oder Verkitten, mit der Bodenplatte verbunden ist. Die Bodenplatte, die aus einem transparenten Werkstoff (Kunststoff, Glas) besteht, besitzt an ihrer den Wells zu­ gewandten Oberfläche ein aus mehreren Schichten unter­ schiedlichen Brechungsindexes bestehendes Schichtsystem. Das Schichtsystem kann dabei so ausgebildet sein, daß es aus einer niedrig brechenden und einer hoch brechenden Schicht besteht, wobei das Schichtsystem auf der den Wells zugewandten Oberfläche der Bodenplatte angeordnet ist.

Nachteilig bei dieser Mikrotiterplatte ist die Tatsache, daß sie aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, wodurch sich der Herstellungs- und Montageaufwand erheblich erhö­ hen. Durch die Verbindung von Teilen aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten treten in der Praxis bei Temperaturänderungen Spannungen auf, welche zu einem Verzug der Mikrotiterplatten führen und bei den Messungen zu einer ungewünschten, die Meßergebnisse verfäl­ schenden Verschiebung des Reflexionsspektrums führen.

Ein weiterer Nachteil kann darin gesehen werden, daß mit kleiner werdendem Durchmesser der Wells das Einbringen der zu untersuchenden, flüssigen Probe oder der die Probe ent­ haltenden Flüssigkeit immer schwieriger wird. Beim Einfül­ len der Probenflüssigkeit in eine Kavität mit kleinem Durchmesser verschließt die Flüssigkeit leicht die ganze Öffnung der Kavität und die unter der Probe liegende Luft­ blase kann nicht entweichen. So ist es nur mit Schwierigkeiten verbunden, die Probe auf dem Grund der Kavität, d. h. auf der Bodenplatte, anzuordnen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für das Anlagerungs-Screening-Verfahren (RIfS-Verfahren) besonders geeignete Probenträgerplatten zu schaffen, die zur Aufnahme einer großen Anzahl von Proben oder Reagenzien geeignet sind, welche einfach aufgebaut und einfach und ohne großen Aufwand herstellbar sind und bei welchen temperaturbedingte Verspannungen und damit ein Verzug dieser Platten weitest­ gehend beseitigt sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Probenträger­ platte für Anlagerungs-Screening-Verfahren gelöst, welche die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches offenbarten Merkmale aufweist. In den weiteren Ansprüchen werden nähere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Probenträgerplatte be­ schrieben.

Um eine sichere räumliche Abgrenzung der einzelnen flüssi­ gen Proben zu erzielen ist es vorteilhaft, wenn die weitere Schicht benetzbare und nicht benetzbare Bereiche umfaßt. Dieses sind also Bereiche, die zumindest zu einer Benetzung vorbereitet sind. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die auf der weiteren Schicht angeordneten benetzbaren Be­ reiche von nicht benetzbaren Bereichen umschlossen sind. Auf diese Weise wird eine zuverlässige und sichere Trennung der Proben erreicht und ein evtl. Zusammenlaufen benachbar­ ter Proben vermieden.

Vorteilhaft ist es auch, die benetzbaren Bereiche der wei­ teren Schicht in einem matrixartigen Raster auf der Platte anzuordnen, wobei es besonders, auch im Sinne einer Verwen­ dung der Probenplatten auf gängigen Geräten, von Vorteil ist, dieses Raster dem Raster bzw. den unterschiedlichen Rastern vorhandener Mikrotiterplatten oder Microchips anzu­ passen. Diese herkömmlichen Mikrotiterplatten besitzen z. B. Raster mit 8.12, 16.24, oder 32.48 Wells oder Kavitäten. Diese Platten können auch als Bio- oder Micro­ chip ausgebildet sein und eine Vielzahl von Proben in ge­ ringem Abstand besitzen.

Eine gute Stabilität, Formbeständigkeit und auch Stapelbar­ keit der oft dünnen, transparenten Platten ist zu erzielen, wenn die Probenträgerplatten mit einem Rahmen versehen sind, welcher vorzugsweise aus Kunststoffspritzguß oder ei­ nen anderen geeigneten Werkstoff besteht. Dieser Rahmen, der wie ein Bilderrahmen die Probenträgerplatte umgibt, ist dicker als die Platte ausgebildet, so daß die Platten gut stapelbar sind und auch das Handling erleichtert und die Stabilität erhöht werden. Vorteilhaft kann über der Proben­ trägerplatte ein durch den Rahmen und eine Abdeckplatte um­ schlossener Hohlraum vorgesehen sein, dessen untere Begren­ zung durch die Oberfläche der Probenträgerplatte gebildet ist. Der Rahmen und/oder die Abdeckplatte besitzen minde­ stens eine Ein- und Austrittsöffnung, durch welche Gase oder Flüssigkeiten eingeleitet werden können.

Eine vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn in den be­ netzbaren Bereichen auf der Oberseite der transparenten Platte ein Hydrogel aufgebracht ist, welches durch eine chemische kovalente Bindung oder durch Absorption auf der Platte haftet. Dieses Hydrogel kann beispielsweise auch die Benetzbarkeit eines Bereiches bewirken und zusätzlich auch für die zu untersuchenden Proben sensibilisiert sein. An­ dernfalls kann auch die Benetzbarkeit bzw. die Nichtbenetz­ barkeit eines oder mehrerer Bereiche durch andere geeignete Stoffe realisiert werden. Das Hydrogel wird bekanntermaßen durch biologische oder auch synthetische Moleküle funktio­ nalisiert, wobei diese Moleküle an das Hydrogel gekoppelt sind. Dabei kann diese Kopplung reversibel oder irreversi­ bel sein. Für die irreversible Kopplung eignen sich alle gängigen Verfahren aus der Affinitätschromatographie und auch Verfahren mit Avidin-Biotin-Derivat-Systemen, mit Im­ mobilisierung über Antikörpersysteme oder eine Immobilisie­ rung über Metall-Chelat-Komplex-Bildner, und hier besonders das System NTA/Ni/Histamin-Tag.

Dieser Aufbau ist besonders geeignet zur Detektion von spe­ zifischen Bindungen oder Anlagerungen an durch den Ort (Po­ sition) definierten Bindungsparametern aus komplexen Mi­ schungen, z. B. Blutproben, Synthesemischungen, Zellextrak­ ten oder biologischen Mischungen.

Es ist ferner vorteilhaft, daß das Hydrogel durch biologi­ sche oder synthetische Moleküle funktionalisiert ist, wel­ che an das Hydrogel gekoppelt sind, wobei diese Kopplung reversibel oder irreversibel ist.

Die Querschnitte der benetzbaren Bereiche können unter­ schiedlich sein. So können die benetzbaren Bereiche einen runden oder mehreckigen Querschnitt aufweisen. Diese Berei­ che können auch einen unterschiedlich großen Querschnitt besitzen.

So liegen die Vorteile einer solchen erfindungsgemäßen Pro­ benträgerplatte vor allem darin, daß die Spots, d. h. die benetzbaren Bereiche sehr klein sein können. Mit kleinen benetzbaren Spots können bei gleicher Größe der transparen­ ten Platte größere Integrationsdichten für die Wells er­ reicht und damit in der Zeiteinheit mehr Proben untersucht werden. In kleineren Proben sind die Diffusionswege kürzer, so daß die Anlagerungsreaktionen schneller ablaufen und so­ mit eine Verkürzung der Meßzeiten erreicht werden kann.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher er­ läutert werden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Probenträgerplatte mit kreisförmigem benetzba­ ren Bereichen,

Fig. 2 eine Probenträgerplatte mit von nicht benetzbaren Bereichen umgebenen benetzbaren Bereichen,

Fig. 3 eine Probenträgerplatte mit unterschiedlich geform­ ten benetzbaren Bereichen,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Probenträgerplatte mit Rahmen und

Fig. 5 Probenträgerplatte mit Rahmen und Abdeckplatte.

Die in Fig. 1 in einer Draufsicht dargestellte Probenträger­ platte besteht aus einer transparenten Platte 1, beispiels­ weise aus Kunststoff oder Glas, welche auf ihrer probensei­ tigen Oberfläche ein aus mehreren Schichten 2; 3 (Fig. 4) bestehendes Schichtsystem aufweist. Die einzelnen Schich­ ten 2; 3 dieses Schichtsystems, von denen im Ausführungs­ beispiel der Einfachheit halber nur zwei dargestellt sind, besitzen jeweils einen unterschiedlichen Brechungsindex.

Auf der mit 2 gekennzeichneten obersten Schicht des Schichtsystems ist eine weitere Schicht 4 angeordnet, wel­ che Bereiche mit unterschiedlicher Benetzbarkeit in bezug auf eine die zu untersuchenden Proben enthaltende Flüssig­ keit oder in bezug auf flüssige Proben aufweist. In der Praxis werden meist die Proben in einer wässrigen oder schwach sauren Lösung vorhanden sein. Die weitere Schicht 4 umfaßt benetzbare Bereiche 5 und, wie aus Fig. 1 ersicht­ lich, einen nicht benetzbaren Bereich 6, welcher alle be­ netzbare Bereiche 5 als eine geschlossene Einheit umgibt und somit eine Abgrenzung dieser Bereiche 5 realisiert.

Die in Fig. 2 dargestellte Probenträgerplatte umfaßt wieder­ um die transparente Platte 1, auf welcher das Schichtsystem mit den Schichten 2; 3 angeordnet ist. Bei dieser Proben­ trägerplatte sind benetzbare Bereiche 7 vorgesehen, die je­ weils von einem ringförmigen, nicht benetzbaren Bereich 8 umgeben sind.

Wie in Fig. 3 vereinfacht dargestellt, umfaßt die Probenträ­ gerplatte benetzbare Bereiche unterschiedlichen Querschnit­ tes und unterschiedlicher Größe. So sind auf der Oberfläche der transparenten Platte 1 kreisförmige 9 quadratische 10, dreieckförmige 11, rautenförmige 12, rechteckige 13 und el­ lipsenförmige 14 benetzbare Bereiche vorgesehen. Die be­ netzbaren Bereiche können jedoch auch andere geeignete Querschnitte aufweisen. Ferner sind die kreisförmigen Be­ reiche 9 und 9.1 und die dreieckigen Bereiche 11 und 11.1 in unterschiedlicher Größe dargestellt. Der Einfachheit halber sind diese unterschiedlich gestalteten Bereiche 9; 9.1; 10; 11; 11.1; 12; 13 und 14 auf einer einzigen trans­ parenten Platte 1 zur Veranschaulichung dargestellt. Auch bei dieser Probenträgerplatte ist wie bei der Ausführung nach Fig. 1 ein alle benetzbaren Bereiche 9 bis 14 umgeben­ der, nicht benetzbarer Bereich 16 auf der Oberfläche der transparenten Platte 1 vorhanden. In der Praxis werden meist gleich geformte und gleich große benetzbare Bereiche auf der Platte 1 angeordnet sein.

Die Lage und Anordnung des Schichtsystems ist in einem Schnitt durch die Probenträgerplatte in Fig. 4 dargestellt. Auf der unteren Oberfläche der transparenten Platte 1 ist vorteilhafter Weise eine die Reflexion des verwendeten Lichtes mindernde Beschichtung 15 aufgebracht, um einen verlustarmen Lichteintritt und Lichtaustritt von dieser Seite der Platte 1 her zu realisieren. Auf der oberen pro­ benseitigen Oberfläche der Platte 1 sind die Schichten 2 und 3 vorgesehen, welche unterschiedliche Brechungsindizes besitzen. Die weitere Schicht 4 umfaßt, wie bereits oben in Zusammenhang mit den Erläuterungen zu Fig. 1 ausgeführt, die benetzbaren und die nicht benetzbaren Bereiche.

Es ist ferner für eine sichere Signalgewinnung vorteilhaft, wenn im Bereich mit nicht vorhandener oder verminderter Be­ netzbarkeit das Schichtsystem so gestaltet ist, daß eine Anpassung der Reflektivität zwischen diesen Bereichen und den mit Probenlösung benetzten Bereichen erfolgt, derart, daß für das Meßsignal in den unterschiedlichen Bereichen ungefähr gleich hohe Signalintensitäten erhalten werden.

Um die meist dünne transparente Platte 1 zu schützen und zu stabilisieren und auch die Handhabung der gesamten Proben­ trägerplatte zu verbessern, ist die Probenträgerplatte von einem Rahmen 17 umgeben, welcher nach Art eines Bilderrahmens die transparente Platte 1 umschließt. Wie in der Fig. 4 dargestellt, überragt dieser Rahmen 17 geringfügig die un­ tere und die obere Oberfläche der Platte 1, womit eine gün­ stige Möglichkeit geschaffen wird, mehrere Probenträger­ platte übereinander, z. B. in Magazinen, stapeln zu können, ohne die zum Teil empfindliche Beschichtung zu beschädigen und/oder die auf der Platte 1 angeordneten Proben zu beein­ flussen. Vorteilhaft auch im Sinne einer leichten Herstell­ barkeit ist der Rahmen 17 als ein Spritzgußteil aus Kunst­ stoff ausgeführt.

Bei dieser Probenträgerplatte ist in den Bereichen mit gu­ ter Benetzbarkeit auf der Oberfläche der transparenten Platte 1, also an den Stellen, an denen die Proben angeord­ net werden, ein Hydrogel aufgebracht, welches vorteilhaft durch eine chemisch kovalente Bindung oder durch Absorption auf der obersten Schicht haftet. Dieses Hydrogel kann auch beispielsweise selbst die Benetzbarkeit eines Bereiches be­ wirken und zusätzlich für die zu untersuchenden Substanzen und Proben sensibilisiert sein. Diese Sensibilisierung er­ folgt bekanntermaßen durch biologische oder synthetische Moleküle, welche durch eine reversible oder irreversible Kopplung an das Hydrogel gebunden sind.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist die transparente Platte 1 mit einem Rahmen 18 umgeben. Die transparente Platte 1 besitzt auf ihrer oberen Fläche das aus mehreren Schichten 2 und 3 bestehende Schichtsystem und die weitere Schicht 4. Auf der unteren Oberfläche der Platte 1 ist die reflexmindernde Be­ schichtung 15 aufgebracht. Im oberen, die Platte 1 überra­ genden Teil des Rahmens 18 sind mindestens eine Ein­ trittsöffnung 19 und mindestens eine Austrittsöffnung 20 vorgesehen, durch welche bei Bedarf ein flüssiges oder auch gasförmiges Mittel, welches auch die zu testende Substanz oder Probe sein kann, in den Raum 21 über der transparenten Platte 1 ein- und ausgebracht werden kann. Dieser Raum 21 wird in vorteilhafter Weise durch eine mit dem Rahmen 18 flüssigkeits- und/oder gasdicht verbundene Abdeckplatte 22 abgeschlossen.

Claims (10)

1. Probenträgerplatte für Anlagerungs-Screening-Verfahren, insbesondere für das RIfS-Verfahren, umfassend eine transparente Platte, welche auf ihrer probenseitigen Oberfläche ein mehrere Schichten unterschiedlichen Bre­ chungsindexes umfassendes Schichtsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der obersten Schicht des Schichtsystems eine weitere Schicht angeordnet ist, welche Bereiche (Spots) mit unterschiedlicher Benetz­ barkeit für eine oder mehrere flüssige Proben oder für ein die zu untersuchende Probe enthaltende flüssiges Medium umfaßt.

2. Probenträgerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die weitere Schicht benetzbare und nicht benetzbare Bereiche umfaßt.

3. Probenträgerplatte nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf der weiteren Schicht benetzbare Bereiche von nicht benetzbaren Bereichen umschlossen sind.

4. Probenträgerplatte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die benetzbaren Bereiche der weiteren Schicht ein matrixartiges Raster bilden.

5. Probenträgerplatte nach einem der vorgehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster dem Raster vorhandener Mikrotiterplatten oder Microchips angepaßt ist.

6. Probenträgerplatte nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den benetzenden Bereichen auf der Oberseite der transparenten Platte ein Hydrogel aufgebracht ist, welches durch eine chemi­ sche kovalente Bindung oder durch Absorption auf der Platte haftet.

7. Probenträgerplatte nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Hydrogel durch biologische oder syn­ thetische Moleküle funktionalisiert ist, welche an das Hydrogel gekoppelt sind, wobei diese Kopplung reversi­ bel oder irreversibel ist.

8. Probenträgerplatte nach einem der vorgehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenträgerplatte mit einem Rahmen, vorzugsweise aus Kunststoffspritzguß, verbunden ist.

9. Probenträgerplatte nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über der Probenträgerplatte ein durch den Rahmen und eine Abdeckplatte umschlossener Hohlraum vorgesehen ist, dessen untere Begrenzung durch die Oberfläche der Probenträgerplatte gebildet ist, wobei der Rahmen und/oder die Abdeckplatte mindestens eine Ein- und Austrittsöffnung für Gase oder Flüssigkeiten besitzen.

10. Probenträgerplatte nach einem der vorgehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die benetzbaren Berei­ che einen runden oder mehreckigen Querschnitt gleicher oder unterschiedlicher Größe aufweisen.