DE102005049976A1 - Anordnung zur integrierten und automatisierten DNA- oder Protein-Analyse in einer einmal verwendbaren Cartridge, Herstellungsverfahren für eine solche Cartridge und Betriebsverfahren der DNA- oder Protein-Analyse unter Verwendung einer solchen Cartridge - Google Patents
Anordnung zur integrierten und automatisierten DNA- oder Protein-Analyse in einer einmal verwendbaren Cartridge, Herstellungsverfahren für eine solche Cartridge und Betriebsverfahren der DNA- oder Protein-Analyse unter Verwendung einer solchen Cartridge Download PDFInfo
- Publication number
- DE102005049976A1 DE102005049976A1 DE102005049976A DE102005049976A DE102005049976A1 DE 102005049976 A1 DE102005049976 A1 DE 102005049976A1 DE 102005049976 A DE102005049976 A DE 102005049976A DE 102005049976 A DE102005049976 A DE 102005049976A DE 102005049976 A1 DE102005049976 A1 DE 102005049976A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- arrangement according
- cartridge
- pcr
- reagents
- dna
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING 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
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
- B01J2219/00639—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being trapped in or bound to a porous medium
- B01J2219/00641—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being trapped in or bound to a porous medium the porous medium being continuous, e.g. porous oxide substrates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
- B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
- B01J2219/00659—Two-dimensional arrays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
- B01J2219/0072—Organic compounds
- B01J2219/00722—Nucleotides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
- B01J2219/00718—Type of compounds synthesised
- B01J2219/0072—Organic compounds
- B01J2219/00725—Peptides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/16—Reagents, handling or storing thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
- B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
- B01L2300/0645—Electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
- B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
- B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
- B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
- B01L2300/0867—Multiple inlets and one sample wells, e.g. mixing, dilution
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
- B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
- B01L2300/087—Multiple sequential chambers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
- B01L7/52—Heating 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Zoology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Zur automatisierten DNA- oder Protein-Analyse wird eine Cartridge (Karte) mit einem System von Mikrokanälen und/oder Mikrokavitäten verwendet, wobei die Mikrokanäle bzw. die Mikrokavitäten geometrische Strukturen zur Aufnahme von Trockenreagenzien aufweisen. Zwecks industrieller Herstellung wird die Cartridge aus einem flachen Kartenkörper hergestellt, beispielsweise durch Spritzgusstechnik, in die offenen Kanäle die Reagenzien gespottet und getrocknet und anschließend werden die Kanäle durch eine Folie verschlossen. Es kann somit eine fertig konfektionierte Cartridge mit einer Messprobe versehen werden und durch Einbringen in ein Auslesegerät der vollautomatisierte Messablauf gestartet werden.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur integrierten und automatisierten DNA- oder Protein-Analyse in einer einmal verwendbaren Cartridge. Als Cartridge wird dabei eine flache Karte im Scheckkartenformat bezeichnet. Daneben bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung einer solchen Cartridge. Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf ein Betriebsverfahren für eine DNA- oder Protein-Analyse unter Verwendung einer solchen Cartridge.
- Zur Nukleinsäureanalytik, beispielsweise zur Analytik von weißen Blutzellen aus Vollblut, zwecks Beantwortung von humangenomischen Fragestellungen müssen zunächst in einer ersten Station als Probenvorbereitungsschritt die Zellen aufgebrochen und anschließend die dabei freigesetzte DNA isoliert werden. In einer zweiten Station erfolgt eine PCR (Polymerase Chain Reaction = Polymerase-Ketten-Reaktion) zur selektiven DNA-Vervielfältigung (Amplifikation), um die Konzentration der nachzuweisenden DNA soweit zu erhöhen, dass diese in einer dritten Station nachgewiesen werden kann.
- Im Labor werden letztere Teilprozesse separat nach bekanntem Stand der Technik durchgeführt. Die vorstehend erläuterten drei Stationen beinhalten jeweils mehrere Arbeitsschritte und werden voneinander unabhängig mit unterschiedlichen Geräten durchgeführt. Die einzelnen Arbeitsschritte erfolgen weitgehend manuell.
- Die Realisierung dieser Schritte ist vom Vorhandensein von Laborgeräten – wie einer Zellaufschluss-Apparatur, einem PCR-Gerät (sog. Thermocycler), evtl. einem PCR-Gerät, das für quantitative PCR geeignet ist, einer Elektrophorese-Apparatur, einer Hybridisierungsstation, einem optischen Reader, sog. Eppendorf-Tubes, mehreren Pipettier-Geräten sowie einem Kühlbehälter für Reagenzien – abhängig und muss von geschultem Personal unter Einhaltung von Sicherheitsvorschriften bezüglich Infektionsgefahr, Abfallentsorgung od. dgl. durchgeführt werden. Insbesondere müssen mehrere volumetrische, d.h. genaue, Dosierungen (Pipettieren) von Reagenzlösungen durchgeführt werden. Solche Arbeitsschritte sind zeitaufwendig und kostenintensiv.
- Vom Stand der Technik sind Einrichtungen zur biochemischen Analyse bekannt, die entsprechend der WO 02/073153 A1 Verwendung von insbesondere siliziumbasierten Messmodulen machen, welche in eine Chipkarte integriert werden können. Dabei werden entsprechend der WO 02/072262 A1 bereits die zur Analyse verwendeten Reagenzien in trockengelagerter Form in das Analysemodul integriert.
- Davon ausgehend ist Aufgabe der Erfindung die Realisierung eines preisgünstigen, einfach handhabbaren, kompletten DNA- oder Protein-Analyse-Vorganges in einer miniaturisierten Cartridge. Insbesondere sollen folgende Verbesserungen im Vergleich zur Labormethode realisiert werden:
- – Eine vollständige Integration aller Stoffe (evtl. außer Wasser) in einer geschlossenen einmal verwendbaren Cartridge;
- – eine Bevorratung der Reagenzien in einer bei Raumtemperatur lagerstabilen Form;
- – eine automatische Durchführung aller Prozesse in der Cartridge;
- – keine manuellen Arbeitsschritte, außer Injektion der zu analysierenden Probe, z. B. Blut;
- – Kein direkter Kontakt mit gesundheitsgefährdenden Stoffen (Blut und Reagenzien-Abfall verbleiben in der Cartridge);
- – Cartridge-Geometrie erlaubt eine effiziente und schnelle Thermozyklisierung;
- – alle Detektionsvorgänge sollen elektrisch ablaufen und einfach auszulesen sein;
- – die verwendete Cartridge ist klein und kostengünstig herzustellen.
- Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit einer Cartridge gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Herstellung einer solchen Cartridge ist Gegenstand des Patentanspruches 34. Betriebsverfahren mit solchen Cartridges sind Gegenstand der nebengeordneten Patentansprüche 38 und 42. Dabei ist Anspruch 38 auf die DNA-Analyse und Anspruch 42 auf die Protein-Analyse gerichtet. Weiterbildungen der Anordnung, des Herstellungsverfahrens und der Betriebsweise bei der Analyse sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
- Die Erfindung geht insbesondere von der WO 02/072262 A1 und dem dort genannten weiteren Stand der Technik aus. Dort wird eine Analyseeinrichtung mit in Fluidkanälen trockengelagerten, bei Raumtemperatur stabilen Reagenzien beschrieben, die durch Zuführen von Wasser kurz vor ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung in Lösung gebracht werden. Die Erfindung geht weiterhin von der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2004 021780 A1 und der nicht vorveröffentlichtenDE 10 2004 021822 A1 aus. Daneben ist es auch bekannt, speziell elektrisch auslesbare Detektionsmodule zu verwenden. - Demgegenüber ist Gegenstand der Erfindung eine solche einmal verwendbare Cartridge mit einem System aus Mikrokanälen und/oder Mikrokavitäten für einen vorgegebenen Prozessablauf nach der Probenaufnahme, wobei die Cartridge Strukturen zur Aufnahme der Trockenreagenzien aufweist und diesen Strukturen Mittel zur Durchführung sowohl des Zellaufschlusses einerseits und der PCR andererseits, aber auch der elektrochemischen Detektion zugeordnet sind. Insbesondere haben dabei die Kanäle unterschiedliche, problemangepasste Strukturen. Speziell der Aufschlusskanal hat vorteilhafterweise gestufte Querschnitte zur optimalen Benetzung mit dem Trockenreagenz, während die PCR-Kammer und die Elisa-Reagenzkanäle töpfchenförmige Vertiefungen aufweisen.
- Es kann somit erreicht werden, dass in einem Verfahrensablauf die Zuführung und Aufbereitung der Probe, die DNA-Amplifikation und die eigentliche Detektion der DNA möglich ist.
- Durch das erfindungsgemäße System der geometrischen Strukturen in den Mikrokanälen bzw. Mikrokavitäten zur Aufnahme von Trockenreagenzien ergeben sich geeignete Randbedingungen für die DNA-Analyse einerseits und die Protein-Analyse andererseits. Folgende Merkmale und Maßnahmen sind wesentlich:
- – Die im Mikrokanal bzw. in der Mikrokavität eingebrachten Reagenzien sind trockenbare Substanzen mit vernachlässigbarem Dampfdruck. Durch die bei Raumtemperatur stabilen Substanzen bleiben deren Eigenschaften für Zellaufschluss und/oder PCR und/oder Detektion erhalten. Dabei können Gemische aus den Substanzen mit Hilfsstoffen Dünnfilme bilden und können die Gemische mit dünnen Paraffinschichten wasserdicht abgedeckt sein.
- Bei der Erfindung werden die Reagenzien und Hilfsstoffe bereits bei der Herstellung der Cartridge als Trockensubstanzen in Vertiefungen der Cartridgekanäle4 eingebracht. Daraus ergeben sich folgende Vorteile:
- – einfache und präzise Applikation der Reagenzien bei der Herstellung der Cartridge
- – Schutz der Reagenzien beim Befüllen der Reagenzkanäle, d.h. die Reagenzien werden durch einen sog. Wasserflow nicht weggespült, sondern bleiben beim Füllen des gesamten Kanals erhalten. Erst nach dem Befüllen des Kanals lösen sich die Reagenz-Spots über Diffusionsvorgänge auf und es entsteht eine homogene Reagenzlösung.
- In einer weiteren besonderen Ausführungsform sind die Vertiefungen in vordefinierten Abständen entlang des Reagenzkanals lokalisiert. Dabei können die Abstände äquidistant sein oder besonders vorteilhaft in variablen Abstandsmustern angeordnet sein.
- Die Vertiefungen können vorteilhafterweise mit variablen Trockenreagenzmengen befüllt sein. Durch die Kombination von verschiedenen Trockenreagenzmengen und Abstandsmustern der Vertiefungen können die gewünschten Konzentrationsprofile der fertigen Reagenzlösungen eingestellt werden.
- Für bestimmte Funktionen wie z. B. Zellaufschluss in Gegenwart von Magnet-Beads und Lyse-Reagenzien ist eine gleichmäßige Verteilung der unlöslichen Komponenten, d.h. der Beads, im Trockenreagenz erforderlich. Dazu werden die Magnet-Beads als Suspension in den Lyse-Kanal dispensiert. Beim Verdampfen des Lösungsmittels wird beobachtet, dass sich die Beads in die Randbereiche des Lyse-Kanals zurückziehen und eine gleichmäßige Verteilung dadurch nicht gegeben ist. Durch stufenartige Strukturierung des Lyse-Kanal-Querschnittes verteilen sich die Magnet-Beads über die Stufen und eine gleichmäßige Verteilung wird erreicht.
- Damit mit der erfindungsgemäßen Cartridge gleichermaßen ein Zellaufschluss, eine PCR und ein so genannter DNA-/Protein-ELISA-Test durchgeführt werden kann, ist es vorteilhaft, dass in den Mikrokanälen bzw. Mikrokavitäten Substrate mit DNA-bindenden Eigenschaften, insbesondere die DNA-bindenden Magnet-Beads, vorhanden sind. Dabei können die Lyse-Reagenzien und die Magnet-Beads zusammen in einer einzigen Trockenmatrix enthalten sein. Weiterhin sind in der Karte auch die Reagenzien für einen ELISA-Assay vorhanden. Im Einzelnen werden für das ELISA-Assay zwei Reagenzien benötigt, d.h. als erstes Reagenz ein Label-Enzym und als zweites Reagenz ein Enzym-Substrat.
- Insbesondere ist in der Cartridge ein Detektionsmodul zur elektrischen Detektion der Hybridisierungsvorgänge angeordnet. Das Detektionsmodul besteht vorteilhafterweise aus einem Edelmetall/Plastik-Verbund oder einem halbleiterprozessierten Siliziumchip mit Edelmetallelektroden. Für eine elektrische Detektion geeignet sind dabei insbesondere elektrochemische, magnetische oder piezoelektrische Messverfahren.
- Zur Anwendung der Erfindung der erfindungsgemäßen Cartridge ist insbesondere ein Eingabeport für eine Vollblutprobe vorhanden. Weiterhin sind Mittel zur Zufuhr von Wasser vorhanden, beispielsweise Zufluss-Ports zum Anschluss an eine externe Wasserzufuhr oder ein integriertes Wasserreservoir. In den Mikrokanälen bzw. Mikrokavitäten haben trockene Puffersubstanzen definierte Ionenstärke nach der Wasserzufuhr.
- Bei Anwendung der Erfindung zur Analytik von weißen Blutzellen aus Vollblut sind vorteilhafterweise Mittel zum Mischen einer Vollblutprobe mit Wasser bzw. einer Pufferlösung vorhanden. Dabei sind Mittel zum Durchströmen des mit Lyse-/Bead/Reagenz beschichteten Mikrokanals bzw. Mikrokavität mit Blut bzw. Blut/Wasser- oder Blut/Puffer-Gemische vorhanden.
- Für die in der erfindungsgemäßen Cartridge bei Anwendung speziell zur DNA-Analyse durchzuführende PCR sind weiterhin Mittel zum Generieren eines Magnetfeldes zum Fixieren des DNA-/Magnetbead-Komplexes in einer PCR-Kavität vorhanden. Für diesen Zweck muss die PCR-Kavität geeignet verschlossen werden können und müssen Mittel zur Thermozyklisierung vorhanden sein.
- Schließlich ist es bei der erfindungsgemäßen Cartridge wesentlich, dass Mittel zum Lagern von verbrauchtem Probenmaterial und verbrauchten Reagenzien vorhanden sind, die Abfall-Reservoirs bilden. Dabei müssen die Mittel zur keimdichten, zell- bzw. partikelfreien Entlüftung von mindestens einem Abfallreservoir geeignet sein. Zum Auslesen der Cartridge in einem Auslesegerät, das nicht Gegenstand der Erfindung ist, müssen schließlich Mittel zur Fixierung der Cartridge vorhanden sein.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung
-
1 eine Cartridge mit einer Übersicht über einzelne Mikrokanal-/Kavitäten-Systeme mit den zugehörigen Funktionsbezeichnungen, -
2 die Draufsicht auf einen Zellaufschlusskanal, -
3 den Querschnitt durch den Zellaufschlusskanal gemäß5 , -
4 zwei Alternativen des Durchflusskanalquerschnittes in vergrößerter Darstellung, -
5 die Draufsicht auf die PCR-Kammer in1 , -
6 und7 den Querschnitt durch die PCR-Kammer gemäß5 , -
8 die Draufsicht auf einen ELISA-Reagenzkanal in1 , -
9 ,10 den Querschnitt des ELISA-Reagenzkanals gemäß8 sowie die -
11 bis23 die Draufsicht auf die Cartridge gemäß1 in verschiedenen Verfahrenszuständen während einer automatisierten Auswertung. - In den Figuren haben gleiche bzw. gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen. Insbesondere die
1 bis10 einerseits und die11 bis23 andererseits werden gemeinsam beschrieben. - In
1 ist eine Cartridge100 für einen ELISA("Enzyme Linked Immuno Sorbent ASSAY")-Test mit einem Leitungssystem im Aufriss dargestellt, das Mikrokanäle- bzw. Mikrokavitätenbildet. Die Cartridge100 besteht im Einzelnen aus einem Kunststoff-Grundkörper101 mit den dort eingebrachten Fluidik-Strukturen, die von einer Kunststofffolie abgedeckt sind. - Die Strukturen werden anhand der
2 bis10 weiter unten beschrieben. - Aus der Draufsicht gemäß
1 ist ein Probenport102 mit daran anschließender Dosierstrecke105 , über den definiert flüssige Proben zur insbesondere Nukleinsäureanalytik, beispielsweise zur Analytik von weißen Blutzellen aus Vollblut, zwecks Beantwortung von humangenomischen Fragestellungen eingebracht werden können, ersichtlich. Es schließt sich ein Kanalbereich110 für den Zellaufschluss der Probe und weiterhin speziell für eine der DNA-Analyse ein Bereich120 für eine PCR(Polymerase Chain Reaction = Polymerase-Ketten-Reaktion) zur selektiven DNA-Vervielfältigung (Amplifikation) an, um die Konzentration der nachzuweisenden DNA soweit zu erhöhen, dass diese in einer dritten Station nachgewiesen werden kann. Die eigentliche PCR-Kammer ist durch Ventile122 ,122' verschließbar. Die Detektion der so aufbereiteten Probe, insbesondere gemäß dem ELISA-Verfahren, erfolgt dann im Bereich130 . - Aus
1 sind weiterhin Wasserports103 bis10''' ersichtlich. Darüber ist bei der Aufbereitung einer Probe Wasser als Transport- und Lösungsmittel in die Cartridge100 einbringbar. Weiterhin sind Entlüftungsports104 bis104''' vorhanden. - Wie erwähnt hat die Cartridge
100 insbesondere einen Eingabe-Port102 für eine Vollblutprobe. Dazu sind Mittel zur Zufuhr von Wasser vorhanden. Es kann ein Zuflussport zum Anschluss an eine externe Wasserzufuhr vorhanden sein oder der Zuflussport kann an ein integriertes Wasser-Reservoir angeschlossen werden. - Die Mikrokanäle bzw. Mikrokavitäten
101 bis131 sind im Normalfall mit trockenen Puffersubstanzen gefüllt, die eine definierte Ionenstärke nach Wasserzufuhr gewährleisten. Für die Blutanalyse sind Mittel zum Mischen von Vollblutproben und Wasser bzw. der Pufferlösung und/oder Mittel zum Durchströmen eines mit einem Lyse-Bead-Reagenz beschichteten Mikrokanals bzw. der Mikrokavität mit Blut oder mit Blut-Wasser- bzw. Blut-Puffer-Gemisch vorhanden. - Im Kanalsystem sind weite Bereiche
106 ,107 ,108 ,109 als Reservoirs für die Aufnahme von Abfall ("Waste") vorgesehen. Daneben ist ein Bereich mit Kanälen131 bzw.131' für die Aufnahme unterschiedlicher ELISA-Reagenzien vorhanden. - In den
2 bis4 kennzeichnen jeweils Bezugszeichen101 wieder den Cartridge-Grundkörper. Der Körper beinhaltet speziell für einen Zellaufschluss ("Lyse") einen in besonderer Weise ausgeformten Durchflusskanal111 mit durch die Seitenkanten gebildeten stufenförmigen Vertiefungen112 zur Aufnahme von Trockenreagenzien. Die Vertiefungen112 weisen dabei mehrere Stufen mit Stufenhöhen von 10 bis 500 μm auf und haben eine Ausdehnung von ca. 1 mm und eine Tiefe von etwa 100 μm. - Speziell in der Darstellung gemäß der
4a ergibt sich die alternative Möglichkeit, bei einem Durchflusskanal ohne Zusatzvertiefungen die Aufnahme der Lyse-Reagenzien nur im Bereich113 der Kanten des Durchflusskanals111 vorzusehen. In4b sind dagegen derartige Reagenzien, die insbesondere auch Magnet-Beads zur Bindung der freigesetzten DNA enthalten, gleichmäßig zwischen den Stufen112 über den Durchflusskanal111 verteilt. Magnet-Beads haben DNA- und Proteinbindende Eigenschaften, sofern sie entsprechend vorbehandelt sind. Sie können mit DNA-bindenden Eigenschaften u. gegebenenfalls auch mit Antikörpern beschichtet sein. Zum Einbringen von Trockensubstanzen als Matrix mit Lyse-Reagenz und Magnet-Beads wird insbesondere auf die ältereDE 10 2004 021780 A1 und die ältereDE 10 2004 021822 der Anmelderin verwiesen. - In den
5 bis7 ergibt sich die Struktur einer PCR-Kammer120 im Cartridge-Grundkörper101 mit Strömungskanal111 . Die Ventilanordnung zum Abschluss der PCR-Kammer bei bestimmungsgemäßer Anwendung ist hier nicht dargestellt. Wesentlich ist, dass in der PCR-Kammer120 rundzylindrische Vertiefungen124 ,124' zur Aufnahme spezifischer Reagenzien127 ,127' , die bei der Durchführung der PCR benötigt werden, vorhanden sind. Speziell in7 ist dazu dargestellt, dass ein trocken lagerbares, bei Raumtemperatur stabiles PCR-Reagenz127 ,127' zunächst von einer Paraffinschicht128 ,128' abgedeckt ist. - Die sachgerechte Durchführung der PCR mit ventilgesteuerter Thermozyklisierung innerhalb einer Cartridge wird im Einzelnen in den parallelen Anmeldungen
DE 10 2004 050576.4 DE 10 2004 050510.1 120 durch steuerbare Magnetfelder beschrieben, worauf hier nicht mehr im Einzelnen eingegangen wird. - Aus den
8 bis10 ergibt sich der Aufbau und die Struktur der ELISA-Reagenz-Kanäle131 und131' aus1 . Es sind jeweils näpfchenförmige Vertiefungen132 bis1326 vorhanden, die zur Aufnahme von vordosierten und vorportionierten Mengen an Reagenzien für den ELISA-Prozess entsprechend9 geeignet sind. Dies ist im Einzelnen in der eingangs bereits als Stand der Technik genannten WO 02/072262 A1 beschrieben, auf die im vorliegenden Zusammenhang ebenfalls ausdrücklich verwiesen wird ("Incorporation by Reference"). In10 sind die kreiszylindrischen Vertiefungen132 bis1326 mit Trockenreagenzien133 bis1336 befüllt dargestellt. Dabei realisiert ein erstes Reagenz ein Markierungsenzym und ein zweites Reagenz ein Enzymsubstrat, wie es bekanntermaßen bei der Hybridisierung der gegebenenfalls durch eine PCR aufbereiteten Probe mit spezifischen Fängersonden benötigt wird. Im nur schematisch angedeuteten Bereich130 der Detektion können sich in einem Modul aus einem Edelmetall-/Plastik-Verbund unterschiedliche Sensoren zur Erfassung biochemischer Reaktionen befinden. Speziell bei elektrochemischen Messungen mit halbleiterprozessierten Chips, d.h. insbesondere siliziumbasierten Sensoren, können die Sig nale elektrisch erfasst und unmittelbar weiterverarbeitet werden. Neben elektrochemischen sind auch magnetische und/oder piezoelektrische Messmethoden mit diesbezüglichen Sensoren möglich. - In den
11 bis23 ist jeweils die Cartridge100 gemäß1 in der Draufsicht dargestellt, wobei der jeweils beim Analysevorgang aktive Bereich der Cartridge100 markiert ist: Dazu wird die Cartridge100 in ein Analysegerät, das in den Figuren nicht im Einzelnen dargestellt ist und nicht Gegenstand vorliegender Patentanmeldung ist, eingeschoben. - Die Auswertung wird nachfolgend anhand elf konkreter Verfahrens-Teilschritte a) bis m) verdeutlicht, nachdem die Cartridge in ein Auswertegerät mit Mitteln zur Aufnahme der Cartridge eingeschoben und das Auswertegerät bei darin fixierter Cartridge aktiviert ist. Unter Bezugnahme auf
1 ergeben sich im Einzelnen folgende Teilschritte: - a) Es wird
ca. 10 μl
Blut als Messprobe eingefüllt. Über die
Dosierkapillare
105 wird 1 μl automatisch dosiert. - b) Das überschüssige Blut
wird in den Leerraum
106 (Waste 1) gewaschen. - c) Anschließend
werden 1 μl
Blutprobe mit Wasser verdünnt
und in den Zellaufschlusskanal
110 transferiert. Dort finden der Zellaufschluss (Lyse) der Blutzellen sowie das Binden der freigesetzten DNA an die Magnet-Beads statt. - d) Anschließend
werden die Magnet-Beads in die PCR-Kammer transferiert und dort
gesammelt. Es findet ein Waschvorgang statt, wobei die Waschlösung im
Leerraum
107 (Waste 2) gesammelt wird. - e) Nunmehr ist der Waschvorgang abgeschlossen.
- f) Anschließend
werden die PCR-Kammerventile
122 ,122' geschlossen und die PCR durchgeführt. - g) Während
der PCR wird gleichermaßen
der ELISA-Reagenzkanal
131 , der das Enzymsubstrat enthält, mit Wasser gefüllt. - h) Gleichermaßen
wird während
der PCR der ELISA-Reagenz kanal
131' , der das Label-Enzym enthält, mit Wasser gefüllt. - i) Nach der PCR werden die PCR-Kammerventile
122 ,122' geöffnet und das PCR-Produkt wird über das Detektionsmodul130 (in den Waste 3, Kanal108 ) geleitet, wo die Hybridisierung mit den spezifischen Fängersonden erfolgt. - j) Der Enzym-Substrat-Kanal wird in den Abfallkanal
108 (Waste 3) entlüftet. - k) Der Label-Enzym-Kanal wird in den Abfallkanal
108 (Waste 3) entlüftet. - l) Die Label-Enzym-Lösung
fließt über das
Detektionsmodul
130 zum Labeln in den Abfallbereich109 (Walte 4). - m) Die Enzym-Substrat-Lösung
fließt über das Detektionsmodul
130 zur enzymatisch-elektrochemischen Detektion der Hybridisierung in den Abfallbereich109 (Waste 4). - Damit ist das Analyseverfahren abgeschlossen. Insbesondere bei einer elektrochemischen Detektion können die anfallenden Signale elektrisch ausgelesen und prozessorgestützt gemäß vorgegebenem Programm ausgewertet werden.
- Die anhand der
1 im Einzelnen mit Kanälen und Kavitäten beschriebene Cartridge wird aus einem Polymermaterial, wie z. B. Polycarbonat, beispielsweise in Spritzgusstechnik, hergestellt. Dabei wird zunächst der Karten-Grundkörper101 mit nach oben offenen Strukturen hergestellt und es werden die Reagenzien in die zunächst offenen Kanäle bzw. Kavitäten gespottet und anschließend getrocknet. Das Detektionsmodul wird in geeigneter Weise in die Cartridge eingebracht, insbesondere eingeklebt. Zum Abschluss werden die Kanäle und die Kavitäten z. B. mit einer elastischen Folie als obere Abdeckung versehen und ist damit für den bestimmungsgemäßen Gebrauch abgeschlossen. - Es ist auch möglich, dass auf den offenen Kartengrundkörper
101 vor dem abdeckseitigen Abschluss und Fertigstellung der Cartridge bestimme Sondereinrichtungen, beispielsweise als Dichtungsmaterialien und/oder Entlüftungsmaterialien, aufgebracht werden. - Das konkrete Messverfahren wurde anhand der
11 bis23 für einen spezifischen Fall der DNA-Analyse einer Probe aus Vollblut erläutert. Allgemein ist vorgesehen, die beschriebene Cartridge für die DNA-Analyse einerseits und/oder die Proteinanalyse andererseits einzusetzen, wobei – wie vorstehend bereits erwähnt – ein entsprechendes Auslesegerät und zugehörige Auswertealgorithmen zu Hilfe genommen werden. Damit ergeben sich definierte Betriebsverfahren, welche die anhand der Beispiele beschriebene Cartridge erst praxistauglich zum dezentralen Einsatz im Rahmen einer medizinischen "Point of Care"-Anwendung machen. - Abschließend wird speziell für die DNA-Analyse nochmals das integrierte Betriebsverfahren der oben im Einzelnen beschriebenen Cartridge als Kombination bzw. in der Abfolge der einzelnen Teilschritte zusammengefasst:
- – Aufgeben der Probe in Cartridge
- – Einschieben der Cartridge in Auslesegerät
- – Starten des vollautomatischen Assays
- – Proben-Dosierung über Dosierstrecke
- – Waschen der Dosierstrecke
- – Verdünnen der Probe und Einbringen in Lyse-Kanal
- – Verweilen im Lyse-Kanal
- – Sammeln des DNA-Bead-Komplexes durch Beadsammler in der PCR-Kammer
- – Waschen des DNA-Bead-Komplexes mit Wasser
- – Verschließen der PCR-Kammer
- – Durchführung der PCR
- – Während der PCR: Füllen der beiden ELISR-Reagenzkanäle mit Wasser
- – Öffnen der PCR-Kammer
- – Transport des PCR-Produkts in Detektionskammer
- – Hybridisierung in der Detektionskammer
- – Entlüften der beiden ELISA-Reagenzkanäle
- – Füllen und
Spülen
der Detektionskammer mit ELISA Reagenz
1 - – Füllen und
Spülen
der Detektionskammer mit ELISA-Reagenz
2 - – Durchführung der elektrochemischen Messungen.
- Bei den elektrochemischen Messungen erfolgt zunächst das Durchspülen der Detektionskammer mit einer ein Enzymlabel tragenden Antikörperlösung (ELISA-Reagenz
1 ). Dann erfolgt das Durchspülen der Detektionskammer mit Enzymsubstrat (ELISA-Reagenz2 ). Die elektrochemischen Messungen werden in an sich bekannter Weise bei vorgebbaren, unterschiedlichen Temperaturen und änderbarer Fließgeschwindigkeiten der Enzymsubstrat-Lösung durchgeführt. - Für die Protein-Analyse werden entsprechende Vorgehensweisen angewandt, wobei in diesem Fall die PCR nicht zum Tragen kommt.
Claims (44)
- Anordnung zur integrierten und automatisierten DNA- oder Protein-Analyse einer Messprobe in einer mit Trockenreagenzien befüllten einmal verwendbaren Cartridge (Karte), mit folgenden Merkmalen zur automatischen Durchführung aller für die Prozessanalytik aus einzelnen Teilprozessen in der Cartridge notwendigen Maßnahmen: – In der Cartridge (
100 ) ist ein System von Mikrokanälen und/oder Mikrokavitäten (101 bis131 ) für eine mikrofluidische Prozesstechnik vorhanden; – die Mikrokanäle bzw. die Mikrokavitäten (101 bis131 ) weisen vorgegebene geometrische Strukturen auf, um Reagenzien aufzunehmen, wobei – die Reagenzien an bestimmten Stellen in den Mikrokanälen bzw. die Mikrokavitäten (101 bis131 ) der Cartridge (100 ) in einer lagerstabilen Form bevorratet sind; – es sind Mittel vorhanden, um die trockengelagerten Reagenzien für den jeweiligen Teilprozess in geeigneter Form, insbesondere als flüssiges Reagenz, bereit zu stellen. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen zur Aufnahme der trockenen, lagerstabilen Reagenzien die Reagenzien Vertiefungen (
112 ,132 ) aufweisen. - Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen mindestens eine Stufe mit Stufenhöhen von 10 bis 500 μm aufweisen.
- Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen eine Ausdehnung von ca. 1 mm und eine Tiefe von etwa 100 μm haben.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen Zylindrisch sind, wobei die Ausdehnung den Durchmesser darstellt.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Mikrokanälen bzw. in den Mikrokavitäten (
101 bis131 ) eingebrachte Reagenzien folgende Eigenschaften aufweisen: – Es sind trockenbare Substanzen mit vernachlässigbarem Dampfdruck, die bei Raumtemperatur stabil sind, so dass die Eigenschaften für einen Zellaufschluss bzw. eine PCR bzw. zur Detektion biochemischer Größen erhalten bleiben. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gemische aus der jeweiligen Substanz mit Hilfsstoffen dünne Filme bilden, die an den Wandungen haften.
- Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass in Teile der Mikrokanäle bzw. Mikrokavitäten (
101 bis131 ) eingebrachten Substanzen bzw. Gemische mit dünnen Paraffinschichten wasserdicht abgedeckt sind. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Teile der Mikrokanäle bzw. Mikrokavitäten (
101 bis131 ) eingebrachten Substanzen DNA- oder Protein-bindende Eigenschaften aufweisen. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Teile der Mikrokanäle bzw. Mikrokavitäten (
101 bis131 ) eingebrachten Substanzen Magnet-Beads mit spezifischen Bindungseigenschaften sind. - Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnet-Beads mit Antikörpern beschichtet sind.
- Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnet-Beads mit DNA-bindende Substanzen beschichtet sind.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gleichermaßen Lyse-Reagenzien und Magnet-Beads vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lyse-Reagenzien und die Magnet-Beads in einer einzigen Trockenmatrix enthalten sind.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein so genannter DNA-ELISA-Assay oder Protein-ELISA-Assay (
130 ,131 ) durchführbar ist, wobei als Reagenzien für das ELISA-Assay (130 ,131 ) ein Label-Enzym (Reagenz1 ) und ein Enzymsubstrat (Reagenz2 ) vorhanden sind. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Detektionsmodul (
130 ) zur elektrischen Detektion der Hybridisierungsvorgänge vorhanden ist. - Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmodul (
130 ) aus einem Edelmetall/Plastik-Verbund besteht. - Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmodul aus einem halbleiterprozessierten Siliziumchip mit Edelmetallelektroden besteht.
- Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel für die elektrische Detektion elektrochemische, magnetische und/oder piezoelektrische Messmethoden eingesetzt werden.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Cartridge (
100 ) einen Eingabe-Port (102 ) für eine Vollblutprobe hat. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (
103 bis103''' ) zur Zufuhr von Wasser, insbes. ein Zuflussport, vorhanden ist. - Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuflussport zum Anschluss an eine externe Wasserzufuhr vorhanden ist.
- Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuflussport an ein integriertes Wasser-Reservoir angeschlossen ist.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokanäle bzw. Mikrokavitäten (
101 bis131 ) mit trockenen Puffersubstanzen definierter Ionenstärke nach Wasserzufuhr gefüllt sind. - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Mischen von Vollblutproben und Wasser bzw. der Pufferlösung vorhanden sind.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Durchströmen des mit Lyse-Bead-Reagenz beschichteten Mikrokanals bzw. der Mikrokavität mit Blut oder mit Blut-Wasser- bzw. Blut-Puffer-Gemisch vorhanden sind.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Generieren eines Magnetfeldes zwecks Fixierung des DNA-/Magnet-Bead- oder Prote-in-Magnet-Bead Komplexes vorhanden sind.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Generieren eines Magnetfeldes zwecks Fixierung des DNA/Magnet-Bead-Komplexes in einer PCR-Kavität vorhanden sind.
- Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Verschließen der PCR-Kavität vorhanden sind.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Thermozyklisierung der Probe vorhanden sind.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Cartridge (Karte) Mittel zum Lagern von verbrauchtem Probenmaterial und/oder verbrauchten Reagenzien vorhanden sind.
- Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Lagern von verbrauchtem Probenmaterial und/oder verbrauchten Reagenzien Abfallreservoirs bilden.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum keimdichten, partikel- bzw. zellfreien Entlüften der Abfall-Reservoirs vorhanden sind.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Fixierung der Cartridge in einem Auslesegerät vorhanden sind.
- Verfahren zur Herstellung einer bei der Anordnung gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 33 verwendeten Cartridge, mit folgenden Verfahrensschritten: – Ein Cartridge-Grundkörper mit Kanälen und/oder Kavitäten wird aus Polymer gefertigt, – in die offenen Kanäle werden Reagenzien gespottet und dort getrocknet, – die Kanäle und/oder Kavitäten werden durch eine Folie verschlossen.
- Herstellungsverfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Karten-Grundkörper durch Spritzgusstechnik hergestellt wird.
- Herstellungsverfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass Sondermaterialien, wie beispielsweise Dichtungsmembranen, Entlüftungsmembranen od. dgl., auf den Kartenkörper aufgebracht werden.
- Herstellungsverfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abdichten des Kartenkörpers ein Detektionsmodul mit Messmitteln eingebracht, insbesondere einge klebt, wird.
- Betriebsverfahren für eine DNA-Analyse in einer Anordnung gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 33, mit folgenden Maßnahmen: – Aufgeben der Probe in die Cartridge, – Einschieben der Cartridge in das Auslesegerät, – Starten des vollautomatischen Assays.
- Betriebsverfahren nach Anspruch 38, mit folgenden Schritten beim Betrieb des vollautomatischen Assays: – Über eine Dosierstrecke erfolgt eine Probendosierung, – die Dosierstrecke wird gewaschen, – die Messprobe wird verdünnt und in den Lysekanal eingebracht, – durch Verweilen im Lysekanal erfolgt ein Zellaufschluss, – der gebildete DNA-Bead-Komplex wird durch einen Flüssigkeitsstrom in die PCR-Kammer gebracht und durch einen Bead-Sammler in die PCR-Kammer gehalten – es erfolgt ein Waschen des DNA-Bead-Komplexes mit Wasser, – die PCR-Kammer wird verschlossen, – die PCR wird durchgeführt, – nach Beendigung der PCR wird das PCR-Produkt in die Detektionskammer transportiert – in der Detektionskammer finden Hybridisierungsvorgänge mit spezifischen Fängersonden statt, – es erfolgt das Durchspülen der Detektionskammer mit Markierungsenzym – es erfolgt das Durchspülen der Detektionskammer mit Enzymsubstrat – es erfolgt die Durchführung der elektrochemischen Messungen – die elektrochemischen Messungen werden bei verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Fließgeschwindigkeiten der Enzymsubstrat-Lösung durchgeführt.
- Betriebsverfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass während der PCR die ELISA-Reagenzkanäle mit Wasser gefüllt werden.
- Betriebsverfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Hybridisierung die beiden ELISA-Kanäle entlüftet werden, dass anschließend die Detektionskammer zunächst mit dem ersten ELISA-Reagenz gasblasenfrei gespült und anschließend mit dem zweiten ELISA-Reagenz gasblasenfrei gespült wird, und dass anschließend die elektrochemische Messung durchgeführt wird.
- Betriebsverfahren für eine Protein-Analyse in einer Anordnung gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 33, mit folgenden Maßnahmen: – Aufgeben der Probe in die Cartridge, – Einschieben der Cartridge in das Auslesegerät, – Starten des vollautomatischen Assays.
- Betriebsverfahren nach Anspruch 42, mit folgenden Schritten beim Betrieb des vollautomatischen Assays: – Über eine Dosierstrecke erfolgt eine Probendosierung, – die Dosierstrecke wird gewaschen, – die Messprobe wird verdünnt und durch einen Flüssigkeitsstrom in die Detektionskammer transportiert – in der Detektionskammer finden Bindungsvorgänge zwischen den Proteinen der Messprobe und spezifischen Fängerantikörpern bzw. Fängerproteinen statt, – es erfolgt das Durchspülen der Detektionskammer mit einer ein Enzymlabel tragenden Antikörperlösung (ELISA-Reagenz
1 ), – es erfolgt das Durchspülen der Detektionskammer mit Enzymsubstrat (ELISA-Reagenz2 ) – es erfolgt die Durchführung der elektrochemischen Messungen. - Betriebsverfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Hybridisierung die beiden ELISA-Kanäle entlüftet werden, dass anschließend die Detektionskammer zunächst mit dem ersten ELISA-Reagenz gasblasenfrei gespült und anschließend mit dem zweiten ELISA-Reagenz gasblasenfrei ge spült wird, und dass anschließend die elektrochemische Messung durchgeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005049976A DE102005049976A1 (de) | 2004-10-15 | 2005-10-17 | Anordnung zur integrierten und automatisierten DNA- oder Protein-Analyse in einer einmal verwendbaren Cartridge, Herstellungsverfahren für eine solche Cartridge und Betriebsverfahren der DNA- oder Protein-Analyse unter Verwendung einer solchen Cartridge |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004050576 | 2004-10-15 | ||
DE102004050576.4 | 2004-10-15 | ||
DE102005049976A DE102005049976A1 (de) | 2004-10-15 | 2005-10-17 | Anordnung zur integrierten und automatisierten DNA- oder Protein-Analyse in einer einmal verwendbaren Cartridge, Herstellungsverfahren für eine solche Cartridge und Betriebsverfahren der DNA- oder Protein-Analyse unter Verwendung einer solchen Cartridge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102005049976A1 true DE102005049976A1 (de) | 2006-04-20 |
Family
ID=36120832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102005049976A Ceased DE102005049976A1 (de) | 2004-10-15 | 2005-10-17 | Anordnung zur integrierten und automatisierten DNA- oder Protein-Analyse in einer einmal verwendbaren Cartridge, Herstellungsverfahren für eine solche Cartridge und Betriebsverfahren der DNA- oder Protein-Analyse unter Verwendung einer solchen Cartridge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102005049976A1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006028101A1 (de) * | 2006-06-19 | 2007-12-20 | Siemens Ag | Verfahren zur Analyse von amplifizierten Nukleinsäuren |
WO2009002447A1 (en) * | 2007-06-21 | 2008-12-31 | Gen-Probe Incorporated | Instrument and receptacles for use in performing processes |
EP2110175A1 (de) | 2008-03-20 | 2009-10-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Steuerung biologischer und chemischer Reaktionen unter Einsatz von magnetischen Partikeln oder magnetischen Beads und Wechselmagnetfeldern |
WO2010072822A3 (de) * | 2008-12-23 | 2010-10-21 | Qiagen Gmbh | Präparation und amplifikation von nukleinsäuren mittels magnetischer partikel |
DE102009043226A1 (de) | 2009-09-28 | 2011-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Flachkörper nach Art einer Chip-Karte zur biochemischen Analyse und Verfahren zu dessen Verwendung |
WO2017041023A1 (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | Life Technologies Corporation | Devices and methods for mesofluidic and/or microfluidic processes |
-
2005
- 2005-10-17 DE DE102005049976A patent/DE102005049976A1/de not_active Ceased
Cited By (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8551737B2 (en) | 2006-06-19 | 2013-10-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for analysing amplified nucleic acids |
DE102006028101A1 (de) * | 2006-06-19 | 2007-12-20 | Siemens Ag | Verfahren zur Analyse von amplifizierten Nukleinsäuren |
DE102006028101B4 (de) * | 2006-06-19 | 2014-02-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Analyse von amplifizierten Nukleinsäuren |
US11235295B2 (en) | 2007-06-21 | 2022-02-01 | Gen-Probe Incorporated | System and method of using multi-chambered receptacles |
US8480976B2 (en) | 2007-06-21 | 2013-07-09 | Gen-Probe Incorporated | Instruments and methods for mixing the contents of a detection chamber |
US9744506B2 (en) | 2007-06-21 | 2017-08-29 | Gen-Probe Incorporated | Instruments for mixing the contents of a detection chamber |
US11235294B2 (en) | 2007-06-21 | 2022-02-01 | Gen-Probe Incorporated | System and method of using multi-chambered receptacles |
US10744469B2 (en) | 2007-06-21 | 2020-08-18 | Gen-Probe Incorporated | Multi-chambered receptacles |
US8048375B2 (en) | 2007-06-21 | 2011-11-01 | Gen-Probe Incorporated | Gravity-assisted mixing methods |
US8052929B2 (en) | 2007-06-21 | 2011-11-08 | Gen-Probe Incorporated | Gravity-assisted mixing methods |
US8221705B2 (en) | 2007-06-21 | 2012-07-17 | Gen-Probe, Incorporated | Receptacles for storing substances in different physical states |
US10688458B2 (en) | 2007-06-21 | 2020-06-23 | Gen-Probe Incorporated | System and method of using multi-chambered receptacles |
US7780336B2 (en) | 2007-06-21 | 2010-08-24 | Gen-Probe Incorporated | Instruments and methods for mixing the contents of a detection chamber |
US8491178B2 (en) | 2007-06-21 | 2013-07-23 | Gen-Probe Incorporated | Instruments and methods for mixing the contents of a detection chamber |
US7767447B2 (en) | 2007-06-21 | 2010-08-03 | Gen-Probe Incorporated | Instruments and methods for exposing a receptacle to multiple thermal zones |
WO2009002447A1 (en) * | 2007-06-21 | 2008-12-31 | Gen-Probe Incorporated | Instrument and receptacles for use in performing processes |
US8735055B2 (en) | 2007-06-21 | 2014-05-27 | Gen-Probe Incorporated | Methods of concentrating an analyte |
US8765367B2 (en) | 2007-06-21 | 2014-07-01 | Gen-Probe Incorporated | Methods and instruments for processing a sample in a multi-chambered receptacle |
US8784745B2 (en) | 2007-06-21 | 2014-07-22 | Gen-Probe Incorporated | Methods for manipulating liquid substances in multi-chambered receptacles |
US8828654B2 (en) | 2007-06-21 | 2014-09-09 | Gen-Probe Incorporated | Methods for manipulating liquid substances in multi-chambered receptacles |
US10086342B2 (en) | 2007-06-21 | 2018-10-02 | Gen-Probe Incorporated | Multi-channel optical measurement instrument |
EP2110175A1 (de) | 2008-03-20 | 2009-10-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Steuerung biologischer und chemischer Reaktionen unter Einsatz von magnetischen Partikeln oder magnetischen Beads und Wechselmagnetfeldern |
US9574225B2 (en) | 2008-12-23 | 2017-02-21 | Qiagen Gmbh | Preparation and amplification of nucleic acids by means of magnetic particles |
WO2010072822A3 (de) * | 2008-12-23 | 2010-10-21 | Qiagen Gmbh | Präparation und amplifikation von nukleinsäuren mittels magnetischer partikel |
US9415390B2 (en) | 2009-09-28 | 2016-08-16 | Boehringer Ingelheim Vetmedica Gmbh | Flat body in manner of chip card for biochemical analysis and method of using |
DE102009043226B4 (de) * | 2009-09-28 | 2012-09-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Flachkörper nach Art einer Chip-Karte zur biochemischen Analyse und Verfahren zu dessen Verwendung |
WO2011036289A1 (de) | 2009-09-28 | 2011-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Flachkörper nach art einer chip-karte zur biochemischen analyse und verfahren zu dessen verwendung |
DE102009043226A1 (de) | 2009-09-28 | 2011-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Flachkörper nach Art einer Chip-Karte zur biochemischen Analyse und Verfahren zu dessen Verwendung |
WO2017041023A1 (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | Life Technologies Corporation | Devices and methods for mesofluidic and/or microfluidic processes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1807208B1 (de) | Anordnung zur integrierten und automatisierten dna- oder protein-analyse in einer einmal verwendbaren cartridge, herstellungsverfahren für eine solche cartridge und betriebsverfahren der dna- oder protein-analyse unter verwendung einer solchen cartridge | |
DE60214851T2 (de) | Mikrofluidische vorrichtung und verfahren für chemische versuche | |
DE69911587T2 (de) | Vorrichtung zum analysieren einer probe | |
EP1740722B1 (de) | Verfahren und anordnung zur dna-isolierung mit trockenreagenzien | |
EP1740721B1 (de) | Verfahren und anordnung zur dna-amplifikation mittels pcr unter einsatz von trockenreagenzien | |
DE19941905C2 (de) | Probenkammer zur Flüssigkeitsbehandlung biologischer Proben | |
DE60035199T2 (de) | Analysenkassette und flüssigkeitsförderkontroller | |
DE60021077T2 (de) | Vorrichtung und verfahren zur probenabgabe | |
DE69634490T2 (de) | Vorrichtung und verfahren zum bewegen von fluiden mittels zentrifugalbeschleunigung bei der automatischen laborbehandlung | |
DE10058394C1 (de) | Verfahren für die biochemische Analytik und zugehörige Anordnung | |
EP2654955B1 (de) | Verfahren zum mischen wenigstens einer probenlösung mit reagenzien | |
US9034196B2 (en) | Microfluidic device with a filter | |
DE19933458A1 (de) | Einrichtung zum Handhaben von Flüssigkeitsproben, System zum Handhaben von Flüssigkeitsproben und Verfahren zum Herstellen der Einrichtung | |
DE112013003324T5 (de) | Integrierte Vorverarbeitungs-/Elektrophoresekartusche, integriertes Vorverarbeitungs-Kapillarelektrophoresegerät und integriertes Vorverarbeitungs-Kapillarelektrophoreseverfahren | |
DE102005049976A1 (de) | Anordnung zur integrierten und automatisierten DNA- oder Protein-Analyse in einer einmal verwendbaren Cartridge, Herstellungsverfahren für eine solche Cartridge und Betriebsverfahren der DNA- oder Protein-Analyse unter Verwendung einer solchen Cartridge | |
DE102007019695A1 (de) | Küvette für die optische Analyse kleiner Volumina | |
WO2015158818A1 (de) | Mikrofluidik-modul und kassette für die immunologische und molekulare diagnostik in einem analyseautomaten | |
EP3143119B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum aufbereiten einer biologischen probe und analysesystem zum analysieren einer biologischen probe | |
WO2015106932A1 (de) | Verfahren zum betreiben eines mikrofluidischen chips und mikrofluidischer chip | |
DE102018111822B4 (de) | Fluidisches System zur Aufnahme, Abgabe und Bewegung von Flüssigkeiten, Verfahren zur Verarbeitung von Fluiden in einem fluidischen System | |
EP2836302B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur gezielten prozessführung in einem mikrofluidik-prozessor mit integrierten aktiven elementen | |
EP1843833B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur dosierung und durchmischung kleiner flüssigkeitsmengen, apparat und verwendung | |
DE19545130A1 (de) | Verfahren und Vorrichtungen für ein modulares Mikrosystem für hochgenaue chemische Schnell-Analysen und Verfahren zur Herstellung | |
DE10152690A1 (de) | Durchflussreaktionskammer für Sensorchips | |
EP1286771B1 (de) | Mikrohybridisierungskammer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20120926 |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BOEHRINGER INGELHEIM VETMEDICA GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE Effective date: 20140612 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: VON ROHR PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT MBB, DE Effective date: 20140612 |
|
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |