DE102005051850A1 - Device for duplication and detection of nucleic acids - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Vervielfältigung und Detektion von Targetsubstanzen, insbesondere von Nukleinsäuren, aus einer Probe beschrieben. Die Vorrichtung umfasst mindestens zwei Vervielfältigungsmodule sowie mindestens zwei Detektionsmodule, die auf einem Bauteil angeordnet sind, wobei die Vervielfältigungsmodule über eine jeweils individuell anzusteuernde Temperierungseinheit temperierbar sind.A device for replicating and detecting target substances, in particular nucleic acids, from a sample is described. The device comprises at least two duplication modules and at least two detection modules, which are arranged on a component, the temperature of the duplication modules being controllable via a temperature control unit that is individually controlled.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Array zur Vervielfältigung und Detektion von Targetsubstanzen, insbesonders von Nukleinsäuren aus einem biologischen Material oder einer Probe.The The present invention relates to a device or an array for duplication and detection of target substances, in particular of nucleic acids a biological material or a sample.

Die Vervielfältigung und Detektion von Nukleinsäuren spielt eine wichtige Rolle z.B. in der Forensischen Analytik, in der Krebsforschung oder in der Lebensmitteldiagnostik.The duplication and detection of nucleic acids plays an important role e.g. in forensic analysis, in cancer research or in food diagnostics.

Dabei geht es darum, bestimmte Nukleinsäuren zu detektieren, aus denen sich z.B. auf eine kriminelle Täterschaft, die Disposition für eine Erbkrankheit oder die gentechnische Modifikation eines Lebensmittels schließen lässt. Herkömmliche Methoden zur Detektion bestimmter Nukleinsäuren sind hinlänglich bekannt, so z.B. Gel- oder Kapillarelektrophorese, Southern Blot, Immunoassays oder Hybridisierung mit gelabelten Nukelinsäuresonden. Hierzu werden Reaktionschips, Kartuschen, Elektrophoresekammern o. ä., sowie die entsprechenden Geräte zum Auslesen dieser Vorrichtungen verwendet.there is about to detect certain nucleic acids from which e.g. to a criminal culpability, the disposition for a hereditary disease or the genetic modification of a food shut down leaves. conventional Methods for the detection of certain nucleic acids are well known e.g. Gel or capillary electrophoresis, Southern blot, immunoassays or hybridization with labeled nucleic acid probes. For this purpose, reaction chips, Cartridges, electrophoresis chambers o. Ä., And the corresponding Devices for Reading these devices used.

Da in den genannten sowie vielen anderen Fällen die interessierenden Nukleinsäuremoleküle häufig nur in sehr geringer Menge und noch dazu in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer Vielzahl anderer Nukleinsäuremoleküle vorkommen, müssen erstere erst gezielt und spezifisch vervielfältigt werden. Hierzu sind aus dem Stand der Technik sogenannte Vervielfältigungs- oder Amplifikationsverfahren wie die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) oder SDA bekannt. Diese Verfahren werden in der Regel in sogenannten Thermocyclern durchgeführt.There in the mentioned as well as many other cases, the nucleic acid molecules of interest are often only in very small quantities and in the immediate vicinity occur to a variety of other nucleic acid molecules, the former first targeted and specifically duplicated. These are off the prior art so-called duplication or amplification methods such as Polymerase chain reaction (PCR) or SDA known. This procedure are usually carried out in so-called thermocyclers.

Um beide Verfahren durchzuführen, ist folglich ein großer Maschinenpark erforderlich, der seinerseits ein gut ausgestattetes Labor erforderlich macht. Ein Einsatz außerhalb des Labors ist daher nicht ohne weiteres möglich. Dies erschwert z.B. die Arbeit bei epidemiologischen Untersuchungen im Feld, forensischen Untersuchungen am Tatort, Routineuntersuchungen in der Arztpraxis etc.Around to carry out both procedures, is therefore a big one Machinery required, which in turn is a well-equipped Laboratory required. A use outside the laboratory is therefore not readily possible. This complicates e.g. work on epidemiological investigations in the field, forensic investigations at the scene, routine examinations in the doctor's office etc.

Überdies müssen die zu detektierenden Nukleinsäuren zunächst in die Vervielfältigungsvorrichtung gegeben werden, und anschließend die vervielfältigten Moleküle in die Detektionsvorrichtung. Jeder Transferschritt führt daher einerseits zu Material- und Zeitverlusten und birgt andererseits die Gefahr der Kontamination mit Fremd-Nukleinsäuren.moreover have to the nucleic acids to be detected first in the duplicating device be given, and then the duplicated ones molecules in the detection device. Each transfer step leads therefore on the one hand to material and time losses and on the other hand holds the risk of contamination with foreign nucleic acids.

Ferner sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, in denen Vervielfältigungsfunktion und Detektionsfunktion integriert sind. Diese Vorrichtungen vermeiden die oben genannten Probleme.Further are known from the prior art devices in which duplication function and detection function are integrated. Avoid these devices the above problems.

In einigen Fällen sind die genannten Funktionseinheiten in Form eines Arrays derart miniaturisiert, dass sie auf einem kleinen Träger Platz finden („Lab on a Chip"). Dabei stehen die einzelnen Reaktionskammern über miniaturisierte Kanale in Verbindung, und die Reaktionsflüssigkeiten werden mittels geeigneter Mikropumpen und Ventile sowie über die Kapillarkraft von einer Kammer in die nächste transportiert (Mikrofluidik). Solche Chips oder auch Kartuschen werden dabei in spezielle angepasste Apparaturen angeordnet, welche die notwendigen Steuer- und Betriebseinheiten, z.B. Pumpen sowie Heiz- und Kühlelemente etc. aufweisen und die Reaktionen, Detektionen etc. steuern und auswerten.In some cases are the said functional units in the form of an array such miniaturized to fit on a small carrier ("Lab on a chip ") the individual reaction chambers are via miniaturized channels in conjunction, and the reaction liquids are by means of suitable Micropumps and valves as well over the capillary force is transported from one chamber to the next (microfluidics). Such chips or cartridges are thereby adapted in special Arranged equipment, which contains the necessary control and operating units, e.g. Pumps as well as heating and cooling elements etc. and control the reactions, detections etc. and evaluate.

In der Schrift „Flow-through polymerase chain reaction in chip thermocyclers" (Schnegaß & Köhler 2001, Rev. in Mol. Biotechnol. 82; 101) werden solche „Labs on a Chip" vorgestellt. Als Vervielfältigungsmethode wird dabei ausschließlich PCR erwähnt, bei der der Erfolg der Vervielfältigung auf die Abarbeitung von Thermocyclen angewiesen ist. Die Autoren beschreiben einen Chip, der einen mäanderförmigen Kanal aufweist, unter dem in geordneter Anordnung Heizelemente verschiedener Temperatur angeordnet sind. Wird die Reaktionsflüssigkeit mit geeigneter Geschwindigkeit durch den Kanal gepumpt, durchläuft sie die für den Ablauf der PCR erforderlichen Temperaturcyclen, und die Nukleinsäuren werden vervielfältigt.In the scripture "flow-through polymerase chain reaction in chip thermocyclers "(Schnegaß & Köhler 2001, Rev. Mol. Biotechnol. 82; 101), such "labs presented on a chip ". As a duplication method becomes exclusive Mentioned PCR, at the success of the duplication relies on the processing of thermocycles. the authors describe a chip having a meandering channel below arranged in the ordered arrangement heating elements of different temperature are. Will the reaction liquid Pumped through the channel at a suitable speed, it passes through the for the course of the PCR required temperature cycles, and the nucleic acids reproduced.

Da der Vervielfältigungsfaktor exponentiell von der Anzahl der Thermocyclen abhängt, ist in einem solchen „Lab on a Chip" der Vervielfältigungsfaktor bereits festgelegt. Solche Chips sind daher nicht sehr variabel und folglich für verschiedene Verwendungszwecke nicht zu gebrauchen.There the duplication factor depends exponentially on the number of thermocycles, is in such a "Lab on a chip "the duplication factor already set. Such chips are therefore not very variable and consequently for different uses not to use.

Allerdings sind diese aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen in der Regel für die parallele Untersuchung vieler Proben auf ein und dieselbe Nukleinsäure ausgelegt. So können z.B. in einigen Vorrichtungen 96 Lebensmittelproben verschiedenster Herkunft gleichzeitig parallel auf das Vorhandensein eines bestimmten Gens untersucht werden, z.B. auf ein Antibiotikaresistenzgen, das auf eine gentechnische Modifikation schließen lässt.Indeed These are known from the prior art devices in usually for designed the parallel examination of many samples on the same nucleic acid. So can e.g. in some devices 96 food samples of various kinds Origin at the same time parallel to the presence of a particular Gens, e.g. on an antibiotic resistance gene that indicates a genetic modification.

Die gleichzeitige Untersuchung einer Probe auf das Vorhandensein einer Vielzahl von Nukleinsäuren (so, wie es z.B. für die Proteomik bzw. Genomik oder die schnelle Infektionsdiagnose wünschenswert wäre) ermöglichen diese Vorrichtungen hingegen nicht. Die oben genannte Schrift schlägt daher den seriellen Durchsatz mehrerer Proben nacheinander vor. Neben dem Zeitverlust birgt dieses Vorgehen jedoch auch die Gefahr der Kontamination einer Probe mit Produkten aus dem vorherigen Durchlauf.By contrast, the simultaneous examination of a sample for the presence of a large number of nucleic acids (as would be desirable, for example, for proteomics or genomics or the rapid diagnosis of infection) does not enable these devices. The above-mentioned document therefore proposes the serial throughput of several samples in succession. In addition to the loss of time, however, this procedure also entails the risk of contamination of a sample with products from the previous one Run.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Vervielfältigung und Detektion von Nukleinsäuren aus einem biologischen Material oder einer Probe bereitzustellen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und mit der insbesonders mittels einem Probeauftrag in einem Vorgang eine Mehrzahl verschiedener Targetsubstanzen, wie z.B. Nukleinsäuren, z.B. von unterschiedlichen Infektionserregern detektiert werden können. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1 gelöst.task It is the object of the present invention to provide a duplicating device and detection of nucleic acids to provide from a biological material or a sample, which does not have the aforementioned disadvantages and with the particular means a trial order in a process a plurality of different Target substances, such as e.g. Nucleic acids, e.g. of different Infectious agents can be detected. This task is with the features of the present claim 1.

Demnach ist eine Vorrichtung in Form eines Arrays zur Vervielfältigung und Detektion von Targetmolekülen aus einem biologischen Material oder einer Probe vorgesehen, die mindestens zwei Vervielfältigungsmodule sowie mindestens zwei Detektionsmodule, aufweist, wobei die Vervielfältigungsmodule jeweils über eine individuell anzusteuernde Temperierungseinheit temperiert werden, und wobei die Vervielfältigungs- und Detektionsmodule auf einem Bauteil angeordnet sind. Abgesehen von einer Abdeckung sowie gegebenenfalls vorliegenden Sondermodulen bzw. -einheiten ist das Bauteil einstückig ausgebildet.Therefore is a device in the form of an array for duplication and detection of target molecules from a biological material or a sample, which at least two duplication modules and at least two detection modules, wherein the duplicating modules each have a be controlled individually tempered Temperierungseinheit and where the reproduction and detection modules are arranged on a component. apart from a cover and any special modules available or units, the component is integrally formed.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Chip ist zweckmäßigerweise zur Aufnahme in einer Steuer- und/oder Bedienungseinheit (Basisgerät) angepasst, wobei diese Einheit, die zum Betrieb der Vorrichtung notwendigen Steuer-, insbesonders Temperier-, Pump-, und Detektionselemente aufweist. Diese Elemente können mittels eines Rechners steuerbar sein.The inventive device or chip is convenient adapted for inclusion in a control and / or operating unit (base unit), this unit being necessary for the operation of the device Control, in particular tempering, pumping, and detection elements having. These elements can be controlled by a computer.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht es, eine einzige Probe simultan auf mehrere Targetsubstanzen, insbesonders Nukleinsäuren zu testen. Damit verbunden ist ein enormer Geschwindigkeitsgewinn gegenüber herkömmlichen Verfahren, der es ermöglicht, den Durchsatz eines Labors zu erhöhen und so intensive Screeningarbeiten, wie sie z.B. in der Epidemiologie oder der Krebsdiagnostik erforderlich sind, zu beschleunigen.A such device allows it, a single sample simultaneously on several target substances, in particular nucleic acids to test. This is associated with a huge gain in speed over conventional Procedure that makes it possible increase the throughput of a laboratory and thus intensive screening work, as they are e.g. are required in epidemiology or cancer diagnostics, to accelerate.

Durch die jedem Vervielfältigungsmodul zugeordnete individuell anzusteuernde Temperierungseinheit kann in jedem Vervielfältigungsmodul eine für die jeweilige Targetreaktion bzw. das jeweilige zu detektierende Targetmaterial individuell einstellbare Abfolge von Dauer, Temperatur und Anzahl der Zyklen durchgeführt werden, und so die für ein zu detektierendes Target sowie den hierfür jeweils eingesetzten Amplifikationsenzymen und Denaturierungsbedingungen in jedem einzelnen Fall zu optimieren, ohne dabei parallel ablaufende Vorgänge zu stören. Bevorzugte Targets sind Nukleinsäuren. Die Ansteuerung kann dabei in einfacher Weise über einen programmierbaren PC erfolgen. In jedem individuell anzusteuernden Vervielfältigungsmodul kann auch eine entsprechende Multiplex-Vervielfältigungs durchgeführt werden. Diese sind typischerweise auf 3–4 Targetsequenzen beschränkt.By the duplication module assigned individually controlled temperature control unit can in each duplication module one for the respective target reaction or the respective target material to be detected individually adjustable sequence of duration, temperature and number the cycles performed and so on for a target to be detected and the amplification enzymes used for this purpose and to optimize denaturing conditions in each case, without disrupting parallel processes. Preferred targets are Nucleic acids. The control can be easily via a programmable PC. In each individually controlled duplicating module can also be carried out a corresponding multiplex duplication. These are typically at 3-4 Target sequences limited.

Da die einzelnen Module auf einem Bauteil angeordnet sind, entfällt ein Umpipettieren der jeweiligen Probe bzw. des Vervielfältigungsprodukts von einem Modul zum nächsten. Des weiteren erhöht sich die Durchsatzgeschwindigkeit, und es wird die Kontaminierungsgefahr reduziert und der Materialverlust minimiert. Da sämtliche Steuerelemente in der Steuer- und Bedienungseinheit angeordnet sind, ist es möglich, allein durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Chip, insbesonders als Mikrochip oder als Kartusche ein variables und hoch portables System bereitzustellen, das lediglich eine größere Bedienereinheit und die für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Chips umfasst. Für die Durchführung der Analysen ist daher kein eigenes Labor erforderlich, so dass auch eine Verwendung „im Feld", also z.B. am Ort eines Verbrechens oder bei einer epidemiologischen Studie in einem Entwicklungsland oder in einer Arztpraxis, ohne weiteres möglich ist.There the individual modules are arranged on a component, eliminating one Pipetting the respective sample or the duplicating product from one module to the next. Furthermore, it increases the throughput speed, and it becomes the risk of contamination reduced and minimized material loss. Since all Controls are arranged in the control and operating unit is it is possible solely by the configuration of the device according to the invention as a chip, in particular as a microchip or as a cartridge a variable and highly portable System to provide only a larger operator unit and the for the respective Use includes suitable chips. For the implementation of Analyzes is therefore not a separate laboratory required, so too a use "in Field ", e.g. at the scene of a crime or in an epidemiological study in a developing country or in a doctor's office, without further ado possible is.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Vorrichtung zum Nachweis von Bakterien ausgelegt sein.In an alternative embodiment For example, the device may be designed to detect bacteria.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung außerdem mindestens ein Modul zur Extraktion von Nukleinsäuren aufweist, das auf demselben gemeinsamen Bauteil angeordnet ist.In A preferred embodiment of the invention provides that the device as well has at least one module for the extraction of nucleic acids on the same common component is arranged.

Auf diese Weise wird die Extraktion der Nukleinsäuren aus der Probe bzw. dem biologischen Material in die Vorrichtung integriert, was die oben genannten Vorteile noch erhöht.On this way, the extraction of nucleic acids from the sample or the biological material integrated into the device, what the above mentioned advantages still increased.

Bevorzugt ist die Anzahl der Vervielfältigungs- und Detektionsmodule gleich, und die Anzahl der Extraktionsmodule ist kleiner oder gleich der Anzahl der Vervielfältigungsmodule.Prefers is the number of duplication and detection modules equal, and the number of extraction modules is less than or equal to the number of duplicating modules.

Besonders bevorzugt sind sogar zwei oder mehr Module zur Extraktion von Nukleinsäuren auf dem gemeinsamen Bauteil angeordnet. Auf diese Weise kann in jedem Extraktionsmodul ein an deres Extraktionsverfahren gewählt werden, um Artefakte durch ein weniger geeignetes Verfahren auszuschließen, oder es können unterschiedliche Proben oder Materialien gleichzeitig extrahiert und einer Analyse zugeführt werden.Especially even preferred are two or more modules for the extraction of nucleic acids on the arranged common component. This way, in every extraction module an deres extraction method can be chosen to perform artifacts to exclude a less suitable method, or it may be different Samples or materials are extracted simultaneously and submitted to an analysis.

Es kann jedoch auch sinnvoll sein, die zu vervielfältigenden Nukleinsäuren gesondert zu extrahieren und erst dann in die Vorrichtung einzubringen. Dies ist z.B. der Fall, wenn es sich um eine sehr feste Probe handelt, für deren Extraktion mechanische Kraft erforderlich ist, oder wenn das zu untersuchende Material sehr wenig Nukleinsäuren enthält, sodass die extrahierte Nukleinsäure durch Verwendung einer großen Material- oder Probenmenge erst noch angereichert werden muss.However, it may also be useful to those too Extracting amplifying nucleic acids separately and only then introduce into the device. This is the case, for example, if it is a very solid sample, for the extraction of mechanical force is required, or if the material to be examined contains very few nucleic acids, so that the extracted nucleic acid enriched by using a large amount of material or sample must become.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das gemeinsame Bauteil, das Extraktionsmodul, das Vervielfältigungsmodul und/oder das Detektionsmodul überwiegend oder ganz aus einem Polymermaterial gefertigt sind. Geeignete Polymermaterialien sind Polyamide, Polycarbonate, PMMA, Polysulfone, Polyetherketone, Polyester, Polyethylen, PET, ein cycloolefinisches Polymer (COC) wie z.B. TOPAS, Polyacetate, Polymethane. In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann die Detektionseinheit aus einem für eine verwendete Detektionsstrahlung besonders geeigneten zweiten Material bestehen.In A particularly preferred embodiment of the invention is provided, that the common part, the extraction module, the duplicating module and / or the detection module predominantly or are made entirely of a polymer material. Suitable polymer materials are polyamides, polycarbonates, PMMA, polysulfones, polyether ketones, Polyester, polyethylene, PET, a cycloolefinic polymer (COC) such as. TOPAS, polyacetates, polymethanes. In a further preferred Execution can the detection unit of a used for a detection radiation particularly suitable second material.

Auf diese Weise entsteht eine kostengünstig herzustellende, leichte, inerte und leicht zu entsorgende Vorrichtung, die üblicherweise eine geringe Wärmeaufnahme aufweist. Letzteres trägt dazu bei, die Geschwindigkeit des Verfahrens zu erhöhen, da die während des Vervielfältigungsschritts (bei nicht isothermen Vervielfältigungsverfahren) abgearbeiteten Thermocyclen schneller durchlaufen werden können.On This creates a cost-effective, easy to manufacture, inert and easy to dispose device, usually a low heat absorption having. The latter carries to increase the speed of the process, as the while of the duplication step (in non-isothermal duplication methods) processed thermocycles can be run through faster.

Ebenso kann das Bauteil ganz oder teilweise auch aus einem anorganischen Material, wie z.B. Metall, Silicium, Keramik und/oder Glas bestehen.As well The component can be made wholly or partly of an inorganic Material, such as Metal, silicon, ceramic and / or glass.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelnen Module Reaktionskammern aufweisen, die über Mikrokanäle mit einer Querschnittsfläche von insbesonders < 1 mm2 bzw. mit Querschnitten von ca. 0,005 bzw. 0,007 mm2 bis ca. 1 mm2 bzw. 0,8 mm2 in Verbindung stehen, über die das bio-logische Material, die Probe, die extrahierten Nukleinsäuren oder die Vervielfältigungsprodukte weitertransportiert werden.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the individual modules have reaction chambers, which via microchannels with a cross-sectional area of particularly <1 mm 2 or with cross sections of about 0.005 or 0.007 mm 2 to about 1 mm 2 or 0.8 mm 2 , through which the biological material, the sample, the extracted nucleic acids or the amplification products are transported.

Die Kammern bestehen zum Beispiel aus Vertiefungen in dem gemeinsamen Bauteil.The Chambers consist for example of depressions in the common Component.

Die Kanäle können einen beliebigen Querschnitt aufweisen und beispielsweise viereckig, kreisförmig oder U-förmig ausgestaltet sein.The channels can have any cross-section and, for example quadrangular, circular or U-shaped be designed.

Besonders bevorzugt weisen diese Kanäle einen Durchmesser von 0,1–1 mm, insbesonders einen Durchmesser von 0,2–0,8 bzw. 0,4–0,6 mm auf. Bei einem U-förmigen bzw. eckigen Querschnitt beziehen sich diese Werte auf den durchschnittlichen Durchmesser der in etwa dem Durchmesser eines gleichgroßen kreisförmigen Querschnittes entspricht.Especially Preferably, these channels have one Diameter of 0.1-1 mm, in particular a diameter of 0.2-0.8 or 0.4-0.6 mm on. In a U-shaped or square cross-section, these values refer to the average diameter which corresponds approximately to the diameter of an equal circular cross-section.

Solche Strukturen lassen sich je nach verwendetem Material durch Spritzguss, Mikrospritzguss, Abformen, Prägen, Ätzen, Photolithografie, Mikrosandstrahlen, Lasern oder Laminat von Folien mit und ohne Ausnehmungen herstellen.Such Depending on the material used, structures can be injection molded, Micro-injection molding, molding, stamping, etching, photolithography, Micro sand blasting, lasers or laminates of films with and without recesses produce.

Die Flüssigkeit wird dabei durch geeignete Pumpen und Ventile sowie über Kapillarkräfte von einem Modul zum nächsten bzw. von einer Reaktionskammer in die nächste transportiert.The liquid is by suitable pumps and valves and capillary forces of one module to the next or transported from one reaction chamber to the next.

Ebenso kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Benetzungseigenschaften der Kanäle gezielt beeinflusst werden. So kann z.B. die Oberfläche am Ausgang einer Kammer hydrophob ausgebildet sein, um ein Auslaufen von Reaktionsflüssigkeit während einer Reaktion zu verhindern.As well may preferably be provided that the wetting properties of the channels be specifically influenced. Thus, e.g. the surface at the exit a chamber may be made hydrophobic to leakage of reaction liquid while to prevent a reaction.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kanäle nach oben hin geschlossen ausgebildet sind. Dieses Merkmal ist erforderlich, um eine übermäßige Verdunstung des Reaktionsflüssigkeit zu verhindern, birgt aber die Gefahr der Blasenbildung, die zu einer Unterbrechung des Flusses führen würde.Prefers is provided that the channels after are formed closed at the top. This feature is required to excessive evaporation of the reaction liquid However, there is a risk of blistering, leading to an interruption lead the river would.

Aus diesem Grunde ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Kanäle nach oben hin offen ausgestaltet sind und mit einer flüssigkeitsundurchlässigen, aber gasdurchlässigen Struktur abgedeckt sind. Hierbei kann es sich z.B. um eine Folie handeln, die beispielsweise aus PTFE gefertigt ist.Out For this reason, it is particularly preferred that the channels after open at the top and with a liquid-impermeable, but gas permeable Structure are covered. This may be e.g. around a slide act, which is made of PTFE, for example.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung weist die Steuereinheit und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens zwei Temperatursensoren auf. Diese sind z.B. den Vervielfältigungsmodulen zugeordnet und ermöglichen die Kontrolle und Steuerung der Temperierungseinheiten.In Another preferred embodiment, the control unit and / or the device according to the invention at least two temperature sensors. These are e.g. the duplicating modules assigned and allow the control and control of the temperature control units.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist das gemeinsame Bauteil in die Steuer-/Bedienereinheit (Basisgerät) einsetzbar, in der auch die Temperierungseinheiten und/oder Temperatursensoren angeordnet sind.In a likewise preferred embodiment is the common component can be used in the control / operator unit (base unit), in which also arranged the temperature control units and / or temperature sensors are.

In ersterem Falle ist es erforderlich, dass eine gute thermisch leitende Verbindung zwischen der Temperierungseinheit und dem gemeinsamen Bauteil, insbesondere dem Vervielfältigungsmodul besteht, damit die Thermocyclen schnell abgearbeitet werden können, ohne dass erst umgebendes Material langwierig erhitzt werden muss. Das Basisgerät kann überdies z.B. eine oder mehrere Ultraschallquellen, Pumpen für die Mikrofluidik, Ventile oder optische Detektoren wie Kameras oder Photomultiplier und Photodioden als Einzeldetektor oder in Arrayform aufweisen.In The former case requires that a good thermally conductive Connection between the temperature control unit and the common component, especially the duplication module, so that the thermocycles can be processed quickly, without that only surrounding material has to be heated tediously. The Base unit can also e.g. one or more ultrasonic sources, pumps for microfluidics, Valves or optical detectors such as cameras or photomultipliers and Photodiodes as a single detector or in array form.

Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, weil sie die Verwendung von kostengünstig hergestellten Einweg-Bauteilen, insbesondere aus Polymer, erlaubt, da die erwähnten Funktionalitäten wie Temperierungseinheiten, Temperatursensoren, Ultraschall-Erzeugungseinheiten oder Antriebe für Rührer, aber auch Pumpen für die Mikrofluidik oder Ventile, im Basisgerät verbleiben.These Embodiment is particularly advantageous because it is the use from inexpensive manufactured disposable components, in particular of polymer, allows, since the mentioned functionalities such as temperature control units, temperature sensors, ultrasonic generating units or drives for stirrers, but also pumps for the microfluidics or valves remain in the base unit.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Temperierungseinheit des Vervielfältigungsmoduls ein Peltier-Element umfasst. Peltierelemente sind leicht anzusteuern und ermöglichen eine schnelle und genaue Erzeugung einer gewünschten Temperatur. Überdies sind sie imstande, sowohl Wärme als auch Kälte zu erzeugen. Durch die Anordnung von Peltierelementen direkt auf einer der Flüssigkeit abgewandten Oberfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, insbesondere auf den Oberflächen der Vervielfältigungseinheiten, kann eine extrem schnelle Temperierung, d. h. Heizung und/oder Kühlung erreicht werden. Auf diese Weise wird eine weitere Beschleunigung der jeweiligen Untersuchung ermöglicht. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Peltierelemente nicht in der Vorrichtung bzw. Polymerkartusche integriert.Especially It is preferably provided that the tempering unit of the duplicating module includes a Peltier element. Peltier elements are easy to control and allow a fast and accurate generation of a desired temperature. moreover they are able to heat both also cold to create. Due to the arrangement of Peltier elements directly on one of the liquid facing away surface the devices according to the invention, especially on the surfaces of the Reproduction units can extremely fast tempering, d. H. Heating and / or cooling achieved become. In this way, a further acceleration of the respective Examination possible. In an expedient embodiment the Peltier elements are not in the device or polymer cartridge integrated.

In alternativen Ausführungsformen ist jedoch auch die Verwendung von Luft-Anblaseinrichtungen, Mikrowellen, IR-Strahlern, Heizwiderständen, Heiz- bzw. Kühlflüssigkeit oder leitfähigen und resistiven Polymeren vorgesehen. Letztere können direkt in das Material des Bauteils eingearbeitet sein. Außerdem sind sämtliche Kombinationen der genannten Temperierungseinheiten denkbar.In alternative embodiments However, the use of air blowing devices, microwaves, IR lamps, heating resistors, Heating or cooling liquid or conductive and resistive polymers. The latter can be directly in the material be incorporated in the component. In addition, all are Combinations of said temperature control conceivable.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Vervielfältigungsmodul eine Nukleinsäure-Amplifikationsreaktion durchführbar ist. Hierbei kann es sich z.B. um PCR (Polymerase-Kettenreaktion), rtPCR (reverse Transkriptions-PCR), real-time PCR (Echtzeit-PCR), NASBA (Nukleinsäure-Sequenzbasierte Amplifikation), LCR (Ligase-Kettenreaktion), RCA (Rolling Circle Amplifikation), oder SDA (Strand-Displacement-Amplifikation) handeln.In A particularly preferred embodiment of the invention is provided, that in the duplicating module a nucleic acid amplification reaction feasible is. This may be e.g. PCR (polymerase chain reaction), rtPCR (reverse transcription PCR), real-time PCR (real-time PCR), NASBA (nucleic acid sequence based amplification), LCR (Ligase Chain Reaction), RCA (Rolling Circle Amplification), or SDA (Strand Displacement Amplification) act.

Die genannten Verfahren lassen sich im Groben in isotherme und nicht-isotherme Amplifikationsverfahren unterteilen. Dabei ist zu beachten, dass bei isothermen Amplifikationsverfahren keine Thermocylen abgearbeitet werden. Gleichwohl ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei diesen Verfahren mit den genannten Vorteilen verwendbar.The The above methods are roughly in isothermal and non-isothermal Divide the amplification process. It should be noted that no thermocycles are processed in isothermal amplification processes become. Nevertheless, the device according to the invention is also in these Method usable with the advantages mentioned.

In jedem Fall ist es erforderlich, dass während des Vervielfältigungsschritts den zu vervielfältigenden Nukleinsäuren Primer, Mononukleotide und eine oder mehrere Polymerase hinzugefügt werden. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Abgabe von Primern, Mononukleotiden und/oder einer oder mehrerer Polymerasen aufweist. Diese kann ebenfalls sowohl auf dem gemeinsamen Bauteil als auch auf dem Basisgerät angeordnet sein. Die Erfin dung betrifft daher auch einen Reaktionskit, der diese Substanzen zusammen mit erfindungsgemäßer Vorrichtung enthält.In In any case, it is necessary that during the duplication step the one to be reproduced nucleic acids Primers, mononucleotides and one or more polymerase can be added. Prefers is therefore intended that the device according to the invention a device for delivery of primers, mononucleotides and / or one or more Having polymerases. This can also be found both on the common Component be arranged as well as on the base unit. The invention therefore, also relates to a reaction kit combining these substances with inventive device contains.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei den Temperatursensoren um Thermoelemente, Thermowiderstände, Silizium-Sensoren, PTC- bzw. NTC-Elemente oder Platin-Sensoren (PT 100, PT 1000) handelt.Farther is preferably provided that it is the temperature sensors thermocouples, thermoresistors, Silicon sensors, PTC or NTC elements or platinum sensors (PT 100, PT 1000).

Ebenso kann es sich bei den Temperatursensoren um Elemente aus Chromogenen Polymeren handeln, deren Farbe sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert.As well For example, the temperature sensors may be elements of chromogens Polymers whose color changes as a function of temperature.

So kann z.B. der Boden einer Kammer aus Chromogenem Polymer bestehen, während deren Deckel transparent ausgebildet ist. Die Temperaturmessung erfolgt dann mit einem Photodetektor durch den Deckel der Kammer. Ein Photodetektor kann eine Photodiode oder eine Kamera umfassen. Derartige Messungen sind auch als Reflektionsmessung oder als Transmissionsmessung durchführbar.So can e.g. the bottom of a chamber is made of chromogenic polymer, while whose lid is transparent. The temperature measurement then takes place with a photodetector through the lid of the chamber. A photodetector may include a photodiode or a camera. Such measurements are also used as a reflection measurement or as a transmission measurement feasible.

Ebenso kann es sich bei den Temperatursensoren um partikuläre Elemente handeln, die der Reaktionsflüssigkeit beigegeben werden und die ihre optischen Eigenschaften, so z.B. ihre Transmission, Farbe, Fluoreszenz oder Phosphoreszenz in Abhängigkeit von der Temperatur ändern.As well For example, the temperature sensors may be particulate elements act of the reaction liquid and their optical properties, e.g. their transmission, color, fluorescence or phosphorescence depending change from the temperature.

Vorteil all dieser Verfahren ist, dass die genannten Sensoren in unmittelbarer Nähe zur Probe liegen und nur eine geringe eigene Wärmeaufnahme haben, so dass sehr genaue Messungen möglich sind. Außerdem vermindert die Tatsache, dass all diese Messungen berührungslos sind, die Gefahr der Kontamination.advantage All of these methods is that the sensors mentioned in the immediate Close to Sample and have only a small own heat input, so that very accurate measurements are possible. Furthermore diminishes the fact that all these measurements are contactless are the danger of contamination.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Extraktion in dem Extraktionsmodul auf chemischem Wege erfolgt. Dies kann z.B. durch enzymatischen Verdau und/oder durch übliche Fällungsverfahren geschehen.In a further preferred embodiment of the invention is provided that the extraction in the extraction module by chemical means he follows. This can e.g. by enzymatic digestion and / or by customary precipitation methods happen.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Extraktion in dem Extraktionsmodul mittels Ultraschall erfolgt. Bei Verwendung einer geeigneten Frequenz und Leistung werden Zellwände und Membranen aufgeschlossen, so dass die Nukleinsäuren aus dem Zellinnern austreten können.As well can be provided that the extraction in the extraction module done by ultrasound. When using a suitable frequency and Performance become cell walls and open-minded membranes, allowing the nucleic acids out can escape the cell interior.

Ultraschall kann ebenso für das Mischen der Reaktionsflüssigkeit in einem der Module verwendet werden. Allerdings kommen hierfür andere Frequenzen und Leistungen in Betracht.Ultrasound can also be used for mixing the reaction liquid in one of the modules become. However, other frequencies and benefits may be considered.

Ebenso kann aber die Extraktion in dem Extraktionsmodul und/oder das Mischen in einem der Module durch Rühren erfolgen. Entscheidend sind hier die auftretenden Scherkräfte, die durch Wahl einer geeigneten Drehzahl bzw. eines geeigneten Rührers entsprechend eingestellt werden können.As well but may be the extraction in the extraction module and / or mixing in one of the modules by stirring respectively. Decisive here are the shear forces that occur by selecting a suitable speed or a suitable stirrer accordingly can be adjusted.

Eine Variante dieser Ausgestaltung ist die Extraktion oder das Vermischen mittels magnetischer Teilchen, die durch ein von außen angelegtes rotierendes Magnetfeld in Bewegung versetzt werden. Hier kann es sich z.B. um die bekannten Rührfische handeln, aber auch um magnetische Mikropartikel. Besonders bevorzugt ist dabei, wie schon erwähnt, vorgesehen, dass der magnetische Antrieb im Basisgerät angeordnet ist.A Variant of this embodiment is the extraction or mixing by means of magnetic particles, which by an externally applied rotating magnetic field are set in motion. Here it can e.g. to trade the known stir-fry, but also magnetic microparticles. Particularly preferred while, as already mentioned, provided, that the magnetic drive is arranged in the base unit.

Es versteht sich von selbst, dass die genannten Verfahren zur Extraktion und/oder zum Mischen beliebig miteinander kombiniert werden können, um die Effizienz der Extraktion und/oder des Mischens zu verbessern.It It goes without saying that the said extraction methods and / or for mixing with each other can be combined with each other to the Efficiency of extraction and / or mixing.

Bevorzugt ist bei dieser Ausgestaltung insbesondere vorgesehen, dass der Auslaßkanal des Extraktionsmoduls einen Querschnitt hat, der kleiner ist als der der magnetischen Teilchen, bzw. das magnetische Teilchen verwendet werden, deren Querschnitt größer ist als der des Auslaßkanals. Auf diese Weise wird verhindert, dass die die zum Rühren bzw. Extrahieren verwendeten Teilchen weitertransportiert werden.Prefers is provided in this embodiment, in particular, that the outlet channel of the extraction module has a cross-section which is smaller than that of the magnetic Particles or magnetic particles are used, the Cross section is larger as that of the outlet channel. This will prevent them from being stirred or extracted used particles are transported.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kammern der Extraktions- und/oder der Vervielfältigungsmodule von Ausnehmungen im Material des Bauteils umgeben sind.In a further preferred embodiment of the invention is provided that the chambers of the extraction and / or duplication modules of Recesses are surrounded in the material of the component.

Diese Ausnehmungen können insbesondere in Form von nach oben geschlossenen Kanälen ausgebildet sein und dienen einerseits dazu, die Kammern thermisch zu isolieren und so die Abarbeitung der Thermocyclen zu beschleunigen. Andererseits werden durch die thermische Isolierung Spannungen im Material aufgrund unterschiedlicher Temperaturen reduziert. Schließlich können diese Ausnehmungen auch der akustischen Isolierung der Kammern dienen. Dies erhöht z.B. die Effizienz bei der Verwendung von Ultraschall zum Mischen bzw. zum Extrahieren der Nukleinsäuren.These Recesses can formed in particular in the form of upwardly closed channels on the one hand serve to thermally isolate the chambers and so accelerate the processing of the thermocycles. On the other hand Due to the thermal insulation stresses in the material due reduced temperatures. Finally, these recesses can also serve the acoustic insulation of the chambers. This increases e.g. the efficiency of using ultrasound for mixing or for extracting the nucleic acids.

Prinzipiell können die Ausnehmungen z.B. mittels einer Abdeckung zu Kanälen geschlossen sein. Sie sind üblicherweise mit Luft, Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt oder weisen ein Vakuum auf. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Temperierung der Kammern über diese Kanäle erfolgt. In diesem Fall werden z.B. kalte bzw. warme Flüssigkeiten in die Kanäle geleitet. In einer Ausführungsform ist das Basisgerät zum Bereitstellen der kalten und der warmen Flüssigkeit ausgelegt.in principle can the recesses e.g. be closed by means of a cover to channels. They are usually with air, gas or a liquid filled or have a vacuum. But it can also be provided that the temperature of the chambers over these channels he follows. In this case, e.g. cold or warm liquids in the channels directed. In one embodiment is the basic device designed to provide the cold and warm liquid.

Mit Vorteil ist somit ein schneller Temperaturwechsel der Vervielfältigungsmodule erzielbar.With The advantage is thus a rapid temperature change of the duplicating modules achievable.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Detektionsmodul in das Vervielfältigungsmodul integriert ist. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den Fortgang der Vervielfältigungsreaktion in Echtzeit zu verfolgen. Die entsprechenden Verfahren sind als online-PCR oder Real-Time-PCR bekannt.In a further preferred embodiment of the device according to the invention is provided that the detection module in the duplicating module is integrated. In this way, it allows the progress of the duplication reaction track in real time. The corresponding procedures are as Online PCR or Real-Time PCR.

Die Detektion der Vervielfältigungsprodukte erfolgt dabei z.B. mittels FRET (Fluoreszenz-Resonanzenergie-Transfer) oder durch Quenchen von Fluoreszenzmolekülen. Prinzipiell kann die Detektion auch durch Messung eines elektrischen Stroms oder Spannung erfolgen, die durch eine geeignete elektrochemische Reaktion erzeugt wird.The Detection of the duplication products takes place while e.g. by means of FRET (fluorescence resonance energy transfer) or by quenching fluorescence molecules. In principle, the detection can also by measuring an electric current or voltage, which is generated by a suitable electrochemical reaction.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Detektion der vervielfältigten Nukleinsäuren in dem Detektionsmodul mittels Elektrophorese, Southern Blot, Immunoassay oder Hybridisierung mit gelabelten Nukleinsäuresonden erfolgt.In another embodiment of the invention It is envisaged that the detection of the amplified nucleic acids in the detection module by electrophoresis, Southern blot, immunoassay or Hybridization with labeled nucleic acid probes takes place.

In einer alternativen Ausgestaltung sind zur Detektion der vervielfältigten Nukleinsäuren elektrochemische oder massensensitive Detektoren wie ein Schwingquarz oder ein Oberflächenwellenbauelement vorgesehen, die an ihrer Oberfläche eine Fänger-Nukleinsäure aufweisen.In an alternative embodiment are for the detection of the duplicated nucleic acids electrochemical or mass-sensitive detectors such as a quartz crystal or a surface acoustic wave device provided on its surface have a capture nucleic acid.

Bei dem biologischen Material handelt es sich bevorzugt um Material ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Blut, Serum, Liquor, Urin, Sputum, Stuhl, Pflanzenmaterial und Gewebeproben.at the biological material is preferably material selected from the group containing blood, serum, cerebrospinal fluid, urine, sputum, stool, Plant material and tissue samples.

Anwendungsgebiete sind hier z.B. die Forensik, die medizinische Diagnostik oder die Erbgutanalyse.application areas here are e.g. forensics, medical diagnostics or the Genetic analysis.

Bei der Probe handelt es sich hingegen bevorzugt um eine Probe aus der Gruppe enthaltend Wasser, flüssige Lebensmittel, feste Lebensmittel, Babynahrung, Bodenproben, und Luftproben. Anwendungsgebiete sind hier z.B. die Umwelt-, die Wasser- oder die Lebensmittelanalytik, insbesondere die Analytik betreffend gentechnisch veränderte Lebensmittel.at the sample, however, is preferably a sample of the Group containing water, liquid Food, solid foods, baby food, soil samples, and Air samples. Areas of application are here e.g. the environmental, water or food analysis, in particular analytics genetically modified Food.

Ferner ist ein Verfahren zur Extraktion, Vervielfältigung und Detektion von Nukleinsäuren aus einem biologischen Material oder einer Probe vorgesehen, bei dem eine Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche verwendet wird.Furthermore, a method for extraction, amplification and detection of nucleic acids from a biological material or a sample vorgese hen, in which a device according to one of the preceding claims is used.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert.The The invention will be described below with reference to the attached figures exemplified.

1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Auftrags-, Vervielfältigungs- und Detektionseinheiten. 1 shows a schematic representation of the device according to the invention with order, duplication and detection units.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Analysechips mit Extraktions- und Vervielfältigungseinheit. 2 shows a schematic representation of an analysis chip according to the invention with extraction and duplication unit.

3 zeigt einen Querschnitt durch eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung. 3 shows a cross section through such a device according to the invention.

Wie in 1 dargestellt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein oder auch mehrere Einlässe bzw. Auftragseinrichtungen (1) für verschiedene aus einer Probe gewonnenen Flüssigkeiten mit bereits extrahierten nachzuweisenden Targets, insbesondere Nukleinsäuren auf. Diese werden dann auf 4 verschiedene Nukleinvervielfältigungseinheiten (4) geleitet, in denen diese bei unterschiedlichen Bedingungen bezüglich Enzymen, Temperatur und Zykluslänge vervielfältigt werden und anschließend im Detektor (5) detektiert werden. In diesem Falle wird die Nukleinsäureextraktion außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.As in 1 1, the device according to the invention has one or more inlets or application devices ( 1 ) for various liquids obtained from a sample with already extracted targets to be detected, in particular nucleic acids. These are then transferred to 4 different nucleic acid amplification units ( 4 ) in which they are multiplied under different conditions in terms of enzymes, temperature and cycle length and then in the detector ( 5 ) are detected. In this case, the nucleic acid extraction is performed outside the device according to the invention.

Gemäß einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform enthält das Chip-Polymerbauteil zusätzlich eine Aufschlusseinrichtung (2), insbesonders Nukleinsäureextraktionseinheit. Im gezeigten Beispiel von 2 wird ausgehend von einem Probenauftrag (1) die Probe zu jeweils 2 verschiedenen Extraktionseinheiten (2) geleitet und dort verschiedenen Extraktionsverfahren unterzogen. Das Extraktionsverfahren selbst kann mittels Rühren und/oder Ultraschall oder auch durch Beaufschlagung mittels plötzlicher Druckentlastung durchgeführt werden. Auch chemisch ausgelöste Verfahren, z.B. durch pH-Änderung sind möglich. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können gleichzeitig winzige Mengen einer einzigen Probe völlig verschiedenen Bedingungen in den Extraktionseinheiten (2) behandelt und die so erhaltenen Extrakte anschließend auf verschiedene Vervielfältigungseinheiten (4) geleitet werden, wo sie in jeder Einheit individuell und gezielt bei unterschiedlicher Temperatur, Zyklusdauer und Enzymen vervielfältigt werden.According to a preferred embodiment of the invention, the chip polymer component additionally contains a disruption device ( 2 ), in particular nucleic acid extraction unit. In the example shown by 2 is based on a sample order ( 1 ) the sample to each of 2 different extraction units ( 2 ) and subjected there to various extraction methods. The extraction process itself can be carried out by means of stirring and / or ultrasound or by application by sudden release of pressure. Also chemically triggered processes, eg by pH change are possible. By means of the device according to the invention, at the same time, minute amounts of a single sample can be subjected to completely different conditions in the extraction units ( 2 ) and the extracts thus obtained are then applied to various amplification units ( 4 ), where they are individually and specifically reproduced in each unit at different temperature, cycle duration and enzymes.

Wie in 3 dargestellt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Polymergrundbauteil (9), welches ein oder auch mehrstöckig ausgebildet ist. In dem Polymergrundbauteil (9) sind Mikrokanäle (8) angeordnet, in denen die jeweiligen Extraktions- bzw. Vervielfältigungsreaktionen durchgeführt werden. Die Vorrichtung wird mittels einer Abdeckung (11) ver schlossen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kanals (8) ist ein Temperatursensor (7) angeordnet, dem auf der gegenüberliegenden Seite eine Temperiereinheit (6), insbesonders Peltierelement gegenüberliegt. In einer weiteren Ausführung kann anstatt des Peltierelementes (6) oder zusätzlich zu diesem ein Ultraschallkopf (nicht gezeigt) oder auch ein anderes Bauteil wie beispielsweise ein Rührer angeordnet sein, der das im Reaktionsraum bzw. Kanal (8) vorliegende Reaktionsmedium mischt und/oder aufschließt. Neben dem Reaktionsraum (8) kann ein Isolierraum (10) angeordnet sein, der eine seitliche Ausbreitung der Temperatur zu weiteren (nicht dargestellten) Reaktionseinheiten isoliert. Prinzipiell kann der Raum auch als Kanal ausgebildet sein und durch Beaufschlagen mittels eins Gases oder Fluids der Temperierung dienen. Alternativ kann die Abdeckung (11) als Flüssigkeitsdichte und gasdurchlässige Folie ausgebildet sein.As in 3 the device according to the invention comprises a polymer basic component ( 9 ), which is one or more multi-storey. In the polymer base ( 9 ) are microchannels ( 8th ) are arranged, in which the respective extraction or duplication reactions are carried out. The device is replaced by a cover ( 11 ) locked. On the opposite side of the canal ( 8th ) is a temperature sensor ( 7 ) arranged on the opposite side of a temperature control unit ( 6 ), in particular Peltier element opposite. In a further embodiment, instead of the Peltier element ( 6 ) or in addition to this, an ultrasound head (not shown) or else another component such as, for example, a stirrer, can be arranged, which holds in the reaction space or channel ( 8th ) is mixed and / or digested. Next to the reaction space ( 8th ) an insulating space ( 10 ), which isolates lateral propagation of the temperature to further reaction units (not shown). In principle, the space can also be formed as a channel and serve by applying by means of a gas or fluid of the temperature. Alternatively, the cover ( 11 ) may be formed as a liquid-tight and gas-permeable film.

Claims (15)

Vorrichtung zur Vervielfältigung und Detektion von Targetsubstanzen, insbesondere von Nukleinsäuren, aus einer Probe, umfassend mindestens zwei Vervielfältigungsmodule sowie mindestens zwei Detektionsmodule, wobei die Vervielfältigungs- und Detektionsmodule auf einem Bauteil angeordnet sind, und die Vervielfältigungsmodule über eine jeweils individuell anzusteuernde Temperierungseinheit temperierbar sind.Device for duplication and detection of target substances, in particular of nucleic acids, from a sample comprising at least two duplication modules and at least two detection modules, where the reproduction and detection modules are arranged on a component, and the Duplication modules via a individually tempered Temperierungseinheit tempered are. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Modul zur Extraktion von Nukleinsäuren enthält, das auf dem Bauteil angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that it comprises at least one module for extraction of nucleic acids contains which is arranged on the component. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil, das Extraktionsmodul, das Vervielfältigungsmodul und/oder das Detektionsmodul aus einem Polymermaterial bestehen.Device according to a the previous claims, characterized in that the component, the extraction module, the duplication module and / or the detection module consist of a polymer material. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Module über Mikrokanäle mit einer Querschnittsfläche kleiner gleich 1 mm2 in Verbindung stehen, über die das biologische Material, die Probe, die extrahierten Nukleinsäuren oder die Vervielfältigungsprodukte weitertransportiert werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the individual modules are connected via microchannels with a cross-sectional area of less than or equal to 1 mm 2 , via which the biological material, the sample, the extracted nucleic acids or the amplification products are transported. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokanäle unterschiedliche Benetzungseigenschaften aufweisen.Device according to claim 4, characterized in that the microchannels have different wetting properties exhibit. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle mittels einer Abdeckung verschlossen sind, die eine flüssigkeitsundurchlässige, aber gasdurchlässige Struktur aufweist.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the channels are closed by means of a cover which is a liquid impermeable, but gas-permeable structure. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung außerdem mindestens zwei Temperatursensoren aufweist.Device according to a the previous claims, characterized in that the device also comprises at least two temperature sensors having. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil zur Aufnahme in eine Betriebseinheit angepasst ist, in dem die Temperierungseinheiten und/oder Temperatursensoren angeordnet sind.Device according to a the previous claims, characterized in that the common component for receiving is adapted in an operating unit in which the temperature control units and / or Temperature sensors are arranged. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungseinheit ein Peltier-Element aufweist.Device according to a the previous claims, characterized in that the temperature control unit has a Peltier element. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoren Thermoelemente, Platin-Sensoren, Thermowiderstände, Silizium-Sensoren oder PTC- bzw. NTC-Elemente und/oder Elemente aus chromogenen Polymeren, deren Farbe sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, sind.Device according to a the previous claims, characterized in that the temperature sensors thermocouples, Platinum sensors, thermoresistors, Silicon sensors or PTC or NTC elements and / or elements from chromogenic polymers whose color depends on the temperature changes, are. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern der Extraktions- und/oder der Vervielfältigungsmodule von Ausnehmungen im Material des Bauteils umgeben sind.Device according to a the previous claims, characterized in that the chambers of the extraction and / or the reproduction modules surrounded by recesses in the material of the component. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der mindestens zwei Detektionsmodule in eines der mindestens zwei Vervielfältigungsmodule integriert ist.Device according to a the previous claims, characterized in that one of the at least two detection modules is integrated in one of the at least two duplicating modules. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der mindestens zwei Detektionsmodule einem der mindestens zwei Vervielfältigungsmodule nachgeschaltet ist.Device according to a the previous claims, characterized in that one of the at least two detection modules one of the at least two duplicating modules downstream is. Kit of Parts umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche zusammen mit Amplifikationsenzymen, Trenngelen, Ultrafiltrationsmembranen und/oder Markern.Kit of Parts comprising a device according to one the previous claims together with amplification enzymes, separating gels, ultrafiltration membranes and / or markers. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche zur Extraktion, Vervielfältigung und Detektion von Targetsubstanzen, insbesondere von Nukleinsäuren, aus einem biologischen Material oder einer Probe.Use of a device according to one of the preceding claims Extraction, duplication and detection of target substances, in particular of nucleic acids a biological material or a sample.
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