DE102006049560A1 - Carrier for use in chemical or biochemical assays comprises immobilization zones with membranes that comprise a layer of immobilization material and are overmolded with a thermoplastic material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Trägerelement zur Verwendung in chemischen oder biochemischen Analyseverfahren, umfassend mindestens eine Immobilisierungsfläche, welche ein Immobilisierungsmaterial aufweist, das bei Kontakt mit einer einen ersten Bindungspartner eines Bindungspaares enthaltenden Substanz den ersten Bindungspartner örtlich immobilisiert, eine ein solches Trägerelement aufweisende oder bildende Analysekartusche sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägerelements bzw. einer solchen Analysekartusche.The The invention relates to a carrier element for use in chemical or biochemical analytical methods, comprising at least one immobilization surface, which is an immobilization material which, when in contact with a first binding partner a binding pair-containing substance immobilizes the first binding partner locally, a such a support element containing or forming analysis cartridge and a method for Production of such a support element or such an analysis cartridge.
Trägerelemente der oben genannten Art kommen in Analyseverfahren zum Einsatz, in welchen ein Analysefluid, z.B. menschliche oder tierische Probenflüssigkeit, auf das Vorhandensein bestimmter Proteine, Antikörper, Rezeptoren, Nukleinsäuren etc. hin untersucht wird. Der Nachweis dieser Verbindungen erfolgt durch Kontaktierung mit einer Testsubstanz, welche entsprechende Bindungspartner für die zu analysierenden Verbindungen in dem Analysefluid enthält, so dass eine Reaktion zwischen dem Analysefluid und dem Testfluid ein Vorliegen der entsprechenden Verbindungen in dem Analysefluid anzeigt. Dabei kann die stattfindende Reaktion optisch direkt sichtbar sein oder auch erst nach Zugabe eines Farbkonjugats als Fluoreszenzsignal mittels einer geeigneten Ausleseeinheit optisch erfasst werden.support elements of the type mentioned above are used in analytical methods, in which an analytical fluid, e.g. human or animal sample liquid, to the presence of certain proteins, antibodies, receptors, nucleic acids etc. is examined. The detection of these compounds is carried out by Contacting with a test substance, which corresponding binding partner for the contains compounds to be analyzed in the analysis fluid, so that a reaction between the analysis fluid and the test fluid is present of the corresponding compounds in the analysis fluid. there the reaction taking place can be visually directly visible or also only after addition of a color conjugate as fluorescence signal be optically detected by means of a suitable read-out unit.
Üblicherweise findet die beschriebene Analysereaktion auf der Oberfläche eines Trägerelements der oben genannten Art statt, wobei zunächst die Testsubstanz auf der Immobilisierungsfläche des Trägerelements aufgetragen wird und darauf anschließend das Analysefluid aufgebracht wird. Um die Ausbreitung der Testsubstanz sowie des Analysefluids auf der Immobilisierungsfläche zu kontrollieren und ein Weglaufen bzw. Herunter laufen der Substanzen zu vermeiden, ist die Immobilisierungsfläche mit einem Immobilisierungsmaterial versehen, an welchem die Testsubstanz durch kovalente oder nicht-kovalente Anbindung derart anbindet, dass der in der Testsubstanz enthaltene Bindungspartner für die Analysereaktion in Bezug auf der Ebene der Immobilisierungsfläche fixiert wird. Eine solche Immobilisierung der Testsubstanz ist besonders wichtig, wenn auf einer Immobilisierungsfläche rastartig eine Vielzahl verschiedener Testsubstanzen aufgetragen werden sollen (Dot-Feld), so dass in einem Messvorgang gleichzeitig eine Vielzahl von Analysetests durchgeführt werden können. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Blutprobe in einem Messvorgang auf verschiedene Antigene eines Krankheitserregers getestet werden.Usually finds the described analysis reaction on the surface of a support element the above-mentioned type, wherein first the test substance on the immobilization surface the carrier element is applied and then applied to the analysis fluid becomes. To the spread of the test substance and the analysis fluid on the immobilization surface to control and run away or run down the substances To avoid is the immobilization surface with an immobilization material provided on which the test substance by covalent or non-covalent Binds binding such that contained in the test substance Binding partner for the Fixed analysis reaction with respect to the plane of the immobilization surface becomes. Such immobilization of the test substance is particular important, if a variety on a Immobilisierungsfläche various test substances are to be applied (dot field), so that a large number of analysis tests are carried out simultaneously in one measurement process can. For example, in this way, a blood sample in a measuring process be tested for various antigens of a pathogen.
Als Trägerelemente kommen herkömmlich Glasplättchen zum Einsatz, welche mit dem Immobilisierungsmaterial beschichtet sind oder auf welchen eine Schicht aus Immobilisierungsmaterial aufgeklebt ist. Ferner ist es bekannt, die Analysereaktionen auf so genannten "Bio-Chips" durchzuführen, auf welchen die Testsubstanz insbesondere als Dot-Feld aufgetragen wird und welche dafür ausgebildet sind, austauschbar in eine Analysevorrichtung zur halb- oder vollautomatischen Durchführung des Analyseverfahrens eingesetzt zu werden. Da Trägerelemente allgemein zur Einmal-Verwendung vorgesehen sind und somit in relativ hoher Stückzahl hergestellt bzw. angeschafft werden müssen, besteht großes Interesse an einer Reduzierung der Herstellungs-, Transport- und Entsorgungskosten dieser Trägerelemente. Aufgrund der relativ aufwendigen Herstellung bekannter Trägerelemente aus einem Glasplättchen und einer darauf aufgetragenen bzw. angeklebten Immobilisierungsschicht lassen sich jedoch die mit solchen Trägerelementen verbundenen Kosten nicht beliebig senken. Die aus Glasplättchen gefertigten Trägerelemente erfordern zudem spezielle Aufmerksamkeit beim Transport sowie bei der Handhabung um einen Bruch der oftmals dünnen Plättchen zu vermeiden.When support elements come conventionally glass slides to Use, which are coated with the immobilization material or to which a layer of immobilization material is adhered is. Furthermore, it is known to perform the analysis reactions on so-called "bio-chips" on which the test substance is applied in particular as a dot field and which one for that are designed to be interchangeable in a semi-or fully automatic implementation be used in the analysis process. Since carrier elements in general are intended for single use and thus in relatively high quantity produced or purchased, there is great interest a reduction in manufacturing, transport and disposal costs these support elements. by virtue of the relatively complex production of known support elements of a glass plate and an applied or glued immobilization layer However, the costs associated with such support elements can be not lower arbitrarily. The carrier elements made of glass plates also require special attention during transport as well as at Handling to avoid a break of the often thin platelets.
Darüber hinaus sind die Glasplättchen sowie auch die erwähnten Bio-Chips mit vertretbarem Aufwand nur in einfacher Plattengeometrie herstellbar. Soll das Trägerelement jedoch von einer solcher Plattengeometrie abweichende Gestaltungsmerkmale aufweisen, wie etwa Vorsprünge, Vertiefungen oder sonstige Mittel, mit welchen das Trägerelement beispielsweise für den Einsatz in einer Analysevorrichtung vorbereitet werden soll, so muss das Glasplättchen bzw. der Bio-Chip zusätzlich mit weiteren Bauteilen verklebt werden oder in einem Übergangsrahmen eingesetzt werden, was zusätzliche Kosten verursacht.Furthermore are the glass slides as well as those mentioned Bio-chips with reasonable effort only in simple plate geometry produced. If the carrier element however, deviating from such a plate geometry design features have, such as protrusions, Depressions or other means with which the carrier element, for example for the Use in an analysis device to be prepared, so must the glass plate or the organic chip in addition glued with other components or in a transitional frame be used, what additional Costs caused.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Trägerelement zur Verwendung in einem chemischen oder biochemischen Analyseverfahren bereitzustellen, welches eine für das verwendete Analyseverfahren geeignete Formgebung sowie gute Immobilisierungseigenschaften aufweist und welches gleichzeitig wirtschaftlich herstellbar und bequemer zu handhaben ist, sowie ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägerelements anzugeben.In front This is the object of the present invention support element for use in a chemical or biochemical analytical method to provide one for the used analysis method has appropriate shape and good immobilization properties and which at the same time economically producible and more convenient to handle, as well as an economical method of production such a support element specify.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Trägerelement zur Verwendung in chemischen oder biochemischen Analyseverfahren, umfassend mindestens eine Immobilisierungsfläche, welche ein Immobilisierungsmaterial aufweist, das bei Kontakt mit einer einen ersten Bindungspartner eines Bindungspaares enthaltenden Substanz den ersten Bindungspartner örtlich immobilisiert, wobei die mindestens eine Immobilisierungsfläche eine Immobilisierungsmembran aufweist, welche aus zumindest einer aus dem Immobilisierungsmaterial gebildeten Schicht aufgebaut ist, und wobei die mindestens eine Immobilisierungsmembran mit einem thermoplastischen Kunststoff hinterspritzt ist.According to the present invention, this object is achieved by a carrier element for use in chemical or biochemical analytical methods comprising at least one immobilization surface comprising an immobilization material which, upon contact with a substance containing a first binding partner of a binding pair, locally immobilizes the first binding partner, said at least an immobilization surface has an immobilization membrane, wel surface is formed of at least one layer formed from the immobilization material, and wherein the at least one immobilization membrane is back-injected with a thermoplastic material.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass das Trägerelement eine das Immobilisierungsmaterial enthaltende Immobilisierungsmembran aufweist, die mit thermoplastischem Kunststoff hinterspritzt ist. Auf diese Weise wird ein Trägerelement aus einem Spritzgussteil gefertigt, an welchem eine Immobilisierungsmembran stoffschlüssig angebunden ist.According to the invention is thus provided that the support element an immobilization membrane containing the immobilization material has, which is back-injected with thermoplastic. In this way, a support element is made an injection molded part, to which an immobilization membrane cohesively is connected.
Es hat sich gezeigt, dass die mit der Herstellung eines erfindungsgemäßen Trägerelements verbundenen Kosten gegenüber herkömmlichen Trägerelementen aus mehreren Gründe deutlich niedriger sind. Zum einen kann anstelle von Glas ein Kunststoff als mechanische Basis verwendet werden, was zu einer Einsparung von Rohmaterialkosten führt. Zum anderen kann auf einen Kleber zwischen der Immobilisierungsschicht und dem Untergrund und auf den Verfahrensschritt des Auftragens bzw. Aufklebens des Immobilisierungsmaterials auf die Basis verzichtet werden, da erfindungsgemäß der Kunststoff direkt an der Immobilisierungsmembran angespritzt ist. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Trägerelemente leicht und dabei nahezu unzerbrechlich und erlauben somit eine bequemere Handhabung sowie reduzierte Transportkosten.It has been shown that with the production of a carrier element according to the invention associated costs usual support elements for several reasons are significantly lower. For one, instead of glass, a plastic be used as a mechanical base, resulting in a saving of raw material costs. To the others may apply an adhesive between the immobilization layer and the substrate and the step of applying or sticking the immobilization material dispensed onto the base be, since according to the invention the plastic molded directly onto the immobilization membrane. Furthermore are the carrier elements according to the invention light and almost unbreakable, thus allowing a more comfortable Handling and reduced transport costs.
Durch entsprechende Untersuchungen konnte ferner gezeigt werden, dass die erfindungsgemäßen Trägerelemente eine zuverlässige Immobilisierung der entsprechenden Bindungspartner der Testsubstanz auf der Immobilisierungsfläche zeigen. Dies war so nicht zu erwarten. Immobilisierungsmaterialien sind grundsätzlich gegenüber mechanischer oder thermischer Belastung sehr empfindlich und weisen zumeist eine feine Porenstruktur zur Anbindung der Bindungspartner des Testfluids auf. Solche Materialien werden üblicherweise nur in Laborumgebung und mit der entsprechenden Sorgfalt gehandhabt. Mit der Herstellungsumgebung von Spritzgussteilen, die unter einem Spritzdruck von zumeist in der Größenordnung von 500 bar sowie bei Temperaturen von beispielsweise ungefähr 200°C hergestellt werden, sind solche Materialien ihrem Charakter nach scheinbar unvereinbar. Zu erwarten wäre eine Zerstörung der Porenstruktur durch die Quetschung des Immobilisierungsmaterials unter dem hohen Spritzdruck kombiniert mit hoher Temperatur oder aber ein Eindringen des flüssigen Kunststoffs in die Porenstruktur und damit ein Zusetzen der Porenstruktur. Überraschend hat sich jedoch herausgestellt, dass die Immobilisierungseigenschaften des Immobilisierungsmaterials in dem erfindungsgemäßen Trägerelement nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigt sind.By appropriate investigations could be further shown that the carrier elements according to the invention a reliable one Immobilization of the corresponding binding partner of the test substance on the immobilization surface demonstrate. This was not to be expected. immobilisation materials are basically across from mechanical or thermal stress very sensitive and wise usually a fine pore structure for binding binding partners of the test fluid. Such materials are usually only in laboratory environment and handled with the appropriate care. With the manufacturing environment of injection molded parts, which are under an injection pressure of mostly in of the order of magnitude of 500 bar and at temperatures of, for example, about 200 ° C produced Such materials are apparently incompatible in character. To be expected a destruction the pore structure by the squeezing of the immobilization material under the high injection pressure combined with high temperature or but an intrusion of the liquid Plastic in the pore structure and thus clogging the pore structure. Surprised However, it has been found that the immobilization properties the immobilization material in the carrier element according to the invention not or not significantly impaired.
Die Formgebung des erfindungsgemäßen Trägerelements kann ferner nahezu frei gewählt werden, ohne das dabei merklich höhere Herstellungskosten entstehen, da durch geeignete Formgebung des Spritzgusswerkzeugs Vorsprünge, Vertiefungen etc., z.B. zur Ankopplung an einer Halterung einer Analysevorrichtung, auf einfache Weise gespritzt werden können. Auch komplexere Trägerelemente und insbesondere Trägerelemente mit mehreren separaten Trägerflächen, welche jeweils eine separate Immobilisierungsmembran tragen, können somit in einem Arbeitsschritt gespritzt werden.The Shaping the carrier element according to the invention can also be chosen almost freely without significantly increasing production costs, because by suitable shaping of the injection molding tool projections, depressions, etc., e.g. for coupling to a holder of an analysis device, can be sprayed in a simple way. Also more complex support elements and in particular support elements with several separate support surfaces, which each carry a separate immobilization membrane, thus be sprayed in one step.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung sowie den Ansprüchen von einer Fläche, insbesondere von einer Immobilisierungsfläche, die Rede ist, so sollen darunter nicht nur ebene Geometrien verstanden werden. Die Immobilisierungsfläche kann für spezielle Einsatzzwecke auch mindestens einen gekrümmten, d.h. nicht planaren Abschnitt aufweisen. So kann die Immobilisierungsfläche eine Mulde oder Wölbung enthalten, um z.B. das Fließverhalten von auf die Immobilisierungsfläche aufgebrachten Substanzen zu beeinflussen. In einer konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform ist die Immobilisierungsfläche jedoch als ebene Fläche, d.h. als planare Fläche, ausgebildet.If in the present description and the claims of a surface, in particular of an immobilization surface, we are talking about not just flat geometries become. The immobilization area can for special For purposes of use also at least one curved, i. not planar Section. So the Immobilisierungsfläche a Trough or camber contain, e.g. the flow behavior from to the immobilization surface to influence applied substances. In a constructive special simple embodiment is the immobilization area however, as a flat surface, i.e. as a planar surface, educated.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Immobilisierungsmembran eine freitragende Membran. Ein solches Trägerelement weist besonders geringe Herstellungskosten auf, da eine freitragende Membran bequem in das Spritzgusswerkzeug einsetzbar und nach dem Erkalten des Kunststoffs mit samt dem Kunststoff aus dem Spritzgusswerkzeug entnehmbar ist.In a preferred embodiment the immobilization membrane is a self-supporting membrane. Such support element has particularly low production costs, as a self-supporting membrane convenient to use in the injection mold and after cooling the plastic along with the plastic from the injection mold removed is.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Immobilisierungsmembran ferner eine Stabilisierungsschicht auf, insbesondere eine Stabilisierungsschicht, welche eine höhere Stabilität aufweist, als die Immobilisierungsmaterialschicht. Eine solche Stabilisierungsschicht verbessert die mechanische Stabilität der Immobilisierungsmembran, um die Handhabung der Immobilisierungsmembran während des Spritzgießens, so z.B. die Halterung der Immobilisierungsmembran in einem Spritzgusswerkzeug, zu verbessern.In a further preferred embodiment the immobilization membrane further has a stabilizing layer on, in particular a stabilizing layer, which has a higher stability, as the immobilization material layer. Such a stabilization layer improves the mechanical stability of the immobilization membrane, to handle the immobilization membrane during injection molding, so e.g. the mounting of the immobilization membrane in an injection mold, to improve.
Die Stabilisierungsschicht kann auf der dem Kunststoff zugewandten Seite der Immobilisierungsmaterialschicht angeordnet und mit dieser verbunden sein. Eine solche Anordnung zeigt eine besonders zuverlässige Aufrechterhaltung der Immobilisierungseigenschaften des Immobilisierungsmaterials, da die Stabilisierungsschicht als Barriere zwischen dem Kunststoff und der Immobilisierungsmaterialschicht wirkt und einen direkten Kontakt des flüssigen Kunststoffs mit dem Immobilisierungsmaterial während des Einspritzens des Kunststoffs verhindert. Für eine solche Stabilisierungsschicht kommt vorteilhaft Zellstoffmaterial oder Vinyl plus Copolymer in Frage.The stabilization layer can be arranged on the side of the immobilization material layer facing the plastic and connected thereto. Such an arrangement exhibits a particularly reliable maintenance of the immobilization properties of the immobilization material, since the stabilization layer acts as a barrier between the plastic and the immobilization material layer and prevents direct contact of the liquid plastic with the immobilization material during the injection of the plastic. For Such a stabilizing layer may be advantageously pulp material or vinyl plus copolymer.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Stabilisierungsschicht auf der dem Kunststoff abgewandte Seite der Immobilisierungsmembran angeordnet sein und als ablösbare Schicht, insbesondere als abziehbare Folie, ausgebildet sein. Insbesondere in Kombination mit einer auf der Kunststoffseite angeordneten Stabilisierungsschicht kann dann eine besonders hohe Stabilität sowie ein Schutz der Immobilisierungsmaterialschicht erreicht werden. Die auf der dem Kunststoff abgewandten Seite angeordnete Stabilisierungsschicht lässt sich dann vor Beginn des Analyseverfahrens abziehen, um die Immobilisierungsmaterialschicht freizulegen.alternative or additionally may be a stabilizing layer on the side facing away from the plastic the immobilization membrane be arranged and as a removable layer, in particular as a peelable film, be formed. Especially in combination with a stabilization layer arranged on the plastic side can then be a particularly high stability and protection of Immobilisierungsmaterialschicht be achieved. The arranged on the side facing away from the plastic Stabilization layer leaves then peel off the immobilization material layer before beginning the analysis procedure expose.
Zusätzlich, jedoch auch unabhängig von dem Gedanken der Stabilisierung der Immobilisierungsmembran, wird ferner daran gedacht, dass eine Schutzschicht auf der dem Kunststoff abgewandten Seite der Immobilisierungsmembran direkt auf der Immobilisierungsmaterialschicht angeordnet ist und als ablösbare Schicht, insbesondere als abziehbare Kunststofffolie, ausgebildet ist. Mit einer solchen ablösbaren Schutzschicht kann die empfindliche Immobilisierungsmaterialschicht insbesondere während des Spritzgießens vor einer Beschädigung durch äußere mechanische oder/und thermische Einflüsse geschützt werden, so dass auch trotz der während des Spritzgießens verwendeten Druck- und Temperaturbedingungen eine sehr gute Immobilisierungseigenschaft des Immobilisierungsmaterials erhalten bleibt.In addition, but also independent from the idea of stabilization of the immobilization membrane, It is also thought that a protective layer on the plastic opposite side of the immobilization membrane directly on the Immobilisierungsmaterialschicht is arranged and as removable Layer, in particular as a peelable plastic film formed is. With such a detachable Protective layer may be the sensitive immobilization material layer especially during the injection molding from damage by external mechanical and / or thermal influences are protected, so that despite the during the injection molding used pressure and temperature conditions a very good immobilization property the immobilization material is retained.
Je nach Zusammensetzung der Immobilisierungsmembran sowie nach speziellen Anforderungen an die Haltbarkeit des Trägerelements kann ferner vorgesehen sein, dass die Immobilisierungsmembran an ihrer dem Kunststoff zugewandten Seite eine Übergangsschicht aufweist, welche eine höhere Anbindungsfähigkeit zu dem Kunststoffmaterial aufweist als die benachbarte Schicht der Immobilisierungsmembran. Auch eine solche Übergangsschicht kann neben der Verbesserungs der Haftung zwischen dem Immobilisierungsmaterial und dem Kunststoff auch die Wirkung einer Barriere übernehmen, um eine direkte Einwirkung des flüssigen Kunststoffs auf andere Schichten der Immobilisierungsmembran während des Spritzgießens zu verhindern oder/und kann stabilisierend wirken.ever after composition of the immobilization membrane and according to special Requirements for the durability of the support member may further be provided be that the immobilization membrane facing at its plastic Side a transitional layer which has a higher connectivity to the plastic material than the adjacent layer of Immobilisierungsmembran. Even such a transitional layer can be next to the improvement of the adhesion between the immobilization material and the plastic also take the effect of a barrier to a direct action of the liquid Plastic on other layers of the immobilization membrane during the injection molding to prevent or / and can have a stabilizing effect.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Immobilisierungsmaterial eine mikroskopische Porenstruktur auf, welche für eine nicht-kovalente Anbindung des ersten Bindungspartners eingerichtet ist. Eine nicht-kovalente Anbindung des ersten Bindungspartners ist in vielen Analyseverfahren bevorzugt, da eine chemische Veränderung des Bindungspartners bei der Immobilisierung und somit eine mögliche Beeinflussung der Analysereaktion weitestgehend ausgeschlossen werden kann.In a further preferred embodiment For example, the immobilization material has a microscopic pore structure on which for a non-covalent Connection of the first binding partner is set up. A non-covalent Connection of the first binding partner is preferred in many analysis methods, there a chemical change the binding partner in the immobilization and thus a possible influence the analysis reaction can be largely excluded.
Eine besonders effektive Immobilisierung durch nicht kovalente Anbindung für eine Vielzahl von Bindungspartnern oder für bestimmte Bindungspartner kann erreicht werden, wenn das Immobilisierungsmaterial eine mittlere Porengröße zwischen ungefähr 0,05 μm und ungefähr 1,0 μm, vorzugsweise zwischen ungefähr 0,1 μm und ungefähr 0,7 μm, am stärksten bevorzugt ungefähr 0,2 μm oder ungefähr 0,45 μm oder ungefähr 0,6 μm, aufweist.A particularly effective immobilization by non-covalent attachment for one Variety of binding partners or for specific binding partners can be achieved if the immobilization material is a medium Pore size between approximately 0.05 μm and about 1.0 μm, preferably between about 0.1 μm and approximately 0.7 μm, the strongest preferably about 0.2 μm or about 0.45 μm or about 0.6 μm.
Speziell kann als Immobilisierungsmaterial Nitrocellulose, Polyvinylfluorid (PVDF) oder Nylon zum Einsatz kommen, wobei das Immobilisierungsmaterial für eine besonders effektive Immobilisierung vorzugsweise vollständig aus einer dieser Verbindungen gebildet ist. Insbesondere in Bezug auf die Verwendung von Nitrocellulose stellen die erfolgreichen Testversuche zur Herstellung der erfindungsgemäßen Trägerelemente eine besondere Überraschung dar. Nitrocellulose ist auch unter der Bezeichnung "Schießbaumwolle" bekannt und weist je nach Materialzustand entflammbare bis explosive Eigenschaften auf. Eine Hinterspritzung dieses Materials mit Kunststoff hoher Temperatur und hohem Druck scheint daher insbesondere für dieses Material besonders abwegig.specially can be used as immobilizing nitrocellulose, polyvinyl fluoride (PVDF) or nylon are used, wherein the immobilization material for one particularly effective immobilization preferably completely one of these compounds is formed. Especially in terms of the use of nitrocellulose represent the successful test trials for the production of the carrier elements according to the invention is a special surprise. Nitrocellulose is also known as "shooting cotton" and shows depending on the material condition flammable to explosive properties. A back injection This material with plastic high temperature and high pressure seems therefore in particular for this material is particularly outlandish.
Andererseits wird jedoch auch daran gedacht, dass das Immobilisierungsmaterial mindestens eine funktionelle Gruppe aufweist, welche für eine kovalente Anbindung an dem ersten Bindungspartner eingerichtet ist. Eine solche kovalente Anbindung kann zu einer stabileren und definierteren Immobilisierung aufgrund der stärkeren kovalenten Wechselwirkungen zwischen dem Immobilisierungsmaterial und dem ersten Bindungspartner führen. Ein durch kovalente Anbindung immobilisierter Bindungspartner ist zudem widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Einwirkungen und wird so durch andere Fluide weniger leicht von der Immobilisierungsfläche weg gewaschen.on the other hand However, it is also thought that the immobilization material has at least one functional group which is covalent Connection to the first binding partner is established. Such covalent attachment can lead to a more stable and defined immobilization because of the stronger ones covalent interactions between the immobilization material and the first binding partner. A binding partner immobilized by covalent attachment is also more resistant across from mechanical effects and so is less by other fluids washed off the immobilization surface.
Mit besonderem Vorteil kommt ein Trägerelement der vorstehend genannten Art in einem Analyseverfahren zum Einsatz, in welchem der erste oder/und der zweite Bindungspartner des Bindungspaares ausgewählt ist aus: Proteinen, insbesondere Rezeptoren, Antikörpern, Nukleinsäuren, insbesondere RNA, DNA, Kohlenhydraten, Lipiden, da speziell für solche Analyseverfahren ein großer Bedarf an preiswerten und gleichzeitig hochqualitativen Trägerelementen besteht.With particular advantage is a support element of the abovementioned type are used in an analysis method, in which the first or / and the second binding partner of the binding pair selected is from: proteins, especially receptors, antibodies, nucleic acids, in particular RNA, DNA, carbohydrates, lipids, there especially for such analysis methods greater Demand for inexpensive and at the same time high quality support elements consists.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsfrom der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägerelement eine Mehrzahl von Immobilisierungs flächen mit jeweils einer zugeordneten Immobilisierungsmembran aufweist, und dass die Immobilisierungsflächen an einem gemeinsamen Spritzgusskörper angeordnet sind. Ein solches Trägerelement ermöglicht die Gruppierung mehrerer voneinander getrennter Immobilisierungsflächen an ein und demselben Trägerelement, um beispielsweise ein Analysefluid komfortabel auf das Vorhandensein einer Mehrzahl verschiedener Proteine, Antikörper, Rezeptoren, Nukleinsäuren etc. hin zu untersuchen.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the carrier element has a plurality of immobilization surfaces each having an associated immobilization has membrane, and that the Immobilisierungsflächen are arranged on a common injection molded body. Such a carrier element allows the grouping of a plurality of mutually separated immobilization surfaces on one and the same carrier element in order to examine, for example, an analysis fluid conveniently for the presence of a plurality of different proteins, antibodies, receptors, nucleic acids, etc.
Insbesondere wird daran gedacht, dass der Spritzgusskörper als Analysekassette mit einer rasterartigen Anordnung separater Immobilisierungsflächen ausgebildet ist. Solche Kassetten können etwa für die manuelle Durchführung einer Mehrzahl von parallelen Analysereaktionen, jedoch vorteilhaft auch für eine automatische Verarbeitung in automatisierten oder halbautomatisierten Analysegeräten geeignet bzw. eingerichtet sein. Um eine zuverlässige Trennung der den verschiedenen Immobilisierungsflächen zugeordneten Analysereaktionen sicherzustellen, können ferner die Immobilisierungsflächen jeweils von materialeinheitlich mit dem Spritzgusskörper geformten Trennwänden umgeben sein.Especially is thought that the injection molded body as an analysis cassette with a grid-like arrangement of separate immobilization surfaces formed is. Such cassettes can about for the manual implementation a plurality of parallel analysis reactions, but advantageous also for automatic processing in automated or semi-automated analyzers be suitable or furnished. To have a reliable separation of the different ones Immobilisierungsflächen Further, to ensure associated analysis responses the immobilization surfaces respectively surrounded by uniform material molded with the injection molded partitions be.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Trägerelement zur Verwendung in chemischen und biochemischen Analyseverfahren, umfassend mindestens eine Immobilisierungsfläche, welche ein Immobilisierungsmaterial aufweist, das bei Kontakt mit einer einen ersten Bindungspartner eines Bindungspaares enthaltenden Substanz den ersten Bindungspartner örtlich immobilisiert, wobei die mindestens eine Immobilisierungsfläche eine Immobilisierungsmembran aufweist, welche aus zumindest einer aus dem Immobilisierungsmaterial gebildeten Schicht aufgebaut ist, und wobei das Trägerelement ferner eine Kanalanordnung aufweist, welche mit der Immobilisierungsmembran in Verbindung steht und an eine Unterdruckquelle anschließbar ist, um auf einer der frei liegenden Seite der Immobilisierungsfläche entgegengesetzten Seite der Immo bilisierungsfläche einen Unterdruck zu erzeugen.To In another aspect of the present invention, the above-mentioned inventive task solved by a carrier element for use in chemical and biochemical analytical methods, comprising at least one immobilization surface comprising an immobilization material, when in contact with a first binding partner of a binding pair containing substance immobilizes the first binding partner locally, wherein the at least one immobilization surface is an immobilization membrane comprising at least one of the immobilization material is formed, and wherein the carrier element further comprising a channel assembly which communicates with the immobilization membrane is connected and can be connected to a vacuum source, around on one of the exposed side of the immobilization surface opposite Side of the real estate to generate a negative pressure.
Durch den auf die erfindungsgemäße Weise erzeugten Unterdruck wird eine auf der Immobilisierungsfläche aufgetragene Testsubstanz an die Immobilisierungsmembran angesaugt und insbesondere auch im gewissen Maße in die Immobilisierungsmaterialschicht hinein gesaugt, wodurch speziell im Fall einer nicht-kovalenten Anbindung des Bindungspartners eine noch zuverlässigere Anbindung und somit eine noch stabilere Immobilisierung erreicht wird. Einer bestimmten Saugleistung der Unterdruckquelle in Zusammenwirkung mit der Kanalanordnung und der Immobilisierungsmembran führt dann zu einer bestimmten Immobilisierungskapazität bzw. einer bestimmten Immobilisierungsgeschwindigkeit, so dass insbesondere auch durch Veränderung der Saugleistung eine Anpassung des Trägerelements an vorliegende Immobilisierungsaufgaben ermöglicht werden kann.By the generated in the manner of the invention Negative pressure is a test substance applied to the immobilization surface aspirated to the immobilization membrane and in particular in the certain dimensions sucked into the Immobilisierungsmaterialschicht inside, thereby special in the case of a non-covalent attachment of the binding partner one even more reliable Connection and thus achieved an even more stable immobilization becomes. A certain suction power of the negative pressure source in cooperation with the channel assembly and the immobilization membrane then performs to a certain immobilization capacity or a certain immobilization speed, so that in particular by changing the suction power a Adaptation of the carrier element can be made possible to existing immobilization tasks.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägerelement einen Basiskörper auf, an welchem die Immobilisierungsmembran angeordnet ist, wobei die Kanalanordnung in dem Basiskörper ausgebildet ist. Der Basiskörper kann dann zum einen als Anlage- und Stützkörper für die Immobilisierungsmembran und andererseits als Träger für die Kanalanordnung dienen.In a preferred embodiment has the carrier element a base body on which the immobilization membrane is arranged, wherein the channel arrangement in the base body is trained. The base body can then on the one hand as an investment and support body for the Immobilisierungsmembran and on the other hand as a carrier for the Channel arrangement serve.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kanalanordnung in einem Trägerelement der oben beschriebenen Art in dem hinterspritzten Kunststoff vorgesehen, steht mit der Immobilisierungsmembran in Verbindung und ist ebenfalls an eine Unterdruckquelle anschließbar, um auf einer dem Kunststoff zugewandten Seite der Immobilisierungsmembran einen Unterdruck zu erzeugen. Eine solche Kanalanordnung lässt sich insbesondere in einem gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Spritzgussverfahren hergestellten Trägerelement besonders leicht realisieren, da die Kanalanordnung direkt während des Spritzgießens durch entsprechende Formgebung des Spritzgusswerkzeugs gebildet werden kann und somit eine nachträgliche spanabhebende Bearbeitung des Trägerelements entfallen kann oder zumindest deutlich vereinfacht wird.To a further preferred embodiment The invention relates to the channel arrangement in a carrier element of the above-described Art provided in the injected plastic, stands with the Immobilizing membrane in conjunction and is also connected to a Vacuum source can be connected, around on a plastic facing side of the immobilization membrane to generate a negative pressure. Such a channel arrangement can be in particular in one according to the present invention Invention produced by an injection molding carrier element realize particularly easily, since the channel arrangement directly during the injection molding formed by appropriate shaping of the injection molding tool can be and thus a subsequent machining omitted the carrier element can be or at least significantly simplified.
In einer besonders einfachen Ausführungsform eines Trägerelements mit Kanalanordnung ist vorgesehen, dass der Kunststoff in Form einer Gitterstruktur, einer Siebstruktur oder eines im Wesentlichen plattenförmigen Basiskörpers mit mindestens einer Durchgangsöffnung gespritzt ist. Insbesondere bei Verwendung einer Gitterstruktur oder einer Siebstruktur lässt sich dann auch eine relativ gleichmäßige Verteilung des Unterdrucks über die Immobilisierungsfläche erzielen.In a particularly simple embodiment a support element with channel arrangement is provided that the plastic in the form of a Grid structure, a screen structure or a substantially plate-shaped base body with at least one passage opening sprayed. Especially when using a grid structure or a sieve structure then also a relatively even distribution of negative pressure over the immobilization surface achieve.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe stellt die Erfindung ferner eine Analysekartusche zur Verwendung in einer Analysevorrichtung zur chemischen oder biochemischen Analyse eines Analysefluids, insbesondere einer tierischen oder menschlichen Probenflüssigkeit, bereit, wobei die Kartusche ein Trägerelement der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Art aufweist oder bildet, und wobei die Kartusche ein Kanalsystem aufweist, um die den ersten Bindungspartner enthaltende Substanz, das Analysefluid, oder/und ggf. weitere Fluide zu der Immobilisierungsfläche des Trägerelements zu leiten oder/und von dieser abzuführen. Eine solche Analysekartusche kann als Einweg-Kartusche ausgebildet sein und bietet in Kombination mit einer entsprechenden Analysevorrichtung eine gebrauchsfertige Kanalanordnung zur Zu- bzw. Ableitung der für das Analyseverfahren notwendigen Substanzen.To achieve the above object, the invention further provides an analysis cartridge for use in an analysis apparatus for chemical or biochemical analysis of an analysis fluid, in particular an animal or human sample liquid, wherein the cartridge comprises or forms a support member of the type described above, and wherein the cartridge has a channel system for directing and / or removing the substance containing the first binding partner, the analysis fluid, or / and optionally further fluids to the immobilization surface of the carrier element. Such an analysis cartridge can be designed as a disposable cartridge and, in combination with a corresponding analysis device, provides a ready-to-use Ka nalanordnung for supply and discharge of the substances necessary for the analysis process.
Die
Analysekartusche kann kostengünstig ebenfalls
aus einem Spritzgussmaterial gefertigt sein und kann sich hinsichtlich
der Ausbildung des Kanalsystems an einer in der
Wenn
die Analysekartusche ebenfalls einen aus thermoplastischem Kunststoff
gespritzten Bestandteil aufweist, beispielsweise wie in der
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe stellt die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Trägerelements mit mindestens einer Immobilisierungsfläche bereit, wobei die mindestens eine Immobilisierungsfläche ein Immobilisierungsmaterial aufweist, das bei Kontakt mit einer einen ersten Bindungspartner eines Bindungspaares enthaltenden Substanz den ersten Bindungspartner örtlich immobilisiert, umfassend die folgenden Schritte: Einsetzen mindestens einer freitragenden Immobilisierungsmembran, welche aus zumindest einer aus dem Immobilisierungsmaterial gebildeten Schicht aufgebaut ist, in ein Spritzgusswerkzeug, und Hinterspritzen der mindestens einen Immobilisierungsmembran mit einem thermoplastischen Kunststoff. Wie zuvor bereits beschrieben, lassen sich mit einem solchen Verfahren Trägerelemente sehr wirtschaftlich in großer Stückzahl herstellen und speziellen Wünschen hinsichtlich der Formgebung des Trägerelements und der Anzahl und Anordnung der Immobilisierungsflächen kann ohne weiteres durch entsprechende Anpassung des Spritzgusswerkzeugs nachgekommen werden. Die Immobilisierungsfähigkeit des Immobilisierungsmaterials wird dabei nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigt.to solution In the above-mentioned object, the invention further provides a method for producing a carrier element having at least one immobilization surface ready, wherein the at least one immobilization surface an immobilizing material which, when in contact with a a first binding partner of a binding pair-containing substance the first binding partner locally immobilized, comprising the following steps: insertion at least a cantilevered immobilization membrane, which consists of at least a built up of the immobilization material layer is, in an injection mold, and back injection of at least an immobilization membrane with a thermoplastic. As before already described, can be with such a method carrier elements very economical in big quantity produce and special wishes in terms of the shape of the support member and the number and arrangement of Immobilisierungsflächen can easily through appropriate adaptation of the injection molding tool to be met. Immobilization ability of the Immobilization material is not or not essential impaired.
Vorzugsweise wird die mindestens eine Immobilisierungsmembran nach dem Einsetzen in das Spritzgusswerkzeug und zumindest vor dem Hinterspritzen von einer Membranhalteeinrichtung in Position gehalten. Dies stellt einen störungsfreien Ablauf des Spritzgussverfahrens sowie eine gleich bleibend zuverlässige Qualität der hergestellten Trägerelemente sicher. Insbesondere wenn die mindestens eine Immobilisierungsmembran in dem Spritzgusswerkzeug in einer nicht waagerechten Position hinterspritzt wird, kann durch die Membranhalteeinrichtung ein Verrutschen oder Herausfallen der Immobilisierungsmembran, beispielsweise während des Schließens einer Gussform, verhindert werden.Preferably becomes the at least one immobilization membrane after insertion in the injection mold and at least before the back injection of a membrane holding device held in position. This poses a trouble-free Procedure of the injection molding process and a consistently reliable quality of the produced support elements for sure. In particular, if the at least one immobilization membrane back-injected in the injection molding tool in a non-horizontal position is, can slip through the membrane holding device or Falling out of the Immobilisierungsmembran, for example, during the closing of a Mold, to be prevented.
In einer einfachen Realisierung einer solchen Membranhalteeinrichtung weist diese mindestens eine Hinterschneidung in einer Formhälfte des Spritzgusswerkzeugs auf und die mindestens eine Immobilisierungsmembran wird beim Einsetzten in die Formhälfte mit ihrem Randabschnitt hinter der Hinterschneidung positioniert.In a simple realization of such a membrane holding device this has at least one undercut in a mold half of the injection molding tool and the at least one immobilization membrane is inserted in the mold half positioned with its edge portion behind the undercut.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to preferred embodiments explained in more detail with reference to the drawings.
In
An
einer Bodenfläche
Die
Trennwände
Nachfolgend
werden unter Bezugnahme auf
In
Die
Immobilisierungsmembranen
In
Bei
dem Trägerelement
In
dem dritten Ausführungsbeispiel
sind die Immobilisierungsmembranen
Bei
dem Trägerelement
Die
Kanäle
Die
von den Immobilisierungsmembranen
Die
Immobilisierungsmembranen
Die
in den gezeigten Ausführungsbeispielen gemäß
Die
Analysekartusche
Das
Trägerelement
Die
Analysekartusche
Die erfindungsgemäßen Trägerelemente sowie die erfindungsgemäße Analysekartusche eignen sich insbesondere für die Analyse von menschlichem oder tierischem Körperfluid, wie etwa Serum, Blut, Plasma, Urin usw., auf den Gehalt an bestimmten Proteinen, Nukleinsäuren usw. Dabei kommt eine Analysereaktion zwischen zwei Bindungspartnern eines Bindungspaares zum Einsatz, von denen ein erster Bindungspartner in der auf der Immobilisierungsfläche des Trägerelements zu immobilisierenden Testsubstanz und der andere Bindungspartner potentiell in der Analyseprobe des Körperfluids enthalten ist. Beispiele für solche Bindungspaare sind: Antigen-Antikörper, Protein-Rezeptor, Nukleinsäure-Nukleinsäure (z.B. DNA-DNA, DNA-RNA, RNA-RNA) sowie Protein-Nukleinsäure.The Support elements according to the invention as well as the analysis cartridge according to the invention are particularly suitable for the analysis of human or animal body fluid, such as serum, Blood, plasma, urine etc., on the content of certain proteins, nucleic acids etc. Here comes an analysis reaction between two binding partners a binding pair are used, of which a first binding partner in the test substance to be immobilized on the immobilization surface of the carrier element and the other binding partner potentially in the analysis sample of body fluid is included. examples for such binding pairs are: antigen-antibody, protein-receptor, nucleic acid-nucleic acid (e.g. DNA-DNA, DNA-RNA, RNA-RNA) as well as protein-nucleic acid.
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