DE102009046598A1 - Vorrichtung zur Durchführung von Tests, insbesondere von molekularbiologischen Tests - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Durchführung von Tests, insbesondere von molekularbiologischen Tests, mit einem Objektträger (26), auf dem in einem insbesondere durch eine Breite (b) und eine Länge örtlich begrenzten Areal (35) eine Vielzahl von insbesondere molekularbiologischen Referenzmustern (36) ortsfest angeordnet sind, welche potentiell geeignet sind, um mit in einer Lösung befindlichen Gegenreferenzen zusammenzuwirken, wobei die Lösung zur Beschleunigung einer Reaktion zwischen den Referenzmustern (36) und den Gegenreferenzen mittels einer Pumpeinrichtung (17) fortwährend über das Areal (35) geleitet wird, wobei der Objektträger (26) Teil einer Reaktionskammer (11) mit einem zum Areal (35) beabstandeten Einlassbereich (12) und einem zum Areal (35) beabstandeten Auslassbereich (13) ist und wobei die Lösung die Reaktionskammer (11) aus Richtung des Einlassbereiches (12) in Richtung des Auslassbereiches (13) durchströmt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem Einlassbereich (12) der Reaktionskammer (11) und dem Areal (35) mit den Referenzmustern (36) ein Strömungselement (38) angeordnet ist, das die über den Einlassbereich (12) in den Bereich der Reaktionskammer (11) einströmende Lösung derart auslenkt, dass der Strömungsquerschnitt der Lösung so vergrößert wird, dass die Lösung im Vergleich zur selben Reaktionskammer (11) ohne Strömungselement (38) über eine quer zur Strömungsrichtung (32) der Lösung betrachtet größere Breite des Areals ...

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Tests, insbesondere von molekularbiologischen Tests, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei molekularbiologischen Tests wird unter „Hybridisierung” ein für molekulargenetische Techniken bedeutsamer Vorgang bezeichnet, bei dem sich bei einem Einzelstrang einer DNA oder einer RNA ein mehr oder weniger vollständig komplementärer DNA- bzw. RNA-Einzelstrang anlagert, indem Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den jeweils komplementären Nukleinbasen gebildet werden. Die Hybridisierungstechnik dient zum Nachweis der strukturellen Verwandtschaft von Nukleinsäuren wie auch zur Isolierung spezifischer Nukleinsäure-Sequenzen aus einem Gemisch. Die Hybridisierungstechnik gewinnt in Zusammenhang mit weiteren molekulargenetischen Techniken in der neurobiologischen Forschung, der Diagnostik von Pathogenen unter anderem als In-situ-Methode, an Bedeutung.
  • Üblicherweise wird bei einer Detektion mit Hilfe der Hybridisierung ein Standardobjektträger mit der zu untersuchenden Reagenz benetzt, gedeckelt und anschließend in einer Temperaturkammer bei einem Temperaturbereich von 30°C bis 70°C ruhen gelassen. Dieser Vorgang benötigt teilweise Tage, bis es zu einer gewünschten Reaktion bzw. zu einem Ergebnis kommt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung von Tests, insbesondere von molekularbiologischen Tests, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die in einer Reaktionskammer angeordneten Referenzmuster von einer die Gegenreferenzen aufweisenden Lösung gleichmäßig um- bzw. überströmt werden, sodass eine bessere und/oder schnellere Aussage über die Zusammensetzung der Gegenreferenzen möglich ist. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Durchführung von Tests, insbesondere von molekularbiologischen Tests, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch ein zwischen dem Einlassbereich der Reaktionskammer und dem Areal mit den Referenzmustern angeordnetes Strömungselement die Strömung derart auszulenken bzw. zu beeinflussen, dass diese im Vergleich zu einer Reaktionskammer ohne Strömungselement über eine in Strömungsrichtung betrachtet größere Breite innerhalb der Reaktionskammer strömt und somit auch die in den Randbereichen des Areals mit den Referenzmustern angeordneten Referenzmuster besser bzw. mit einer höheren Wahrscheinlichkeit überströmt werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung von Tests, insbesondere von molekularbiologischen Tests, sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Strömungselement eine Höhe aufweist, die wenigstens der Höhe der Referenzmuster auf dem Objektträger entspricht. Dadurch lässt sich eine vollständige Umlenkung des Strömungsflusses der Lösung im Bereich der Referenzmuster erreichen.
  • In einer konstruktiven Umsetzung der Erfindung ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Objektträger von einem Abdeckelement überdeckt ist, das Teil der Reaktionskammer ist und, dass das Strömungselement an dem Abdeckelement auf der dem Objektträger zugewandten Seite angeordnet ist. Dadurch können übliche Objektträger in Form von Glasträgern verwendet werden, auf denen die Referenzmuster angeordnet sind. Darüber hinaus kann dasselbe Abdeckelement mit dem Strömungselement für verschiedene Objektträger eingesetzt werden, sodass die Kosten relativ gering sind.
  • Um das Strömungselement darüber hinaus unterschiedlichsten Objektträgern bzw. Referenzmustern anzupassen bzw. unabhängig von deren Ausbildung den gewünschten strömungstechnischen Effekt zu erzielen, ist es darüber hinaus besonders vorteilhaft, wenn das Strömungselement sich über die gesamte Höhe der Reaktionskammer zwischen dem Objektträger und dem Abdeckelement erstreckt.
  • Um auf einfache Art und Weise eine optimale Anpassung des Strömungselements an die jeweiligen Bedingungen bzw. das Areal mit den Referenzmustern zu ermöglichen, ist es darüber hinaus in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Strömungselement als separates Bauelement ausgebildet ist. Dadurch ist es nicht erforderlich, spezielle Objektträger oder Abdeckelemente mit Strömungselementen auszubilden, sondern es können, je nach Anforderungsfall, auf einfache Weise unterschiedliche Strömungselemente für die Vorrichtung verwendet werden.
  • Alternativ hierzu ist es jedoch auch vorteilhaft, wenn das Strömungselement einstückig am Objektträger oder am Abdeckelement angeformt ist. Dies wird immer dann vorteilhaft sein, wenn man ein stets gleiches Areal mit den Referenzmustern vorsieht, sodass sich ein Strömungselement optimal auf ein bestehendes Areal anpassen lässt.
  • Eine vorteilhafte Herstellungsmethode zur Ausbildung eines an dem Objektträger oder dem Abdeckelement angeformten Strömungselements sieht vor, dass das Strömungselement durch eine Strukturierung der Oberfläche des Objektträgers oder des Abdeckelements ausgebildet ist. Eine derartige Strukturierung kann je nach Material des Abdeckelements bzw. des Objektelements beispielsweise in einem Schleifvorgang, einem Ätzvorgang oder ähnlichem bestehen.
  • Um ein möglichst großes Areal auf dem Objektträger ausbilden zu können, ist es in einer weiteren vorteilhaftes Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Strömungselement nahe dem Einlassbereich angeordnet ist. Ferner wird dadurch der Vorteil erzielt, dass die gesamte über den Einlassbereich in die Reaktionskammer einströmende Strömung von dem Strömungselement erfasst wird, ohne dass das Strömungselement hierzu besonders groß ausgebildet sein muss.
  • Bei der Durchführung von Simulationen und Tests hat es sich dabei als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn zumindest der Einlassbereich der Reaktionskammer trichterförmig aufgeweitet ausgebildet ist, dass sich das Strömungselement in Strömungsrichtung der Lösung betrachtet unmittelbar an die trichterförmige Aufweitung anschließt, wobei das Strömungselement mit der Aufweitung mittig ausgerichtet ist und, dass das Strömungselement quer zur Strömungsrichtung betrachtet eine größere Erstreckung aufweist als die Aufweitung im Bereich des Beginns der Aufweitung.
  • Weiterhin haben sich bei der Simulation im Querschnitt runde Querschnittsflächen des Strömungselements als vorteilhaft erwiesen.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Figuren.
  • Diese zeigen in:
  • 1 eine Vorrichtung zur Durchführung von Tests, insbesondere von molekularbiologischen Tests, in einer schematischen und stark vereinfachten Darstellung und
  • 2 einen Längsschnitt durch eine Reaktionskammer, wie sie bei der Vorrichtung gemäß 1 verwendet wird, in teilweise explosionsartiger Darstellung.
  • In der 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Durchführung von Tests, insbesondere von molekularbiologischen Tests, in einer schematischen Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung 10 weist. eine Reaktionskammer 11 auf, welche in Draufsicht in etwa rechteck- bzw. blockförmig ausgebildet ist. Die Reaktionskammer 11 verfügt über einen trichterförmigen Einlassbereich 12 und, auf der gegenüberliegenden Seite, einen trichterförmigen Auslassbereich 13. An den Auslassbereich 13 schließt sich eine erste Leitung 14 an, die in einen Abzweig 15 übergeht. An dem einen Ende des Abzweigs 15 ist ein Auslass 16 angeordnet, über den eine in der Reaktionskammer 11 bzw. der Vorrichtung 10 strömende Lösung aus der Vorrichtung 10 ausgeleitet werden kann. Das andere Ende des Abzweigs 15 mündet in einer Pumpeinrichtung 17, die die angesprochene Lösung stets innerhalb der Vorrichtung 10 bzw. der Reaktionskammer 11 umwälzt. Am Auslass der Pumpeinrichtung 17 schließt sich eine zweite Leitung 19 an, die über eine weitere Abzweigung 20 einerseits mit einem Einlass 21, über den die Lösung in die Vorrichtung 10 eingebracht werden kann und andererseits mit dem Einlassbereich 12 der Reaktionskammer 11 verbunden ist.
  • Wie insbesondere aus der 2 erkennbar ist, weist die Reaktionskammer 11 eine Heizeinrichtung 23 auf, die ein oberes Heizelement 24 und ein unteres Heizelement 25 beinhaltet. Die beiden, insbesondere elektrisch betriebenen Heizelemente 24 und 25 überdecken hierbei die Fläche der Reaktionskammer 11 zumindest nahezu vollständig.
  • Die Reaktionskammer 11 wiederum besteht aus einem Objektträger 26, welcher insbesondere aus Glas besteht, sowie einem Abdeckelement 28, welches mit dem Objektträger 26 zusammenwirkt. Das Abdeckelement 28 besteht aus einem Grundmaterial wie zum Beispiel Kunststoff oder Glas, dessen dem Objektträger 26 zugewandte Seite 29 strukturiert ausgebildet ist. Hierbei kann die Strukturierung je nach Art des verwendeten Materials beispielsweise mittels einer Ätzung oder eines Schleifvorgangs erfolgen. Insbesondere erkennt man anhand der 1, dass das Abdeckelement 28 im Bereich der Stirnseiten der Reaktionskammer 11 einen umlaufenden Rand 30 aufweisen kann, welcher im Bereich des Einlassbereiches 12 und des Auslassbereiches 13 eine geringere Höhe aufweist als in den restlichen Bereichen, sodass die Lösung durch die Reaktionskammer 11 in Richtung des Pfeils 32 von dem Einlassbereich 12 in Richtung des Auslassbereiches 13 strömen kann.
  • Dadurch, dass das Abdeckelement 28 dicht auf dem Objektträger 26 aufliegt, wird im Inneren der Reaktionskammer 11 ein (mit Ausnahme des Einlassbereiches 12 und des Auslassbereiches 13) dichter Reaktionsraum 33 ausgebildet.
  • Auf dem Objektträger 26 befindet sich auf der dem Auslassbereich 13 zugewandten Seite ein Areal 35, auf dem eine Vielzahl von Referenzmustern 36, bestehend aus molekularbiologischen Materialien bzw. molekularbiologischen Referenzmustern 36, in punktförmiger Anordnung ortsfest aufgebracht sind. Hierbei handelt es sich bei den Referenzmustern 36 bevorzugt um jeweils unterschiedliche Referenzmuster 36, welche in Form von „Spots” in Matrixform nebeneinander angeordnet sind. Die Höhe der einzelnen Spots bzw. Referenzmuster 36 beträgt hierbei lediglich einige Nanometer. Das Areal 35 ist insbesondere rechteckförmig ausgebildet und reicht etwa über zwei Drittel der Länge des Objektträgers 26. Hierbei weist der Objektträger eine typische Länge und Breite von etwa 20 mm auf. Das Areal 35 ist im Ausführungsbeispiel typischerweise etwa 10 mm bis 15 mm breit und lang.
  • Zwischen dem Areal 35 und dem Einlassbereich 12 ist innerhalb der Reaktionskammer 11 bzw. des Reaktionsraums 33 ein Strömungselement 38 angeordnet. In dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Strömungselement 38 einstückig am Abdeckelement 28 angeformt bzw. infolge der Strukturierung des Abdeckelements 28 ausgebildet und ragt über die gesamte Höhe des Reaktionsraums 33. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, das Strömungselement 38 als separates Bauelement auszubilden. Hierbei ist es vorteilhaft bzw. erforderlich, dass das Strömungselement 38 eine derartige Höhe aufweist, dass die Höhe mindestens der Höhe der Referenzmuster 36 auf dem Objektträger 26 entspricht, wobei das Strömungselement 38 auf der dem Objektträger 26 bzw. den Referenzmustern 36 zugewandten Seite des Reaktionsraums 33 angeordnet ist.
  • Das Strömungselement 38 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel rund bzw. zylindrisch ausgebildet und nahe des Einlassbereichs 12 angeordnet. Hierbei beträgt der Durchmesser d des Strömungselements 38 etwa 5 mm und der Abstand zum Areal 35 beträgt ebenfalls etwa 5 mm. Wie man insbesondere anhand der 1 erkennt, schließt sich das Strömungselement 38 etwa in der Ebene an, in der der trichterförmige Einlassbereich 12 endet. Ferner erkennt man, dass der Durchmesser d des Strömungselements 38 größer ist als die Weite w im Bereich des Einlasses bzw. in dem Bereich des Einlassbereichs 12, welcher in seinem Strömungsquerschnitt kleiner ist.
  • Die soweit beschriebene Vorrichtung 10 arbeitet wie folgt: Eine zur potentiellen Reaktion mit den Referenzmustern 36 durchsetzte Lösung mit molekularbiologischen Gegenreferenzen (nicht dargestellt) wird über den Einlass 21 in die Vorrichtung 10 eingeleitet. Hierbei pumpt die Pumpeinrichtung 17 die Lösung im Umwälzverfahren entsprechend der Pfeile 39 und 32 ständig durch die Reaktionskammer 11. Beim Eintritt der Lösung in die Reaktionskammer 11 wird die laminar durch die Reaktionskammer 11 strömende Lösung durch das Strömungselement 38 aus- bzw. umgelenkt, wobei deren Strömungsbreite im Vergleich zu dem Einlassbereich 12 verbreitert wird, sodass diese insbesondere gleichförmig über die gesamte Breite b des Areals 35 strömt und hierbei potentiell mit den innerhalb des Areals 35 angeordneten Referenzmustern 36 reagieren kann.
  • Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass jedes der Referenzmuster 36 über den Strömungsquerschnitt der Lösung bzw. über die gesamte Breite b des Areals 35 betrachtet dieselbe Wahrscheinlichkeit hat, mit einer sich in der Lösung befindlichen Gegenreferenz zu reagieren.
  • Ergänzend wird erwähnt, dass die soweit beschriebene Vorrichtung 10 in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden kann. Hierbei ist insbesondere eine Anpassung des Strömungskörpers 38 an die jeweils vorhandenen geometrischen Anordnungen der Referenzmuster 36 sowie an die Größe der Reaktionskammer 11 erforderlich. Anstelle eines im Querschnitt runden Strömungselements 38 sind auch andersartig geformte Strömungselemente 38, z. B. linsenförmige oder eckige Strömungselemente 38, denkbar. Erfindungswesentlich ist lediglich, dass mittels des Strömungselements 38 die Strömung der Lösung in der Reaktionskammer 11 so beeinflusst wird, dass diese im Vergleich zu einer Reaktionskammer 11 ohne Strömungselement 38 eine größere Breite quer zur Strömungsrichtung durch die Reaktionskammer 11 bzw. einen größeren Strömungsquerschnitt aufweist, so dass das Areal 35 auch in seinen quer zur Strömungsrichtung befindlichen Randbereichen von der Lösung mit den Gegenreferenzen überströmt wird. Im Idealfall strömt die Lösung gleichmäßig über die gesamte Breite b des Areals 35.

Claims (11)

  1. Vorrichtung (10) zur Durchführung von Tests, insbesondere von molekularbiologischen Tests, mit einem Objektträger (26), auf dem in einem insbesondere durch eine Breite (b) und eine Länge örtlich begrenzten Areal (35) eine Vielzahl von insbesondere molekularbiologischen Referenzmustern (36) ortsfest angeordnet sind, welche potentiell geeignet sind, um mit in einer Lösung befindlichen Gegenreferenzen zusammenzuwirken, wobei die Lösung zur Beschleunigung einer Reaktion zwischen den Referenzmustern (36) und den Gegenreferenzen mittels einer Pumpeinrichtung (17) fortwährend über das Areal (35) geleitet wird, wobei der Objektträger (26) Teil einer Reaktionskammer (11) mit einem zum Areal (35) beabstandeten Einlassbereich (12) und einem zum Areal (35) beabstandeten Auslassbereich (13) ist und wobei die Lösung die Reaktionskammer (11) aus Richtung des Einlassbereiches (12) in Richtung des Auslassbereiches (13) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einlassbereich (12) der Reaktionskammer (11) und dem Areal (35) mit den Referenzmustern (36) ein Strömungselement (38) angeordnet ist, das die über den Einlassbereich (12) in den Bereich der Reaktionskammer (11) einströmende Lösung derart auslenkt, dass der Strömungsquerschnitt der Lösung so vergrößert wird, dass die Lösung im Vergleich zur selben Reaktionskammer (11) ohne Strömungselement (38) über eine quer zur Strömungsrichtung (32) der Lösung betrachtet größere Breite des Areals (35) strömt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (38) eine Höhe aufweist, die wenigstens der Höhe der Referenzmuster (36) auf dem Objektträger (26) entspricht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (26) von einem Abdeckelement (28) überdeckt ist, das Teil der Reaktionskammer (11) ist und, dass das Strömungselement (38) an dem Abdeckelement (28) auf der dem Objektträger (26) zugewandten Seite angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (38) sich über die gesamte Höhe der Reaktionskammer (11) zwischen dem Objektträger (26) und dem Abdeckelement (28) erstreckt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (38) als separates Bauelement ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (38) einstückig am Objektträger (26) oder am Abdeckelement (28) angeformt ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (38) durch eine Strukturierung der Oberfläche des Objektträgers (26) oder des Abdeckelements (28) ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (38) nahe des Einlassbereichs (12) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Einlassbereich (12) der Reaktionskammer (11) trichterförmig aufgeweitet ausgebildet ist, dass sich das Strömungselement (38) in Strömungsrichtung (32) der Lösung betrachtet unmittelbar an die trichterförmige Aufweitung anschließt, wobei das Strömungselement (38) mit der Aufweitung mittig ausgerichtet ist und, dass das Strömungselement (38) quer zur Strömungsrichtung (32) betrachtet eine größere Erstreckung (w) aufweist als die Aufweitung im Bereich des Beginns der Aufweitung.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (38) eine runde Querschnittsfläche aufweist und insbesondere zylindrisch ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (26) zumindest im Bereich des Areals (35) eine in etwa rechteckige Form aufweist, dass das Areal (35) eine in etwa rechteckige Grundfläche aufweist, dessen Breite und Länge jeweils etwa die Hälfte der Breite des Objektträgers (26) im Bereich des Areals (35) beträgt, wobei zu den seitlichen Rändern des Objektträgers (26) bevorzugt in etwa gleich große Abstände ausgebildet sind und, dass der Abstand zwischen dem Strömungselement (38) und dem Areal (35) einerseits und dem Strömungselement (38) und dem Einlassbereich (12) andererseits in etwa gleich groß ist.
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