DE102009050175A1

DE102009050175A1 - Biochip, zugehöriges Untersuchungsgerät und entsprechendes Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102009050175A1
Application number: DE200910050175
Authority: DE
Inventors: Andreas Lankenau
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-04-28
Also published as: WO2011047853A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Biochip (1) zur Untersuchung einer Probe, wobei der Biochip (1) mehrere Reservoire (7-13) aufweist für verschiedene Reagenzien zur Untersuchung der Probe mit verschiedenen Nachweisreaktionen, indem die Probe mit den verschiedenen Reagenzien in Kontakt gebracht wird. Weiterhin umfasst die Erfindung ein zugehöriges Untersuchungsgerät und ein entsprechendes Betriebsverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Biochip zur Untersuchung einer Probe sowie ein zugehöriges Untersuchungsgerät und ein entsprechendes Betriebsverfahren.
In der medizinischen Diagnostik sind sogenannte POC-Geräte (POC: Point of care) bekannt, die beispielsweise in Arztpraxen Schnelltests für Krankheits-Parameter erlauben. Beispielsweise werden derartige POC-Geräte zur Bestimmung des Blutzuckerspiegels eingesetzt. Im Rahmen einer derartigen POC-Diagnostik wird in der Regel ein Wegwerfartikel (z. B. ein Teststreifen) verwendet, der ein Reagenz enthält, das mit der Probe (z. B. Blut, Urin) in Kontakt gebracht wird und mit der Probe reagiert, wobei beispielsweise ein Farbumschlag einen kritischen Wert des Krankheits-Parameters anzeigt.
Die bekannten Teststreifen ermöglichen jedoch lediglich eine einzige Nachweisreaktion zwischen der Probe und dem Reagenz. Viele Analysewerte können jedoch mit derartig einfachen Assays nicht sofort erfasst werden, da sie nur durch eine Verkettung von Reaktionsschritten ermittelt werden können. Beispiele hierfür sind die Lyse von pathogenen Keimen und ihre anschließende Bestimmung durch DNA-Hybridisierungstests (DNA: Deoxyribonucleic acid) und die Bestimmung von Oberflächen-Antigenen lebender Zellen durch immunologische Methoden. Derzeit gibt es für die Bestimmung derartiger Analysewerte keine POC-Assays, so dass diese Analysen von spezialisiertem Personal in entsprechenden ausgestatteten Laboratorien durchgeführt werden müssen, was mit einem hohen Kosten- und Zeitaufwand verbunden ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Einsatzgebiet der bekannten POC-Geräte zu erweitern, so dass auch Analysewerte ermittelt werden können, die sich nur durch eine Verkettung von Reaktionsschritten ermitteln lassen.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Biochip und ein zugehöriges Untersuchungsgerät sowie durch ein entsprechendes Betriebsverfahren gemäß den Nebenansprüchen gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, in einem an sich bekannten Biochip zur Untersuchung einer Probe nicht nur ein einziges Reagenz für eine einzige Nachweisreaktion vorzusehen, sondern mehrere Reagenzien für verschiedene Nachweisreaktionen, wobei die verschiedenen Reagenzien in dem Biochip in getrennten Reservoiren angeordnet sind. Zur Verkettung mehrerer Reaktionsschritte können die verschiedenen Reagenzien dann nacheinander aus den Reservoiren entleert und mit der Probe in Kontakt gebracht werden, so dass die einzelnen Reagenzien nacheinander mit der Probe reagieren.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Biochips sind die Reservoire für die verschiedenen Reagenzien als Blister ausgebildet, wie sie beispielsweise von Tablettenverpackungen bekannt sind, jedoch mit dem Unterschied, dass die Blister anstelle der Tabletten die verschiedenen Reagenzien für die unterschiedlichen Nachweisreaktionen enthalten. Die Reagenzien können hierbei zur Durchführung einer Nachweisreaktion aus dem jeweiligen Blister herausgedrückt werden, um mit der Probe in Kontakt gebracht zu werden.
Die einzelnen Blister für die verschiedenen Reagenzien stehen hierbei vorzugsweise von der Oberfläche des Biochips hervor, so dass die Reagenzien aus den einzelnen Blistern herausgedrückt werden können, indem eine Ausdrückwalze auf der Oberfläche des Biochips abgerollt wird.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die einzelnen Blister jeweils eine nachgiebige Abdeckung auf, um das Herausdrücken der Reagenzien zu erleichtern.
Darüber hinaus ist die Abdeckung der einzelnen Blister vorzugsweise durchsichtig, um den Füllungszustand des Biochips mit einer Sichtprobe erkennen zu können.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Reservoire für die verschiedenen Reagenzien dagegen Kammern, die in die Oberfläche des Biochips eingelassen sind, wobei die Kammern vorzugsweise an ihrer Oberseite mit einer eindrückbaren Abdeckung verschlossen sind, so dass die Kammern entleert werden können, indem die Abdeckung eingedrückt wird, wobei das in der Kammer befindliche Reagenz verdrängt wird. Darüber hinaus schließt die Abdeckung der einzelnen Kammern hierbei vorzugsweise mit der Oberfläche des Biochips bündig ab.
Bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Biochips bestehen zur Entleerung der einzelnen Kammern verschiedene Möglichkeiten, die im Folgenden kurz beschrieben werden.
Eine Möglichkeit zum Entleeren der Kammern besteht darin, dass eine Ausdrückwalze auf dem Biochip abgerollt wird, wobei die Ausdrückwalze in ihrer Mantel- und Abrollfläche nockenartige Vorsprünge aufweist, die beim Abrollen die Abdeckungen der Kammern durchdrücken und in die Kammern eindringen, wobei das in den jeweiligen Kammern befindliche Reagenz verdrängt wird.
Eine andere Möglichkeit der Entleerung der Kammern besteht darin, dass separate Stößel die Abdeckung der Kammern durchbrechen und in die Kammern eindringen, wobei das in den jeweiligen Kammern befindliche Reagenz verdrängt wird. Die einzelnen Stößel können hierbei unabhängig voneinander betätigt werden, um die gewünschten Kammern zu entleeren.
Darüber hinaus besteht zur Entleerung der Kammern die Möglichkeit, dass der gesamte Biochip aus einem mechanisch weichen Material hergestellt wird und zur Entleerung der Kammern zusammengedrückt wird, beispielsweise mit einer glatten Ausdrückwalze. Beim Zusammendrücken des weichen Biochips werden dann auch die darin befindlichen Kammern zusammengedrückt, so dass das in den Kammern befindliche Reagenz austritt und mit der Probe in Kontakt gebracht werden kann.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Biochip eine Reaktionskammer auf, in der die verschiedenen Nachweisreaktionen zwischen der Probe und den unterschiedlichen Reagenzien stattfinden. Hierzu münden die verschiedenen Reservoire direkt oder indirekt in die Reaktionskammer, um die Reagenzien mit der Probe zusammenzubringen.
Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Biochip in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Hauptleitung auf, die in die Reaktionskammer mündet, wobei die Reservoire für die verschiedenen Reagenzien entlang der Hauptleitung hintereinander in die Hauptleitung und von dort in die Reaktionskammer münden.
Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Biochip vorzugsweise eine Einlasskammer zur Aufnahme einer Trägerflüssigkeit, in welche die Probe eingeleitet werden kann, wobei die Hauptleitung von der Einlasskammer ausgeht.
Die Einlasskammer des erfindungsgemäßen Biochips weist vorzugsweise ein Septum auf, durch das die Probe mittels einer Injektionsnadel in die Einlasskammer eingespritzt werden kann.
Ferner umfasst der erfindungsgemäße Biochip vorzugsweise noch eine Abfallkammer zur Aufnahme der Probe und/oder der Reagenzien nach der Durchführung der Nachweisreaktionen, wobei die Abfallkammer stromabwärts hinter der Reaktionskammer angeordnet ist.
Hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Reaktionskammer und der Einlasskammer bestehen wiederum die eingangs genannten verschiedenen Möglichkeiten. Diese Kammern können also als Blister ausgebildet sein oder als Kammer in die Oberfläche des Biochips eingelassen sein.
Weiterhin ist zu erwähnten, dass die Einlasskammer, die Reservoire für die Reagenzien und die Reaktionskammer vorzugsweise entlang dem Biochip hintereinander angeordnet sind, so dass eine Ausdrückwalze beim Abrollen auf dem Biochip nacheinander den Inhalt der Einlasskammer und der verschiedenen Reservoire für die Reagenzien in die Reaktionskammer ausdrückt. Die einzelnen Kammern sind hierbei vorzugsweise entlang der Hauptleitung hintereinander angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Probe nacheinander in Kontakt mit den verschiedenen Reagenzien gebracht wird, so dass die entsprechenden Nachweisreaktionen sequentiell stattfinden.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Reservoire für die verschiedenen Reagenzien unterschiedliche Füllungsvolumina aufweisen können, falls dies im Rahmen der jeweiligen Nachweisreaktionen erforderlich ist. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass die verschiedenen Reservoire für die unterschiedlichen Reagenzien das gleiche Füllungsvolumen aufweisen.
Der erfindungsgemäße Biochip ermöglicht die Automatisierung von Untersuchungsprotokollen, die beispielsweise folgende Schritte einer Immunfluoreszenz-Analyse umfassen können:

– Fixierung mit Formaldehyd
– Waschen mit phosphatgepufferter Salzlösung (PBS: Phosphate buffered saline)
– Blocken unspezifischer Wechselwirkungen mit bovinem Serumalbumin (BSA: Bovine serum albumin)
– Inkubation mit einem spezifischen Antikörper
– Waschen mit PBS
– Inkubation mit einem markierten sekundären Antikörper
– Waschen mit PBS
– Fluoreszenzdetektion.

Das Formaldehyd, das PBS, das BSA und die Antikörper bilden hierbei die verschiedenen Reagenzien, die nacheinander in Kontakt mit der Probe gebracht werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Biochip eine Identifikationsmarkierung aufweist, um den Biochip oder den Typ des Biochips identifizieren zu können. Bei der Identifikationsmarkierung kann es sich beispielsweise um einen Strichcode, einen Semacode oder einen RFID-Transponder (RFID: Radio frequency identification) handeln, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Typen von Identifikationsmarkierungen beschränkt.
Ferner ist zu erwähnen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Biochip vorzugsweise um einen flachen Wegwerfartikel handelt, der nur einmal benutzt werden kann.
Es ist auch zu erwähnen, dass der Biochip bis auf einen Einlass zum Einführen der Probe vorzugsweise fluidisch geschlossen ist und keine sonstigen Einlässe oder Auslässe aufweist, die bei herkömmlichen Biochips beispielsweise zum Pumpen vorgesehen sind.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Biochip als einzelnes Produkt beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Untersuchungsgerät für einen derartigen Biochip. Das erfindungsgemäße Untersuchungsgerät weist deshalb eine entsprechend angepasste Aufnahme für den Biochip auf, so dass der Biochip zu Untersuchungszwecken in das Untersuchungsgerät eingelegt oder eingesetzt werden kann.
Darüber hinaus umfasst das erfindungsgemäße Untersuchungsgerät vorzugsweise eine Entleerungsvorrichtung, um die einzelnen Reservoire mit den unterschiedlichen Reagenzien zu entleeren.
Bei dieser Entleerungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um die bereits vorstehend erwähnte drehbare Ausdrückwalze handeln, welche die Reagenzien aus den Reservoiren des Biochips herausdrückt, wenn die Ausdrückwalze den Biochip überrollt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Untersuchungsgeräts sind mehrere Ausdrückwalzen vorgesehen, von denen eine ausgewählt werden kann. Die verschiedenen Ausdrückwalzen weisen hierbei unterschiedliche Anordnungen von Ausdrücknocken auf, so dass beim Abrollen auf dem Biochip nur bestimmte Reservoire entleert werden, in welche die Ausdrücknocken stoßen, während andere Reservoire nicht entleert werden. Die Anordnung der Ausdrücknocken auf der Mantelfläche der einzelnen Ausdrückwalzen definiert also jeweils ein bestimmtes Protokoll, das die Auswahl und den zeitlichen Ablauf der Entleerung der verschiedenen Reservoire festlegt.
Falls die Reservoire des Biochips dagegen als Blister angeordnet sind, die von der Oberfläche des Biochips hervorstehen, so haben die Ausdrückwalzen zum selektiven Ausdrücken der Blister in ihrer Mantelfläche anstelle der Ausdrücknocken Aussparungen, in welche die Blister beim Überrollen eintreten können, so dass der betreffende Blister nicht ausgedrückt wird. Die Anordnung der Aussparungen in der Mantelfläche der Ausdrückwalzen definiert hierbei also jeweils ein Protokoll für die zugehörige Nachweisreaktion.
Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass nur eine einzige Ausdrückwalze vorgesehen ist, die jedoch in ihrer Mantelfläche eine verstellbare Anordnung von Ausdrücknocken bzw. Aussparungen aufweist, um die Reservoire selektiv entleeren zu können. Für ein gewünschtes Protokoll werden die Ausdrücknocken bzw. Aussparungen in der Mantelfläche der Ausdrückwalze dann so eingestellt, dass nacheinander die gewünschten Reservoire in dem Biochip entleert werden.
Dadurch ist es möglich, dass der selbe Biochip nacheinander mehrfach verwendet wird, wobei in jeder der aufeinander folgenden Verwendungen des Biochips eine bestimmte Auswahl der Reagenzien aus den zugehörigen Reservoiren entsprechend einem bestimmten Protokoll entleert wird. Der erfindungsgemäße Biochip ermöglicht dann also nacheinander verschiedene Protokolle für verschiedene Nachweisreaktionen.
Darüber hinaus umfasst das erfindungsgemäße Untersuchungsgerät vorzugsweise auch eine Vorschubeinrichtung, welche die Ausdrückwalze über dem Biochip abrollen kann, wobei die Drehgeschwindigkeit der Ausdrückwalze vorzugsweise einstellbar ist, um die Zuleitung der verschiedenen Reagenzien zu der Probe zeitlich steuern zu können.
Bei dem eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Biochips mit Blistern weist die Ausdrückwalze vorzugsweise eine glatte Abrollfläche auf. Bei dem vorstehend beschriebenen alternativen Ausführungsbeispiel des Biochips mit eingelassenen Kammern für die verschiedenen Reagenzien weist die Ausdrückwalze dagegen in ihrer Abrollfläche vorzugsweise mindestens einen Nocken auf, der beim Überrollen einer Kammer in die Kammer eindringt und das in der Kammer befindliche Reagenz aus der Kammer herausdrückt.
Darüber hinaus umfasst das erfindungsgemäße Untersuchungsgerät vorzugsweise einen Markierungsleser (z. B. Strichcodeleser) zum Erfassen der zugehörigen Identifikationsmarkierung des Biochips. Diese Identifizierung des jeweiligen Biochips in dem Untersuchungsgerät bietet den Vorteil, dass das Untersuchungsgerät den zeitlichen Ablauf der anschließenden Untersuchung in Abhängigkeit von der jeweiligen Probe individuell steuern kann.
Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung in das Untersuchungsgerät ein Sensor zur Erfassung der Nachweisreaktionen in dem Biochip integriert sein, wobei es sich beispielsweise um einen optischen Sensor handeln kann.
Ferner kann das erfindungsgemäße Untersuchungsgerät auch eine Anzeigeeinheit (z. B. ein Display) aufweisen, um das Untersuchungsergebnis optisch anzuzeigen.
Darüber hinaus umfasst das erfindungsgemäße Untersuchungsgerät vorzugsweise einen Programmspeicher, der verschiedene Steuerprogramme für die Steuereinheit enthält. Die Steuereinheit kann dann in Abhängigkeit von der durch den Markierungsleser erfassten Identifikationsmarkierung ein bestimmtes Steuerprogramm auswählen. Die Entleerungsvorrichtung des erfindungsgemäßen Untersuchungsgeräts wird dann entsprechend dem ausgewählten Steuerprogramm gesteuert, wobei der Vortrieb der Ausdrückwalze variabel eingestellt werden kann.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist bereits ersichtlich, dass die Erfindung auch ein Betriebsverfahren für den erfindungsgemäßen Biochip und das zugehörige Untersuchungsgerät umfasst, wobei sich die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens aus der vorstehenden Beschreibung ergeben.
Schließlich umfasst die Erfindung auch die neuartige Verwendung eines derartigen Biochips zur Untersuchung einer Probe.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Biochips mit mehreren Reservoiren mit Reagenzien in Form von Blistern,
2A–2C verschiedene Querschnittsansichten des Biochips gemäß 1 mit einer Ausdrückwalze zum Entleeren der Blister in verschiedenen Zuständen,
3A–3C verschiedene Querschnittsansichten eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Biochips mit eingelassenen Kammern zur Aufnahme der verschiedenen Reagenzien,
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Biochips mit einem zugehörigen Untersuchungsgerät,
5 ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren in Form eines Flussdiagramms sowie
6 ein Flussdiagramm, das eine Immunfluoreszenz-Analyse mittels des erfindungsgemäßen Biochips verdeutlicht.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Biochips 1 zur Untersuchung einer Probe (z. B. Blutprobe, Urinprobe) mit mehreren, zeitlich aufeinander folgenden Nachweisreaktionen.
Zur Aufnahme der Probe weist der Biochip eine Einlasskammer 2 auf, die mit einer Trägerflüssigkeit gefüllt ist und von einem Septum 3 abgeschlossen wird. Die Probe kann dann mittels einer Injektionsspritze 4 durch das Septum 3 hindurch in die Einlasskammer 2 eingespritzt werden, wobei die Injektionsspritze 4 hier zur Vereinfachung nicht maßstäblich dargestellt ist.
Von der Einlasskammer 2 geht eine Hauptleitung 5 ab, die in eine Reaktionskammer 6 mündet, wobei die verschiedenen Nachweisreaktionen in der Reaktionskammer 6 stattfinden.
Hierzu weist der Biochip 1 mehrere Reservoire 7-13 auf, die mit den verschiedenen Reagenzien für die unterschiedlichen Nachweisreaktionen gefüllt sind und in die Hauptleitung 5 münden.
Schließlich weist der Biochip 1 noch eine Abfallkammer 14 auf, in der die Probe und die verschiedenen Reagenzien nach der Durchführung der Nachweisreaktionen gesammelt werden, da es sich bei dem Biochip 1 um ein Wegwerfprodukt handelt, das nur einmal benutzt werden kann.
Nach dem Einspritzen der Probe in die Einlasskammer 2 wird die Probe zunächst aus der Einlasskammer 2 durch die Hauptleitung 5 in die Reaktionskammer 6 überführt.
Hierzu kann eine von mehreren Ausdrückwalzen 15.1–15.3 ausgewählt werden, wobei jede der Ausdrückwalzen 15.1–15.3 ein bestimmtes Protokoll definiert, das festlegt, in welcher Auswahl und in welcher zeitlichen Abfolge die Reservoire 7-13 entleert werden. Hierzu weisen die Ausdrückwalzen 15.1–15.3 in ihrer Mantelfläche unterschiedliche Anordnungen von Aussparungen auf, die beim Überrollen eines Blisters verhindern, dass der jeweilige Blister ausgedrückt wird.
Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Einlasskammer 2, die Reaktionskammer 6 und die Reservoire 7-13 in dem Biochip 1 versenkt angeordnet sind. In diesem Fall weisen die verschiedenen Ausdrückwalzen 15.1–15.3 in ihrer Mantelfläche verschiedene Anordnungen von Ausdrücknocken auf, um entsprechend dem gewünschten Protokoll eine bestimmte Auswahl der Reservoire 7-12 zu entleeren.
Hierbei ist zu erwähnen, dass die Reservoire 7-13 für die verschiedenen Reagenzien und die Einlasskammer 2 als Blister ausgebildet sind, wie insbesondere aus den 2A–2C ersichtlich ist. Beim Überrollen der Blister durch die ausgewählte Ausdrückwalze 15.1, 15.2 bzw. 15.3 werden die Blister zusammengedrückt, so dass das in den Blistern befindliche Fluid (Reagenz bzw. Probe) aus dem Blister in einen Kanal 16 und schließlich in die Hauptleitung 5 verdrängt wird. Ein Teil der Reservoire 7-13 wird jedoch beim Überrollen durch die ausgewählte Ausdrückwalze 15.1, 15.2 bzw. 15.3 nicht entleert, da die Ausdrückwalze 15.1, 15.2 bzw. 15.3 in ihrer Mantelfläche entsprechende Aussparungen aufweist. Die Anordnung der Aussparungen in der Mantelfläche der Ausdrückwalze 15.1, 15.2 bzw. 15.3 legt also fest, welche der Reservoire 7-13 entleert werden.
Beim Abrollen der Ausdrückwalze 15 in Pfeilrichtung auf dem Biochip 1 wird zunächst der Blister der Einlasskammer 2 ausgedrückt, so dass die Probe aus der Einlasskammer 2 durch die Hauptleitung 5 in die Reaktionskammer 6 überführt wird.
Anschließend werden dann nacheinander die Blister der Reservoire 7-13 ausgedrückt, so dass die darin enthaltenen Reagenzien nacheinander in die Reaktionskammer 6 überführt werden und dort die gewünschten Nachweisreaktionen ausführen.
Die 3A–3C zeigen Querschnittsansichten eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Biochips 1, wobei dieses alternative Ausführungsbeispiel teilweise mit dem vorstehend beschriebenen und in den 1 sowie 2A–2C dargestellten Ausführungsbeispiel übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Einlasskammer 2, die Reaktionskammer 6 und die Reservoire 7-13 für die verschiedenen Reagenzien hierbei nicht als Blister ausgebildet sind, sondern als Kammern, die in den Biochip 1 eingelassen sind und mit der Oberfläche des Biochips 1 bündig abschließen, wobei die einzelnen Kammern durch eine eindrückbare Abdeckung abgeschlossen sind.
Eine weitere Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Ausdrückwalze 15 keine glatte Mantelfläche aufweist. Vielmehr sind an der Mantelfläche der Ausdrückwalze 15 Nocken 17 angebracht, die beim Abrollen auf dem Biochip 1 in die Einlasskammer 2, die kammerartigen Reservoire 7-13 bzw. die Reaktionskammer 6 eindringen und die darin befindlichen Fluide (Probe bzw. Reagenzien) zu verdrängen.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen POC-Untersuchungssystems, das aus dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Biochip 1 und einem zugehörigen Untersuchungsgerät 18 besteht.
Das Untersuchungsgerät 18 weist eine Aufnahme auf, in die der Biochip 1 eingelegt werden kann, um die in den Biochip 1 eingespritzte Probe zu untersuchen.
Zur Identifizierung des Biochips 1 weist das Untersuchungsgerät 18 einen Strichcodeleser 19 auf, der einen an dem Biochip 1 angebrachten Strichcode 20 erfasst und den Biochip 1 dadurch identifizieren kann.
Der Strichcodeleser 19 leitet den ausgelesenen Strichcode 20 an eine Steuereinheit 21 weiter, die aus einem Programmspeicher 22 ein bestimmtes Steuerprogramm entsprechend dem Strichcode 20 des Biochips 1 auswählt. Das Untersuchungsgerät 18 ermöglicht also eine individuelle Steuerung des Untersuchungsablaufs für jeden Biochip 1. Darüber hinaus wählt die Steuereinheit 21 entsprechend dem Strichcode 20 des Biochips 1 eine der Ausdrückwalzen 15.1–15.3 aus, wodurch ein bestimmtes Protokoll für eine bestimmte Nachweisreaktion festgelegt wird.
Die Steuereinheit 21 steuert dann entsprechend dem ausgelesenen Steuerprogramm einen Vortrieb 23 für die ausgewählte Ausdrückwalze 15.1, 15.2 bzw. 15.3 an. Entsprechend dem ausgewählten Steuerprogramm werden dann die einzelnen Reagenzien aus den verschiedenen Reservoiren 7-13 in einer bestimmten zeitlichen Abfolge und Geschwindigkeit in die Reaktionskammer 6 überführt.
Darüber hinaus weist das Untersuchungsgerät 18 einen optischen Sensor 24 auf, um beispielsweise einen Farbumschlag der Probe in der Reaktionskammer 6 erkennen zu können. Die Reaktionskammer 6 ist hierzu durchsichtig, damit der Sensor 24 einen etwaigen Farbumschlag erkennen kann.
Schließlich weist das Untersuchungsgerät noch eine optische Anzeigeeinheit 25 auf, um das Untersuchungsergebnis optisch anzeigen zu können.
5 zeigt das Betriebsverfahren des erfindungsgemäßen Untersuchungsgeräts 18 in Form eines Flussdiagramms.
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst die Probe mittels der Injektionsspritze 4 durch das Septum 3 in die Einlasskammer 2 des Biochips 1 eingespritzt.
In einem weiteren Schritt S2 wird der Biochip 1 dann in das Untersuchungsgerät 18 eingelegt.
In einem Schritt S3 liest der Strichcodeleser 19 dann den Strichcode 20 auf dem Biochip 1 aus, um den Biochip 1 zu identifizieren.
In einem nächsten Schritt S4 wählt die Steuereinheit 21 dann in Abhängigkeit von dem Strichcode 20 des Biochips 1 ein Steuerprogramm aus dem Programmspeicher 22 aus, um das Untersuchungsverfahren individuell auf den jeweiligen Biochip 1 zuzuschneiden.
Ferner wählt die Steuereinheit 21 in einem Schritt S5 eine der Ausdrückwalzen 15.1–15.3 aus, wobei die Auswahl in Abhängigkeit von dem Strichcode 20 des Biochips 1 erfolgt.
Darüber hinaus steuert die Steuereinheit 21 den Vortrieb 23 für die ausgewählte Ausdrückwalze 15.1, 15.2 bzw. 15.3 entsprechend dem ausgewählten Steuerprogramm, damit die Reagenzien aus den verschiedenen Reservoiren 7-13 entsprechend einem vorgegebenen Zeitablauf in die Reaktionskammer 6 überführt werden.
Anschließend erfasst der Sensor 24 dann in einem Schritt S7 die Nachweisreaktion und die Steuereinheit 21 gibt das Untersuchungsergebnis in einem Schritt S8 über die Anzeigeeinheit 25 aus.
Anschließend kann der Biochip 1 dann in einem Schritt S9 aus dem Untersuchungsgerät 18 entnommen und in einem Schritt S9 entsorgt werden.
6 zeigt eine Immunfluoreszenz-Analyse in Form eines Flussdiagramms, wobei die Immunfluoreszenz-Analyse mit dem Untersuchungsgerät 18 und dem Biochip 1 durchgeführt werden kann.
In einem ersten Schritt S1 wird die Probe zunächst mit Formaldehyd fixiert. Hierzu wird das Formaldehyd aus dem Reservoir 7 in die Reaktionskammer 6 überführt, in der sich bereits die Probe befindet.
In einem zweiten Schritt S2 wird die Probe dann mit einer phosphatgepufferten Salzlösung (PBS) gewaschen, wobei die phosphatgepufferte Salzlösung aus dem Reservoir 8 in die Reaktionskammer 6 überführt wird.
In einem Schritt S3 werden dann unspezifische Wechselwirkungen geblockt, in dem bovines Serumalbumin (BSA) aus dem Reservoir 9 in die Reaktionskammer 6 des Biochips 1 überführt wird.
Ein anschließender Schritt S4 sieht dann eine Inkubation mit einem spezifischen Antikörper vor, der aus dem Reservoir 10 in die Reaktionskammer 6 überführt wird.
In einem weiteren Schritt S5 erfolgt dann wieder ein Waschen der Probe mit der phosphatgepufferten Salzlösung (PBS), die aus dem Reservoir 11 in die Reaktionskammer 6 überführt wird.
Ein weiterer Schritt S6 sieht dann eine Inkubation mit einem markierten sekundären Antikörper vor, der aus dem Reservoir 12 in die Reaktionskammer 6 überführt wird.
Ein weiterer Schritt S7 sieht dann wieder ein Waschen der Probe mit einer phosphatgepufferten Salzlösung vor, die aus dem Reservoir 13 in die Reaktionskammer 6 überführt wird.
Schließlich erfolgt dann in einem Schritt S8 eine Fluoreszenzdetektion der Probe in der Reaktionskammer 6.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.
Bezugszeichenliste

1: Biochip
2: Einlasskammer
3: Septum
4: Injektionsspritze
5: Hauptleitung
6: Reaktionskammer
7-13: Reservoire
14: Abfallkammer
15.1–15.3: Ausdrückwalzen
16: Kanal
17: Nocken
18: Untersuchungsgerät
19: Strichcodeleser
20: Strichcode
21: Steuereinheit
22: Programmspeicher
23: Vortrieb
24: Sensor
25: Anzeigeeinheit

Claims

Biochip (1) zur Untersuchung einer Probe, gekennzeichnet durch mehrere Reservoire (7-13) für verschiedene Reagenzien zur Untersuchung der Probe mit verschiedenen Nachweisreaktionen, indem die Probe mit den verschiedenen Reagenzien in Kontakt gebracht wird.
Biochip (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Reservoire (7-13) für die Reagenzien Blister sind, wobei die Reagenzien aus den Blistern herausgedrückt werden können, um den Kontakt mit der Probe herzustellen und mit der Probe zu reagieren, und/oder b) dass die Blister von der Oberfläche des Biochips (1) hervorstehen, und/oder c) dass die Blister eine nachgiebige Abdeckung aufweisen, um das Herausdrücken der Reagenzien zu erleichtern, und/oder d) dass die Abdeckung der Blister durchsichtig ist, um den Füllungszustand des Biochips (1) mit einer Sichtprobe erkennen zu können.
Biochip (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Reservoire (7-13) für die Reagenzien Kammern sind, die in die Oberfläche des Biochips (1) eingelassen sind, und/oder b) dass die Kammern an ihrer Oberseite mit einer eindrückbaren Abdeckung verschlossen sind, und/oder c) dass die Abdeckung der Kammern mit der Oberfläche des Biochips (1) bündig abschließt.
Biochip (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Biochip (1) aus einem nachgiebigen Material besteht, so dass die Reagenzien aus den Kammern des Biochips (1) heraus gedrückt werden können, indem der gesamte Biochip (1) zusammengedrückt wird, oder b) dass der Biochip (1) aus einem starren Material besteht, so dass die Reagenzien aus den Kammern des Biochips (1) herausgedrückt werden können, indem ein Nocken (17) in eine der Kammern hinein gedrückt wird und dabei das darin befindliche Reagenz verdrängt.
Biochip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) eine Reaktionskammer (6) zum Ausführen der Nachweisreaktionen in der Reaktionskammer (6), wobei die Reservoire (7-13) für die Reagenzien in die Reaktionskammer (6) münden, um die Reagenzien in die Reaktionskammer (6) einzuleiten, und/oder b) eine Hauptleitung (5), die in die Reaktionskammer (6) mündet, wobei die Reservoire (7-13) für die Reagenzien entlang der Hauptleitung (5) hintereinander in die Hauptleitung (5) und von dort in die Reaktionskammer (6) münden, und/oder c) eine Einlasskammer (2) zur Aufnahme einer Trägerflüssigkeit, in welche die Probe eingeleitet werden kann, wobei die Hauptleitung (5) von der Einlasskammer (2) ausgeht, und/oder d) ein Septum (3), durch das die Probe mittels einer Injektionsnadel in die Einlasskammer (2) eingespritzt werden kann, und/oder e) eine Abfallkammer (14) zur Aufnahme der Probe und/oder der Reagenzien nach der Nachweisreaktion in der Reaktionskammer (6), wobei die Abfallkammer (14) stromabwärts hinter der Reaktionskammer (6) angeordnet ist.
Biochip (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasskammer (2), die Reservoire (7-13) für die Reagenzien und die Reaktionskammer (6) entlang dem Biochip (1) hintereinander angeordnet sind, so dass eine Ausdrückwalze (15.1–15.3) beim Überrollen des Biochips (1) nacheinander den Inhalt der Einlasskammer (2) und der verschiedenen Reservoire (7-13) für die Reagenzien in die Reaktionskammer (6) ausdrückt.
Biochip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Reservoire (7-13) für die verschiedenen Reagenzien unterschiedliche Füllungsvolumina aufweisen, und/oder b) dass die Reservoire (7-13) für die Reagenzien in der Reihenfolge ihrer Entleerung die folgende Reagenzien enthalten: – Formaldehyd, – phosphatgepufferte Salzlösung, – bovines Serumalbumin, – einen spezifischen Antikörper, – phosphatgepufferte Salzlösung, – einen sekundären Antikörper, und/oder – phosphatgepufferte Salzlösung.
Biochip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Biochip (1) eine Identifikationsmarkierung (20) aufweist zur Identifikation des Biochips (1) oder des Typs des Biochips (1), insbesondere einen Strichcode, einen Semacode oder einen RFID-Transponder, und/oder b) dass der Biochip (1) flach ist, und/oder c) dass Biochip (1) ein Wegwerfartikel ist, der nur einmal benutzt werden kann, und/oder d) dass Biochip (1) bis auf einen Einlass, insbesondere in Form des Septums (3), fluidisch geschlossen ist und keine sonstigen Einlässe oder Auslässe aufweist.
Untersuchungsgerät (18) zur Untersuchung einer Probe, gekennzeichnet durch eine Aufnahme für den Biochip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Untersuchungsgerät (18) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet a) dass das Untersuchungsgerät (18) zum Entleeren der einzelnen Reservoire (7-13) in dem Biochip (1) eine Entleerungsvorrichtung (15.1–15.3, 23) aufweist, und/oder b) dass die Entleerungsvorrichtung (15.1–15.3, 23) eine drehbare Ausdrückwalze (15.1–15.3) aufweist zum Herausdrücken der Reagenzien aus den Reservoiren (7-13) des Biochips (1), wenn die Ausdrückwalze (15.1–15.3) die Reservoire (7-13) überrollt, und/oder c) dass die Ausdrückwalze (15.1–15.3) in ihrer Mantelfläche Aussparungen aufweist, um erhabene Reservoire beim Überrollen aussparen zu können, und/oder d) dass das Untersuchungsgerät (18) eine Vorschubeinrichtung (23) zum Abrollen der Ausdrückwalze (15.1–15.3) über den Biochip (1), und/oder e) dass die Ausdrückwalze (15.1–15.3) eine glatte Abrollfläche ohne Erhebungen aufweist, oder f) dass die Ausdrückwalze (15.1–15.3) in ihrer Abrollfläche mindestens einen Nocken (17) aufweist, der beim Überrollen einer Kammer in die Kammer eindringt und das in der Kammer befindliche Reagenz aus der Kammer heraus drückt.
Untersuchungsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Entleerungsvorrichtung mehrere Ausdrückwalzen (15.1–15.3) mit unterschiedlichen Anordnungen von Ausdrücknocken aufweist, oder b) dass die Ausdrückwalze eine verstellbare Anordnung von Ausdrücknocken aufweist.
Untersuchungsgerät (18) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch a) einen Markierungsleser (19) zum Erfassen der Identifikationsmarkierung (20) des Biochips (1), und/oder b) einen Sensor (24) zur Erfassung der Nachweisreaktionen in dem Biochip (1), insbesondere zur Immunfluoreszenzanalyse, und/oder c) eine Anzeigeeinheit (25) zum Anzeigen eines Untersuchungsergebnisses, und/oder d) eine Steuereinheit (21), die den Betrieb des Untersuchungsgeräts (18) steuert, und/oder e) einen Programmspeicher (22), das mindestens ein Steuerprogramm für die Steuereinheit (21) enthält.
Untersuchungsgerät (18) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) mindestens eine der folgenden Funktionen ausführt: a) Auswahl eines der in dem Programmspeicher (22) gespeicherten Steuerprogramme entsprechend der von dem Markierungsleser (19) erfassten Identifikationsmarkierung (20) des Biochips (1), b) Ansteuerung der Entleerungsvorrichtung (15.1–15.3, 23) entsprechend dem ausgewählten Steuerprogramm, c) Variable Einstellung des Vortriebs der Ausdrückwalze (15.1–15.3).
Betriebsverfahren für einen Biochip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den folgenden Schritten: a) Einleiten der Probe in den Biochip (1), b) Zusammenführen der Probe mit den verschiedenen Reagenzien in den Reservoiren (7-13).
Betriebsverfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Einspritzen der Probe mittels einer Injektionsnadel durch das Septum (3) in die Einlasskammer (2), b) Weiterleiten der Probe aus der Einlasskammer (2) in die Reaktionskammer (6), c) Entleeren der Reservoire (7-13) mit den Reagenzien in die Reaktionskammer (6), damit die einzelnen Reagenzien mit der Probe reagieren, wobei die Reservoire (7-13) nacheinander entleert werden.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, a) dass derselbe Biochip (1) nacheinander mehrfach verwendet wird, und b) dass bei jeder der aufeinander folgenden Verwendungen des Biochips (1) eine bestimmte Auswahl der Reagenzien aus den zugehörigen Reservoiren entsprechend einem bestimmten Protokoll entleert wird.
Verwendung des Biochips (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Untersuchung einer Probe.