DE102010038431A1 - Messkassette und Messvorrichtung für die Detektion von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld - Google Patents

Messkassette und Messvorrichtung für die Detektion von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine austauschbare Einweg-Messkassette zum Einbringen in eine Messvorrichtung zum Detektieren von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission, wobei die Messkassette eine Durchflussmesszelle aufweist, in der eine von der Messvorrichtung bereitgestellte Anregungsstrahlung jenseits einer Grenzfläche von flüssiger Probe und Messzelle ein evaneszentes Feld in der flüssigen Probe erzeugt. Um besser gewährleisten zu können, dass keine Probenflüssigkeit aus der Messzelle in die Messvorrichtung gelangen kann, insbesondere nicht zum Fluoreszenzdetektor oder zur Anregungsquelle wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Messkassette einen Korpus aus einem optisch transparenten Material und einen an der Unterseite des Korpus anliegenden Boden umfasst, wobei die Messzelle von einer Aussparung gebildet wird, die im Korpus, im Boden oder sowohl im Korpus als auch im Boden vorgesehen ist, wobei die Flächen, auf denen der Korpus und der Boden um diese Aussparung herum aufeinander liegen, durch Laserschweißen unmittelbar und fluiddicht miteinander verbunden sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine austauschbare Einweg-Messkassette zum Einbringen in eine Messvorrichtung zum Detektieren von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission, wobei die Messkassette eine Durchflussmesszelle aufweist, in der eine von der Messvorrichtung bereitgestellte Anregungsstrahlung jenseits einer Grenzfläche von flüssiger Probe und Messzelle ein evaneszentes Feld in der flüssigen Probe erzeugt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Messkassette sowie eine Messvorrichtung für die Detektion von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld, wobei die Messvorrichtung einen Einschubschacht für die vorgenannte Messkassette aufweist. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Detektieren von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld, bei dem man die vorgenannte Messkassette bzw. die vorgenannte Messvorrichtung einsetzt.
  • Mit einer Messkassette bzw. Messvorrichtung der eingangs genannten Art können Zielmoleküle in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld qualitativ oder quantitativ erfasst werden. Die genannten Zielmoleküle können entweder durch Evaneszenzfeldanregung selbst Fluoreszenzstrahlung aussenden oder – wenn sie hierzu nicht in der Lage sind – durch Verknüpfung mit einem Fluoreszenzmarker entsprechend detektierbar gemacht werden.
  • Bei der Fluoreszenzanregung im evaneszenten Feld wird Licht einer geeigneten Wellenlänge (Anregungsstrahlung) auf eine Grenzfläche zwischen der zu analysierenden flüssigen Probe und einer Oberfläche aus einem optisch transparenten Material gerichtet, so dass die Anregungsstrahlung totalreflektiert wird unter gleichzeitiger Erzeugung eines evaneszenten Feldes in der flüssigen Probe. Das evaneszente Feld tritt mit der flüssigen Probe in Wechselwirkung und kann in diesem Feld befindliche Fluorophore zur Fluoreszenzstrahlung anregen. Diese Fluoreszenz kann mit einem Detektor erfasst werden.
  • Eine Messvorrichtung, mit der diese Art der Messung durchgeführt werden kann, ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So beschreiben DE 196 28 002 und DE 197 11 281 eine Vorrichtung zur Durchführung von Fluoreszenzimmunotests mittels Evaneszentfeldanregung, bei der ein Lichtstrahl in einem für die Totalreflektion geeigneten Winkel auf eine Grenzfläche eines küvettenförmig ausgebildeten Aufnahmebereichs gerichtet wird, wobei der Aufnahmebereich zwischen einer optisch transparenten Bodenplatte und einer Deckplatte angeordnet ist. Der Aufnahmebereich weist hierbei vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,001 und 0,5 mm auf und wird von einem zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte angeordneten Abstandshalter definiert. Der Abstandshalter ist dabei bevorzugt eine dünne Folie, die beidseitig mit einem Klebefilm versehen ist, oder ein dünner Klebefilm, der zum einen auf die Bodenplatte und zum anderen auf die Deckplatte klebbar ist.
  • Bei den oben beschriebenen Vorrichtungen aus dem Stand der Technik erfolgt die Anregungsstrahlung durch die transparente Bodenplatte, und der Austritt der Fluoreszenzemission erfolgt ebenfalls durch die transparente Bodenplatte nach unten. Dem entsprechend ist der Detektor und die Anregungsquelle zur Erfassung der Fluoreszenzemission unterhalb der aus Bodenplatte, Abstandshalter und Abdeckplatte gebildeten Messzelle angeordnet.
  • Ein Nachteil des Systems aus dem Stand der Technik mit Klebefolie oder Klebefilm ist, dass Klebefolie und Klebefilm nur eine begrenzte Lagerstabilität aufweisen, so dass es bei langer Lagerdauer hier zu Materialveränderungen kommen kann, die unter Umständen sogar dazu führen können, dass an der Messzelle undichte Stellen auftreten, beispielsweise durch kleine Risse in der Klebefolie bzw. dem Klebefilm. Treten solche undichten Stellen auf, kann gegebenfallsflüssige Probe aus der Messzellanordnung austreten und in die Messvorrichtung gelangen. Bei den oben beschriebenen Vorrichtungen aus dem Stand der Technik könnte die Probe hierbei beispielsweise auf den unter der Messzelle angeordneten Fluoreszenzemissionsdetektor oder die ebenfalls in diesem Bereich angeordnete Anregungsquelle tropfen, was zu einer Beeinträchtigung der Fluoreszenzdetektion und damit zu einer Beeinträchtigung aller weiteren Messungen führen kann.
  • Weiterhin kann eine derartige Vorrichtung mit einem Klebefilm nur unter großem manuellen Aufwand hergestellt werden, da das Aufbringen des Klebefilm nur schlecht automatisierbar ist.
  • Im Übrigen besteht der Klebefilm üblicherweise aus einem flexiblen Material, welches sich im Laufe der Zeit unter Umständen entspannt, wodurch sich die Höhe der Messzelle verändern kann. Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme mit Klebefolie oder Klebefilm haben daher auch den Nachteil, dass die Höhe der Messzelle über die Zeit und in Abhängigkeit von der Höhe des Druckes der auf der Bodenplatte und dem Deckel lastet variieren kann, was mit ungewünschten Messungenauigkeiten verbunden sein kann.
  • Es bestand daher ein Bedarf nach einer Verbesserung der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Detektieren von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission, um zu gewährleisten, dass aus dem Bereich, in dem die Messzelle, in der die flüssige Probe zur Fluoreszenzemission angeregt wird, angeordnet ist, keine Probenflüssigkeit zum Fluoreszenzdetektor gelangen kann.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zum Detektieren von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission bereitzustellen, bei der besser gewährleistet ist, dass keine Probenflüssigkeit aus der Messzelle in die Messvorrichtung gelangen kann, insbesondere nicht zum Fluoreszenzdetektor oder zur Anregungsquelle.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Messkassette der eingangs genannten Art bereitgestellt wird, wobei die Messkassette einen Korpus aus einem optisch transparenten Material und einen an der Unterseite des Korpus anliegenden Boden umfasst, wobei die Messzelle von einer Aussparung gebildet wird, die im Korpus, im Boden oder sowohl im Korpus als auch im Boden vorgesehen ist, wobei die Flächen, auf denen der Korpus und der Boden um diese Aussparung herum aufeinander liegen, durch Laserschweißen unmittelbar und fluiddicht miteinander verbunden sind.
  • Die Messzelle der erfindungsgemäßen Messkassette ist im Gegensatz zu der Messzelle, der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, so aufgebaut, dass der optisch transparente Bereich an deren Oberseite durch das optisch transparente Material des Korpus vorgesehen ist. Dem entsprechend erfolgt die Fluoreszenzanregung und Fluoreszenzmessung durch das optisch transparente Material des Korpus von oben. Dem entsprechend kann der Fluoreszenzdetektor über dem Messzellenbereich angeordnet werden, wodurch vermieden wird, dass aus dem Bereich der Messzelle austretende Probenflüssigkeit zum Fluoreszenzdetektor gelangt. Außerdem werden die optischen Komponenten, wenn Sie unterhalb der Messzelle angeordnet sind, leichter durch Staub verunreinigt. Bei der Verwendung einer von oben arbeitenden Optik ist die Gefahr der Kontamination der optischen Bauteile mit Staub deutlich geringer.
  • Um zusätzlich sicherzustellen, dass aus dem Bereich der Messzelle keine Probenflüssigkeit in die Messvorrichtung gelangen kann, sieht die vorliegende Erfindung außerdem vor, dass die Teile der Messkassette, die die Messzelle ausbilden, durch Laserschweißen unmittelbar und fluiddicht miteinander verbunden sind. Etwas genauer sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Messkassette für Zwecke der Ausbildung einer Messzelle einen Korpus aus einem optisch transparenten Material und einen an der Unterseite des Korpus anliegenden Boden umfasst. Die Messzelle wird dabei entweder von einer Aussparung gebildet, die im transparenten Material des Korpus vorgesehen ist, oder von einer Aussparung, die im Boden vorgesehen ist. Die Aussparung wird dabei von dem jeweils anderen Bauteil (Boden bzw. Korpus) abgedeckt. Alternativ kann die Aussparung auch sowohl im Korpus als auch im Boden vorgesehen sein, wobei der ausgesparte Bereich auf der einen Seite (z. B. im Korpus) und der ausgesparte Bereich auf der anderen Seite (z. B. im Boden) gemeinsam die Aussparung definieren, die den Raum der Messzelle bildet.
  • In jedem Falle sind die um die Aussparung herum vorliegenden aneinander liegenden Flächen des Korpus und des Bodens durch Laserschweißen unmittelbar und fluiddicht miteinander verbunden. Die Verbindung durch Laserschweißen hat gegenüber dem Verkleben der Messzellenbauteile – wie es im vorgenannten Stand der Technik vorgesehen ist – den Vorteil, dass hierdurch eine unmittelbare Verbindung zwischen den Bauteilen erzeugt wird, ohne dass zwischen den Bauteilen eine Schicht aus einem anderen Material vorliegt.
  • Die erfindungsgemäße Verbindung durch Laserschweißen stellt absolut sicher, dass die Messzelle gegenüber der in der Messzelle befindlichen Flüssigkeit dicht ist. Die absolute Dichtheit ist dabei auch dann gewährleistet, wenn die Flüssigkeit in der Messzelle unter Druck steht, wenn z. B. die Probenflüssigkeit durch die Messzelle mit Druck bewegt wird. Beispielsweise gewährleistet die erfindungsgemäße Messkassette absolute Dichtheit auch bei einem Druck von bis zu 300 mbar. Dies gilt umgekehrt auch für eine negative Drucksituation in der Messzelle. Wird beispielsweise in der Messzelle ein Unterdruck von bis zu –300 mbar erzeugt, so ist gewährleistet, dass durch die fluiddicht abgeschlossene Messkassette von außen keine Luft in die Messzelle gelangen kann.
  • Darüber hinaus weist die Verbindung durch Laserschweißen eine deutlich höhere Langzeitstabilität als die aus dem Stand der Technik bekannte Verbindung über eine Klebefolie bzw. einen Klebefilm auf.
  • Die Verbindung von den die Messzelle definierenden Bauteilen durch Laserschweißen ist außerdem auch fertigungstechnisch von Vorteil, da nur zwei Bauteile verarbeitet werden, ohne dass zwischen diesen Bauteilen noch eine Folie oder eine Klebstoffschicht in der erforderlichen Gestalt angeordnet bzw. aufgebracht werden muss. Damit ist eine bessere Automatisierbarkeit der Produktion der erfindungsgemäßen Messkassette möglich.
  • Darüber hinaus ist diese Gestaltung bedienerfreundlicher, da hierdurch bei den entsprechenden Vorrichtungen aus dem Stand der Technik erforderliche Reinigungsschritte wegfallen. Denn, wenn der Klebefilm bei den bekannten Vorrichtungen einmal undicht geworden ist, müssen alle unterhalb der Messzelle liegenden optischen Komponenten gereinigt werden.
  • Der Begriff „optisch transparent” wird hier so verwendet, dass ein optisch transparentes Material sowohl für die Anregungsstrahlung als auch für die Fluoreszenzemission transparent ist. Vorzugsweise ist das transparente Material des Korpus Glas oder ein optisch transparenter Kunststoff. Im Falle von Kunststoffen können diese beispielsweise ausgewählt sein unter Polycarbonate (PC), Poly(methylmethacrylate) (PMMA, Rohaglas) und Polyolefine (Topas, COC). Vorzugsweise handelt es sich im Falle von Kunststoff um einen für das Laserschweißen geeigneten Kunststoff, wobei für das Laserschweißen geeignete optisch transparente Kunststoffe dem Fachmann bekannt sind.
  • Das Material, aus dem der Boden besteht ist vorzugsweise ein Kunststoff. Besonders bevorzugt ist der Kunststoff ein Poly(methylmethacrylat) (PMMA) oder ein Polyolefin.
  • Handelt es sich bei dem Material des Korpus um Glas oder einen nicht für das Laserschweißen geeigneten Kunststoff, so muss das Material des Bodens aus einem für das Laserschweißen geeigneten Kunststoff bestehen. Besteht dagegen der Boden aus einem nicht für das Laserschweißen geeigneten Material, so muss das Material des Korpus ein für das Laserschweißen geeignetes Kunststoffmaterial sein. Besonders bevorzugt handelt es sich beim Korpusmaterial und beim Bodenmaterial um dasselbe für das Laserschweißen geeignete Kunststoffmaterial.
  • Vorteilhafterweise sind Korpus und Boden jeweils Einkomponententeile, die vorzugsweise im Spritzgussverfahren hergestellt sind. Dies hat den Vorteil, dass diese Bauteile keine Nähte oder Übergangsstellen zwischen verschiedenen Materialien aufweisen, an denen es möglicherweise – vor allem dann, wenn in dem System positiver oder negativer Druck aufgebaut wird – Probenflüssigkeit austreten oder Luft gezogen werden könnte.
  • An der Grenzfläche zwischen dem optisch transparenten Material des Korpus und der Probenflüssigkeit sind im optischen Bereich vorzugsweise Fängermoleküle angeordnet, die die interessierenden Moleküle aus der Probenflüssigkeit einfangen und an der Grenzfläche fixieren, damit dort die Fluoreszenz angeregt und gemessen werden kann. Hierfür können verschiedene Rezeptor-Ligand-Systeme eingesetzt werden. Zu diesen Systemen zählen unter anderem Antikörper-Antigen, Lectin-Kohlenhydrat, DNA- oder RNA-komplementäre Nukleinsäure, DNA- oder RNA-Protein, Hormonrezeptor, Enzym-Enzymcofaktoren, Protein G- oder Protein A-Immunglobulin oder Avidin-Biotin. Vorzugsweise werden die Fängermoleküle auf die Grenzfläche mittels eines Druckverfahrens, z. B. mittels eines Piezodispensiersystems, aufgedruckt.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Messkassette einen mit der Messzelle in Fluidkontakt stehenden Probenkanal auf, an dem wenigstens eine der folgenden Einrichtungen a) bis c) vorgesehen ist:
    • a) eine Zone zum Auflösen eines Tracers,
    • b) ein Probenmischbereich und/oder
    • c) ein Flüssigkeitsdetektionsbereich,
    wobei der Probenkanal und die daran vorgesehenen Einrichtungen a), b) und/oder c) von einer Aussparung gebildet werden, die im Korpus, im Boden oder sowohl im Korpus als auch im Boden vorgesehen ist, wobei die Flächen auf denen der Korpus und der Boden um diese Aussparung herum aufeinanderliegen, durch Laserschweißen unmittelbar und fluiddicht miteinander verbunden sind.
  • Vorzugsweise beträgt die Höhe des Probenkanals nicht mehr als 300 μm. Besonders bevorzugt ist die Höhe des Kanals in dem Bereich von 100 bis 300 μm.
  • Vorzugsweise sind an dem Probenkanal einer oder mehrere Flüssigkeitsdetektionsbereiche (Fluidiksensor) vorgesehen. Ein solcher Flüssigkeitsdetektionsbereich am Probenkanal dient dazu, unerwünschte Luftblasen im Probenkanal zu erkennen oder um festzustellen, ob sich an einer bestimmten Stelle des Probenkanals Probenflüssigkeit befindet, in dem der Übergang zwischen Luft und Probe im Probenkanal festgestellt wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Flüssigkeitsdetektion durch ein optisches Verfahren, bei dem ein Lichtstrahl durch den Probenkanal geleitet wird, um anhand der Brechung des Lichtstrahles festzustellen, ob sich an dieser Stelle im Probenkanal Luft oder Probenflüssigkeit befindet. Insofern ist es zweckmäßig und vorteilhaft, den Probenkanal wenigstens abschnittsweise in ein optisch transparentes Material einzubetten, damit ein Lichtstrahl für Zwecke der Fluiddetektion durch den Probenkanal geleitet werden kann. Vorzugsweise befindet sich der Abschnitt des Probenkanals, in dem eine Flüssigkeitsdetektion durchgeführt werden soll im transparenten Material des Korpus. Ist der Boden bei einer solchen Ausführungsform der Erfindung aus einem für den Lichtstrahl nicht durchlässigen Material, so befinden sich zweckmäßigerweise im Bereich des Strahlengangs des Lichtstrahls zur Detektion von Flüssigkeit im Boden der Messkassette Aussparungen, durch die der Lichtstrahl vor dem Eintritt in den Probenkanal bzw. nach Durchleuchten des Probenkanals ein- bzw. austreten kann.
  • Der Flüssigkeitsdetektionsbereich kann auch zur Bestimmung des eingesetzten Probenvolumens z. B. über die Parameter Zeit und Pumpengeschwindigkeit oder der Lage der Sensoren zueinander verwendet werden.
  • In den Fällen, in denen die interessierenden Moleküle (Zielmoleküle) in der Probe nicht selbst zur Fluoreszenzemission angeregt werden können, werden diese mit geeigneten Fluoreszenzmarkierungen (Tracer) markiert. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist hierfür an dem im Korpus vorgesehenen Probenkanal für Zwecke der Reaktion/Umsetzung mit der Probe in der Messkassette wenigstens eine Zone zum Auflösen eines Tracers und optional wenigstens ein Probenmischbereich vorgesehen. In dieser Zone können auch weitere Reagenzien z. B. Reagenzien zur pH-Wert Einstellung der Probe, Lysepuffer oder Reagenzien zur Reduzierung von unspezifischer Anbindung aufgelöst werden und ebenfalls im Mischbereich mit der Probe vermischt werden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Korpus der Messkassette als Einkomponententeil im Spritzgussverfahren hergestellt. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Boden als Einkomponententeil im Spritzgussverfahren hergestellt. Bei noch einer weiteren Ausführungsform sind sowohl der Korpus als auch der Boden jeweils als Einkomponententeile im Spritzgussverfahren hergestellt.
  • Die fluoreszenzmarkierten Tracer werden vorzugsweise mittels eines Druckverfahrens, z. B. mittels eines Piezodispensiersystems, in die für deren Auflösung vorgesehene Zone aufgedruckt.
  • Der Probenmischbereich ist vorzugsweise ein sogenannter Snake-Mixer, in dem durch die serpentinenartigen Anordnung des Probenkanals eine effiziente Durchmischung der Probe erzielt werden kann.
  • Wird eine erfindungsgemäße Messkassette in eine geeignete Messvorrichtung eingebracht, kann es leicht zu minimalen Abweichungen von der Idealposition kommen. Auch wenn diese Abweichungen nur minimal sind, kann dies auf die präzisen optischen Messverfahren signifikante Auswirkungen haben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der Korpus daher an der Stelle, an der die Anregungsstrahlung in den Korpus eintritt, eine Sammellinse, mit der der Strahl der Anregungsstrahlung stets zuverlässig auf die gewünschte Stelle der Grenzfläche von flüssiger Probe und Oberfläche des transparenten Materials des Korpus gerichtet wird. Diese in den Korpus integrierte Sammellinse kann die zuvor beschriebenen Einlegevarianzen ausgleichen. Insbesondere werden hierdurch im Vergleich mit aus dem Stand der Technik bekannten Systemen positionierungsbedingte Schwankungen des evaneszenten Feldes (Eindringtiefe, Intensität) signifikant reduziert, indem die Ausrichtung der Anregungsstrahlung durch die Sammellinse immer exakt auf den Bereich, in dem die dort auftretende Fluoreszenzemission gemessen werden soll, d. h. innerhalb der vorbestimmten Bereichsgrenzen, erfolgt.
  • Vorzugsweise erfolgt die Ausrichtung der Anregungsstrahlung durch die Sammellinse auf den Bereich, in dem die zu messende Fluoreszenzemission erzeugt werden soll, d. h. mittig entlang der Längsachse der Messzelle Vorzugsweise ist die Fläche des Anregungsbereichs kreisrund oder elliptisch. Besonders bevorzugt ist die Fläche des Anregungsbereichs elliptisch mit Abmessungen in dem Bereich von etwa 0,7 × 0,25 mm.
  • Zum Einfüllen der flüssigen Probe in die Messkassette weist die Messkassette eine Probeneinfüllöffnung auf. Vorzugsweise ist die Probeneinfüllöffnung auf der Oberseite des Korpus der Messkassette vorgesehen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Probeneinfüllöffnung druckdicht verschließbar. Vorzugsweise ist die Probeneinfüllöffnung bis zu einem Druck- bzw. Unterdruck von +/–100 mbar druckdicht verschließbar. Vorzugsweise sind hierfür Druckdichtungen vorgesehen, die besonders bevorzugt aus Polypropylen bestehen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Verschluss zum Verschließen der Probeneinfüllöffnung ein Schieber, der aus einer geöffneten Position, nachdem die Probe eingefüllt wurde, in eine geschlossene Position verschiebbar ist, wobei durch die Geometrie der Schieberführung der Schieber auf eine an der Probeneinfüllöffnung vorgesehen Druckdichtung gepresst wird.
  • Um in einem Probenkanal einer erfindungsgemäßen Messkassette einen positiven oder negativen Druck erzeugen zu können, wird bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wenigstens eine mit einer Druckquelle verbindbare Drucköffnung vorgesehen, die in („Druck-”)Kontakt mit dem Probenkanal steht. Auf diese Weise kann in dem Probenkanal positiver oder negativer Druck aufgebaut werden, womit die Probe durch den Probenkanal bewegt werden kann. Vorzugsweise sind die Drucköffnungen so ausgelegt, dass ein Druck von wenigstens +/–100 mbar angelegt werden kann. Zweckmäßigerweise ist auch der Probenkanal bei diesen Ausführungsformen so ausgelegt, dass er diesem Druck ohne weiteres standhält.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform ist in der Messkassette am Ende des Probenkanals ein Probenabfallbereich vorgesehen, in dem bereits analysierte Probenflüssigkeit aufgenommen werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die bereits analysierte Probenflüssigkeit nach dem Durchfluss durch die Messzelle die Messkassette nicht verlässt, sondern in der Messkassette verbleibt. Der Probenabfallbereich kann entweder im Korpus oder im Boden der Messkassette vorgesehen sein.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist an der Messkassette zusätzlich zu dem Korpus und dem Boden eine Abdeckung vorgesehen, die den Korpus wenigstens teilweise abdeckt, wobei wenigstens im Bereich des Strahlengangs der Anregungsstrahlung und der Fluoreszenzemission Aussparungen vorgesehen sind, so dass der Korpus in diesem Bereich nicht von der Abdeckung abgedeckt wird. Die Abdeckung ist mit der Einheit aus Korpus und Boden fest verbunden. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung von Abdeckung mit Korpus und Boden durch Heißverstemmen die sich durch Abdeckung, Korpus und Boden erstrecken. Bei den Ausführungsformen mit Abdeckung, die in ihrem Probenkanal einen Flüssigkeitsdetektionsbereich zur optischen Erkennung von Flüssigkeit aufweisen, ist in dem Bereich des Strahlengangs eines Lichtstrahls zur Detektion von Flüssigkeit eine Aussparung in der Abdeckung vorgesehen, so dass die optische Detektion von Flüssigkeit trotz Abdeckung möglich ist.
  • Für jede Messkassettencharge ist es erforderlich, chargenspezifische Kalibrationsdaten mitzuliefern. Dies erfolgt bei bekannten Systemen durch ein Speichermedien, wie z. B. einen Barcode oder einen Speicherchip (EEPROM). Idealerweise soll sich solch ein Medium auf jeder Messkassette befinden, so dass alle Informationen zur Identifizierung einer Messkassette und insbesondere die zugehörenden Chargenkalibrationsdaten im Produktionsprozess direkt auf diese aufgebracht werden und beim Vermessen einer solchen Messkassette vom Messgerät erfasst und verifiziert werden können. Grundsätzlich können die Chargenkalibrationsdaten jedoch immer erst nach dem vollständigen Abschluss der Fertigung einer Charge (d. h. inklusive Verpackung) ermittelt werden. Der Zeitraum zwischen der Produktion der ersten Teile einer Charge und dem Bestimmen besagter Kalibrationsdaten kann mehrere Stunden bis Tage betragen. Dies erfordert zur Aufrechterhaltung der Reagenzienstabilität in solch einer Messkassette, dass diese luft- und lichtdicht verpackt wird. Um besagtes Medium mit den Kalibrationsdaten auf die Messkassette aufzubringen, ist somit ein zusätzlicher, kosten- und zeitintensiver Ent- und Verpackungsschritt erforderlich, während dessen es zusätzlich zur Schädigung der Messkassette kommen kann. Bei vielen bekannten Systemen wird versucht, diesen Schritt zu vermeiden, indem eines dieser Medien separat einer Verpackungseinheit beigelegt wird. Der Anwender muss dann vor der ersten Verwendung entweder einen Speicherchip mit den besagten Informationen einlegen oder einen Barcode ins Gerät eingelesen.
  • Um dieses umständliche und nicht unbedingt fehlerfreie Verfahren zu umgehen ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messkassette mit einem elektronischen Speicherchip versehen, der auch nach dem Verpacken der Messkassette durch die Verpackung beschreibbar und überschreibbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem elektronischen Speicherchip um ein RFID-Etikett. Das RFID-Etikett kann entweder mit oder ohne zusätzlich visuell lesbare Informationen vorgesehen werden.
  • Der elektronische Speicherchip kann fortlaufend während des Fertigungsprozesses einer Charge auf jede Messkassette aufgebracht werden. Jede Messkassette erhält damit eine individuelle, elektronische Nummer. Jede Messkassette kann unmittelbar nach deren Montage in die gewünschte Verpackung, beispielsweise eine geeignete Primärverpackung verpackt und unter den erforderlichen Lagerbedingungen gelagert werden. Das Aufbringen der nachträglich ermittelten chargenspezifischen Informationen, z. B. der Kalibrationsdaten kann dann jederzeit, auch z. B. in einer gekühlten Umgebung, kontaktfrei durch die Verpackung hindurch erfolgen. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass im Rahmen der regelmäßigen Produktüberwachung über den Lebenszyklus einer Charge eine erforderliche Nachkalibrierung auch nach mehreren Monaten ohne Beeinträchtigung der Produktintegrität durchgeführt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Messkassette der oben beschriebenen Art bereitgestellt, wobei bei diesem Verfahren der Korpus und der Boden als Einkomponententeile im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Es handelt sich damit sowohl beim Korpus als auch beim Boden um jeweils ein einstückiges Bauteil, das aus je einem Material hergestellt ist. Bei den Messkassettenausführungsformen, die zusätzlich zu Korpus und Boden auch eine Abdeckung aufweisen, ist auch die Abdeckung vorzugsweise als Einkomponententeil im Spritzgussverfahren hergestellt. Bei den Ausführungsformen, bei denen die Messkassette zum Verschließen der Probeneinfüllöffnung einen Verschluss aufweist, ist dieser Verschluss vorzugsweise integraler Bestandteil des Einkomponententeils, an dem der Verschluss vorgesehen ist.
  • Bei einem bevorzugten Verfahren wird bei der Herstellung einer Messkassette mit Abdeckung die Verbindung der Abdeckung mit der Einheit aus Korpus und Boden durch Heißverstemmen vorgenommen. Hierfür weist die Abdeckung entsprechende Kunststoffstifte auf, welche durch Bohrungen an den entsprechenden Stellen in Korpus und Boden geführt werden und bodenseitig durch thermische Verformung eine formschlüssige Verbindung der Abdeckung mit dem Korpus herstellen.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für die Detektion von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld, wobei die Messvorrichtung einen Einschubschacht für eine entsprechende Messkassette aufweist. In dem Einschubschacht der Messvorrichtung wird die Messkassette zumindest in einer Position so angeordnet, dass die in der Messvorrichtung angeordnete Lichtquelle für die Anregungsstrahlung eine Anregungsstrahlung bereitstellen kann, die so auf die Grenzfläche von flüssiger Probe und Messzelle auftrifft, dass Totalreflexion der Anregungsstrahlung unter Ausbildung eines evaneszenten Feldes in der flüssigen Probe erfolgt. Über die Wahl des Winkels des einfallenden Anregungsstrahls können die Eindringtiefe sowie die Intensität des evaneszenten Feldes beeinflusst werden. Vorzugsweise beträgt der Winkel, mit der die Anregungsstrahlung auf die Grenzfläche auftrifft etwa 8 Grad.
  • Insbesondere wird eine Messvorrichtung der vorgenannten Art beansprucht, die einen Einschubschacht für eine Messkassette gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Es wird unter anderem auch dass vollständige System aus einer Messvorrichtung der vorgenannten Art und einer oder mehrerer Messkassetten gemäß der vorliegenden Erfindung beansprucht. Insbesondere wird eine Messvorrichtung der vorgenannten Art mit in den Einschubschacht eingeschobener Messkassette gemäß der vorliegenden Erfindung beansprucht.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung umfasst diese auch Einrichtungen, mit denen eine Relativbewegung der Messkassette gegenüber der Lichtquelle für die Anregungsstrahlung ausgeführt werden kann, um so verschiedene Messzellbereiche in den Strahlengang der Anregungsstrahlung zu bringen. Auf diese Weise können in der Messzelle mehrere verschiedene Fängerzonen vorgesehen sein, um mehrere verschiedene Analyten an den unterschiedlichen Fängerzonen unter Verwendung nur einer Lichtquelle anzusprechen.
  • Bei einer Alternative der oben genannten Ausführungsform wird die Messzelle im Einschubschacht wahlweise kontinuierlich oder stufenweise entlang einer Bewegungsachse von einer ersten Position in wenigstens eine zweite Position bewegt, um so verschiedene Messzellbereiche in den Strahlengang der Anregungsstrahlung zu bringen. Alternativ hierzu kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung auch so gestaltet sein, dass die Lichtquelle für die Anregungsstrahlung kontinuierlich oder stufenweise entlang einer Bewegungsachse so bewegt werden kann, dass sie ihren Anregungsstrahl auf verschiedene Bereiche der Messzelle ausrichtet.
  • Unabhängig von der gewählten Alternative ist die Lichtquelle für die Anregungsstrahlung in der Messvorrichtung vorzugsweise so vorgesehen, dass der Strahl der Anregungsstrahlung in einem Winkel von 90 Grad zur Bewegungsrichtung der Relativbewegung der Messkassette gegenüber der Lichtquelle auf die Messzelle auftrifft. Auf diese Weise wird unter anderem der Weg des Anregungsstrahls durch den Korpus minimiert. Des weiteren wird stets nur ein kleiner Ausschnitt des optisch transparenten Materials beleuchtet. Zudem ist der Weg des Anregungsstrahls durch den Korpus über den gesamten von dem Anregungsstrahl angesteuerten Bereich immer gleich. Im Übrigen wird insgesamt eine bessere Ortsauflösung des Anregungslichtes innerhalb der Messzelle erreicht. Dieser Vorteil der erfindungsgemäßen Messvorrichtung führt dazu, dass ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis erzielt wird.
  • Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung zeichnet sich diese dadurch aus, dass sie eine Druckquelle aufweist, die bei in den Einschubschacht eingeschobener Messkassette mit Drucköffnung am Probenkanal so an die Drucköffnungen des Probenkanals angeschlossen ist, dass mittels von der Druckquelle erzeugtem positivem oder negativem Druck eine im Probenkanal befindliche Probe durch den Probenkanal bewegt werden kann.
  • Vorzugsweise sind die Druckquelle und die Verbindungen der Druckquelle mit den Drucköffnungen so ausgelegt, dass ein Druck von mindestens +/–100 mbar angelegt werden kann.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld beschrieben, wobei man bei dem Verfahren eine erfindungsgemäße Messkassette in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung einsetzt. In Betracht kommen hier alle Verfahren der vorgenannten Art, bei denen wässrige Proben entsprechend analysiert werden, beispielsweise auch entsprechende Verfahren in der Umwelt- und Lebensmittelanalytik. Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um Immunoassays oder DNA-Bindungsassays. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keinesfalls hierauf beschränkt sondern umfasst sämtliche in diesem Zusammenhang realisierbare Verfahren, bei denen Zielmoleküle in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld qualitativ und/oder quantitativ erfasst werden.
  • Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei der Probe, mit der die Messung durchgeführt wird, um eine aufbereitete oder nicht aufbereitete wässrige Probe für die Lebensmittel- oder Umweltanalytik. Unter einer aufbereiteten Probe ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine aus einer Probenquelle entnommene Probe zu verstehen, die für Zwecke der Durchführung der Messung mit dem Fachmann bekannten Maßnahmen aufbereitet wurde, um die Durchführung der Messung zu erleichtern bzw. zu verbessern. Eine Möglichkeit der Aufbereitung einer Probe ist beispielsweise das vorherige Entfernen von die Messung möglicherweise störenden Komponenten aus der Probe.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei der Probe, mit der die Messung durchgeführt wird, um eine aufbereitete oder nicht aufbereitete Körperflüssigkeit. Hierbei kann die Körperflüssigkeit beispielsweise ausgewählt sein unter Blut, Urin, Speichel usw. Aufbereitete Körperflüssigkeiten können beispielsweise Blutplasma und Serum sein. Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bei denen es sich bei der Probe um Vollblut handelt, macht man sich den Umstand zu Nutze, dass bei einer laminaren Strömung in der Messzelle eine Zentralisierung der Blutkörperchen stattfindet, so dass die Evaneszentfeldanregung in einem Bereich des Vollbluts erfolgen kann, in dem keine Beeinträchtigung der Anregung bzw. Strahlungsemission durch Blutkörperchen erfolgt.
  • Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben oder in den nachfolgenden Figuren dargestellt wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der durch Beschreibung oder Darstellung offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Erläuterung oder Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
  • Weitere einzelne Merkmale sowie Merkmalskombinationen der Erfindung und weitere Vorteile von Einzelmerkmalen und Merkmalskombinationen der Erfindung ergeben sich aus den dieser Anmeldung anhängenden Figuren sowie deren nachfolgender Beschreibung. Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass es für den Fachmann selbstverständlich ist, dass die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen lediglich dazu dienen, Merkmale und Merkmalskombinationen anhand möglicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft anzugeben. Der Fachmann wird ohne Weiteres verstehen, dass über die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen hinaus auch alle anderen Ausführungsformen, die die in den Ansprüchen und der Beschreibung genannten erfindungsgemäßen Merkmale oder Merkmalskombinationen aufweisen, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen. Auf die umfassende, explizite Erläuterung oder Darstellung sämtlicher denkbarer Ausführungsformen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
  • Von den anhängenden Figuren zeigen im Einzelnen:
  • 1: Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messkassette, bestehend aus einem transparenten Korpus und einem Boden,
  • 2: Draufsicht von unten auf die dem Boden zugewandte Seite des Korpus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messkassette (ohne Darstellung des darauf aufliegenden Bodens),
  • 3: Draufsicht von oben auf die dem Korpus zugewandte Seite des Bodens einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messkassette (ohne Darstellung des darauf aufliegenden Korpus),
  • 4: Prinzipdarstellung eines Fluidiksensors in einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messkassette bei mit Luft gefülltem Probenkanal (a) und bei mit Probenflüssigkeit gefülltem Probenkanal (b),
  • 5: schematisches Schnittbild durch den Bereich einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messkassette, in dem die Messzelle angeordnet ist,
  • 6: schematisches Schnittbild durch den Bereich einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messkassette, in dem die Messzelle angeordnet ist, wobei in dem Bereich eine Sammellinse für die Anregungsstrahlung vorgesehen ist, und
  • 7: schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
  • 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Messkassette, bestehend aus einem transparenten Korpus (1) und einem Boden (9), welche durch Laserschweißverfahren miteinander verbunden sind. Korpus (1) und Boden (9) sind im Spritzgussverfahren als Einkomponententeile hergestellt.
  • In 2 ist eine Draufsicht von unten auf die dem Boden zugewandte Seite des Korpus einer erfindungsgemäßen Messkassette dargestellt (ohne Darstellung des auf dieser Seite auf dem Korpus aufliegenden Bodens). Das Korpusteil umfasst eine Probeneinfüllöffnung (3) zur Befüllung mit Probe, eine sich direkt und ohne Verzweigungen anschließende Mikrokanalstruktur (Probenkanal) mit einem Mischbereich (4), einer Zone zum Auflösen der Tracer (5) und einem weiteren Mischbereich (6), einem optischen Bereich (2) sowie einen sich anschließenden Probenabfallbereich (7). Die Kanalenden (8a) und (8b) sind so ausgelegt, dass diese in Verbindung mit dem Boden (9) an die dort vorhandenen Druckanschlussöffnungen (11a) und (11b) angeschlossen sind.
  • In der Draufsicht von oben auf die dem Korpus zugewandte Seite des Bodens einer erfindungsgemäßen Messkassette von 3 (ohne Darstellung des aufliegenden Korpus) sind die bei der Beschreibung von 2 erwähnten im Boden (9) vorhandenen Druckanschlussöffnungen (11a) und (11b) zu erkennen.
  • Die entsprechende Messvorrichtung ist dabei so ausgelegt, dass die Messkassette mit Hilfe einer Zahnstruktur (13) vollautomatisch eingezogen und nach Abschluss eines Messvorgangs wieder vollautomatisch ausgegeben wird. Außerdem ist der Einzug so ausgelegt, dass Anwenderfehler bei der Einlage der Messkassette in die entsprechende Messvorrichtung ausgeschlossen werden.
  • Die in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messkassette ist so gestaltet, dass die eingefüllte Probe mit positivem bzw. negativem Druck zwischen Probe und Druckanschlussöffnungen (11a) oder (11b) aus der Probeneinfüllöffnung (3) durch die Mikrofluidkanäle (4–6) sowie durch die Messzelle (12) bewegt werden kann. Zur Erzeugung des benötigten Druckes besitzt die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, in die die Messkassette zur Durchführung der Analyse eingebracht wird, zweckmäßigerweise eine Druckquelle, wie z. B. eine Spritze, sowie Anschlussmöglichkeiten an die Druckanschlussöffnung (11a) oder (11b) der Messkassette, wobei die Verbindung zwischen Druckquelle und Druckanschlussöffnungen vorzugsweise so ausgelegt ist, dass ein Druck von mindestens ±100 mbar verwendet werden kann. Bei der Verwendung von positivem/negativem Druck über Port 11a muss der Probeneinlass verschlossen sein. Bei der Verwendung von Port 11b ist der Verschluss des Probeneinlasses dagegen nicht nötig.
  • Die Mikrokanäle (4–6) im Korpusteil (1) sind bei der hier dargestellten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass es keine Abzweige gibt, an denen Luftblasen eingeschlossen werden können, und der maximale Querschnittsunterschied zwischen kleinstem und größtem Kanalquerschnitt Faktor 2 beträgt, damit es nicht zur Membranbildung und damit zu einer Störung der Fluidik kommen kann.
  • In den Mikrokanalbereich (5) zwischen den Mischbereichen (4, 6) werden bei Herstellung der Messkassette mittels eines Druckverfahrens, z. B. eines Piezodispensiersystems, fluoreszenzmarkierte Tracer gedruckt. Mittels des gleichen Verfahrens werden auf die Grenzfläche (19) des optischen Elements (2) innerhalb des Bereiches der Messzelle (12) Fängermoleküle (21) gedruckt.
  • 4 veranschaulicht das Prinzip eines Fluidiksensors für die Fluiddetektion bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messkassette. Die Fluiddetektion erfolgt dabei durch Einkopplung von Licht (15), z. B. mittels einer LED, wobei an der Brechung des eingekoppelten Lichtstrahls zu erkennen ist, ob sich Probenflüssigkeit in diesem Kanalbereich befindet oder nicht. Bei leerem Kanal ist der Brechungsindexunterschied zwischen Korpus und Luft bei dieser Ausführungsform so gewählt, dass der einfallende Strahl nur soweit gebrochen wird, dass er einen gegenüberliegenden Detektor (16), z. B. eine Photodiode, trifft, während der Brechungsindexunterschied bei gefülltem Kanal dazu führt, dass der eintreffende Strahl so gebrochen wird, dass er an der Korpus-Boden-Grenzfläche reflektiert wird und den gegenüberliegenden Detektor (16) nicht erreicht. Damit im Falle eines leeren Kanals der Lichtstrahl den besagten Detektor erreichen kann, sind im Boden (9) an den entsprechenden Stellen Aussparungen (14) vorgesehen.
  • In 5 ist ein schematisches Schnittbild durch den Bereich einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messkassette, in dem die Messzelle angeordnet ist, dargestellt.
  • Die Messzelle (12) kann über eine Mikrokanalstruktur, wie Sie beispielsweise in den 2 und 3 dargestellt ist, mit der zu analysierenden Probe befüllt werden. Die Messzelle (12) weist einen optisch transparenten Bereich (2) auf, der Bestandteil des auf dem Boden (9) aufliegenden Korpus (1) ist. Dieser optisch transparente Bereich (2) weist eine Lichteintrittsfläche (18) sowie eine Grenzfläche der Totalreflektion (19) auf. Das Material des optisch transparenten Bereichs (2) weist zweckmäßigerweise einen größeren Brechungsindex als die zu vermessenden Proben auf.
  • Wird von einer Lichtquelle (17) in einer Messvorrichtung, in der die Messkassette von 5 angeordnet ist, Licht (bevorzugt monochromatisches Licht) zu einem Strahl mit einer bestimmten Geometrie (bevorzugt elliptisch oder kreisrund) über die Lichteintrittsfläche (18a) in den optisch transparenten Bereich (2) in einem geeigneten Winkel einkoppelt, so wird der an der Grenzfläche (19) auftreffende Lichtstrahl totalreflektiert.
  • Durch die an der Grenzfläche (19) erzeugte Totalreflexion entsteht auf deren Rückseite ein evaneszentes Feld. Über die Wahl des Winkels des einfallenden Lichtstrahls können die Eindringtiefe sowie die Intensität besagten evaneszenten Feldes beeinflusst werden.
  • Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist im Bodenteil (9) eine Aussparung vorgesehen, die in Verbindung mit der Grenzfläche (19) die Messzelle (12) ausbildet, durch die die Probe, beispielsweise vom Mischbereich (6) kommend mittels positivem oder negativem Druck vorzugsweise mit konstanter, homogener Flussrate bewegt wird. Diese Messzelle (12) ist hier durch eine besonders geringe Höhe im Vergleich zu den übrigen Kanälen einer ggf. vorgeschalteten und/oder nachgeschalteten Mikrofluidik-Struktur gekennzeichnet. Dadurch wird das Probenvolumen optimal ausgenutzt, da bei einer möglichst hohen Fließgeschwindigkeit eine möglichst lange Messzeit ermöglicht wird. Eine bevorzugte Höhe der Messzelle (12) ist ≤ 300 μm.
  • An der Grenzfläche (19) ist in der Messzelle (12) wenigstens eine Fängerzone (21) vorgesehen, in der Fängermoleküle angeordnet sind, die die interessierenden Moleküle aus der Probenflüssigkeit einfangen und an der Grenzfläche fixieren, damit dort die Fluoreszenz angeregt und gemessen werden kann.
  • Für die Messung der Fluoreszenz ist in einer Messvorrichtung, in der die Messkassette von 5 angeordnet ist, ein Detektor (20) zur Messung einer sich zeitlich ändernden Fluoreszenzintensität (z. B. PMT oder CCD-Kamera) vorgesehen.
  • Bei der Ausführungsform von 5 ist die Lichteintrittsfläche eine Ebene (18a). Bei der alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messkassette, die in 6 dargestellt ist, ist für die Anregungsstrahlung die Lichteintrittsfläche als eine Sammellinse (18b) ausgeführt.. Durch die Sammellinse (18b) wird sichergestellt, dass der Lichtstrahl von der Lichtquelle (17) bei dieser Ausführungsform immer mittig auf die Grenzfläche (19) innerhalb des Bereiches der Messzelle (12) auftrifft und damit die Auswirkungen von Einlagevarianzen auf ein sich unter Totalreflexion bildendes evaneszentes Feld ausgeglichen werden. Dieses Ausgleichen reduziert gegenüber bekannten Systemen positionierungsbedingte Schwankungen des evaneszenten Feldes, d. h. dessen Eindringtiefe bzw. Intensität.
  • 7 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung. Dargestellt ist u. a. der Strahlengang des Anregungslichts aus der Lichtquelle (17) und des Fluoreszenzlichts von der Messzelle zum Detektor (20).
  • Die Lichtquelle (17) und der Detektor ((20) sind hier mechanisch im Messgerät in einer Ebene zu einer Einheit miteinander verbunden. Diese Einheit und die zu vermessende Messkassette aus Korpus (1) und Boden (9) werden relativ zueinander bewegt. Die Lichtquelle (17) ist dabei quer zur Bewegungsrichtung angeordnet, so dass der Lichtstrahl quer zur Bewegungsrichtung auf die Grenzfläche (19) strahlt. Mit dieser Auslegung konnten wesentliche Nachteile bekannter System vermieden werden, da (i) der Weg besagten Lichtstrahls durch den optisch transparenten Bereich (2) minimiert wird, (ii) immer nur ein kleiner Ausschnitt des optisch transparenten Bereichs (2) beleuchtet wird, (iii) der Weg des Anregungslichtes durch besagtes optisch transparenten Bereich (2) über den gesamten Detektionsbereich immer gleich lang ist und (iv) eine bessere Ortsauflösung erreicht wird.
  • Die Dicke des optisch transparenten Bereichs (2) ist hierbei unabhängig von der Anzahl der Fängerzonen (21) zu wählen. Damit kann eine Vielzahl von Analyten an den unterschiedlichen Fängerzonen (21) unter Verwendung nur einer Lichtquelle (17) und nur eines Fluoreszenzfarbstoffes für alle Analyten mit einer Messung bestimmt werden, gleiche Bedingungen für Anregung und Detektion über den gesamten Scanbereich geschaffen sowie die Auswirkung der den Kunststoffen eigenen Autofluoreszenz signifikant reduziert und damit das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Korpus
    2
    optischer Bereich
    3
    Probeneinfüllöffnung
    4
    Mischbereich
    5
    Zone zum Auflösen der Tracer
    6
    zweiter Mischbereich
    7
    Probenabfallbereich
    8
    Kanalende
    9
    Boden
    11
    Druckanschlussöffnung
    12
    Messzelle
    13
    Zahnstruktur
    14
    Aussparungen
    15
    Einkopplung von Licht
    16
    Detektor
    17
    Lichtquelle
    18
    Lichteintrittsfläche
    19
    Grenzfläche
    20
    Fluoreszenzdetektor
    21
    Fängerzone
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19628002 [0004]
    • DE 19711281 [0004]

Claims (15)

  1. Austauschbare Einweg-Messkassette zum Einbringen in eine Messvorrichtung zum Detektieren von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission, wobei die Messkassette eine Durchflussmesszelle (12) aufweist, in der eine von der Messvorrichtung bereitgestellte Anregungstrahlung jenseits einer Grenzfläche (19) von flüssiger Probe und Messzelle ein evaneszentes Feld in der flüssigen Probe erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkassette einen Korpus (1) aus einem optisch transparenten Material und einen an der Unterseite des Korpus anliegenden Boden (9) umfasst, wobei die Messzelle (12) von einer Aussparung gebildet wird, die im Korpus (1), im Boden (9) oder sowohl im Korpus (1) als auch im Boden (9) vorgesehen ist, wobei die Flächen auf denen der Korpus und der Boden um diese Aussparung herum aufeinanderliegen, durch Laserschweißen unmittelbar und fluiddicht miteinander verbunden sind.
  2. Messkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die Messkassette einen mit der Messzelle in Fluidkontakt stehenden Probenkanal aufweist, an dem wenigstens eine der folgenden Einrichtungen a) bis c) vorgesehen ist: a) eine Zone zum Auflösen eines Tracers (5), b) ein Probenmischbereich (4) und/oder c) ein Flüssigkeitsdetektionsbereich, wobei der Probenkanal und die daran vorgesehenen Einrichtungen a), b) und/oder c) von einer Aussparung gebildet werden, die im Korpus, im Boden oder sowohl im Korpus als auch im Boden vorgesehen ist, wobei die Flächen auf denen der Korpus und der Boden um diese Aussparung herum aufeinanderliegen, durch Laserschweißen unmittelbar und fluiddicht miteinander verbunden sind.
  3. Messkassette nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus und/oder der Boden jeweils als Einkomponententeil im Spritzgussverfahren hergestellt sind.
  4. Messkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus an der Stelle, an der die Anregungstrahlung in den Korpus eintritt (18), eine Sammellinse bildet, mit der der Strahl der Anregungstrahlung exakt auf die gewünschte Stelle der Grenzfläche von flüssiger Probe und Oberfläche des transparenten Materials des Korpus gerichtet wird.
  5. Messkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkassette mit einem elektronischen Speicherchip versehen ist, der auch nach dem Verpacken der Messkassette durch die Verpackung beschreibbar und überschreibbar ist.
  6. Messkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das Einbringen der Probe in die Messkassette im Korpus eine druckdicht verschließbare Probeneinfüllöffnung (3) vorgesehen ist.
  7. Messkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenkanal an Drucköffnungen (11) anschließbar ist, über die mittels positivem oder negativem Druck die Probe durch den Probenkanal bewegt werden kann.
  8. Messkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Probenkanals (8) im Korpus oder im Boden ein Probenabfallbereich (7) vorgesehen ist.
  9. Messkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Korpus und dem Boden eine Abdeckung vorgesehen ist, die den Korpus wenigstens teilweise abdeckt, wobei wenigstens im Bereich des Strahlengangs der Anregungsstrahlung und der Fluoreszenzemission Aussparungen vorgesehen sind, wodurch der Korpus in diesem Bereich nicht von der Abdeckung abgedeckt wird.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Messkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Korpus und der Boden und gegebenenfalls auch die Abdeckung als Einkomponententeile im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem für die Herstellung einer Messkassette nach Anspruch 8 die Verbindung der Abdeckung mit der Einheit aus Korpus und Boden durch Heißverstemmen ausgebildet wird.
  12. Messvorrichtung für die Detektion von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Einschubschacht für eine Messkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder für eine nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 hergestellte Messkassette aufweist sowie Einrichtungen aufweist, mit denen eine Relativbewegung der Messkassette gegenüber der Lichtquelle (17) für die Anregungsstrahlung ausgeführt werden kann, um so verschiedene Bereiche der Messzelle (12) in den Strahlengang der Anregungsstrahlung zu bringen, wobei die Lichtquelle für eine Anregungsstrahlung in der Messvorrichtung so vorgesehen ist, dass der Strahl der Anregungsstrahlung in einem Winkel von 90 Grad zur Bewegungsrichtung der Relativbewegung der Messkassette gegenüber der Lichtquelle auf die Messzelle auftrifft.
  13. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung eine Druckquelle aufweist, die bei in den Einschubschacht eingeschobener Messkassette an die Drucköffnungen des Probenkanals angeschlossen ist, sodass mittels von der Druckquelle erzeugtem positivem oder negativem Druck die Probe durch den Probenkanal bewegt werden kann.
  14. Verfahren zum Detektieren von Zielmolekülen in einer flüssigen Probe durch Messung von Fluoreszenzemission nach Anregung im evaneszenten Feld, bei dem man eine Messkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eine nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 hergestellte Messkassette in Verbindung mit einer Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13 einsetzt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe eine Körperflüssigkeit oder eine wässrige Probe für die Lebensmittel- oder Umweltanalytik ist, wobei die Probe wahlweise für das Detektieren der Zielmoleküle aufbereitet ist oder nicht.
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