DE102013106380A1 - Liquid-based sensor device, useful for detecting the presence of analyte e.g. bacteria cell, comprises substrates, liquid crystal layer, and phospholipid layer, reaction layer, electrodes, and insulating layer and/or alignment layer - Google Patents
Liquid-based sensor device, useful for detecting the presence of analyte e.g. bacteria cell, comprises substrates, liquid crystal layer, and phospholipid layer, reaction layer, electrodes, and insulating layer and/or alignment layer Download PDFInfo
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Abstract
Description
HINTERGRUNDBACKGROUND
Das Gebiet der OFFENBARUNG bezieht sich auf das Gebiet von Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtungen.The field of DISCLOSURE relates to the field of liquid crystal based sensor devices.
Die vorliegende Offenbarung betrifft Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtungen zur Detektion von Analyten. Die vorliegende Offenbarung betrifft außerdem Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtungen zur Detektion von Lipasen und/oder LipasenaktivitätenThe present disclosure relates to liquid crystal-based sensor devices for detecting analytes. The present disclosure also relates to liquid crystal based sensor devices for the detection of lipases and / or lipase activities
Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtungen. Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung Verfahren und Verwendungen der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtungen zur Detektion von Analyten, der Aktivität von Analyten und zum Screening von Verbindungen, die Analyten binden, und/oder deren Aktivität modifizieren. Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung Verfahren und Verwendungen von Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtungen zur Detektion der Anwesenheit von Lipasen und/oder Lipasenaktivitäten sowie zur Überwachung von Beschädigung, Zersetzung und/oder Absterben von Zellen oder Organen in Proben. Die vorliegende Offenbarung betrifft weiterhin die Verwendung von Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtungen in Toxizitäts- oder Zytotoxizitätsassays.Furthermore, the present disclosure relates to methods for manufacturing the liquid crystal based sensor devices. Furthermore, the present disclosure relates to methods and uses of the liquid crystal-based sensor devices for detecting analytes, the activity of analytes and for screening compounds that bind analytes and / or modify their activity. Furthermore, the present disclosure relates to methods and uses of liquid crystal-based sensor devices for detecting the presence of lipases and / or lipase activities and for monitoring damage, degradation and / or death of cells or organs in samples. The present disclosure further relates to the use of liquid crystal based sensor devices in toxicity or cytotoxicity assays.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIKDESCRIPTION OF THE RELATED TECHNIQUE
Die Beschreibung des ”Hintergrunds” hierin dient dem Zweck einer allgemeinen Präsentation des Offenbarungskontexts. Die Arbeit der hier genannten Erfinder, in dem in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Umfang, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht sonst als Stand der Technik zum Zeitpunkt der Einreichung einzustufen sind, werden weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.The description of the "background" herein is for the purpose of a general presentation of the disclosure context. The work of the present inventors, to the extent described in this Background section, as well as aspects of the description that are not otherwise classed as prior art at the time of filing, are neither expressly or implicitly accepted as prior art against the present disclosure.
Flüssigkristalle sind Materialien, welche die Mobilität von Flüssigkeiten und die Anisotropie von festen Kristallen aufweisen können. Thermotrope Flüssigkristalle haben sich bereits als brauchbar bei der Weitergabe von molekularen Ereignissen an einer Grenzschicht in makroskopische Antworten, die mit dem bloßen Auge sichtbar sind, erwiesen. Die langreichende („long-range”) Orientierungsordnung und optische Anisotropie von LC-Molekülen kann chemische und biomolekulare Bindungsereignisse in verstärkte optische Signale umwandeln, die leicht beobachtet werden können, sogar mit dem bloßen Auge. Grenzschichten zwischen thermotropen LCs und nicht mischbaren wässrigen Phasen wurden in letzter Zeit erhebliche Aufmerksamkeit geschenkt aufgrund der starken Kopplung, die zwischen der Anordnung der LCs und der Organisation von Molekül-Anordnungen auftreten kann, die sich an diesen Grenzschichten bilden können. Durch diese Eigenschaften, kombiniert mit der optischen Anisotropie der LC-Moleküle, sind sie sehr geeignet für die direkte Transduktion und Verstärkung der Bindung eines Analyten an ein Zielobjekt an einer Grenzschicht in eine optischen Ausgabe. Die meisten der derzeitigen Verfahren zur Detektion von biologischen Analyten erfordern analytische Detektoren in einer Laborumgebung und markierte Spezien, wie beispielsweise Fluorophoren oder radioaktive Isotope; und daher stellt dies ein großes Potential für die Bereitstellung hochsensitiver und kostengünstiger Bioassays, die außerhalb zentraler Labors ohne anspruchsvolle Instrumente durchgeführt werden können, dar.Liquid crystals are materials that can exhibit the mobility of liquids and the anisotropy of solid crystals. Thermotropic liquid crystals have already been shown to be useful in relaying molecular events at a boundary layer into macroscopic responses that are visible to the naked eye. The long-range orientation and optical anisotropy of LC molecules can transform chemical and biomolecular binding events into amplified optical signals that can be easily observed, even with the naked eye. Boundary layers between thermotropic LCs and immiscible aqueous phases have received considerable attention lately because of the strong coupling that can occur between the placement of the LCs and the organization of molecular arrays that can form at these interfaces. These properties, combined with the optical anisotropy of the LC molecules, make them highly suitable for directly transducing and enhancing the binding of an analyte to a target at a boundary layer in an optical output. Most of the current methods of detecting biological analytes require analytical detectors in a laboratory environment and labeled species such as fluorophores or radioactive isotopes; and therefore, this presents a great potential for providing highly sensitive and inexpensive bioassays that can be performed outside central laboratories without sophisticated instruments.
Es hat sich gezeigt, dass die Selbstanordnung („self-assembly”) von oberflächenaktivem Stoffen, Lipiden und Polymeren an diesen Grenzschichten eng an die Ordnung der LCs gekoppelt ist, und dass die Anwesenheit und Organisation dieser Moleküle über Veränderungen im optischen Aussehen der LCs angezeigt werden kann. Es wurde außerdem berichtet, dass komplexere Grenzflächen-Phänomene, wie beispielsweise spezifische Bindungsereignisse, die Proteine, Bakterien, Viren, Enzymreaktionen, Hybridisierung von DNA und die Kultur von menschlichen embryonalen Stammzellen involvieren, an einer wässrigen LC-Grenzfläche dynamische Richtungsübergänge in den LCs auslösen können. Diese Studien deuten darauf hin, dass die wässrigen LC-Grenzflächen eine vielversprechende Klasse biomolekularer Grenzflächen für das Anzeigen von Grenzflächenphänomenen sind.Self-assembly of surfactants, lipids, and polymers at these interfaces has been shown to be closely related to the order of the LCs, and the presence and organization of these molecules is indicated by changes in the visual appearance of the LCs can be. It has also been reported that more complex interfacial phenomena, such as specific binding events involving proteins, bacteria, viruses, enzyme reactions, hybridization of DNA, and human embryonic stem cell culture, can induce dynamic directional transitions in the LCs at an aqueous LC interface , These studies indicate that the aqueous LC interfaces are a promising class of biomolecular interfaces for displaying interfacial phenomena.
Die Prinzipien LC-basierter Detektion beruhen auf optischen, Verankerungs- und den elastischen Eigenschaften, die sich aus den molekularen Anisotropien und der einzigartigen Flüssigkristallphase des LC-Materials ergeben. Die molekulare Anisotropie einer Flüssigkristallprobe schafft einen Unterschied in den Brechungsindices von Licht parallel oder senkrecht zur Hauptmolekulorientierung, d. h. dem LC-Richtungsgeber. Interaktionen im Molekularbereich zwischen einem LC und einer benachbarten Grenzfläche resultieren in einem bevorzugten Verankerungswinkel in Bezug auf die Oberflächennormale. Informationen über die Grenzfläche, in Form der Oberflächenverankerung, wird als ein Ergebnis der elastischen Natur des LC-Richtungsgeberfeldes bis zu 100 µm in die Grundmenge übertragen.The principles of LC-based detection are based on optical, anchoring and elastic properties resulting from the molecular anisotropies and the unique liquid crystal phase of the LC material. The molecular anisotropy of a liquid crystal sample creates a difference in refractive indices of light parallel or perpendicular to the main molecular orientation, i. H. the LC direction generator. Molecular interactions between an LC and an adjacent interface result in a preferred anchoring angle with respect to the surface normal. Information about the interface, in terms of surface anchoring, is transferred up to 100 μm into the basic quantity as a result of the elastic nature of the LC direction generator field.
Es wird auch berichtet, dass bei Anwesenheit von Phospholipasen eine Hydrolyse der Lipidschicht an der Lipid-LC-Grenzfläche stattfindet, die dann direkt über die Veränderungen im optischen Aussehen der Lipid-LC-Schicht überwacht werden kann.It is also reported that in the presence of phospholipases, hydrolysis of the lipid layer occurs at the lipid LC interface, which can then be monitored directly by changes in the optical appearance of the lipid LC layer.
Lipasen sind hydrolytische Enzyme, die auf Carboxylesterverbindungen wirken. Diese Enzyme sind weit verbreitet in Tieren, Pflanzen, Schimmelpilzen und Bakterien. Die katalytischen Aktivitäten sind nicht auf die Hydrolyse beschränkt; sie katalysieren auch Veresterungs-, Inter-Veresterungs- und Trans-Veresterungsprozesse. Daher finden sie breite Anwendung in der Lebensmittel-, Pharma-, Chemie- und der Reinigungsmittelindustrie. Lipasen sind ebenfalls sehr wichtig bei Diagnoseeinstellungen. Unter pathologischen Bedingungen werden sie beispielsweise in Umgebungen gefunden, in denen sie normalerweise nicht vorkommen. Das deutet darauf hin, dass sie als Marker für Prozesse verwendet werden könnten, die Zellen/Organe zerstören. Ein bekanntes Beispiel sind die hohen Mengen von Pankreaslipasen, die im Blut in Folge einer Pankreatitis vorkommen. Auch beim Absterben einer Säugetierzelle werden Lipasen freigesetzt. Lipases are hydrolytic enzymes that act on carboxyl ester compounds. These enzymes are widely used in animals, plants, molds and bacteria. The catalytic activities are not limited to hydrolysis; they also catalyze esterification, interesterification and transesterification processes. Therefore, they are widely used in the food, pharmaceutical, chemical and detergent industries. Lipases are also very important in diagnosis settings. Under pathological conditions, they are found, for example, in environments in which they normally do not occur. This suggests that they could be used as markers for processes that destroy cells / organs. A well-known example is the high levels of pancreatic lipases that occur in the blood as a result of pancreatitis. Even when a mammalian cell dies, lipases are released.
Es sind Verfahren zur Detektion von aktiven Lipasen verfügbar, die als Lipaseassays bezeichnet werden können. Diese Verfahren hängen alle von den Anforderungen der Nutzer sowie der vorhandenen Ressourcen ab. Üblicherweise sind sie zeitaufwendig, benötigen große Mengen Material/Proben und teure Instrumente, wie beispielsweise Spektrometer. Diese Assays detektieren im Allgemeinen die Produkte der Reaktionen, die Lipasen katalysieren, wie beispielsweise die Freisetzung von Fettsäuren, Fettsäureestern oder Glyzerol, unter der Verwendung von kolorimetrischen oder fluorometrischen Methoden oder chromatographischen Analysen, wie HPLC.Methods are available for the detection of active lipases, which may be referred to as lipase assays. These procedures all depend on the needs of the users and the resources available. Usually, they are time consuming, require large amounts of material / samples, and expensive instruments, such as spectrometers. These assays generally detect the products of the reactions that catalyze lipases, such as the release of fatty acids, fatty acid esters or glycerol, using colorimetric or fluorometric methods or chromatographic analyzes such as HPLC.
KURZE DARSTELLUNGSHORT PRESENTATION
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtung zur Verfügung, die zur Detektion der Anwesenheit eines Analyten, wie beispielsweise einer prokaryotischen Zelle, einer bakteriellen Zelle und/oder eines prokaryotischen Mittels, wie beispielsweise eines Toxins, wie beispielsweise eines mikrobiellen Toxins, wobei die Vorrichtung in der aufgeführten Reihenfolge umfasst:
- – ein erstes Substrat,
- – eine Flüssigkristallschicht auf dem ersten Substrat,
- – eine Phospholipidschicht auf der Flüssigkristallschicht,
- A first substrate,
- A liquid crystal layer on the first substrate,
- A phospholipid layer on the liquid crystal layer,
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtung zur Detektion der Anwesenheit von Lipasen oder Lipaseaktivität zur Verfügung, wobei die Vorrichtung in der aufgeführten Reihenfolge umfasst:
- – ein erstes Substrat,
- – eine Flüssigkristallschicht auf dem ersten Substrat,
- – eine Reaktionsschicht auf der Flüssigkristallschicht, wobei die Reaktionsschicht eine Lipidschicht, eine LPS-Schicht und/oder eine Fettsäureschicht ist.
- A first substrate,
- A liquid crystal layer on the first substrate,
- A reaction layer on the liquid crystal layer, wherein the reaction layer is a lipid layer, an LPS layer and / or a fatty acid layer.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Verfügung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen eines ersten Substrats,
- b) Aufbringen einer Flüssigkristallschicht auf das erste Substrat,
- c) Aufbringen einer Phospholipidschicht auf die Flüssigkristallschicht, optional umfassend mindestens ein(en) Erkennungsteil/-molekül, wie beispielsweise einen Rezeptor, und/oder Cholesterol, bzw. Aufbringen einer Reaktionsschicht auf die Flüssigkristallschicht.
- a) providing a first substrate,
- b) applying a liquid crystal layer to the first substrate,
- c) applying a phospholipid layer to the liquid crystal layer, optionally comprising at least one recognition part / molecule, such as a receptor, and / or cholesterol, or applying a reaction layer to the liquid crystal layer.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung zur Detektion der Anwesenheit eines Analyten oder der Aktivität eines Analyten zur Verfügung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung,
- b) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Phospholipidschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- c) Untersuchung auf ein Bindungsereignis, einen zu detektierenden Analyten oder die Aktivität eines Analyten basierend auf Veränderungen der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht, die von dem Bindungsereignis, dem Analyten oder der Analytenaktivität induziert werden.
- a) providing a liquid crystal based sensor device according to the present disclosure,
- b) adding a sample to be analyzed to the phospholipid layer of the liquid crystal based sensor device,
- c) Examination for a binding event, an analyte to be detected or the activity of an analyte based on changes in the orientation of the liquid crystals in the liquid crystal layer induced by the binding event, the analyte or the analyte activity.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung zur Verfügung zum Screening nach Verbindungen, die an einen Analyten binden und/oder die Aktivität eines Analyten modifizieren, wie beispielsweise Inhibitoren mikrobieller Toxine, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung,
- b) zur Verfügung stellen einer Probe umfassend den Analyten,
- c) zur Verfügung stellen mindestens einer auf Bindung an den Analyten und/oder Modifizierung der Aktivität des Analyten zu screenenden Verbindung.
- d) Hinzufügen von mindestens einer zur screenenden Verbindung zur den Analyten umfassenden Probe,
- e) Hinzufügen der den Analyten sowie die Verbindung umfassenden Probe auf die Phospholipidschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- f) Untersuchung auf den Analyten oder die Aktivität des Analyten basierend auf Veränderungen der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht, die von dem Bindungsereignis, dem Analyten oder der Analytenaktivität induziert werden.
- a) providing a liquid crystal based sensor device according to the disclosure,
- b) providing a sample comprising the analyte,
- c) provide at least one for binding to the analyte and / or modifying the Activity of the analyte to be screened compound.
- d) adding at least one sample to the screening compound to the analyte,
- e) adding the sample comprising the analyte and the compound to the phospholipid layer of the liquid crystal-based sensor device,
- f) Examination for the analyte or the activity of the analyte based on changes in the orientation of the liquid crystals in the liquid crystal layer induced by the binding event, the analyte or the analyte activity.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung zur Verfügung zur Detektion der Anwesenheit von Lipase(n) oder der Aktivität von Lipase(n), wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung,
- b) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Reaktionsschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- c) Untersuchung auf ein Reaktionsereignis basierend auf Veränderungen, die von der/den Lipase(n) oder der Lipasenaktivität(en) an der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht induziert werden.
- a) providing a liquid crystal based sensor device according to the disclosure,
- b) adding a sample to be analyzed to the reaction layer of the liquid crystal based sensor device,
- c) assay for a response event based on changes induced by the lipase (s) or lipase activity (s) in the alignment of liquid crystals in the liquid crystal layer.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung zur Verfügung zur Überwachung der Beschädigung, Zersetzung und/oder des Absterbens von Zellen oder Organen überwacht werden, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung,
- b) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Reaktionsschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- c) Untersuchung auf ein Reaktionsereignis basierend auf Veränderungen der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht,
- a) providing a liquid crystal based sensor device according to the disclosure,
- b) adding a sample to be analyzed to the reaction layer of the liquid crystal based sensor device,
- c) Examination for a reaction event based on changes in the orientation of the liquid crystals in the liquid crystal layer,
Die vorliegende Offenbarung stellt die Verwendung einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung zur Detektion der Anwesenheit von Lipase(n) oder der Aktivität von Lipase(n) in einer Probe; zur Überwachung von Beschädigung, Zersetzung und/oder des Absterbens von Zellen oder Organen in einer Probe, und/oder als Lipase-Screeningvorrichtung bei Toxizitäts- oder Zytotoxizitätsassays zur Verfügung.The present disclosure provides the use of a liquid crystal-based sensor device according to the disclosure for detecting the presence of lipase (s) or the activity of lipase (s) in a sample; for monitoring damage, degradation and / or death of cells or organs in a sample, and / or as a lipase screening device in toxicity or cytotoxicity assays.
Die vorstehenden Absätze dienten als allgemeine Einführung und sind nicht als Einschränkung des Umfangs der folgenden Ansprüche gedacht. Die beschriebenen Ausführungsformen sind, gemeinsam mit weiteren Vorteilen, am besten in Zusammenhang mit der folgenden detaillierten Beschreibung gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen.The foregoing paragraphs have been presented as a general introduction and are not intended to limit the scope of the following claims. The described embodiments, together with further advantages, are best understood in conjunction with the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Eine umfassendere Bewertung der Offenbarung und vieler damit zusammenhängender Vorteile ist leicht möglich, da sie durch den Bezug zu der folgenden detaillierten Beschreibung bei gleichzeitiger Betrachtung der beigefügten Zeichnungen besser zu verstehen ist, wobei:A more complete appreciation of the disclosure and many related advantages is readily possible as the same becomes better understood by reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, wherein:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Wie oben diskutiert, stellt die vorliegende Offenbarung eine Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtung zur Detektion der Anwesenheit eines Analyten (hierin als ”Analyten-Sensorvorrichtung” bezeichnet) zur Verfügung, wie beispielsweise einer prokaryotischen Zelle, einer bakteriellen Zelle und/oder eines prokaryotischen Mittels, wie beispielsweise eines Toxins, wie beispielsweise eines mikrobiellen Toxins, wobei die Vorrichtung in der aufgeführten Reihenfolge umfasst:
- – ein erstes Substrat,
- – eine Flüssigkristallschicht auf dem ersten Substrat,
- – eine Phospholipidschicht auf der Flüssigkristallschicht,
- A first substrate,
- A liquid crystal layer on the first substrate,
- A phospholipid layer on the liquid crystal layer,
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Phospholipidschicht mindestens einen Erkennungsteil oder ein Erkennungsmolekül, wie beispielsweise einen Rezeptor, ein Enzym oder einen Antikörper.In a preferred embodiment, the phospholipid layer comprises at least one recognition part or recognition molecule, such as a receptor, an enzyme or an antibody.
In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Phospholipidschicht Cholesterol.In the preferred embodiment, the phospholipid layer comprises cholesterol.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Phospholipidschicht mindestens einen Erkennungsteil oder ein Erkennungsmolekül, wie beispielsweise einen Rezeptor, und Cholesterol. Der mindestens eine Erkennungsteil oder das mindestens eine Erkennungsmolekül, wie beispielsweise ein Rezeptor, und das Cholesterol sind in die Phospholipidschicht eingebettet.In a preferred embodiment, the phospholipid layer comprises at least one recognition moiety or recognition molecule, such as a receptor, and cholesterol. The at least one recognition part or the at least one recognition molecule, such as a receptor, and the cholesterol are embedded in the phospholipid layer.
Die Phospholipidschicht umfasst bevorzugt zwischen etwa 1 bis etwa 20 Gew.-% Cholesterol, bevorzugt etwa 10 bis etwa 15 Gew.-% Cholesterol.The phospholipid layer preferably comprises between about 1 to about 20 weight percent cholesterol, preferably about 10 to about 15 weight percent cholesterol.
In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Erkennungsteil oder das mindestens eine Erkennungsmolekül, das in der Phospholipidschicht umfasst ist, ein Rezeptor, wie beispielsweise Gangliosid GM1.In one embodiment, the at least one recognition moiety or the at least one recognition molecule included in the phospholipid layer is a receptor, such as ganglioside GM 1 .
In einer Ausführungsform umfasst die Phospholipidschicht zwischen etwa 0,1% bis etwa 10 Gew.-% GM1, bevorzugt etwa 0,5% bis etwa 5 Gew.-% GM1.In one embodiment, the phospholipid layer comprises between about 0.1% to about 10% by weight GM 1 , preferably from about 0.5% to about 5% by weight GM 1 .
Wie oben diskutiert, stellt die vorliegende Offenbarung eine Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtung zur Detektion der Anwesenheit von Lipasen oder Lipasenaktivität (hierin als ”Lipase-Sensorvorrichtung” bezeichnet) zur Verfügung, wobei die Vorrichtung in der aufgeführten Reihenfolge umfasst:
- – ein erstes Substrat,
- – eine Flüssigkristallschicht auf dem ersten Substrat,
- – eine Reaktionsschicht auf der Flüssigkristallschicht, wobei die Reaktionsschicht eine Lipidschicht, eine LPS-Schicht und/oder eine Fettsäureschicht ist.
- A first substrate,
- A liquid crystal layer on the first substrate,
- A reaction layer on the liquid crystal layer, wherein the reaction layer is a lipid layer, an LPS layer and / or a fatty acid layer.
Die Vorrichtung umfasst bevorzugt kein Erkennungsteil oder kein Erkennungsmolekül, das direkt an die Oberfläche des ersten Substrates gebunden ist. Wenn ein solcher Erkennungsteil oder ein solches Erkennungsmolekül in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, ist es bevorzugt in der Reaktionsschicht der Vorrichtung umfasst.The device preferably comprises no recognition part or recognition molecule bound directly to the surface of the first substrate. When such a recognition member or molecule is used in a device according to the present disclosure, it is preferably included in the reaction layer of the device.
Im folgenden werden weitere Ausführungsformen beider oben beschriebener Sensorvorrichtungen weiter beschrieben.In the following, further embodiments of the above-described sensor devices will be further described.
In einer Ausführungsform der oben beschriebenen Sensorvorrichtungen umfasst die Sensorvorrichtung weiterhin:
- – mindestens eine erste Elektrode zwischen dem ersten Substrat und der Flüssigkristallschicht, und
- – eine Isolationsschicht und/oder Ausrichtungsschicht („alignment layer”), oder eine Isolations- und Ausrichtungsschicht, welche die Elektrode beschichtet.
- At least one first electrode between the first substrate and the liquid crystal layer, and
- An insulating layer and / or alignment layer, or an insulating and alignment layer which coats the electrode.
In einer Ausführungsform der oben beschriebenen Sensorvorrichtungen umfasst die Sensorvorrichtung weiterhin:
- – ein zweites Substrat, das gegenüber dem ersten Substrat angeordnet ist und die Flüssigkristallschicht und Phospholipidschicht zu Zwischenschichten bzw. die Flüssigkristallschicht und Reaktionsschicht zu Zwischenschichten zwischen dem ersten und zweiten Substrat macht, und wobei es einen Zwischenraum zwischen dem zweiten Substrat und der Phospholipidschicht bzw. zwischen dem zweiten Substrat und der Reaktionsschicht gibt, der als Reaktionskammer zur Aufnahme einer zu analysierenden Probe dient.
- A second substrate disposed opposite to the first substrate and rendering the liquid crystal layer and phospholipid layer into intermediate layers, the liquid crystal layer and reaction layer into intermediate layers between the first and second substrates, and having a gap between the second substrate and the phospholipid layer the second substrate and the reaction layer, which serves as a reaction chamber for receiving a sample to be analyzed.
In einer Ausführungsform umfasst das zweite Substrat weiterhin:
- – eine zweite Elektrode auf dem zweiten Substrat, und
- – optional, eine Isolationsschicht auf der zweiten Elektrode, wobei die Isolationsschicht der sich auf dem ersten Substrat befindenden Phospholipidschicht/Flüssigkristallschicht bzw. Reaktionsschicht/Flüssigkristallschicht zugewandt ist.
- A second electrode on the second substrate, and
- Optionally, an insulation layer on the second electrode, the insulation layer facing the phospholipid layer / liquid crystal layer or reaction layer / liquid crystal layer located on the first substrate.
In einer Ausführungsform umfasst/umfassen die Sensorvorrichtung(en) eine zweite Elektrode, aber keine erste Elektrode. In dieser Ausführungsform kann die Sensorvorrichtung umfassen:
- – ein erstes Substrat,
- – eine Flüssigkristallschicht auf dem ersten Substrat,
- – eine Phospholipidschicht auf der Flüssigkristallschicht bzw. eine Reaktionsschicht auf der Flüssigkristallschicht,
- – ein zweites Substrat, das gegenüber dem ersten Substrat angeordnet ist und die Flüssigkristallschicht und Phospholipidschicht zu Zwischenschichten bzw. die Flüssigkristallschicht und Reaktionsschicht zu Zwischenschichten zwischen dem ersten und zweiten Substrat macht, und wobei es einen Zwischenraum zwischen dem zweiten Substrat und der Phospholipidschicht bzw. zwischen dem zweiten Substrat und der Reaktionsschicht gibt, der als Reaktionskammer zur Aufnahme einer zu analysierenden Probe dient,
- – bevorzugt eine zweite Elektrode auf dem zweiten Substrat, oder eine zweite Elektrode auf dem zweiten Substrat und eine Isolationsschicht auf der zweiten Elektrode, wobei die Isolationsschicht der sich auf dem ersten Substrat befindenden Phospholipidschicht/Flüssigkristallschicht bzw. Reaktionsschicht/Flüssigkristallschicht zugewandt ist.
- A first substrate,
- A liquid crystal layer on the first substrate,
- A phospholipid layer on the liquid crystal layer or a reaction layer on the liquid crystal layer,
- A second substrate disposed opposite to the first substrate and rendering the liquid crystal layer and phospholipid layer into intermediate layers, the liquid crystal layer and reaction layer into intermediate layers between the first and second substrates, and having a gap between the second substrate and the phospholipid layer the second substrate and the reaction layer serving as a reaction chamber for receiving a sample to be analyzed,
- Preferably, a second electrode on the second substrate, or a second electrode on the second substrate and an insulating layer on the second electrode, wherein the insulating layer of the located on the first substrate phospholipid layer / liquid crystal layer or reaction layer / liquid crystal layer facing.
In einer Ausführungsform der oben beschriebenen Sensorvorrichtung ist das erste und/oder das zweite Substrat ein Feststoff, bevorzugt Glas oder Kunststoff. Beispiele für Kunststoff sind Cycloolefin-Polymer (COP), Cycloolefin-Copolymer (COC) und Polydimethylsiloxan (PDMS).In one embodiment of the sensor device described above, the first and / or the second substrate is a solid, preferably glass or plastic. Examples of plastic are cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer (COC) and polydimethylsiloxane (PDMS).
In einer Ausführungsform der oben beschriebenen Sensorvorrichtungen ist das erste und/oder das zweite Substrat ein Feststoff, bevorzugt Glas oder Kunststoff, wie beispielsweise Cycloolefin-Polymer (COP), Cycloolefin-Copolymer (COC) und Polydimethylsiloxan (PDMS).In one embodiment of the sensor devices described above, the first and / or the second substrate is a solid, preferably glass or plastic, such as cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer (COC) and polydimethylsiloxane (PDMS).
In einer Ausführungsform weist die Flüssigkristallschicht eine homöotrope Ausrichtung, homogene Ausrichtung oder keine vordefinierte Ausrichtung auf.In one embodiment, the liquid crystal layer has a homeotropic alignment, homogeneous alignment, or no predefined orientation.
In einer Ausführungsform umfasst die Flüssigkristallschicht ein Flüssigkristall, das ausgewählt ist aus thermotropen Flüssigkristallen mit positiver/negativer oder keiner dielektrischen Anisotropie, Zweifrequenz-Flüssigkristallen, diskotischen und/oder lyotropen Flüssigkristallen und Kombinationen davon.In an embodiment, the liquid crystal layer comprises a liquid crystal selected from thermotropic liquid crystals positive / negative or no dielectric anisotropy, two-frequency liquid crystals, discotic and / or lyotropic liquid crystals and combinations thereof.
In einer Ausführungsform umfasst die Flüssigkristallschicht eine einzelne/einzige Flüssigkristallverbindung oder eine Mischung aus zwei oder mehreren verschiedenen Flüssigkristallverbindungen, oder eine Flüssigkristallmischung kombiniert mit Dotanden, wie beispielsweise Nanopartikeln oder kleinen organischen Molekülen.In one embodiment, the liquid crystal layer comprises a single / single liquid crystal compound or a mixture of two or more different liquid crystal compounds, or a liquid crystal mixture combined with dopants, such as nanoparticles or small organic molecules.
In einer Ausführungsform der oben beschriebenen Sensorvorrichtung ist die Flüssigkristallschicht farbdotiert/Farbstoff-dotiert, bevorzugt mit (einem) dichroitischen Farbstoff(en), Fluoreszenzfarbstoff(en), oder ist dotiert mit (einem) Quantenpunkt(en). Beispiele für Flüssigkristalle sind 5CB oder MLC6608 Flüssigkristalle. Dem Fachmann sind weitere Flüssigkristalle bekannt.In one embodiment of the sensor device described above, the liquid crystal layer is color-doped / dye-doped, preferably with dichroic dye (s), fluorescent dye (s), or doped with quantum dot (s). Examples of liquid crystals are 5CB or MLC6608 liquid crystals. The person skilled in the art is familiar with further liquid crystals.
In einer Ausführungsform der oben beschriebenen Sensorvorrichtungen umfasst die Phospholipidschicht bzw. die Reaktionsschicht eine einzelne/einzige Phospholipidverbindung oder eine Mischung aus zwei oder mehreren Phospholipidverbindungen.In one embodiment of the sensor devices described above, the phospholipid layer or reaction layer comprises a single / single phospholipid compound or a mixture of two or more phospholipid compounds.
Die Phospholipidverbindungen sind bevorzugt ausgewählt aus
DOPC (1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin)
DPPC (1,2-Dipalmitoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin),
DMPC (1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin),
DSPC (1,2-Distearoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin),
DLPC (1,2-Dilauroyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin),
1,2-Dimyristoleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (14:1, PC),
1,2-Dipalmitoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (16:1, PC),
1,2-Dieicosenoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (20:1, PC),
1,2-Dierucoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (22:1, PC),
1,2-Dinervonoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (24:1, PC),
oder Kombinationen davon.The phospholipid compounds are preferably selected from
DOPC (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine)
DPPC (1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine),
DMPC (1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine),
DSPC (1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine),
DLPC (1,2-dilauroyl-sn-glycero-3-phosphocholine),
1,2-dimyristoleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (14: 1, PC),
1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (16: 1, PC),
1,2-diisocyanato-sn-glycero-3-phosphocholine (20: 1, PC),
1,2-Dierucoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (22: 1, PC),
1,2-Dinervonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (24: 1, PC),
or combinations thereof.
Im folgenden werden weitere Ausführungsformen der Sensorvorrichtung zur Detektion der Anwesenheit von Lipasen oder Lipasenaktivität (die Lipase-Sensorvorrichtung), wie oben beschrieben, weiter beschrieben.In the following, further embodiments of the sensor device for detecting the presence of lipases or lipase activity (the lipase sensor device) as described above will be further described.
In einer Ausführungsform umfasst die Reaktionsschicht eine einzelne/einzige Lipopolysaccharid-Verbindung oder eine Mischung aus zwei oder mehreren verschiedenen Lipopolysacchariden.In one embodiment, the reaction layer comprises a single / single lipopolysaccharide compound or a mixture of two or more different lipopolysaccharides.
Die LPS-Verbindungen sind bevorzugt aus LPS aus E. coli-Strängen ausgewählt, wie beispielsweise
LPS aus E. coli 055:B5 (wie beispielsweise von MP Biomedicals erhältlich),
LPS aus E. coli 0127:B5 (wie beispielsweise von Sigma-Aldrich, Co. erhältlich),
LPS aus E. coli DH5α (wie beispielsweise aus den E. coli DH5 α-Bakterien isoliert),The LPS compounds are preferably selected from LPS from E. coli strands, such as
LPS from E. coli 055: B5 (as available, for example, from MP Biomedicals),
LPS from E. coli 0127: B5 (as available, for example, from Sigma-Aldrich, Co.),
LPS from E. coli DH5α (such as isolated from E. coli DH5α bacteria),
In einer Ausführungsform umfasst die Reaktionsschicht eine einzelne/einzige Fettsäureverbindung oder eine Mischung aus zwei oder mehreren verschiedenen Fettsäuren.In one embodiment, the reaction layer comprises a single / single fatty acid compound or a mixture of two or more different fatty acids.
In einer Ausführungsform ist die Reaktionsschicht eine Schicht umfassend Lipidverbindung(en), LPS-Verbindung(en) und/oder Fettsäureverbindung(en), d. h. Kombinationen von, beispielsweise,
Lipidverbindung(en) und LPS-Verbindung(en),
Lipidverbindung(en) und Fettsäureverbindung(en),
LPS-Verbindung(en) und Fettsäureverbindung(en),
Lipidverbindung(en) und LPS-Verbindung(en) und Fettsäureverbindung(en).In one embodiment, the reaction layer is a layer comprising lipid compound (s), LPS compound (s) and / or fatty acid compound (s), ie combinations of, for example,
Lipid compound (s) and LPS compound (s),
Lipid compound (s) and fatty acid compound (s),
LPS compound (s) and fatty acid compound (s),
Lipid compound (s) and LPS compound (s) and fatty acid compound (s).
Im folgenden werden weitere Ausführungsformen beider oben beschriebener Sensorvorrichtungen weiter beschrieben.In the following, further embodiments of the above-described sensor devices will be further described.
In einer Ausführungsform der oben beschriebenen Sensorvorrichtungen ist die erste Elektrode und die zweite Elektrode, jeweils unabhängig voneinander, eine nicht-interdigitale Elektrode, eine glatte/ebene Elektrode („plain eectrode”) oder eine interdigitale Elektrode (IDE) ist.In one embodiment of the sensor devices described above, the first electrode and the second electrode, each independently, is a non-interdigitated electrode, a plain eectrode, or an interdigital electrode (IDE).
In einer Ausführungsform ist die Isolationsschicht auf der ersten und/oder der zweiten Elektrode aus Polyimid aufgebaut.In one embodiment, the insulating layer on the first and / or the second electrode is constructed of polyimide.
In einer Ausführungsform ist die Ausrichtungsschicht aufgebaut aus einem Silan, wie beispielsweise Oktadecyldimethyl(3-Trimethosy-silylpropyl)-Ammoniumchlorid (DMOAP), oder einem hitze/lichtaushärtbaren Polyimid, das einen bestimmten Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls in der Flüssigkristallschicht oder eine selbstanordnende („self-assembled”) Monoschicht aus selbstanordnenden („self-assembling”) Verbindungen, wie beispielsweise Thiolen, Dithiocarbamaten, oder einer schräg verdampften Oxidschicht, wie beispielsweise SiO2, die eine Vorneigung des Flüssigkristalls in der Flüssigkristallschicht je nach dem Verdampfungswinkel des Oxids bereitstellt.In one embodiment, the alignment layer is composed of a silane, such as octadecyldimethyl (3-trimethosylsilylpropyl) ammonium chloride (DMOAP), or a heat / photocurable polyimide having a certain pretilt angle of the liquid crystal in the liquid crystal layer or a self-locating self-assembling compounds, such as thiols, dithiocarbamates, or an obliquely vaporized oxide layer, such as SiO 2 , which provides a pre-tilt of the liquid crystal in the liquid crystal layer, depending on the evaporation angle of the oxide.
In einer Ausführungsform ist/sind die erste und/oder die zweite Elektrode transparent oder nicht transparent, wobei bevorzugt die Elektrode(n) aus Indium-Zinnoxid (ITO) oder Fluor-Zinnoxid (FTO) aufgebaut ist/sind.In one embodiment, the first and / or the second electrode is / are transparent or non-transparent, with the electrode (s) preferably being constructed from indium tin oxide (ITO) or fluorine tin oxide (FTO).
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin gekreuzte Polarisatoren („crossed polarizers”) unter und über der Flüssigkristallschicht, bevorzugt auf den Ebenen des ersten bzw. zweiten Substrats, die eine Messung der Veränderung der Flüssigkristallausrichtung durch die Messung der Durchlässigkeit/Reflektion von polarisiertem Licht erlauben, oder wobei die Vorrichtung weiterhin mindestens einen Polarisator über der Flüssigkristallschicht umfasst, und wobei das unter der Flüssigkristallschicht befindliche Substrat ein reflektierendes Substrat ist. In one embodiment, the device further comprises crossed polarizers under and over the liquid crystal layer, preferably on the planes of the first and second substrates, respectively, which allow measurement of the change in liquid crystal orientation by the measurement of transmittance / reflectance of polarized light or wherein the device further comprises at least one polarizer over the liquid crystal layer, and wherein the substrate under the liquid crystal layer is a reflective substrate.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung darüber hinaus Mittel zur Messung eines elektrischen Maßes, wobei das/die Mittel eine Messung der Veränderung der Flüssigkristallausrichtung durch die Messung von Veränderungen eines solchen elektrischen Maßes ermöglicht, zum Beispiel Kapazität, Widerstand, oder Strom.In one embodiment, the device further comprises means for measuring an electrical measure, which means provides for measuring the change in liquid crystal orientation by measuring changes in such electrical measure, for example, capacitance, resistance, or current.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin nur einen Polarisator, bevorzugt auf der Ebene entweder des ersten oder des zweiten Substrats, und wobei das entsprechende andere Substrat ohne Polarisator zur Verwendung in Verbindung mit einer Lichtquelle, die polarisiertes Licht zur Verfügung stellt, bestimmt ist, wie zum Beispiel eine Flüssigkristall-Anzeigenvorrichtung.In one embodiment, the device further comprises only one polarizer, preferably at the level of either the first or the second substrate, and wherein the corresponding other substrate without polarizer is for use in conjunction with a light source providing polarized light, such as for example, a liquid crystal display device.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Mikrofluidvorrichtung in Fluidverbindung mit der Reaktionskammer.In one embodiment, the apparatus further comprises a microfluidic device in fluid communication with the reaction chamber.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Filtereinheit zum Filtern eines beliebigen Materials aus der Probe, das größer als der zu untersuchende Analyt sein kann, wie beispielsweise eine Bakterienzelle oder ein mikrobielles Toxin, so dass das Material nicht in die Reaktionskammer eindringt.In one embodiment, the apparatus further comprises a filter unit for filtering any material from the sample which may be larger than the analyte to be assayed, such as a bacterial cell or a microbial toxin, such that the material does not enter the reaction chamber.
In einer Ausführungsform hat die Reaktionskammer eine Tiefe im Bereich von 800 nm bis 100 μm, bevorzugt von 900 nm bis 30 μm aufweist, und, im Fall einer runden Kammer, eine Breite oder einen Durchmesser im Bereich von 1 μm bis 1 mm, bevorzugt von 25 µm bis 500 µm aufweist, und/oder wobei die Reaktionskammer aus Glas, Kunststoff besteht oder Wände aus Metall hat, wie beispielsweise Goldwände.In one embodiment, the reaction chamber has a depth in the range of 800 nm to 100 microns, preferably from 900 nm to 30 microns, and, in the case of a round chamber, a width or a diameter in the range of 1 .mu.m to 1 mm, preferably from 25 microns to 500 microns, and / or wherein the reaction chamber made of glass, plastic or has walls made of metal, such as gold walls.
Wie oben diskutiert, stellt die vorliegende Offenbarung Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Verfügung.As discussed above, the present disclosure provides methods for fabricating the liquid crystal based sensor devices according to the present disclosure.
Die Herstellungsverfahren einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung (hierin als ”Herstellungsverfahren” bezeichnet) umfasst die Schritte:
- a) zur Verfügung stellen eines ersten Substrats,
- b) Aufbringen einer Flüssigkristallschicht auf das ersten Substrat,
- c) Aufbringen einer Phospholipidschicht auf die Flüssigkristallschicht, optional mindestens einen Erkennungsteil/ein Erkennungsmolekül umfassend, wie beispielsweise einen Rezeptor, und/oder Cholesterol, bzw. Aufbringen einer Reaktionsschicht auf die Flüssigkristallschicht.
- a) providing a first substrate,
- b) applying a liquid crystal layer to the first substrate,
- c) applying a phospholipid layer on the liquid crystal layer, optionally at least one recognition part / a recognition molecule comprising, such as a receptor, and / or cholesterol, or applying a reaction layer on the liquid crystal layer.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte
- a') Aufbringen mindestens einer ersten Elektrode auf dem ersten Substrat, und
- a'') Aufbringen einer Isolationsschicht und/oder Ausrichtungsschicht, oder einer Isolations- und Ausrichtungsschicht, welche die erste Elektrode beschichtet.
- a ') applying at least a first electrode on the first substrate, and
- a '') applying an insulating layer and / or alignment layer, or an insulating and alignment layer, which coats the first electrode.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin den Zusatzschritt:
- d) zur Verfügung stellen eines zweiten Substrats, und Aufbringen desselben auf der Phospholipidschicht bzw. der Reaktionsschicht, so dass die Phospholipidschicht bzw. die Reaktionsschicht und die Flüssigkristallschicht sich zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat befinden („are sandwiched between”), wobei sich ein Zwischenraum zwischen dem zweiten Substrat und der Phospholipidschicht bzw. der Reaktionsschicht befindet, der als Reaktionskammer zur Aufnahme einer zu analysierenden Probe dient.
- d) providing a second substrate, and applying it to the phospholipid layer or the reaction layer so that the phospholipid layer and the reaction layer and the liquid crystal layer are sandwiched between the first and second substrates, respectively is a space between the second substrate and the phospholipid layer or the reaction layer, which serves as a reaction chamber for receiving a sample to be analyzed.
In einer Ausführungsform weist das zweite Substrat eine zweite darauf befindliche Elektrode auf, und hierbei wird Schritt e) so durchgeführt, dass die zweite Elektrode der Phospholipidschicht/Flüssigkristallschicht bzw. der Reaktionsschicht/Flüssigkristallschicht zugewandt ist.In one embodiment, the second substrate has a second electrode thereon, and thereby step e) is performed so that the second electrode faces the phospholipid layer / liquid crystal layer and the reaction layer / liquid crystal layer, respectively.
In einer Ausführungsform sind die Substrate, Elektroden, Isolationsschicht, Ausrichtungsschicht („alignment layer”), Flüssigkristallschicht, Reaktionsschicht und Vorrichtung wie oben definiert.In one embodiment, the substrates, electrodes, isolation layer, alignment layer, liquid crystal layer, reaction layer and device are as defined above.
Im Folgenden werden Verfahren, die die Analyten-Sensorvorrichtung verwenden, beschrieben.In the following, methods using the analyte sensor device will be described.
Wie oben diskutiert, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung (Analyten-Sensorvorrichtung) zur Detektion der Anwesenheit eines Analyten oder der Aktivität eines Analyten zur Verfügung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung (einer Analyten-Sensorvorrichtung),
- b) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Phospholipidschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- c) Untersuchung auf ein Bindungsereignis, einen zu detektierenden Analyten oder die Aktivität eines Analyten basierend auf Veränderungen der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht, die von dem Bindungsereignis, dem Analyten oder der Analytenaktivität induziert werden.
- a) providing a liquid crystal based sensor device according to the present disclosure (an analyte sensor device),
- b) adding a sample to be analyzed to the phospholipid layer of the liquid crystal based sensor device,
- c) Examination for a binding event, an analyte to be detected or the activity of an analyte based on changes in the orientation of the liquid crystals in the liquid crystal layer induced by the binding event, the analyte or the analyte activity.
In einer Ausführungsform ist das Bindungsereignis die Bindung des Analyten an das Erkennungsteil oder das Erkennungsmolekül, wie beispielsweise einen Rezeptor, ein Enzym oder einen Antikörper, das in der Phospholipidschicht umfasst ist.In one embodiment, the binding event is the binding of the analyte to the recognition moiety or recognition molecule, such as a receptor, an enzyme, or an antibody comprised in the phospholipid layer.
In einer Ausführungsform ist das Bindungsereignis die Bindung des Analyten an die Phospholipidschicht.In one embodiment, the binding event is the binding of the analyte to the phospholipid layer.
In einer Ausführungsform ist die Aktivität eines Analyten die Reaktion des Analyten mit dem Erkennungsteil oder Erkennungsmolekül, wie beispielsweise einen Rezeptor, Enzym oder Antikörper, der in der Phospholipidschicht umfasst ist.In one embodiment, the activity of an analyte is the reaction of the analyte with the recognition moiety or recognition molecule, such as a receptor, enzyme, or antibody, that is included in the phospholipid layer.
In einer Ausführungsform ist die Aktivität eines Analyten die Reaktion des Analyten mit der Phospholipidschicht.In one embodiment, the activity of an analyte is the reaction of the analyte with the phospholipid layer.
Der Analyt ist beispielsweise in der Lage, die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht zu verändern
- – aufgrund seiner Anheftung („attachment”) oder aufgrund seiner Bindung an das Erkennungsteil oder Erkennungsmolekül (wie beispielsweise einen Rezeptor, ein Enzym oder einen Antikörper, oder
- – aufgrund seiner Reaktion mit dem Erkennungsteil oder dem Erkennungsmolekül (wie beispielsweise einen Rezeptor, Enzym oder Antikörper), oder
- – aufgrund seiner Anheftung („attachment”) oder aufgrund seiner Bindung an die Phospholipidschicht, oder
- – aufgrund seiner Reaktion mit der Phospholipidschicht.
- Due to its attachment or due to its binding to the recognition or recognition molecule (such as a receptor, an enzyme or an antibody, or
- Due to its reaction with the recognition part or the recognition molecule (such as a receptor, enzyme or antibody), or
- Due to its attachment or due to its attachment to the phospholipid layer, or
- Due to its reaction with the phospholipid layer.
Der Analyt ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine prokaryotischen Zelle, wie beispielsweise eine Bakterienzelle, und ein prokaryotisches Mittel, wie beispielsweise ein Toxin, wie beispielsweise ein mikrobielles Toxin, wobei der Analyt in der Lage ist, die Ausrichtung der Flüssigkristalle an der Grenzfläche („interface”) zwischen der Flüssigkristallschicht und der Phospholipidschicht zu verändern.The analyte is preferably selected from the group comprising a prokaryotic cell, such as a bacterial cell, and a prokaryotic agent, such as a toxin, such as a microbial toxin, which analyte is capable of controlling the alignment of the liquid crystals at the interface ( "Interface") between the liquid crystal layer and the phospholipid layer.
In einer Ausführungsform wird die Anwesenheit eines Analyten indirekt detektiert.In one embodiment, the presence of an analyte is indirectly detected.
Die Anwesenheit eines Analyten wird bevorzugt indirekt detektiert, indem die Anwesenheit eines zweiten Analyten detektiert wird, wobei der zweite Analyt in der Lage ist, die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht zu verändern.The presence of an analyte is preferably detected indirectly by detecting the presence of a second analyte, which second analyte is capable of altering the alignment of the liquid crystals in the liquid crystal layer.
Ein solcher zweiter Analyt, bevorzugterweise, bindet oder reagiert auf/mit den Analyten, der (indirekt) detektiert werden soll. Der zweite Analyt ist bevorzugt ausgewählt aus den Komponenten eines Mediums (wie beispielsweise ein Nährbouillon), das verwendet wird, um den ersten Analyten zu züchten/kultivieren/füttern, oder aus Antibiotika oder Wirkstoffen, die auf den ersten Analyten wirken.Such a second analyte, preferably, binds or responds to the analyte (s) to be detected (indirectly). The second analyte is preferably selected from the components of a medium (such as a nutrient broth) used to grow / cultivate / feed the first analyte, or antibiotics or drugs that act on the first analyte.
In dieser Ausführungsform ist das Verfahren ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung (Analyten-Sensorvorrichtung) zur indirekten Detektion der Anwesenheit eines Analyten oder der Aktivität eines Analyten, und das Verfahren umfasst die Schritte:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung (einer Analyten-Sensorvorrichtung),
- b) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Phospholipidschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- c) Untersuchung auf ein Bindungsereignis, einen zweiten zu detektierenden Analyten oder die Aktivität eines zweiten Analyten basierend auf Veränderungen der Ausrichtung („change of alignment”) der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht, die von dem Bindungsereignis, dem zweiten Analyten oder der Aktivität des zweiten Analyten induziert werden.
- a) providing a liquid crystal based sensor device according to the present disclosure (an analyte sensor device),
- b) adding a sample to be analyzed to the phospholipid layer of the liquid crystal based sensor device,
- c) assay for a binding event, a second analyte to be detected or the activity of a second analyte based on changes in alignment of the liquid crystals in the liquid crystal layer, that of the binding event, the second analyte or the activity of the second analyte be induced.
Das Bindungsereignis ist bevorzugt die Bindung des zweiten Analyten an das Erkennungsteil oder das Erkennungsmolekül, wie beispielsweise einen Rezeptor, das in der Phospholipischicht umfasst ist, oder ist die Bindung des zweiten Analyten an die Phospholipidschicht.The binding event is preferably the binding of the second analyte to the recognition part or recognition molecule, such as a receptor included in the phospholipid layer, or the binding of the second analyte to the phospholipid layer.
Die Aktivität des zweiten Analyten ist bevorzugt die Reaktion des zweiten Analyten mit dem Erkennungsteil oder dem Erkennungsmolekül, wie beispielsweise einem Rezeptor, das in der Phospholipischicht umfasst ist, oder ist die Reaktion des zweiten Analyten mit der Phospholipidschicht.The activity of the second analyte is preferably the reaction of the second analyte with the recognition moiety or recognition molecule, such as a receptor included in the phospholipid layer, or is the reaction of the second analyte with the phospholipid layer.
In einer Ausführungsform wird die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der (Oberflächen-)Flüssigkristallschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung über einen Zeitraum hinweg beobachtet und die Ausrichtsungsveränderung, sofern vorhanden, über einen Zeitraum hinweg gemessen.In one embodiment, the alignment of the liquid crystals in the (surface) The liquid crystal layer of the liquid crystal based sensor device according to the present disclosure is observed over a period of time and the alignment change, if any, is measured over a period of time.
In einer Ausführungsform mit indirekter Detektion der Anwesenheit eines Analyten kann eine verlangsamte Ausrichtungsveränderung gesehen werden, was die Anwesenheit des Analyten anzeigt.In an embodiment with indirect detection of the presence of an analyte, a slower alignment change can be seen, indicating the presence of the analyte.
Der Begriff ”verlangsamte Ausrichtungsveränderung” („slowed down time of the alignment change”), wie hierin verwendet, bezieht sich auf Veränderungen der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der (Oberflächen-)Flüssigkristallschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung, die langsamer sind im Vergleich zu den Ausrichtungsveränderungen, die auftraten ehe die Menge an der aktiven Komponente (der Komponente, welche die Ausrichtungsveränderung auslöst, d. h. der zweite Analyt) verringert wurde, z. B. aufgrund der Bindung an oder der Reaktion auf den Analyten.The term "slowed-down time of the alignment change" as used herein refers to changes in the alignment of the liquid crystals in the (surface) liquid crystal layer of the liquid crystal-based sensor device according to the present disclosure, which are slower in comparison to the alignment changes that occurred before the amount of the active component (the component causing the orientation change, ie, the second analyte) was reduced, e.g. Due to binding to or response to the analyte.
Wie bereits dargelegt, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung (Analyten-Sensorvorrichtung) zum Screening nach Verbindungen, die an einen Analyten binden und/oder die Aktivität eines Analyten modifizieren, wie beispielsweise Hemmer für mikrobielle Toxine, zur Verfügung,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten gemäß der vorliegenden Offenbarung (einer Analyten-Sensorvorrichtung),
- b) zur Verfügung stellen einer Probe umfassend den Analyten,
- c) zur Verfügung stellen mindestens einer auf Bindung an den Analyten und/oder Modifizierung der Aktivität des Analyten zu screenenden Verbindung.
- d) Hinzufügen von mindestens einer zur screenenden Verbindung zur den Analyten umfassenden Probe,
- e) Hinzufügen der den Analyten sowie die Verbindung umfassenden Probe auf die Phospholipidschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- f) Untersuchung auf den Analyten oder die Aktivität des Analyten basierend auf Veränderungen der Ausrichtung („change of alignment”) der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht, die von dem Bindungsereignis, Analyten oder der Analytenaktivität,
the method comprising the steps of:
- a) providing a liquid crystal based according to the present disclosure (an analyte sensor device),
- b) providing a sample comprising the analyte,
- c) providing at least one compound to be screened for binding to the analyte and / or modifying the activity of the analyte.
- d) adding at least one sample to the screening compound to the analyte,
- e) adding the sample comprising the analyte and the compound to the phospholipid layer of the liquid crystal-based sensor device,
- f) assaying for the analyte or the activity of the analyte based on changes in alignment of the liquid crystals in the liquid crystal layer resulting from the binding event, analyte or analyte activity,
In einer Ausführungsform wird die Ausrichtung oder Ausrichtungsveränderung der Flüssigkristalle in der (Oberflächen-)Flüssigkristallschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung über einen Zeitraum hinweg beobachtet und die Ausrichtungsveränderung, sofern vorhanden, über einen Zeitraum hinweg gemessen.In one embodiment, the orientation or orientation change of the liquid crystals in the (surface) liquid crystal layer of the liquid crystal-based sensor device according to the present disclosure is observed over a period of time and the orientation change, if any, is measured over a period of time.
Der Begriff ”Ausrichtungsveränderung” („change of alignment”), wie hierin im Zusammenhang mit dem ”Screeningverfahren” verwendet, bezieht sich auf Ausrichtungsveränderungen der Flüssigkristalle in der (Oberflächen-)Flüssigkristallschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung nach dem Hinzufügen einer Probe umfassend den Analyten und die zu screenende Verbindung (in Schritt e)).The term "change of alignment" as used herein in the context of the "screening method" refers to alignment changes of the liquid crystals in the (surface) liquid crystal layer of the liquid crystal-based sensor device according to the present disclosure after adding one Sample comprising the analyte and the compound to be screened (in step e)).
Eine solche Ausrichtungsveränderung ist durch eine Änderung der (Licht-)Durchlässigkeit oder eine Änderung der Reflektion sichtbar. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt eine solche Veränderung bevorzugt mindestens 0,1%, weiter bevorzugt mindestens 0,5%; noch mehr bevorzugt mindestens 1% oder mehr Veränderung der Durchlässigkeit oder Reflektion.Such an orientation change is visible through a change in (light) transmission or a change in reflection. In a preferred embodiment, such a change is preferably at least 0.1%, more preferably at least 0.5%; even more preferably at least 1% or more change in permeability or reflection.
Der Begriff ”keine Ausrichtungsveränderung”, wie hierin im Zusammenhang mit dem ”Screeningverfahren” verwendet, bezieht sich auf die Ausrichtung der Flüssigkristalle, die im Vergleich zum Zustand vor dem Hinzufügen der Probe mit dem Analyten und der zu screenenden Verbindung (in Schritt e)) im Wesentlichen unverändert bleibt, insbesondere unverändert oder ohne wesentliche Änderung bei der (Licht-)Durchlässigkeit oder der Reflektion.The term "no orientation change" as used herein in the context of the "screening method" refers to the alignment of the liquid crystals compared to the state prior to adding the sample to the analyte and the compound to be screened (in step e)). remains essentially unchanged, in particular unchanged or without significant change in the (light) permeability or the reflection.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden weniger als 0,1%, weiter bevorzugt weniger als 0,05% oder eine noch geringere Veränderung der Durchlässigkeit oder Reflektion gemessen.In a preferred embodiment, less than 0.1%, more preferably less than 0.05% or even less change in permeability or reflectance is measured.
In anderen Ausführungsformen kann der Cut-off-Wert höher oder langsamer sein als die oben genannten 0,1%, abhängig z. B. von der Probe und deren Komponenten, Medien usw. Der Cut-off-Wert kann auch von dem verwendeten Detektor oder dem verwendeten Detektionsverfahren abhängen, wie beispielsweise der Empfindlichkeit des Detektors/Detektionsverfahrens.In other embodiments, the cut-off value may be higher or slower than the above-mentioned 0.1% depending on e.g. From the sample and its components, media, etc. The cut-off value may also depend on the detector or detection method used, such as the sensitivity of the detector / detection method.
In einer Ausführungsform kann beispielsweise die Wirksamkeit eines Antibiotikums, eines Wirkstoffes oder einer Substanz im Hinblick auf die Deaktivierung oder Abtötung von Bakterien oder eines Toxins getestet werden. Wenn zum Beispiel in einem Fall eine Verbindung, wie beispielsweise ein Antibiotikum A, bei der Deaktivierung oder Abtötung der Bakterien/des Toxins nicht wirksam ist, führt dies zu einer Ausrichtungsveränderung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht. Verbindung A ist somit bei der Deaktivierung/Abtötung der/des jeweiligen Bakterien/Toxins nicht wirksam. In einem anderen Fall wird beispielsweise eine andere Verbindung, wie beispielsweise das Antibiotikum B, getestet, die bei der Deaktivierung oder Abtötung der/des Bakterien/Toxins wirksam ist; dabei kann keine Ausrichtungsveränderung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht beobachtet werden, weil die Bakterien/das Toxin deaktiviert sind. Verbindung B ist somit bei der Deaktivierung/Abtötung der/des jeweiligen Bakterien/Toxins wirksam.For example, in one embodiment, the efficacy of an antibiotic, drug, or substance may be considered Deactivation or killing bacteria or a toxin. For example, in one case, when a compound such as antibiotic A is not effective in deactivating or killing the bacteria / toxin, it leads to an alignment change of the liquid crystals in the liquid crystal layer. Compound A is thus not effective in deactivating / killing the particular bacterial / toxin. In another case, for example, another compound, such as antibiotic B, is tested which is effective in deactivating or killing the bacterial / toxin; thereby, no alignment change of the liquid crystals in the liquid crystal layer can be observed because the bacteria / toxin is deactivated. Compound B is thus effective in deactivating / killing the particular bacterial / toxin.
Der Analyt ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine prokaryotische Zelle, wie beispielsweise eine Bakterienzelle, und ein prokaryotisches Mittel, wie beispielsweise ein Toxin, wie beispielsweise ein mikrobielles Toxin, wobei der Analyt in der Lage ist, die Ausrichtung der Flüssigkristalle an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkristallschicht und der Phospholipidschicht zu verändern.The analyte is preferably selected from the group comprising a prokaryotic cell, such as a bacterial cell, and a prokaryotic agent, such as a toxin, such as a microbial toxin, which analyte is capable of aligning the alignment of liquid crystals at the interface the liquid crystal layer and the phospholipid layer to change.
In einer Ausführungsform wird das Screening auf Verbindungen, die einen Analyten binden und/oder die Aktivität eines Analyten modifizieren, indirekt durchgeführt.In one embodiment, screening for compounds that bind an analyte and / or modify the activity of an analyte is performed indirectly.
Verbindung(en), die einen Analyten binden und/oder die Aktivität eines Analyten modifizieren, werden bevorzugt indirekt gescreent, beispielsweise indem die Anwesenheit oder Aktivität eines zweiten Analyten detektiert wird, wobei der zweite Analyt in der Lage ist, die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht zu verändern.Compound (s) that bind an analyte and / or modify the activity of an analyte are preferably screened indirectly, for example, by detecting the presence or activity of a second analyte, which second analyte is capable of controlling the alignment of the liquid crystals in the analyte Change liquid crystal layer.
Wie oben beschrieben, bindet oder reagiert der zweite Analyt bevorzugt an den/mit dem Analyten, an den auch die zu screenende(n) Verbindung(en) binden, reagieren und/oder deren Aktivität sie verändern.As described above, the second analyte binds or reacts preferentially to / with the analyte to which the compound (s) to be screened bind, react and / or whose activity they alter.
Diese Ausführungsform umfasst kompetitive und nicht kompetitive Bindung des zweiten Analyten und der zu screenenden Verbindung an den Analyten.This embodiment involves competitive and non-competitive binding of the second analyte and the compound to be screened to the analyte.
Wie oben beschrieben, ist der zweite Analyt bevorzugt ausgewählt aus den Komponenten eines Mediums (wie beispielsweise ein Nährbouillon), das verwendet wird, um den ersten Analyten zu züchten/kultivieren/füttern, oder aus Antibiotika oder Wirkstoffen, die auf den ersten Analyten wirken.As described above, the second analyte is preferably selected from the components of a medium (such as a nutrient broth) used to culture / culture / feed the first analyte, or antibiotics or drugs that act on the first analyte.
In einer Ausführungsform der Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung wird die Ausrichtung oder Ausrichtungsveränderung der Flüssigkristalle in der (Oberflächen-)Flüssigkristallschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung über einen Zeitraum hinweg beobachtet und die Ausrichtungsveränderung, sofern vorhanden, über einen Zeitraum hinweg gemessen.In an embodiment of the methods according to the present disclosure, the alignment or orientation change of liquid crystals in the (surface) liquid crystal layer of the liquid crystal-based sensor device according to the present disclosure is observed over a period of time and the orientation change, if any, over a period of time is measured.
Im Folgenden werden Verfahren beschrieben, welche die Lipase-Sensorvorrichtung verwenden.The following describes methods using the lipase sensor device.
Wie oben diskutiert, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung (Lipase-Sensorvorrichtung) zur Detektion der Anwesenheit von Lipase(n) oder der Aktivität von Lipase(n) zur Verfügung,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung (eine Lipase-Sensorvorrichtung),
- b) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Reaktionsschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- c) Untersuchung auf ein Reaktionsereignis basierend auf Veränderungen, die von der/den Lipase(n) oder der Lipasenaktivität(en) an der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht induziert werden.
the method comprising the steps of:
- a) providing a liquid crystal-based sensor device according to the present disclosure (a lipase sensor device),
- b) adding a sample to be analyzed to the reaction layer of the liquid crystal based sensor device,
- c) assay for a response event based on changes induced by the lipase (s) or lipase activity (s) in the alignment of liquid crystals in the liquid crystal layer.
Bei der Probe handelt es sich bevorzugt um eine Zellkulturprobe, wie beispielsweise einen Zellkulturüberstand, ein Zellkulturmedium, eine Zellkulturlösung; oder die Probe ist eine Körperflüssigkeit, wie Blut, Speichel, Urin usw.The sample is preferably a cell culture sample, such as a cell culture supernatant, a cell culture medium, a cell culture solution; or the sample is a body fluid, such as blood, saliva, urine, etc.
In einer Ausführungsform ist das Reaktionsereignis die Bindung der Lipase(n) an die Reaktionsschicht und/oder die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Lipase(n)aktivität.In one embodiment, the reaction event is the binding of the lipase (s) to the reaction layer and / or the disruption / disruption of the reaction layer due to lipase (n) activity.
Bevorzugt umfasst die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Lipase(n)aktivität die Hydrolyse, Veresterung, Trans-Veresterung des (Phospho-)Lipids/der (Phospho-)Lipide, LPS und/oder der Fettsäure(n) der Reaktionsschicht.Preferably, the disruption / disruption of the reaction layer due to lipase (n) activity comprises the hydrolysis, esterification, transesterification of the (phospho) lipid (s), LPS and / or the fatty acid (s) of the reaction layer.
Wie oben diskutiert, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung (Lipasesensorvorrichtung) zur Überwachung („monitoring”) der Beschädigung, Zersetzung und/oder des Absterben von Zellen oder Organen zur Verfügung,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung (eine Lipase-Sensorvorrichtung),
- b) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Reaktionsschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- c) Untersuchung auf ein Reaktionsereignis basierend auf Veränderungen der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht,
the method comprising the following steps:
- a) providing a liquid crystal-based sensor device according to the present disclosure (a lipase sensor device),
- b) adding a sample to be analyzed to the reaction layer of the liquid crystal based sensor device,
- c) Examination for a reaction event based on changes in the orientation of the liquid crystals in the liquid crystal layer,
Die Probe ist bevorzugt eine Zellkulturprobe, wie beispielsweise einen Zellkulturüberstand, ein Zellkulturmedium, eine Zellkulturlösung; oder die Probe ist eine Körperflüssigkeit, wie Blut, Speichel, Urin usw.The sample is preferably a cell culture sample, such as a cell culture supernatant, a cell culture medium, a cell culture solution; or the sample is a body fluid, such as blood, saliva, urine, etc.
In einer Ausführungsform wird die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht über einen Zeitraum hinweg beobachtet und die Ausrichtungsveränderung, sofern vorhanden, über einen Zeitraum hinweg gemessen.In one embodiment, the alignment of the liquid crystals in the liquid crystal layer is observed over a period of time and the orientation change, if any, is measured over a period of time.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Wiederholung der Schritte b) und c) über einen Zeitraum hinweg. Dadurch können die Beschädigung, Zersetzung und/oder das Absterben von Zellen oder Organen der Probe zu verschiedenen Zeitpunkten, d. h. über einen Zeitraum hinweg, überwacht/gemessen werden.In one embodiment, the method comprises repeating steps b) and c) over a period of time. This may damage, decompose and / or kill cells or organs of the sample at different times, i. H. over a period of time, monitored / measured.
In einer Ausführungsform ist das Reaktionsereignis die Bindung von Lipase(n), wenn anwesend in der Probe aufgrund von Beschädigung, Zersetzung und/oder Absterben von Zellen oder Organen der Probe, an die Reaktionsschicht und/oder ist die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Aktivität(en) der Lipase(n).In one embodiment, the reaction event is the binding of lipase (s), if present in the sample, to the reaction layer due to damage, decomposition and / or death of cells or organs of the sample, and / or the disruption / disruption of the reaction layer due to Activity (s) of the lipase (s).
Bevorzugt umfasst die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Lipase(n)aktivität die Hydrolyse, Veresterung, Trans-Veresterung des (Phospho-)Lipids/der (Phospho-)Lipide, LPS und/oder der Fettsäure(n) der Reaktionsschicht.Preferably, the disruption / disruption of the reaction layer due to lipase (n) activity comprises the hydrolysis, esterification, transesterification of the (phospho) lipid (s), LPS and / or the fatty acid (s) of the reaction layer.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung (Lipase-Sensorvorrichtung) zum Screening auf Verbindungen, welche die Aktivität von Lipase(n) verändern zur Verfügung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten gemäß der vorliegenden Offenbarung (eine Lipase-Sensorvorrichtung),
- b) zur Verfügung stellen einer Probe umfassend die Lipase(n),
- c) zur Verfügung stellen mindestens einer zu screenenden Verbindung zur Modifizierung der Lipase(n)aktivität,
- d) Hinzufügen von mindestens einer zur screenenden Verbindung zur die Lipase(n) umfassenden Probe,
- e) Hinzufügen der Probe umfassnd die Lipase(n) sowie die zu screenende Verbindung auf die Reaktionsschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- f) Untersuchung auf die Lipase(n) oder die Aktivität der Lipase(n) basierend auf Veränderungen an der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht, die von einem Reaktionsereignis induziert werden,
- a) providing a liquid crystal-based according to the present disclosure (a lipase sensor device),
- b) providing a sample comprising the lipase (s),
- c) providing at least one compound to be screened for modification of lipase (n) activity,
- d) adding at least one sample comprising the screening compound to the lipase (s),
- e) adding the sample comprising the lipase (s) and the compound to be screened to the reaction layer of the liquid crystal based sensor device,
- f) assaying for the lipase (s) or activity of the lipase (s) based on changes in the alignment of liquid crystals in the liquid crystal layer induced by a reaction event,
In einer Ausführungsform wird die Ausrichtung oder Ausrichtungsveränderung der Flüssigkristalle in der (Oberflächen-)Flüssigkristallschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung über einen Zeitraum hinweg beobachtet und die Ausrichtungsveränderung, sofern vorhanden, über einen Zeitraum hinweg gemessen.In one embodiment, the orientation or orientation change of the liquid crystals in the (surface) liquid crystal layer of the liquid crystal-based sensor device according to the present disclosure is observed over a period of time and the orientation change, if any, is measured over a period of time.
Der Begriff ”Ausrichtungsveränderung” („change of alignment”), wie hierin im Zusammenhang mit dem ”Screeningverfahren” verwendet, bezieht sich auf Ausrichtungsveränderungen der Flüssigkristalle in der (Oberflächen-)Flüssigkristallschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung nach dem Hinzufügen einer Probe umfassend den Analyten (d. h. Lipase(n)) und die zu Kandidaten-Verbindung (in Schritt e)).The term "change of alignment" as used herein in the context of the "screening method" refers to alignment changes of the liquid crystals in the (surface) liquid crystal layer of the liquid crystal-based sensor device according to the present disclosure after adding one A sample comprising the analyte (ie, lipase (s)) and the candidate compound (in step e)).
Eine solche Ausrichtungsveränderung ist durch eine Änderung der (Licht-)Durchlässigkeit oder eine Änderung der Reflektion sichtbar. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt eine solche Veränderung bevorzugt mindestens 0,1%, weiter bevorzugt mindestens 0,5%; noch mehr bevorzugt mindestens 1% oder mehr Veränderung der Durchlässigkeit oder Reflektion.Such an orientation change is visible through a change in (light) transmission or a change in reflection. In a preferred embodiment, such a change is preferably at least 0.1%, more preferably at least 0.5%; even more preferably at least 1% or more change in permeability or reflection.
Der Begriff ”keine Ausrichtungsveränderung”, wie hierin im Zusammenhang mit dem ”Screeningverfahren” verwendet, bezieht sich auf die Ausrichtung der Flüssigkristalle, die im Vergleich zum Zustand vor dem Hinzufügen der Probe mit dem Analyten (e. g. Lipase(n)) und der zu screenenden Verbindung (in Schritt e)) im Wesentlichen unverändert bleibt, insbesondere unverändert oder ohne wesentliche Änderung bei der (Licht-)Durchlässigkeit oder der Reflektion.The term "no orientation change" as used herein in the context of the "screening method" refers to the orientation the liquid crystal, which remains essentially unchanged in comparison to the state before the addition of the sample with the analyte (eg lipase (s)) and the compound to be screened (in step e)), in particular unchanged or without significant change in the (light) ) Permeability or reflection.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden weniger als 0,1%, noch mehr bevorzugt weniger als 0,05% oder eine noch geringere Veränderung der Durchlässigkeit oder Reflektion gemessen.In a preferred embodiment, less than 0.1%, more preferably less than 0.05% or even less change in permeability or reflectance is measured.
In anderen Ausführungsformen kann der Cut-off-Wert höher oder langsamer sein als die oben genannten 0,1%, abhängig z. B. von der Probe und deren Komponenten, Medien usw. Der Cut-off-Wert kann auch von dem verwendeten Detektor oder dem verwendeten Detektionsverfahren abhängen, wie beispielsweise der Empfindlichkeit des Detektors/Detektionsverfahrens.In other embodiments, the cut-off value may be higher or slower than the above-mentioned 0.1% depending on e.g. From the sample and its components, media, etc. The cut-off value may also depend on the detector or detection method used, such as the sensitivity of the detector / detection method.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen aller Verfahren unter Verwendung einer Analyten-Sensorvorrichtung oder Lipase-Sensorvorrichtung, wie oben beschrieben, weiter beschrieben.Hereinafter further embodiments of all methods using an analyte sensor device or lipase sensor device as described above will be further described.
In einer Ausführungsform erfolgt die Untersuchung (in Schritt c) bzw. Schritt f)) durch visuelle Prüfung der Durchlässigkeit und/oder Reflektion von polarisiertem Licht oder nicht polarisiertem Licht oder durch Durchlässigkeits- und/oder Reflektionsmessungen mit polarisiertem Licht oder mit nicht polarisiertem Licht, und die Untersuchung auf Veränderungen einer solchen Durchlässigkeit, oder die Untersuchung (in Schritt c) bzw. Schritt f)) erfolgt durch Messungen eines elektrischen Maßes, bevorzugt durch Messungen von Kapazität, Widerstand, oder Strom, sowie beispielsweise der Untersuchung auf Veränderungen eines solchen elektrischen Maßes.In one embodiment, the examination (in step c) or step f)) is performed by visual examination of the transmittance and / or reflection of polarized light or unpolarized light or by transmission and / or reflection measurements with polarized light or with unpolarized light, and the examination for changes in such a permeability, or the examination (in step c) or step f)) is carried out by measurements of an electrical measure, preferably by measurements of capacitance, resistance, or current, and for example the investigation of changes in such electrical measure.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt:
- d) Überprüfung, dass eine beobachtete Durchlässigkeits- oder Reflektionsveränderung oder eine Veränderung der elektrischen Größe/Maß verursacht wird durch das Bindungsereignis oder die Anwesenheit eines Analyten oder die Aktivität eines Analyten bzw. verursacht wird durch das Reaktionsereignis, bevorzugt an einer Grenzfläche zwischen der Flüssigkristallschicht und der Phospholipidschicht/Reaktionsschicht, und nicht das Ergebnis eines gestörten („disrupted”) Bereichs auf dem Sensor ist, wo keine Flüssigkristalle und keine Phospholipidschicht/Reaktionsschicht vorhanden ist, indem eine Spannung mit Gleich- oder Wechselstrom an die erste und/oder zweite Elektrode angelegt wird und untersucht wird, ob dies zu einer Veränderung der detektierten Durchlässigkeit oder Reflektion von polarisiertem Licht oder der gemessenen elektrischen Größe/Maßes führt.
- d) checking that an observed change in permeability or reflection or a change in electrical size / dimension is caused by the binding event or the presence of an analyte or the activity of an analyte or caused by the reaction event, preferably at an interface between the liquid crystal layer and the phospholipid layer / reaction layer is not the result of a disrupted region on the sensor where there are no liquid crystals and no phospholipid layer / reaction layer by applying a DC or AC voltage to the first and / or second electrodes and whether this leads to a change in the detected transmission or reflection of polarized light or the measured electrical variable / measure.
In einer Ausführungsform liegt die angelegte Spannung im Bereich von 0,1–25 V eines sinusförmigen/Dreiecks-/Rechtecksignals („sinusoidal/triangular/square signal”), und die Frequenz ist im Bereich von 0 Hz bis 1 GHz, bevorzugt 100 Hz bis 10 MHz, weiter bevorzugt 1 kHz bis 1 MHz.In one embodiment, the applied voltage is in the range of 0.1-25 V of a sinusoidal / triangular / square signal, and the frequency is in the range of 0 Hz to 1 GHz, preferably 100 Hz to 10 MHz, more preferably 1 kHz to 1 MHz.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt:
- b') Erhöhung der lokalen Konzentration des Analyten/der Lipase(n), oder Energiezuführen („energizing”) des Analyten/der Lipase(n) an der Grenzfläche zwischen der Phospholipidschicht/Reaktionsschicht und der Probe durch Elektrophorese, Dielektrophorese, Wechselstromelektroosmose (ACEO) oder Joulesche Erwärmung.
- b ') increasing the local concentration of the analyte / lipase (s), or energizing the analyte / lipase (s) at the interface between the phospholipid layer / reaction layer and the sample by electrophoresis, dielectrophoresis, AC electroosmosis (ACEO ) or Joule warming.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt:
- b'') Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit durch das Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung an die erste und/oder zweite Elektrode, wobei die angelegte Spannung
0,1–25 V eines sinusförmigen/Dreiecks-/Rechtecksignals liegt, und die Frequenzim Bereich von im Bereich von 0Hz bis 1 GHz, bevorzugt 100Hz bis 10 MHz, weiter bevorzugt 1kHz bis 1 MHz liegt.
- b '') Increasing the reaction rate by applying a DC or AC voltage to the first and / or second electrode, wherein the applied voltage is in the range of 0.1-25 V of a sinusoidal / triangular / square wave signal, and the frequency in Range from 0 Hz to 1 GHz, preferably 100 Hz to 10 MHz, more preferably 1 kHz to 1 MHz.
In einer Ausführungsform findet das Bindungsereignis/Reaktionsereignis in Wasser oder einer wässrigen Lösung oder in der Gasphase statt, wobei der Analyt/die Lipase(n) in Wasser, einer wässrigen Lösung oder in der Gasphase vorhanden ist/sind, oder wobei der Analyt/die Lipase(n) an einen festen Träger, wie beispielsweise Polymerperlen, oder an einem der Substrate immobilisiert ist/sind.In one embodiment, the binding event / reaction event occurs in water or an aqueous solution or in the gas phase, wherein the analyte / lipase (s) is / are in water, an aqueous solution or in the gas phase, or wherein the analyte (s) Lipase (s) to a solid support, such as polymer beads, or immobilized on one of the substrates is / are.
Die vorliegende Offenbarung stellt weiterhin Anwendungen der Lipase-Sensorvorrichtung bereit.The present disclosure further provides applications of the lipase sensor device.
Wie oben diskutiert, stellt die vorliegende Offenbarung die Verwendung einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung (Lipase-Sensorvorrichtung) zur Detektion der Anwesenheit von Lipase(n) oder der Aktivität von Lipase(n) in einer Probe zur Verfügung.As discussed above, the present disclosure provides the use of a liquid crystal-based sensor device according to the disclosure (lipase sensor device) for detecting the presence of lipase (s) or the activity of lipase (s) in a sample.
In einer Ausführungsform ist die Probe eine Zellkulturprobe, wie beispielsweise ein Zellkulturüberstand, ein Zellkulturmedium, eine Zellkulturlösung. In one embodiment, the sample is a cell culture sample, such as a cell culture supernatant, a cell culture medium, a cell culture solution.
In einer Ausführungsform ist die Probe eine Patientenprobe, wie beispielsweise eine Körperflüssigkeit, beispielsweise Blut, Speichel, Urin.In one embodiment, the sample is a patient sample, such as a body fluid, such as blood, saliva, urine.
Wie oben diskutiert, stellt die vorliegende Offenbarung die Verwendung einer Flüssigkristall-Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung (Lipase-Sensorvorrichtung) zur Überwachung von Beschädigung, Zersetzung oder dem Absterben von Zellen oder Organen in einer Probe zur Verfügung.As discussed above, the present disclosure provides the use of a liquid crystal sensor device according to the disclosure (lipase sensor device) for monitoring damage, degradation or death of cells or organs in a sample.
In einer Ausführungsform ist die Probe eine Zellkulturprobe, wie beispielsweise ein Zellkulturüberstand, ein Zellkulturmedium, eine Zellkulturlösung.In one embodiment, the sample is a cell culture sample, such as a cell culture supernatant, a cell culture medium, a cell culture solution.
In einer Ausführungsform ist die Probe eine Patientenprobe, wie beispielsweise eine Körperflüssigkeit, beispielsweise Blut, Speichel, Urin.In one embodiment, the sample is a patient sample, such as a body fluid, such as blood, saliva, urine.
Wie oben diskutiert, stellt die vorliegende Offenbarung die Verwendung der Flüssigkristall-Sensorvorrichtung gemäß der Offenbarung (Lipase-Sensorvorrichtung) als Lipase-Screeningvorrichtung bei Toxizitäts- oder Zytotoxizitätstassays zur Verfügung.As discussed above, the present disclosure provides the use of the liquid crystal sensor device according to the disclosure (lipase sensor device) as a lipase screening device in toxicity or cytotoxicity assays.
Bitte beachten Sie, dass die vorliegende Technologie auch wie unten beschrieben konfiguriert werden kann.
- (1) Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtung zur Detektion der Anwesenheit eines Analyten, wie beispielsweise einer prokaryotischen Zelle, einer bakteriellen Zelle und/oder eines prokaryotischen Mittels, wie beispielsweise eines Toxins, wie beispielsweise eines mikrobiellen Toxins, wobei die Vorrichtung in der aufgeführten Reihenfolge umfasst:
- – ein erstes Substrat,
- – eine Flüssigkristallschicht auf dem ersten Substrat,
- – eine Phospholipidschicht auf der Flüssigkristallschicht, wobei die Vorrichtung keinen Erkennungsteil oder kein Erkennungsmolekül umfasst, das direkt an die Oberfläche des ersten Substrates gebunden ist.
- (2) Sensorvorrichtung, wie oben in (1) beschrieben, wobei die Phospholipidschicht mindestens einen Erkennungsteil oder ein Erkennungsmolekül, wie beispielsweise einen Rezeptor, ein Enzym oder einen Antikörper, umfasst.
- (3) Sensorvorrichtung, wie oben in (1) oder (2) beschrieben, wobei die Phospholipidschicht Cholesterol umfasst, bevorzugt zwischen 1 und 20 Gew.-%, weiter bevorzugt etwa 10
bis etwa 15 Gew.-% Cholesterol. - (4) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (3) beschrieben, wobei es sich bei dem mindestens einen Erkennungsteil oder Erkennungsmolekül in der Phospholipidschicht um einen Rezeptor handelt, wie beispielsweise Gangliosid GM1.
- (5) Sensorvorrichtung, wie oben in (7) beschrieben, wobei die Phospholipidschicht zwischen etwa 0,1% bis etwa 10 Gew.-% GM1,
0,5bevorzugt etwa % bis etwa 5 Gew.-% GM1 umfasst. - (6) Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtung zur Detektion der Anwesenheit von Lipasen oder Lipaseaktivität, wobei die Vorrichtung in der aufgeführten Reihenfolge umfasst:
- – ein erstes Substrat,
- – eine Flüssigkristallschicht auf dem ersten Substrat,
- – eine Reaktionsschicht auf der Flüssigkristallschicht, wobei die Reaktionsschicht eine Lipidschicht, eine LPS-Schicht und/oder eine Fettsäureschicht ist.
- (7) Sensorvorrichtung, wie oben in (7) beschrieben, wobei die Vorrichtung keinen Erkennungsteil oder kein Erkennungsmolekül umfasst, das direkt an die Oberfläche des ersten Substrates gebunden ist.
- (8) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (7) beschrieben, weiterhin umfassend:
- – mindestens eine erste Elektrode zwischen dem ersten Substrat und der Flüssigkristallschicht, und
- – eine Isolationsschicht und/oder eine Ausrichtungsschicht, oder eine Isolations- und Ausrichtungsschicht, welche die Elektrode beschichtet.
- (9) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (8) beschrieben, weiterhin umfassend:
- – ein zweites Substrat, das gegenüber dem ersten Substrat angeordnet ist und die Flüssigkristallschicht und Phospholipidschicht zu Zwischenschichten bzw. die Flüssigkristallschicht und Reaktionsschicht zu Zwischenschichten zwischen dem ersten und zweiten Substrat macht, und wobei es einen Zwischenraum zwischen dem zweiten Substrat und der Phospholipidschicht bzw. zwischen dem zweiten Substrat und der Reaktionsschicht gibt, der als Reaktionskammer zur Aufnahme einer zu analysierenden Probe dient.
- (10) Sensorvorrichtung, wie oben in (9) beschrieben, wobei das zweite Substrat weiterhin umfasst:
- – eine zweite Elektrode auf dem zweiten Substrat, und
- – optional, eine Isolationsschicht auf der zweiten Elektrode, wobei die Isolationsschicht der sich auf dem ersten Substrat befindenden Phospholipidschicht/Flüssigkristallschicht bzw. Reaktionsschicht/Flüssigkristallschicht zugewandt ist.
- (11) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (10) beschrieben, wobei das erste und/oder das zweite Substrat einen Feststoff umfasst, bevorzugt Glas oder Kunststoff, wie beispielsweise Cycloolefin-Polymer (COP), Cycloolefin-Copolymer (COC) und Polydimethylsiloxan (PDMS).
- (12) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (11) beschrieben, wobei die Flüssigkristallschicht eine homöotrope Ausrichtung, homogene Ausrichtung oder keine vordefinierte Ausrichtung aufweist.
- (13) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (12) beschrieben, wobei die Flüssigkristallschicht ein Flüssigkristall umfasst, das ausgewählt ist aus thermotropen Flüssigkristallen mit positiver/negativer oder keiner dielektrischen Anisotropie, Zweifrequenz-Flüssigkristallen, diskotischen und/oder lyotropen Flüssigkristallen und Kombinationen davon.
- (14) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (13) beschrieben, wobei die Flüssigkristallschicht eine einzelne Flüssigkristallverbindung oder eine Mischung aus zwei oder mehreren verschiedenen Flüssigkristallverbindungen, oder eine Flüssigkristallmischung gemischt mit Dotanden, wie beispielsweise Nanopartikeln oder kleinen organischen Molekülen, umfasst.
- (15) Sensorvorrichtung, wie oben in (14) beschrieben, wobei die Flüssigkristallschicht farbdotiert ist, bevorzugt mit (einem) dichroitischen Farbstoff(en), Fluoreszenzfarbstoff(en) oder dotiert mit (einem) Quantenpunkt(en).
- (16) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (15) beschrieben, wobei die Phospholipidschicht bzw. die Reaktionsschicht eine einzelne Phospholipidverbindung oder eine Mischung aus zwei oder mehreren verschiedenen Phospholipidverbindungen umfasst.
- (17) Sensorvorrichtung, wie oben in (16) beschrieben, wobei die Phopholipidverbindungen ausgewählt sind aus DOPC, (1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin), DPPC (1,2-Dipalmitoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin), DMPC (1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin), DSPC (1,2-Distearoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin), DLPC (1,2-Dilauroyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin), 1,2-Dimyristoleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (14:1, PC), 1,2-Dipalmitoleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (16:1, PC), 1,2-Dieicosenoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (20:1, PC), 1,2-Dierucoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (22:1, PC), 1,2-Dinervonoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin (24:1, PC) oder Kombinationen davon.
- (18) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (6) bis (17) beschrieben, wobei die Reaktionsschicht eine einzelne Lipopolysaccharidverbindung oder eine Mischung aus zwei oder mehreren verschiedenen Lipopolysacchariden umfasst.
- (19) Sensorvorrichtung, wie oben in (18) beschrieben, wobei die LPS-Verbindungen ausgewählt sind aus LPS aus E. coli-Stämmen.
- (20) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (6) bis (17) beschrieben, wobei die Reaktionsschicht eine einzelne Fettsäureverbindung oder eine Mischung aus zwei oder mehreren verschiedenen Fettsäuren umfasst.
- (21) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (6) bis (17) beschrieben, wobei die Reaktionsschicht eine Schicht ist umfassend Lipid-, LPS- und/oder Fettsäureverbindung(en).
- (22) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (8) bis (21) beschrieben, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode, jeweils unabhängig voneinander, eine nicht-interdigitale Elektrode, eine ebene Elektrode oder eine interdigitale Elektrode (IDE) ist.
- (23) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (8) bis (22) beschrieben, wobei die Isolationsschicht auf der ersten und/oder zweiten Elektrode aus Polyimid aufgebaut ist.
- (24) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (8) bis (23) beschrieben, wobei die Ausrichtungsschicht aufgebaut ist aus einem Silan, wie beispielsweise Oktadecyldimethyl-(3-Trimethoxy-silylpropyl)-Ammoniumchlorid (DMOAP), oder einem hitze/lichtaushärtbaren Polyimid, das einen definierten Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls in der Flüssigkristallschicht oder eine selbstanordnende Monoschicht aus selbstanordnenden Verbindungen, wie beispielsweise Thiolen, Dithiocarbamaten, oder einer schräg verdampften Oxidschicht, wie beispielsweise SiO2, die eine Vorneigung des Flüssigkristalls in der Flüssigkristallschicht je nach dem Verdampfungswinkel des Oxids bereitstellt.
- (25) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (8) bis (24) beschrieben, wobei die erste und/oder die zweite Elektrode transparent oder nicht transparent ist/sind, wobei bevorzugt die Elektrode(n) aus Indium-Zinnoxid (ITO) oder Fluor-Zinnoxid (FTO) aufgebaut ist/sind.
- (26) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (8) bis (25) beschrieben, wobei die Vorrichtung weiterhin gekreuzte Polarisatoren unter und über der Flüssigkristallschicht umfasst, bevorzugt auf den Ebenen des ersten bzw. zweiten Substrats, die eine Messung der Veränderung der Flüssigkristallausrichtung durch die Messung der Durchlässigkeit/Reflektion von polarisiertem Licht erlauben, oder wobei die Vorrichtung weiterhin mindestens einen Polarisator über der Flüssigkristallschicht umfasst, und wobei das unter der Flüssigkristallschicht befindliche Substrat ein reflektierendes Substrat ist.
- (27) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (26) beschrieben, wobei die Vorrichtung weiterhin Mittel zur Messung eines elektrischen Maßes umfasst, wobei das/die Mittel eine Messung der Veränderung der Flüssigkristallausrichtung durch die Messung von Veränderungen eines solchen elektrischen Maßes ermöglicht, zum Beispiel Kapazitanz, Widerstand, oder Strom.
- (28) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (8) bis (25) und (27) beschrieben, wobei die Vorrichtung weiterhin nur einen Polarisator umfasst, bevorzugt auf der Ebene entweder des ersten oder des zweiten Substrats, und wobei das entsprechende andere Substrat ohne Polarisator zur Verwendung in Verbindung mit einer Lichtquelle, die polarisiertes Licht zur Verfügung stellt, bestimmt ist, wie zum Beispiel eine Flüssigkristall-Anzeigenvorrichtung.
- (29) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (28) beschrieben, weiterhin umfassend eine Mikrofluidvorrichtung in Fluidverbindung mit der Reaktionskammer.
- (30) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (29) beschrieben, weiterhin umfassend eine Filtereinheit zum Filtern beliebigen Materials aus der Probe, das größer als der zu untersuchende Analyt sein kann, wie beispielsweise eine Bakterienzelle oder ein mikrobielles Toxin, so dass das Material nicht in die Reaktionskammer eindringt.
- (31) Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (30) beschrieben, wobei die Reaktionskammer eine Tiefe
im Bereich von 800nm bis 100 µm, bevorzugt von 900nm bis 30 µm aufweist, und, im Fall einer runden Kammer, eine Breite oder einen Durchmesserim Bereich von 1µm bis 1 mm, bevorzugtvon 25 µm bis 500 µm aufweist, und/oder wobei die Reaktionskammer aus Glas, Kunststoff besteht oder Wände aus Metall hat, wie beispielsweise Goldwände. - (32) Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (31) beschrieben, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- d) zur Verfügung stellen eines ersten Substrats,
- e) Aufbringen einer Flüssigkristallschicht auf das erste Substrat,
- f) Aufbringen einer Phospholipidschicht auf die Flüssigkristallschicht, optional umfassend mindestens ein(en) Erkennungsteil/-molekül, wie beispielsweise einen Rezeptor, und/oder Cholesterol, bzw. Aufbringen einer Reaktionsschicht auf die Flüssigkristallschicht.
- (33) Verfahren, wie oben in (32) beschrieben, weiterhin umfassend die Schritte
- a') Aufbringen mindestens einer ersten Elektrode auf dem ersten Substrat, und
- a'') Aufbringen einer Isolationsschicht und/oder Ausrichtungsschicht, oder einer Isolations- und Ausrichtungsschicht, welche die erste Elektrode beschichtet.
- (34) Verfahren, wie oben in (32) oder (33) beschrieben, weiterhin umfassend den Zusatzschritt:
- e) zur Verfügung stellen eines zweiten Substrats, und Aufbringen desselben auf der Phospholipidschicht bzw. der Reaktionsschicht, so dass die Phospholipidschicht bzw. die Reaktionsschicht und die Flüssigkristallschicht sich zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat befinden („are sandwiched between”), wobei sich ein Zwischenraum zwischen dem zweiten Substrat und der Phospholipidschicht bzw. der Reaktionsschicht befindet, der als Reaktionskammer zur Aufnahme einer zu analysierenden Probe dient.
- (35) Verfahren, wie oben in einem von (32) bis (34) beschrieben, wobei das zweite Substrat eine zweite darauf befindliche Elektrode auf weist, und wobei Schritt e) so durchgeführt wird, dass die zweite Elektrode der Phospholipidschicht/Flüssigkristallschicht bzw. der Reaktionsschicht/Flüssigkristallschicht zugewandt ist.
- (35) Verfahren, wie oben in einem von (32) bis (35) beschrieben, wobei die Substrate, Elektroden, Isolationsschicht, Ausrichtungsschicht, Flüssigkristallschicht, Reaktionsschicht und Vorrichtung wie oben in einem von (1) bis (31) definiert sind.
- (37) Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (3), (8) bis (17) und (22) bis (31) beschrieben, zur Detektion der Anwesenheit eines Analyten oder der Aktivität eines Analyten zur Verfügung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- d) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (3), (8) bis (17) und (22) bis (31) beschrieben,
- e) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Phospholipidschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- f) Untersuchung auf ein Bindungsereignis, einen zu detektierenden Analyten oder die Aktivität eines Analyten basierend auf Veränderungen der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht, die von dem Bindungsereignis, dem Analyten oder der Analytenaktivität induziert werden.
- (38) Verfahren, wie oben in (37) beschrieben, wobei das Bindungsereignis die Bindung des Analyten an das Erkennungsteil oder das Erkennungsmolekül ist, wie beispielsweise einen Rezeptor, ein Enzym oder einen Antikörper, das in der Phospholipidschicht umfasst ist; oder die Bindung des Analyten an die Phospholipidschicht ist.
- (39) Verfahren, wie oben in (37) oder (38) beschrieben, wobei die Aktivität eines Analyten die Reaktion des Analyten mit dem Erkennungsteil oder Erkennungsmolekül ist, wie beispielsweise einen Rezeptor, Enzym oder Antikörper, der in der Phospholipidschicht umfasst ist; oder die Reaktion des Analyten mit der Phospholipidschicht ist.
- (40) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (39) beschrieben, wobei die Anwesenheit eines Analyten indirekt detektiert wird, wie beispielsweise durch Detektieren der Anwesenheit eines zweiten Analyten, wobei der zweite Analyt in der Lage ist, die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht zu verändern.
- (41) Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (3), (8) bis (17) und (22) bis (31) beschrieben, zum Screening nach Verbindungen, die an einen Analyten binden und/oder die Aktivität eines Analyten modifizieren, wie beispielsweise Inhibitoren mikrobieller Toxine, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (1) bis (3), (8) bis (17) und (22) bis (31) beschrieben,
- b) zur Verfügung stellen einer Probe umfassend den Analyten,
- c) zur Verfügung stellen mindestens einer auf Bindung an den Analyten und/oder Modifizierung der Aktivität des Analyten zu screenenden Verbindung.
- d) Hinzufügen von mindestens einer zur screenenden Verbindung zur den Analyten umfassenden Probe,
- e) Hinzufügen der Probe umfassend den Analyten sowie die Verbindung auf die Phospholipidschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- f) Untersuchung auf den Analyten oder die Aktivität des Analyten basierend auf Veränderungen der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht, die von dem Bindungsereignis, dem Analyten oder der Analytenaktivität induziert werden. wobei keine Ausrichtungsveränderung anzeigt, dass die zu screenende Verbindung an den Analyten bindet und/oder die Aktivität des Analyten modifiziert, und wobei eine Veränderung der Ausrichtung anzeigt, dass die zu screenende Verbindung den Analyten nicht bindet und/oder die Aktivität des Analyten nicht modifiziert.
- (42) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (41) beschrieben, wobei der Analyt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend eine prokaryotische Zelle, wie beispielsweise eine Bakterienzelle, und ein prokaryotisches Mittel, wie beispielsweise ein Toxin, wie beispielsweise ein mikrobielles Toxin, wobei der Analyt in der Lage ist, die Ausrichtung der Flüssigkristalle an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkristallschicht und der Phospholipidschicht zu verändern.
- (43) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (42) beschrieben, wobei der Analyt ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend eine prokaryotische Zelle, wie beispielsweise eine Bakterienzelle, und ein prokaryotisches Mittel, wie beispielsweise ein Toxin, wie beispielsweise ein mikrobielles Toxin, wobei der Analyt in der Lage ist, die Ausrichtung der Flüssigkristalle an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkristallschicht und der Phospholipidschicht zu verändern.
- (44) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (43) beschrieben, wobei das Screening auf Verbindungen, die einen Analyten binden und/oder die Aktivität eines Analyten modifizieren, indirekt durchgeführt wird, wie beispielsweise durch Detektieren der Anwesenheit oder Aktivität eines zweiten Analyten, wobei der zweite Analyt in der Lage ist, die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht zu verändern.
- (45) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (44) beschrieben, wobei die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht über einen Zeitraum hinweg beobachtet und die Ausrichtungsveränderung, wenn vorhanden, über einen Zeitraum hinweg gemessen wird.
- (46) Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (4) bis (31) beschrieben, zur Detektion der Anwesenheit von Lipase(n) oder der Aktivität von Lipase(n), wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- d) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (4) bis (31) beschrieben,
- e) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Reaktionsschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- f) Untersuchung auf ein Reaktionsereignis basierend auf Veränderungen, die von der/den Lipase(n) oder der Lipasenaktivität(en) an der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht induziert werden.
- (47) Verfahren, wie oben in (46) beschrieben, wobei das Reaktionsereignis die Bindung der Lipase(n) an die Reaktionsschicht und/oder die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Lipase(n)aktivität ist.
- (48) Verfahren, wie oben in (47) beschrieben, wobei die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Lipase(n)aktivität die Hydrolyse, Veresterung, Trans-Veresterung des (Phospho-)Lipids/der (Phospho-)Lipide, LPS und/oder der Fettsäure(n) der Reaktionsschicht umfasst.
- (49) Verfahren zur Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (4) bis (31) beschrieben, zur Überwachung („monitoring”) der Beschädigung, Zersetzung und/oder des Absterbens von Zellen oder Organen überwacht werden, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- d) zur Verfügung stellen einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (4) bis (31) beschrieben,
- e) Hinzufügen einer zu analysierenden Probe auf die Reaktionsschicht der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung,
- f) Untersuchung auf ein Reaktionsereignis basierend auf Veränderungen der Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht, wobei eine Änderung der Ausrichtung anzeigt, dass die Zellen und/oder Organe der Probe beschädigt, zersetzt und/oder abgestorben sind.
- (50) Verfahren, wie oben in einem von (46) bis (49) beschrieben, wobei die Probe eine Zellkulturprobe ist, wie beispielsweise ein Zellkulturüberstand, ein Zellkulturmedium, eine Zellkulturlösung; oder die Probe eine Körperflüssigkeit ist, wie Blut, Speichel, Urin.
- (51) Verfahren, wie oben in einem von (46) bis (50) beschrieben, wobei die Ausrichtung der Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht über einen Zeitraum hinweg beobachtet wird und die Ausrichtungsveränderung, wenn vorhanden, über einen Zeitraum hinweg gemessen wird.
- (52) Verfahren, wie oben in einem von (46) bis (51) beschrieben, umfassend die Wiederholung der Schritte b) und c) über einen Zeitraum hinweg.
- (53) Verfahren, wie oben in einem von (46) bis (52) beschrieben, wobei das Reaktionsereignis die Bindung von Lipase(n), wenn anwesend in der Probe aufgrund von Beschädigung, Zersetzung und/oder Absterben von Zellen oder Organen der Probe, an die Reaktionsschicht und/oder die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Aktivität(en) der Lipase(n) ist.
- (54) Verfahren, wie oben in (53) beschrieben, wobei die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Lipase(n)aktivität die Hydrolyse, Veresterung, Trans-Veresterung des (Phospho-)Lipids/der (Phospho-)Lipide, LPS und/oder der Fettsäure(n) der Reaktionsschicht umfasst.
- (55) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (54) beschrieben, wobei die Untersuchung durch visuelle Prüfung der Durchlässigkeit und/oder Reflektion von polarisiertem Licht oder nicht polarisiertem Licht oder durch Durchlässigkeits- und/oder Reflektionsmessungen mit polarisiertem Licht oder mit nicht polarisiertem Licht erfolgt, und die Untersuchung auf Veränderungen einer solchen Durchlässigkeit, oder die Untersuchung durch Messungen eines elektrischen Maßes, bevorzugt durch Messungen von Kapazität, Widerstand, oder Strom, sowie durch Untersuchung auf Veränderungen eines solchen elektrischen Maßes erfolgt.
- (56) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (55) beschrieben, weiterhin umfassend den Schritt: Überprüfung, dass eine beobachtete Durchlässigkeits- oder Reflektionsveränderung oder eine Veränderung der elektrischen Größe/Maß verursacht wird durch das Bindungsereignis oder die Anwesenheit eines Analyten oder die Aktivität eines Analyten bzw. verursacht wird durch das Reaktionsereignis, bevorzugt an einer Grenzfläche zwischen der Flüssigkristallschicht und der Phospholipidschicht/Reaktionsschicht, und nicht das Ergebnis eines gestörten („disrupted”) Bereichs auf dem Sensor ist, wo keine Flüssigkristalle und keine Phospholipidschicht/Reaktionsschicht vorhanden ist, indem eine Spannung mit Gleich- oder Wechselstrom an die erste und/oder zweite Elektrode angelegt wird und untersucht wird, ob dies zu einer Veränderung der detektierten Durchlässigkeit oder Reflektion von polarisiertem Licht oder der gemessenen elektrischen Größe/Maßes führt.
- (57) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (56) beschrieben, wobei die angelegte Spannung
0,1–25 V eines sinusförmigen/Dreiecks-/Rechtecksignals („sinusoidal/triangular/square signal”) ist, und die Frequenzim Bereich von im Bereich von 0Hz bis 1 GHz, bevorzugt 100Hz bis 10 MHz, weiter bevorzugt 1kHz bis 1 MHz ist. - (58) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (57) beschrieben, weiterhin umfassend den Schritt:
- b') Erhöhung der lokalen Konzentration des Analyten/der Lipase(n), oder Energiezuführen („energizing”) des Analyten/der Lipase(n) an der Grenzfläche zwischen der Phospholipidschicht/Reaktionsschicht und der Probe durch Elektrophorese, Dielektrophorese, Wechselstromelektroosmose (ACEO) oder Joulesche Erwärmung, und/oder
- b'') Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit durch das Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung an die erste und/oder zweite Elektrode, wobei die angelegte Spannung
0,1–25 V eines sinusförmigen/Dreiecks-/Rechtecksignals liegt, und die Frequenzim Bereich von im Bereich von 0Hz bis 1 GHz, bevorzugt 100Hz bis 10 MHz, weiter bevorzugt 1kHz bis 1 MHz liegt. - (59) Verfahren, wie oben in einem von (37) bis (58) beschrieben, wobei das Bindungsereignis/Reaktionsereignis in Wasser oder einer wässrigen Lösung oder in der Gasphase stattfindet, und wobei der Analyt/die Lipase(n) in Wasser, einer wässrigen Lösung oder in der Gasphase vorhanden ist/sind, oder wobei der Analyt/die Lipase(n) an einen festen Träger, wie beispielsweise Polymerperlen, oder an einem der Substrate immobilisiert ist/sind.
- (60) Verwendung einer Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung, wie oben in einem von (4) bis (31) beschrieben, zur Detektion der Anwesenheit von Lipase(n) oder der Aktivität von Lipase(n) in einer Probe; zur Überwachung von Beschädigung, Zersetzung und/oder des Absterbens von Zellen oder Organen in einer Probe; und/oder als Lipase-Screeningvorrichtung bei Toxizitäts- oder Zytotoxizitätsassays.
- (61) Die Verwendung, wie oben in (60) beschrieben, wobei die Probe eine Zellkulturprobe ist, wie beispielsweise ein Zellkulturüberstand, ein Zellkulturmedium, eine Zellkulturlösung; oder wobei die Probe eine Patientenprobe ist, wie beispielsweise eine Körperflüssigkeit, beispielsweise Blut, Speichel, Urin.
- (1) Liquid crystal-based sensor device for detecting the presence of an analyte, such as a prokaryotic cell, a bacterial cell and / or a prokaryotic agent, such as a toxin, such as a microbial toxin, the device comprising in the order listed:
- A first substrate,
- A liquid crystal layer on the first substrate,
- A phospholipid layer on the liquid crystal layer, the device comprising no recognition part or recognition molecule bound directly to the surface of the first substrate.
- (2) The sensor device as described in (1) above, wherein the phospholipid layer comprises at least one recognition part or recognition molecule such as a receptor, an enzyme or an antibody.
- (3) The sensor device as described in (1) or (2) above, wherein the phospholipid layer comprises cholesterol, preferably between 1 and 20% by weight, more preferably between about 10 and about 15% by weight of cholesterol.
- (4) The sensor device as described in any one of (1) to (3) above, wherein the at least one recognition part or recognition molecule in the phospholipid layer is a receptor such as ganglioside GM 1 .
- (5) The sensor device as described in (7) above, wherein the phospholipid layer comprises between about 0.1% to about 10% by weight GM 1 , preferably from about 0.5% to about 5% by weight GM 1 .
- (6) Liquid crystal-based sensor device for detecting the presence of lipases or lipase activity, the device comprising in the order listed:
- A first substrate,
- A liquid crystal layer on the first substrate,
- A reaction layer on the liquid crystal layer, wherein the reaction layer is a lipid layer, an LPS layer and / or a fatty acid layer.
- (7) The sensor device as described in (7) above, wherein the device does not include a recognition part or a recognition molecule directly bound to the surface of the first substrate.
- (8) The sensor device as described in any one of (1) to (7) above, further comprising:
- At least one first electrode between the first substrate and the liquid crystal layer, and
- An insulating layer and / or an alignment layer, or an insulating and alignment layer, which coats the electrode.
- (9) The sensor device as described in any one of (1) to (8) above, further comprising:
- A second substrate disposed opposite to the first substrate and rendering the liquid crystal layer and phospholipid layer into intermediate layers, the liquid crystal layer and reaction layer into intermediate layers between the first and second substrates, and having a gap between the second substrate and the phospholipid layer the second substrate and the reaction layer, which serves as a reaction chamber for receiving a sample to be analyzed.
- (10) The sensor device as described in (9) above, wherein the second substrate further comprises:
- A second electrode on the second substrate, and
- Optionally, an insulation layer on the second electrode, the insulation layer facing the phospholipid layer / liquid crystal layer or reaction layer / liquid crystal layer located on the first substrate.
- (11) A sensor device as described above in any one of (1) to (10), wherein the first and / or the second substrate comprises a solid, preferably glass or plastic, such as cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer ( COC) and polydimethylsiloxane (PDMS).
- (12) The sensor device as described in any of (1) to (11) above, wherein the liquid crystal layer has a homeotropic alignment, homogeneous Has orientation or no predefined orientation.
- (13) The sensor device as described in any one of (1) to (12) above, wherein the liquid crystal layer comprises a liquid crystal selected from thermotropic liquid crystals having positive / negative or no dielectric anisotropy, two-frequency liquid crystals, discotic and / or lyotropic ones Liquid crystals and combinations thereof.
- (14) A sensor device as described in any one of (1) to (13) above, wherein the liquid crystal layer comprises a single liquid crystal compound or a mixture of two or more different liquid crystal compounds, or a liquid crystal mixture mixed with dopants such as nanoparticles or small organic molecules. includes.
- (15) The sensor device as described in (14) above, wherein the liquid crystal layer is color-doped, preferably with dichroic dye (s), fluorescent dye (s) or doped with quantum dot (s).
- (16) The sensor device as described in any one of (1) to (15) above, wherein the phospholipid layer or the reaction layer comprises a single phospholipid compound or a mixture of two or more different phospholipid compounds.
- (17) The sensor device as described in (16) above, wherein the phospholipid compounds are selected from DOPC, (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine), DPPC (1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3 Phosphocholine), DMPC (1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine), DSPC (1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine), DLPC (1,2-dilauroyl-sn-glycero). 3-phosphocholine), 1,2-dimyristoleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (14: 1, PC), 1,2-dipalmitoleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (16: 1, PC), 1,2 -Ieicosenoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (20: 1, PC), 1,2-dierucoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (22: 1, PC), 1,2-dinerononyl-sn-glycero-3 Phosphocholine (24: 1, PC) or combinations thereof.
- (18) The sensor device as described in any one of (6) to (17) above, wherein the reaction layer comprises a single lipopolysaccharide compound or a mixture of two or more different lipopolysaccharides.
- (19) The sensor device as described in (18) above, wherein the LPS compounds are selected from LPS of E. coli strains.
- (20) A sensor device as described in any one of (6) to (17) above, wherein the reaction layer comprises a single fatty acid compound or a mixture of two or more different fatty acids.
- (21) A sensor device as described in any one of (6) to (17) above, wherein the reaction layer is a layer comprising lipid, LPS and / or fatty acid compound (s).
- (22) The sensor device as described in any one of (8) to (21) above, wherein the first electrode and the second electrode, each independently, is a non-interdigital electrode, a planar electrode or an interdigital electrode (IDE).
- (23) A sensor device as described in any of (8) to (22) above, wherein the insulating layer on the first and / or second electrodes is made of polyimide.
- (24) The sensor device as described in any one of (8) to (23) above, wherein the alignment layer is composed of a silane such as octadecyldimethyl- (3-trimethoxy-silylpropyl) ammonium chloride (DMOAP) or a heat-curable type Polyimide having a defined pretilt angle of the liquid crystal in the liquid crystal layer or a self-assembling monolayer of self-assembling compounds such as thiols, dithiocarbamates, or an obliquely evaporated oxide layer such as SiO 2 , which tends to precoip the liquid crystal in the liquid crystal layer depending on the evaporation angle of the oxide provides.
- (25) A sensor device as described in any of (8) to (24) above, wherein the first and / or the second electrode is transparent or non-transparent, preferably the indium-tin oxide (ITO) electrode (s). or fluorine-tin oxide (FTO) is / are constructed.
- (26) A sensor device as described in any one of (8) to (25) above, wherein the device further comprises crossed polarizers under and over the liquid crystal layer, preferably on the planes of the first and second substrates, respectively, which measure the change in liquid crystal orientation by measuring the transmission / reflection of polarized light, or wherein the device further comprises at least one polarizer over the liquid crystal layer, and wherein the substrate located below the liquid crystal layer is a reflective substrate.
- (27) A sensor device as described in any one of (1) to (26) above, wherein the device further comprises means for measuring an electrical measure, wherein the means comprises measuring the change in liquid crystal orientation by measuring changes in such electric current Dimension allows, for example, capacitance, resistance, or current.
- (28) A sensor device as described in any of (8) to (25) and (27) above, wherein the device further comprises only one polarizer, preferably on the plane of either the first or the second substrate, and wherein the corresponding other substrate without polarizer to Use in conjunction with a light source that provides polarized light is determined, such as a liquid crystal display device.
- (29) The sensor device as described in any of (1) to (28) above, further comprising a microfluidic device in fluid communication with the reaction chamber.
- (30) A sensor device as described in any one of (1) to (29) above, further comprising a filter unit for filtering any material from the sample which may be larger than the analyte to be assayed, such as a bacterial cell or a microbial toxin, so that the material does not penetrate into the reaction chamber.
- (31) A sensor device as described in any of (1) to (30) above, wherein the reaction chamber has a depth in the range of 800 nm to 100 μm, preferably 900 nm to 30 μm, and in the case of a round chamber, a width or a diameter in the range of 1 micron to 1 mm, preferably from 25 microns to 500 microns, and / or wherein the reaction chamber made of glass, plastic or has walls made of metal, such as gold walls.
- (32) A method of manufacturing a liquid crystal-based sensor device as described in any one of (1) to (31) above, the method comprising the steps of:
- d) providing a first substrate,
- e) applying a liquid crystal layer to the first substrate,
- f) applying a phospholipid layer to the liquid crystal layer, optionally comprising at least one recognition part / molecule, such as a receptor, and / or cholesterol, or applying a reaction layer to the liquid crystal layer.
- (33) The method as described in (32) above, further comprising the steps
- a ') applying at least a first electrode on the first substrate, and
- a '') applying an insulating layer and / or alignment layer, or an insulating and alignment layer, which coats the first electrode.
- (34) Method as described in (32) or (33) above, further comprising the additional step:
- e) providing a second substrate, and applying it to the phospholipid layer or the reaction layer such that the phospholipid layer and the reaction layer and the liquid crystal layer are located between the first and second substrates ("are sandwiched between") is a space between the second substrate and the phospholipid layer or the reaction layer, which serves as a reaction chamber for receiving a sample to be analyzed.
- (35) The method as described above in any of (32) to (34), wherein the second substrate has a second electrode thereon, and wherein step e) is performed so that the second electrode of the phospholipid layer / liquid crystal layer or the reaction layer / liquid crystal layer faces.
- (35) The method as described above in any one of (32) to (35), wherein the substrates, electrodes, insulating layer, alignment layer, liquid crystal layer, reaction layer and device are as defined above in any one of (1) to (31).
- (37) A method of using the liquid crystal-based sensor device described above in any one of (1) to (3), (8) to (17) and (22) to (31) for detecting the presence of an analyte or the like Activity of an analyte, the method comprising the steps of:
- d) providing a liquid crystal based sensor device as described in any of (1) to (3), (8) to (17) and (22) to (31) above,
- e) adding a sample to be analyzed to the phospholipid layer of the liquid crystal based sensor device,
- f) Examination for a binding event, an analyte to be detected or the activity of an analyte based on changes in the orientation of the liquid crystals in the liquid crystal layer induced by the binding event, the analyte or the analyte activity.
- (38) The method as described in (37) above, wherein the binding event is the binding of the analyte to the recognition part or the recognition molecule, such as a receptor, an enzyme or an antibody included in the phospholipid layer; or the binding of the analyte to the phospholipid layer.
- (39) The method as described in (37) or (38) above, wherein the activity of an analyte is the reaction of the analyte with the recognition part or recognition molecule, such as a receptor, enzyme or antibody included in the phospholipid layer; or the reaction of the analyte with the phospholipid layer.
- (40) The method as described in any one of (37) to (39) above, wherein the presence of an analyte is indirectly detected, such as by detecting the presence of a second analyte, wherein the second analyte is capable of controlling the orientation of the analyte Liquid crystals in the liquid crystal layer to change.
- (41) A method of using the liquid crystal-based sensor device as described in any one of (1) to (3), (8) to (17) and (22) to (31) for screening for compounds attached to a Bind analytes and / or the Modify the activity of an analyte, such as inhibitors of microbial toxins, the method comprising the steps of:
- a) providing a liquid crystal based sensor device as described in any of (1) to (3), (8) to (17) and (22) to (31) above,
- b) providing a sample comprising the analyte,
- c) providing at least one compound to be screened for binding to the analyte and / or modifying the activity of the analyte.
- d) adding at least one sample to the screening compound to the analyte,
- e) adding the sample comprising the analyte and the compound to the phospholipid layer of the liquid crystal based sensor device,
- f) Examination for the analyte or the activity of the analyte based on changes in the orientation of the liquid crystals in the liquid crystal layer induced by the binding event, the analyte or the analyte activity. wherein no orientation change indicates that the compound to be screened binds to the analyte and / or modifies the activity of the analyte, and wherein a change in orientation indicates that the compound to be screened does not bind the analyte and / or modifies the activity of the analyte.
- (42) The method as described in any one of (37) to (41) above, wherein the analyte is selected from the group comprising a prokaryotic cell such as a bacterial cell, and a prokaryotic agent such as a toxin such as a microbial toxin, wherein the analyte is capable of altering the alignment of the liquid crystals at the interface between the liquid crystal layer and the phospholipid layer.
- (43) The method as described in any one of (37) to (42) above, wherein the analyte is selected from the group comprising a prokaryotic cell such as a bacterial cell, and a prokaryotic agent such as a toxin such as a microbial toxin, wherein the analyte is capable of altering the alignment of the liquid crystals at the interface between the liquid crystal layer and the phospholipid layer.
- (44) The method as described in any one of (37) to (43) above, wherein the screening for compounds that bind an analyte and / or modify the activity of an analyte is performed indirectly, such as by detecting the presence or activity a second analyte, wherein the second analyte is capable of altering the alignment of the liquid crystals in the liquid crystal layer.
- (45) The method as described in any one of (37) to (44) above, wherein the alignment of liquid crystals in the liquid crystal layer is observed over a period of time, and the orientation change, if any, over a period of time is measured.
- (46) A method of using the liquid crystal-based sensor device as described in any of (4) to (31) above for detecting the presence of lipase (s) or the activity of lipase (s), the method comprising the steps :
- d) providing a liquid crystal based sensor device as described in any one of (4) to (31) above,
- e) adding a sample to be analyzed to the reaction layer of the liquid crystal-based sensor device,
- f) assay for a response event based on changes induced by the lipase (s) or lipase activity (s) in the alignment of the liquid crystals in the liquid crystal layer.
- (47) The method as described in (46) above, wherein the reaction event is the binding of the lipase (s) to the reaction layer and / or the disruption / disruption of the reaction layer due to the lipase (n) activity.
- (48) The method as described in (47) above, wherein the disruption / disruption of the reaction layer due to the lipase (s) activity, the hydrolysis, esterification, trans-esterification of the (phospho) lipid / (phospho) lipids, LPS and / or the fatty acid (s) of the reaction layer.
- (49) A method of using the liquid crystal-based sensor device as described in any one of (4) to (31) above to monitor the damage, decomposition and / or death of cells or organs, wherein the method comprises the steps of:
- d) providing a liquid crystal based sensor device as described in any one of (4) to (31) above,
- e) adding a sample to be analyzed to the reaction layer of the liquid crystal-based sensor device,
- f) Examination for a reaction event based on changes in the orientation of the liquid crystals in the liquid crystal layer, wherein a change in orientation indicates that the cells and / or organs of the sample are damaged, degraded and / or dead.
- (50) The method as described in any one of (46) to (49) above, wherein the sample is a cell culture sample, such as a cell culture supernatant, a cell culture medium, a cell culture solution; or the sample is a body fluid, such as blood, saliva, urine.
- (51) The method as described in any one of (46) to (50) above, wherein the alignment of the liquid crystals in the liquid crystal layer is observed over a period of time, and the orientation change, if any, over a period of time is measured.
- (52) The method as described in any of (46) to (51) above, comprising repeating steps b) and c) over a period of time.
- (53) The method as described in any one of (46) to (52) above, wherein the reaction event involves the binding of lipase (s) when present in the sample due to damage, decomposition and / or death of cells or organs of the sample to the reaction layer and / or the disruption / disruption of the reaction layer due to the activity (s) of the lipase (s).
- (54) The method as described in (53) above, wherein the disruption / disruption of the reaction layer due to the lipase (n) activity, the hydrolysis, esterification, trans-esterification of the (phospho) lipid / the (phospho) lipids, LPS and / or the fatty acid (s) of the reaction layer.
- (55) The method as described in any one of (37) to (54) above, wherein the inspection is by visual inspection of the transmittance and / or reflection of polarized light or unpolarized light or by transmission and / or reflection measurements with polarized light or with non-polarized light, and the examination for changes in such permeability, or the examination by measurements of an electrical measure, preferably by measurements of capacitance, resistance, or current, and by examining for changes in such an electrical measure.
- (56) The method as described in any one of (37) to (55) above, further comprising the step of verifying that an observed change in transmission or reflection or a change in electrical quantity / dimension is caused by the binding event or the presence of a Analyte or the activity of an analyte or is caused by the reaction event, preferably at an interface between the liquid crystal layer and the phospholipid / reaction layer, and not the result of a disrupted region on the sensor, where no liquid crystals and no phospholipid layer / Reaction layer is present by applying a voltage with direct or alternating current to the first and / or second electrode and it is examined whether this leads to a change in the detected transmission or reflection of polarized light or the measured electrical variable / measure.
- (57) The method as described above in any one of (37) to (56), wherein the applied voltage is in the range of 0.1-25 V of a sinusoidal / triangular / square signal , and the frequency is in the range of 0 Hz to 1 GHz, preferably 100 Hz to 10 MHz, more preferably 1 kHz to 1 MHz.
- (58) The method as described above in any one of (37) to (57), further comprising the step of:
- b ') Increasing the local concentration of analyte / lipase (s), or energizing the analyte / lipase (s) at the interface between the phospholipid layer / reaction layer and the sample by electrophoresis, dielectrophoresis, AC electroosmosis (ACEO ) or Joule warming, and / or
- b '') Increasing the reaction rate by applying a DC or AC voltage to the first and / or second electrode, wherein the applied voltage is in the range of 0.1-25 V of a sinusoidal / triangular / square wave signal, and the frequency in Range from 0 Hz to 1 GHz, preferably 100 Hz to 10 MHz, more preferably 1 kHz to 1 MHz.
- (59) The method as described in any one of (37) to (58) above, wherein the binding event / reaction event occurs in water or an aqueous solution or in the gas phase, and wherein the analyte / lipase (s) in water, a aqueous solution or in the gas phase, or wherein the analyte / lipase (s) is / are immobilized on a solid support such as polymer beads or on one of the substrates.
- (60) Use of a liquid crystal-based sensor device as described in any of (4) to (31) above for detecting the presence of lipase (s) or the activity of lipase (s) in a sample; for monitoring damage, degradation and / or death of cells or organs in a sample; and / or as a lipase screening device in toxicity or cytotoxicity assays.
- (61) The use as described in (60) above, wherein the sample is a cell culture sample, such as a cell culture supernatant, a cell culture medium, a cell culture solution; or wherein the sample is a patient sample, such as a body fluid, such as blood, saliva, urine.
Der Begriff ”Analyt”, wie hierin verwendet, insbesondere im Zusammenhang mit der Analyten-Sensorvorrichtung, bezieht sich auf ein Molekül oder eine Zelle, dessen/deren Anwesenheit (oder Abwesenheit) oder Aktivität detektiert werden soll. Beispiele dafür sind prokaryotische Mittel („agents”), wie beispielsweise Toxine, wie beispielsweise mikrobielle Toxine. Ein Analyt, wie hierin verwendet, kann sich auch auf eine Zellmembran allein oder als Teil einer biologischen Zelle beziehen, wie beispielsweise einer prokaryotischen Zelle, z. B. ein Bakterium.The term "analyte" as used herein, particularly in the context of the analyte sensing device, refers to a molecule or cell whose presence (or absence) or activity is to be detected. Examples are prokaryotic agents, such as toxins, such as microbial toxins. An analyte, as used herein, may be also refer to a cell membrane alone or as part of a biological cell, such as a prokaryotic cell, e.g. B. a bacterium.
Als Beispiele für mikrobielle Toxine werden Choleratoxin (Vibrio cholerea), hitzeempfindliches Enterotoxin (E. coli), Pertussis Toxin (Bordetella Pertussis), Anthrax Toxin (Bacillus anthracis), Tetanus Toxin (Clostridium tetani), Streptokokken- oder Staphylokokkentoxine erwähnt.Examples of microbial toxins include cholera toxin (Vibrio cholerea), heat-sensitive enterotoxin (E. coli), pertussis toxin (Bordetella pertussis), anthrax toxin (Bacillus anthracis), tetanus toxin (Clostridium tetani), streptococcal or staphylococcal toxins.
Der Begriff ”Bindungsereignis”, insbesondere in Zusammenhang mit der Analyten-Sensorvorrichtung, bezieht sich auf eine Veränderung in molekularen Interaktionen eines Analyten mit einem Interaktionspartner, der ein Analyt sein kann oder nicht. Bindungsereignisse sind, beispielsweise, Assoziations- oder Dissoziationsereignisse, z. B. zwischen Antikörper und Antigen, Hormon und Rezeptor, Protein und Rezeptor usw. Bindungsereignisse sind beispielsweise die Bindung eines Analyten an das/den Erkennungsteil oder das Erkennungsmolekül, wie beispielsweise einen Rezeptor, der in der Phospholipidschicht umfasst ist.The term "binding event", particularly in the context of the analyte sensing device, refers to a change in molecular interactions of an analyte with an interaction partner, which may or may not be an analyte. Binding events are, for example, association or dissociation events, e.g. Binding events include, for example, the binding of an analyte to the recognition member or molecule, such as a receptor, that is included in the phospholipid layer.
Der Begriff ”Reaktion”, insbesondere im Zusammenhang mit der Analyten-Sensorvorrichtung, bezieht sich auf eine Veränderung einer Komponente (wie beispielsweise des Analyten, der Phospholipidschicht, des zweiten Analyten), die aufgrund der Bindung eines Analyten mit einem Interaktionspartner, wie beispielsweise dem Erkennungsteil oder Erkennungsmolekül erfolgt, wie beispielsweise Rezeptor/Antikörper/Enzym, umfasst in der Phospholipidschicht, oder mit der Phospholipidschicht, wobei eine solche Veränderung beispielsweise eine (partielle) Hydrolyse der Phospholipidschicht sein kann, oder eine Hydrolyse oder chemische Modifikation des Analyten oder eine Digestion/Verdauung des zweiten Analyten durch den Analyten usw.The term "reaction", particularly in the context of the analyte sensor device, refers to a change in a component (such as the analyte, the phospholipid layer, the second analyte) due to the binding of an analyte to an interaction partner, such as the recognition moiety or recognition molecule, such as receptor / antibody / enzyme, comprises in the phospholipid layer, or with the phospholipid layer, such change being, for example, (partial) hydrolysis of the phospholipid layer, or hydrolysis or chemical modification of the analyte or digestion / digestion of the second analyte by the analyte, etc.
Der Begriff ”Aktivität”, insbesondere im Zusammenhang mit der Analyten-Sensorvorrichtung, bezieht sich auf die Fähigkeit einer Komponente, wie beispielsweise des Analyten, zu binden, zu wachsen, Veränderungen durchzumachen, zu verbrauchen/konsumieren, zu katalysieren oder z. B. an einer chemischen Reaktion oder einem Wachstum teilzunehmen oder diese zu inhibieren. Der Begriff ”Aktivität” bezieht sich auch auf das Ausmaß in dem eine Komponente, wie beispielsweise ein Analyt, bindet, Veränderungen durchmacht, verbraucht/konsumiert, katalysiert oder z. B. an einer chemischen Reaktion oder einem Wachstum teilnimmt oder diese inhibiert.The term "activity", particularly in the context of the analyte sensing device, refers to the ability of a component, such as the analyte, to bind, grow, undergo changes, consume / catalyze, or catalyze, for example, the analyte. B. participate in or inhibit a chemical reaction or growth. The term "activity" also refers to the extent to which a component such as an analyte binds, undergoes changes, consumes / consumes, catalyzes or z. B. participates in or inhibits a chemical reaction or growth.
Der Begriff ”Phospholipidschicht”, wie hierin verwendet, insbesondere im Zusammenhang mit der Analyten-Sensorvorrichtung, bezieht sich bevorzugt auf eine Monoschicht aus Phospholipiden.The term "phospholipid layer" as used herein, particularly in the context of the analyte sensor device, preferably refers to a monolayer of phospholipids.
Der Begriff ”Lipase”, wie hierin verwendet, insbesondere im Zusammenhang mit einer Lipase-Sensorvorrichtung, bezieht sich auf ein Enzym, das die Bildung oder Hydrolyse von Lipiden katalysiert. Lipasen sind hydrolytische Enzyme, die auf Carboxylesterverbindungen wirken. Lipasen sind weit verbreitet in Tieren, Pflanzen, Schimmelpilzen und Bakterien. Ihre katalytischen Aktivitäten sind nicht auf Hydrolyse beschränkt, sondern schließen auch Veresterungs-, Inter-Veresterungs und Trans-Veresterungsprozesse ein. In einigen Fällen werden die Lipasen als ”Analyt” bezeichnet.The term "lipase" as used herein, particularly in the context of a lipase sensor device, refers to an enzyme that catalyzes the formation or hydrolysis of lipids. Lipases are hydrolytic enzymes that act on carboxyl ester compounds. Lipases are widely used in animals, plants, molds and bacteria. Their catalytic activities are not limited to hydrolysis but also include esterification, interesterification and transesterification processes. In some cases, the lipases are referred to as "analyte".
Der Begriff ”Reaktionsereignis”, insbesondere im Zusammenhang mit der Lipase-Sensorvorrichtung, bezieht sich auf die molekularen Interaktionen der Lipasen mit der Reaktionsschicht des LC-Sensorvorrichtung sowie auf die chemischen Reaktionen, die von den Lipasen verursacht werden.The term "reaction event", especially in the context of the lipase sensor device, refers to the molecular interactions of the lipases with the reaction layer of the LC sensor device as well as to the chemical reactions caused by the lipases.
Reaktionsereignisse sind, beispielsweise, die Bindung der Lipase(n) an die Reaktionsschicht und/oder die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Aktivität der Lipase(n). Die Störung/Disruption der Reaktionsschicht aufgrund der Lipase(n)aktivität umfasst bevorzugt die Hydrolyse, Veresterung und Trans-Veresterung des (Phospho-)Lipids/der (Phospho-)Lipide, LPS und/oder der Fettsäure(n) der Reaktionsschicht.Reaction events are, for example, the binding of the lipase (s) to the reaction layer and / or the disruption / disruption of the reaction layer due to the activity of the lipase (s). The disruption / disruption of the reaction layer due to the lipase (n) activity preferably comprises the hydrolysis, esterification and transesterification of the (phospho) lipid (s) (phospho) lipids, LPS and / or the fatty acid (s) of the reaction layer.
Der Begriff ”Lipidschicht”, wie hierin verwendet, insbesondere im Zusammenhang mit der Lipase-Sensorvorrichtung, bezieht sich bevorzugt auf eine Monoschicht von (Phospho-)Lipiden.The term "lipid layer" as used herein, particularly in the context of the lipase sensor device, preferably refers to a monolayer of (phospho) lipids.
Der Begriff ”LPS-Schicht”. wie hierin verwendet, insbesondere im Zusammenhang mit der Lipase-Sensorvorrichtung, bezieht sich bevorzugt auf eine Monoschicht von Lipopolysacchariden.The term "LPS layer". as used herein, particularly in the context of the lipase sensor device, preferably refers to a monolayer of lipopolysaccharides.
Der Begriff ”Fettsäureschicht”, wie hierin verwendet, insbesondere im Zusammenhang mit der Lipase-Sensorvorrichtung, bezieht sich bevorzugt auf eine Monoschicht von Fettsäuren.The term "fatty acid layer" as used herein, particularly in the context of the lipase sensor device, preferably refers to a monolayer of fatty acids.
Der Begriff ”Erkennungsteil” („recognition moiety”) oder ”Erkennungsmolekül”, wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein Molekül oder eine Molekülgruppe, die zu einer Erkennung fähig ist, d. h. spezifisch ein Analyt, wie beispielsweise eine Lipase, binden kann. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist ein solcher Erkennungsteil oder ein solches Erkennungsmolekül bevorzugt nicht direkt an die Oberfläche des ersten Substrats gebunden. Wenn ein solcher Erkennungsteil oder ein solches Erkennungsmolekül in einer Analyten-Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, wird es bevorzugt in der Phospholipidschicht der Vorrichtung umfasst sein. Wenn ein solcher Erkennungsteil oder ein solches Erkennungsmolekül in einer Lipase-Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, wird es bevorzugt in der Reaktionsschicht der Vorrichtung umfasst sein.The term "recognition moiety" or "recognition molecule" as used herein refers to a molecule or moiety capable of recognition, ie, capable of specifically binding an analyte, such as a lipase. In accordance with the present disclosure, such recognition portion or recognition molecule is preferably not directly bound to the surface of the first substrate. When such a recognition member or molecule is used in an analyte sensor device according to the present disclosure, it will preferably be included in the phospholipid layer of the device. If such a recognition part or such a recognition molecule is used in a lipase sensor device according to the present disclosure, it will preferably be included in the reaction layer of the device.
Es dient dem Zweck der spezifischen Bindung eines Analyten in der Umgebung der Flüssigkristallschicht, woraufhin der Analyt eine Veränderung der Ausrichtung der Flüssigkristallschicht induziert, die wiederum nachfolgend detektiert werden kann.It serves the purpose of specifically binding an analyte in the vicinity of the liquid crystal layer, whereupon the analyte induces a change in the orientation of the liquid crystal layer, which in turn can subsequently be detected.
Als Beispiele für Erkennungsteile oder Erkennungsmoleküle, insbesondere im Zusammenhang mit der Analyten-Sensorvorrichtung, werden Antikörper, Antigene, Rezeptoren, transmembrane Proteine und Enzyme genannt. Als Beispiel für einen Rezeptor wird Gangliosid GM1 erwähnt, das beispielsweise Choleratoxin bindet.Examples of recognition parts or recognition molecules, in particular in connection with the analyte sensor device, are antibodies, antigens, receptors, transmembrane proteins and enzymes. As an example of a receptor, ganglioside GM 1 is mentioned, which binds, for example, cholera toxin.
Als Beispiele für Erkennungsteile oder Erkennungsmoleküle, insbesondere im Zusammenhang mit der Lipase-Sensorvorrichtung, werden Antikörper, Antigene, Rezeptoren, transmembrane Proteine und Enzyme genannt.Examples of recognition parts or recognition molecules, in particular in connection with the lipase sensor device, are antibodies, antigens, receptors, transmembrane proteins and enzymes.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff ”Elektrode” auf eine elektrische Leitung zum Anlegen einer Spannung. Eine Elektrode kann „interdigital” („ineinandergreifend”; englisch: „interdigitated”) sein, was bedeutet, dass sie eine Kammartige Form hat, wobei sich zwei Kämme gegenüberliegen und die jeweiligen Zinken der Kämme ineinandergreifen. Alternativ kann eine Elektrode auch nicht interdigital (nicht ineinandergreifend) sein. Eine Elektrode kann transparent oder nicht transparent sein. Eine transparente Elektrode kann, beispielsweise, aus Indium-Zinnoxid (ITO) oder Fluor-Zinnoxid (FTO) gebildet sein. Eine nicht transparente Elektrode kann reflektiv sein und kann beispielsweise aus Silber (Ag) oder Aluminium (Al) bestehen. Die reflektiven Elektroden sind ideal bei der Verwendung der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung in Kombination mit einem Reflektionsmikroskop.According to the present disclosure, the term "electrode" refers to an electrical line for applying a voltage. An electrode may be "interdigitated", meaning that it has a comb-like shape with two combs facing each other and the respective tines of the combs interlocking. Alternatively, an electrode may not be interdigital (non-intermeshing). An electrode may be transparent or not transparent. For example, a transparent electrode may be formed of indium tin oxide (ITO) or fluorine tin oxide (FTO). A non-transparent electrode may be reflective and may be made of, for example, silver (Ag) or aluminum (Al). The reflective electrodes are ideal when using the liquid crystal based sensor device in combination with a reflection microscope.
Der Begriff ”Isolationsschicht”, wie hierin verwendet, soll sich auf eine Schicht auf der Elektrode beziehen, die eine Reaktion der Moleküle aus anderen Schichten wie beispielsweise der Flüssigkristallschicht mit der Elektrode verhindert. Eine Isolationsschicht kann beispielsweise aus Polyimid ausgebildet sein.The term "insulating layer" as used herein is intended to refer to a layer on the electrode which prevents reaction of molecules from other layers, such as the liquid crystal layer, with the electrode. An insulation layer may be formed of polyimide, for example.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff ”Zweifrequenz-Flüssigkristall” oder ”Zweifrequenz-LC” auf eine Art von Flüssigkristall, das eine positive dielektrische Anisotropie bei Niederfrequenzwechselstrom (AC) aufweist, jedoch eine negative dielektrische Anisotropie aufweist, wenn hohe Wechselspannung angelegt wird. Als ein Beispiel einer Zweifrequenz-LC von Merck namens MLA3969, dessen dielektrische Anisotropie wechselt die Polarität bei ca. 30 kHz. Daher beziehen sich die Begriffe ”niedrig” und ”hoch” im Zusammenhang mit den Wechselspannungen ausschließlich auf die relativen Positionen der jeweiligen Spannungen zueinander. Typischerweise kann niedrig 0–100 kHz bedeuten, und hoch kann 10–100 MHz bedeuten, aber die konkreten Werte hängen vom verwendeten Flüssigkristall ab.As used herein, the term "dual-frequency liquid crystal" or "dual-frequency LC" refers to a type of liquid crystal that has positive dielectric anisotropy at low frequency alternating current (AC) but has negative dielectric anisotropy when high AC voltage is applied. As an example of a Merck two-frequency LC called MLA3969, its dielectric anisotropy changes polarity at about 30 kHz. Therefore, the terms "low" and "high" in the context of the AC voltages refer exclusively to the relative positions of the respective voltages to each other. Typically, low can mean 0-100 kHz, and high can mean 10-100 MHz, but the actual values depend on the liquid crystal used.
Der Begriff ”5CB” bezieht sich auf 4-Cyano-4'-Pentyl_Biphenyl, ein Einkomponenten-Flüssigkristall mit positiver dielektrische Anisotropie, das im Handel von Aldrich erhältlich ist. ”MLC6608” bezieht sich auf den Handelsnamen einer negativen LC-Mischung von Merck, die im Handel erhältlich ist.The term "5CB" refers to 4-cyano-4'-pentyl_biphenyl, a one-component positive dielectric anisotropic liquid crystal commercially available from Aldrich. "MLC6608" refers to the trade name of Merck's Negative LC blend, which is commercially available.
Der Begriff ”Ausrichtungsschicht” („alignment layer”) bezieht sich auf eine Schicht, die eine spezifische Ausrichtung einer Flüssigkristallschicht induzieren kann, wenn die Ausrichtungsschicht in Kontakt mit einer Flüssigkristallschicht gebracht wird. Eine Ausrichtungsschicht kann beispeilsweise aus DMOAP (Octadecyldimethyl(3-trimethoxysilylpropyl)Ammoniumchlorid) gebildet sein, was eine homöotrope Ausrichtung einer damit in Kontakt gebrachten Flüssigkristallschicht induziert. Ein anderes Beispiel für eine Ausrichtungsschicht ist eine Polyimidschicht.The term "alignment layer" refers to a layer that can induce a specific orientation of a liquid crystal layer when the alignment layer is brought into contact with a liquid crystal layer. For example, an alignment layer may be formed from DMOAP (octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride) which induces homeotropic alignment of a liquid crystal layer contacted therewith. Another example of an alignment layer is a polyimide layer.
Der Begriff ”Isolationsschicht und/oder Ausrichtungsschicht” soll sich auf ein Szenario beziehen, bei dem entweder, sowohl eine Isolationsschicht als auch eine separate Ausrichtungsschicht vorhanden sind, oder bei dem entweder eine Isolationsschicht oder eine Ausrichtungsschicht vorhanden ist. Im Gegensatz dazu soll sich der Begriff ”eine Isolations- und Ausrichtungsschicht” auf ein Szenario beziehen, bei dem nur eine einzelne Schicht vorliegt, die sowohl Ausrichtungs- als auch Isolationseigenschaften besitzt. Im Gegensatz zu dem vorher genannten Szenario sind die Ausrichtungs- und die Isolationsfunktion beide in ein und derselben Schicht, einer solchen ”Isolations- und Ausrichtungsschicht”, integriert.The term "insulating layer and / or alignment layer" is intended to refer to a scenario in which either or both an insulating layer and a separate alignment layer are present, or where either an insulating layer or an alignment layer is present. In contrast, the term "an isolation and alignment layer" is intended to refer to a scenario where there is only a single layer that has both alignment and isolation properties. In contrast to the aforementioned scenario, the alignment and isolation functions are both integrated into one and the same layer, such an "isolation and alignment layer".
Als Beispiel einer Ausrichtungsschicht kann eine Polyimidschicht erwähnt werden, bevorzugt eine Schicht aus hitze-/lichtaushärtbaren Polyimid. Eine solche Polyimidschicht kann einen bestimmten Vorneigungswinkel des Flüssigkristalls in der Flüssigkristallschicht schaffen, welche in Kontakt mit einer solchen Polyimidschicht ist. Die Veränderung, die von einer solchen Polyimidausrichtungsschicht verursacht werden kann, kann eine Änderung von einer homöotropen Ausrichtung zu einer homogenen Ausrichtung, bevorzugt im Bereich von 90° to 0°, oder eine Änderung von einer homogenen Ausrichtung zu einer homöotropen Ausrichtung sein.As an example of an alignment layer may be mentioned a polyimide layer, preferably a layer of heat / photocurable polyimide. Such a polyimide layer can provide a certain pretilt angle of the liquid crystal in the liquid crystal layer which is in contact with such a polyimide layer. The change that may be caused by such a polyimide alignment layer may be a change from a homeotropic alignment to a homogeneous alignment, preferably in the range of 90 ° to 0 °, or a change from a homogeneous alignment to a homeotropic alignment.
Wie hierin verwendet, bezieht sich ”gekreuzte Polarisatoren” auf einen Satz von zwei Polarisatoren, deren Polarisierungsachsen senkrecht zueinander ausgerichtet sind.As used herein, "crossed polarizers" refers to a set of two Polarizers whose polarization axes are oriented perpendicular to each other.
Die Ausführungsform, bei der gekreuzte Polarisatoren verwendet werden, ist eine Ausführungsform, bei der sich bevorzugt ein Polarisator oberhalb der Flüssigkristallschicht befindet und ein anderer Polarisator unterhalb der Flüssigkristallschicht. Deren entsprechende Polarisationsachsen sind senkrecht zueinander ausgerichtet. Diese Ausführungsform ermöglicht die Messung von Veränderungen der Flüssigkristallausrichtung durch die Messung der Durchlässigkeit oder Reflektion von polarisiertem Licht. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung lediglich mindestens einen Polarisator oberhalb der Flüssigkristallschicht (und keinen Polarisator unterhalb der Flüssigkristallschicht). In dieser Ausführungsform ist das Substrat unterhalb der Flüssigkristallschicht ein reflektierendes Substrat, und die Ausführungsform erlaubt die Messung von Veränderungen der Flüssigkristallausrichtung durch die Messung von Änderungen der Reflektion von polarisiertem Licht, d. h. Licht, das von dem reflektiven Substrat reflektiert wird.The embodiment using crossed polarizers is one embodiment in which preferably one polarizer is above the liquid crystal layer and another polarizer below the liquid crystal layer. Their corresponding polarization axes are aligned perpendicular to each other. This embodiment makes it possible to measure changes in the liquid crystal orientation by measuring the transmittance or reflection of polarized light. In another embodiment, the device only comprises at least one polarizer above the liquid crystal layer (and no polarizer below the liquid crystal layer). In this embodiment, the substrate below the liquid crystal layer is a reflective substrate, and the embodiment allows the measurement of changes in the liquid crystal orientation by measuring changes in the reflection of polarized light, i. H. Light that is reflected by the reflective substrate.
In einer noch weiteren Ausführungsform der Flüssigkristall-basierten Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst diese lediglich einen Polarisator, der sich bevorzugt über der Flüssigkristallschicht befindet, und das Substrat unter der Flüssigkristallschicht ist ein transparentes Substrat, das dann in Verbindung mit einer Lichtquelle genutzt werden kann, die polarisiertes Licht bereitstellt.In yet another embodiment of the liquid crystal based sensor device according to the present disclosure, it comprises only one polarizer, which is preferably over the liquid crystal layer, and the substrate under the liquid crystal layer is a transparent substrate, which can then be used in conjunction with a light source. which provides polarized light.
Der Begriff ”Reaktionskammer” bezieht sich auf den Bereich, in dem ein Bindungsereignis/Reaktionsereignis stattfindet, oder in dem der Analyt/die Lipase(n) oder die Aktivität der zu detektierenden Analyte(n)/der zu detektierenden Lipase(n) vorhanden ist.The term "reaction chamber" refers to the area in which a binding event / reaction event occurs or in which the analyte / lipase (s) or activity of the analyte (s) to be detected / the lipase (s) to be detected is present ,
Typischerweise wird die Reaktionskammer in Ausführungsformen der Flüssigkristall-Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung durch den Raum oberhalb der Phospholipidschicht/Reaktionsschicht und der Flüssigkristallschicht gebildet. Dieser Bereich ist entweder nach oben offen und wird von geeigneten Rändern an den Seiten eingefaßt, damit ein geschlossener Bereich entsteht, in dem Analyt(en)/Lipase(n) aufgenommen werden können. In anderen Ausführungsformen wird dieser Bereich durch die Lücke zwischen dem zweiten Substrat und der Flüssigkristallschicht gebildet und von Rändern an der Seite eingefaßt. Diese spätere Ausführungsform ist eine ”geschlossene” Ausführungsform. In der offenen Ausführungsform kann/können der/die Analyt(en)/Lipase(n) einfach auf die Phospholipidschicht/Flüssigkristallschicht (oder die Reaktionsschicht/Flüssigkristallschicht) aufgebracht werden; in der geschlossenen Ausführungsform kann/können der/die Analyt(en)/Lipase(n) auf die Phospholipidschicht/Flüssigkristallschicht (oder die Reaktionsschicht/Flüssigkristallschicht) über spezielle zu diesem Zweck vorgesehene Öffnungen aufgebracht werden, oder sie können auf die Phospholipidschicht/Flüssigkristallschicht (oder die Reaktionsschicht/Flüssigkristallschicht) in geöffnetem Zustand aufgebracht werden; danach wird die Vorrichtung durch die Absenkung des zweiten Substrats von oben geschlossen; oder, alternativ, kann/können der/die Analyt(en)/Lipase(n) in die Reaktionskammer durch Kapillarfüllung, Vakuumfüllung derselben oder durch tropfenweises Einfüllen in geschlossenen Zustand eingebracht werden; in einer wieder anderen Ausführungsform kann/können der/die Analyt(en)/Lipase(n) auch über eine geeignete Pumpe in die Reaktionskammer eingefüllt werden.Typically, in embodiments of the liquid crystal sensor device according to the present disclosure, the reaction chamber is formed by the space above the phospholipid layer / reaction layer and the liquid crystal layer. This area is either open at the top and bordered by suitable margins on the sides to form a closed area where analyte (s) / lipase (s) can be taken up. In other embodiments, this region is formed by the gap between the second substrate and the liquid crystal layer and bordered by edges on the side. This later embodiment is a "closed" embodiment. In the open embodiment, the analyte (s) / lipase (s) may simply be applied to the phospholipid layer / liquid crystal layer (or the reaction layer / liquid crystal layer); in the closed embodiment, the analyte (s) / lipase (s) may be applied to the phospholipid layer / liquid crystal layer (or reaction layer / liquid crystal layer) via dedicated dedicated openings, or may be applied to the phospholipid layer / liquid crystal layer (FIG. or the reaction layer / liquid crystal layer) are applied in the opened state; Thereafter, the device is closed by the lowering of the second substrate from above; or, alternatively, the analyte (s) / lipase (s) may be introduced into the reaction chamber by capillary filling, vacuum filling thereof or by dropping into closed state; In yet another embodiment, the analyte (s) / lipase (s) may also be introduced into the reaction chamber via a suitable pump.
Der Begriff ”Durchlässigkeitsmessung mit polarisiertem Licht”, wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine Durchlässigkeitsmessung, die mit einem Detektor für polarisiertes Licht durchgeführt wird, wie beispielsweise einem polarisierten Mikroskop. Die Vorrichtung wird üblicherweise zwischen die gekreuzten Polarisatoren platziert, und das durch sie übertragene Licht wird gemessen.As used herein, the term "polarized light transmission measurement" refers to a transmission measurement performed with a polarized light detector, such as a polarized microscope. The device is usually placed between the crossed polarizers and the light transmitted through them is measured.
Der Begriff ”Elektrophorese” bezieht sich auf die Bewegung von geladenen Partikeln/Molekülen in einem elektrischen Feld. Das elektrische Feld kann räumlich gleichförmig („uniform”) oder nicht gleichförmig sein.The term "electrophoresis" refers to the movement of charged particles / molecules in an electric field. The electric field may be spatially uniform ("uniform") or non-uniform.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff ”Dielektrophorese” auf einen Effekt, der über ein nicht gleichförmiges elektrisches Feld eine auf polarisierbare, nicht geladene Substanzen ausgeübte Anziehungs- oder Abstoßungskraft induziert. Auf diese Weise kann dieser Effekt genutzt werden, um Bio-Moleküle zu einer Elektrode anzuziehen/von ihr abzustoßen, indem Wechselspannung an einer interdigitale Elektrode (IDE) angelegt wird.As used herein, the term "dielectrophoresis" refers to an effect that induces an attractive or repulsive force on polarizable, uncharged substances through a nonuniform electric field. In this way, this effect can be used to attract / repel bio molecules to an electrode by applying AC voltage to an interdigital electrode (IDE).
Der Begriff ”Wechselstromelektroosmose”, ”AC-Elektroosmose” oder ”ACEO” bezieht sich auf einen Effekt, der eine Joulesche Erwärmung induziert, was zu einer Flußbewegung von freien Ladungen in einem nicht gleichförmigen elektrischen Feld führt. Auf diese Weise können beliebig fließende Bio-Moleküle in ihrer Lösung gemischt werden, was die Zeitdauer verkürzt, die benötigt wird, damit freifließende Bio-Moleküle auf einer Flüssigkristallschicht auftreffen, um eine Molekularschicht (wie beispielsweise eine Lipidschicht) zu formen.The term "AC electroosmosis", "AC electroosmosis" or "ACEO" refers to an effect that induces Joule heating, resulting in a flux movement of free charges in a non-uniform electric field. In this way, any flowing bio-molecules can be mixed in their solution, which shortens the time it takes for free-flowing bio-molecules to impinge on a liquid crystal layer to form a molecular layer (such as a lipid layer).
Bezüglich der Analyten-Sensorvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung:
Die Phospholipid-Doppelschichten der Zellmembranen liegen normalerweise in flüssigem Zustand vor. Sie können auch als lyotrope(r) Flüssigkristallzustand oder -phase bezeichnet werden. Ein lyotropes Flüssigkristall ist ein Material, das nach Hinzufügen eines Lösungsmittels eine Flüssigkristallphase bildet. Der Begriff wird meist verwendet, um Materialien zu beschreiben, die aus amphiphilen Molekülen mit hydrophiler Kopfgruppe bestehen, die an eine hydrophobe Gruppe angekoppelt sind. Phospholipide (siehe
The phospholipid bilayers of cell membranes are normally in a liquid state. They can also be described as lyotropic liquid crystal state or phase. A lyotropic liquid crystal is a material which forms a liquid crystal phase upon addition of a solvent. The term is most commonly used to describe materials consisting of hydrophilic head amphiphilic molecules coupled to a hydrophobic group. Phospholipids (see
Indem eine solche Lipid-LC-Schichtstruktur einer natürlichen Umgebung sehr nachempfunden wird, was bedeutet, dass die natürlichen Zellmembranen nachgestellt werden, während ein themotropes LC als Signalprozessor verwendet wird, ist es nun möglich, Bioereignisse, die mit Zellmembranen assoziieren, zu detektieren. Eine sehr wichtige Gruppe von Ereignissen, welche die Integration von Zellmembranen einschließen, ist der Angriff von mikrobiellen Toxinen innerhalb der Zellen. Zu diesem Zweck sind einige der am häufigsten vorkommenden und strukturell ähnlichen Proteintoxinen und ihre bakteriellen Ursachen: Choleratoxin (V. cholerea), hitzeempfindliches Enterotoxin (E. coli), Pertussis Toxin (Bordetella pertussis), Anthrax Toxin (Bacillus anthracis), Tetanus Toxin (Clostridium tetani), mehrere Streptokokken- oder Staphylokokkentoxine und so weiter. Die Funktionsweise scheint bei diesen Toxinen sehr ähnlich zu sein. Sie weisen meistens diskrete Untereinheiten oder Domänen auf: 1) eine Untereinheit oder Domäne ”A” mit einer spezifischen enzymatischen Funktion und 2) eine Bindungsdomäne, Untereinheit oder ein Oligomer ”B”, das mit dem Zellmembranrezeptor interagiert.By very much modeling such a lipid LC layer structure of a natural environment, meaning that the natural cell membranes are readjusted while using a themotropic LC as the signal processor, it is now possible to detect bio events associated with cell membranes. One very important group of events involving the integration of cell membranes is the attack of microbial toxins within the cells. For this purpose, some of the most abundant and structurally similar protein toxins and their bacterial causes are: cholera toxin (V. cholerea), heat-sensitive enterotoxin (E. coli), pertussis toxin (Bordetella pertussis), anthrax toxin (Bacillus anthracis), tetanus toxin ( Clostridium tetani), several streptococcal or staphylococcal toxins and so on. The mode of operation seems to be very similar for these toxins. They usually have discrete subunits or domains: 1) a subunit or domain "A" having a specific enzymatic function and 2) a binding domain, subunit or oligomer "B" that interacts with the cell membrane receptor.
Die Erfinder haben überraschenderweise gefunden, dass durch die Generation einer Lipid-LC-Schicht, die eine natürliche Zellmembran nachstellen/mimen kann, eine Vorrichtung zur effizienten Anlagerung/Bindung der Untereinheit des Toxins an die LC-Lipidschicht bereitgestellt werden kann. Die Existenz des Toxins oder der toxischen Bakterien kann somit durch einfaches Beobachten der auftretenden optischen Veränderungen (Veränderung der Lichtdurchlässigkeit) detektiert werden. Diese Detektion ist nur möglich, wenn das Toxin aktiv ist, und dies bietet eine weitere Möglichkeit: Mit diesem Verfahren/dieser Vorrichtung kann auch die Effektivität eines Arzneimittels, welches das Toxin oder die entsprechenden Bakterien inaktivieren oder modifizieren soll auch über diese Detektortechnik/Detektorvorrichtung detektiert werden. Die vorliegende Offenbarung stellt somit ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit, das/die nützlich ist/sind: (1) zur Detektion von Toxinen und Bakterien, (2) zur Detektion der Aktivität von Toxinen und Bakterien und (3) zum Screening für Arzneimittel-Design und -entwicklung.The inventors have surprisingly found that by the generation of a lipid LC layer capable of mimicking a natural cell membrane, an apparatus for efficiently attaching / binding the subunit of the toxin to the LC lipid layer can be provided. The existence of the toxin or the toxic bacteria can thus be detected by simply observing the occurring optical changes (change in light transmittance). This detection is only possible when the toxin is active and this offers a further possibility: With this method / device, the effectiveness of a drug which is intended to inactivate or modify the toxin or the corresponding bacteria can also be detected via this detector technology / detector device become. The present disclosure thus provides a method and apparatus useful: (1) for the detection of toxins and bacteria, (2) for the detection of the activity of toxins and bacteria, and (3) for the screening of drugs. Design and development.
Die Analyten-Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung hat die folgenden Vorteile: (1) Sie ist eine sehr einfache Vorrichtung. (2) Der Detektionsmechanismus kommt ohne Markierung aus. (3) Zur Detektion ist keine komplexe Instrumentenausrüstung nötig. (4) Sie kann sehr gut gemeinsam mit einem Mikrofluidvorrichtung integriert werden. (5) Eine sehr schnelle Detektion ist möglich. (6) Sie weist eine sehr gute (d. h. empfindliche) Detektionsgrenze auf. Zum Beispiel können so geringe Mengen wie 30 pg/mL CTB detektiert werden (wobei geringere Konzentrationen nicht getestet wurden).The analyte sensor device according to the present disclosure has the following advantages: (1) It is a very simple device. (2) The detection mechanism works without marking. (3) No complex instrumentation is needed for detection. (4) It can be integrated well together with a microfluidic device. (5) Very fast detection is possible. (6) It has a very good (i.e., sensitive) detection limit. For example, levels as low as 30 pg / mL CTB can be detected (lower concentrations not tested).
Bezüglich der Lipase-Sensorvorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung: Lipasen sind hydrolytische Enzyme, die auf Carboxylesterverbindungen wirken. Diese Enzyme sind weit verbreitet in Tieren, Pflanzen, Schimmelpilzen und Bakterien. Die katalytischen Aktivitäten sind nicht auf die Hydrolyse beschränkt; sie katalysieren auch die Veresterungs-, Inter-Veresterungs- und Trans-Veresterungsprozesse. Daher finden sie breite Anwendung in der Lebensmittel-, Pharma-, Chemie- und der Reinigungsmittelindustrie. Lipasen sind ebenfalls sehr wichtig bei Diagnoseeinstellungen. Unter pathologischen Bedingungen werden sie beispielsweise in Umgebungen gefunden, wo sie normalerweise nicht vorkommen, wodurch sie nützliche Marker bei zell-/organzerstörenden Prozessen sind. Ein bekanntes Beispiel sind die hohen Mengen von Pankreaslipasen, die im Blut im Folge einer Pankreatitis vorkommen. Auch beim Absterben einer Säugetierzelle werden Lipasen freigesetzt. With respect to the lipase sensor devices according to the present disclosure: Lipases are hydrolytic enzymes that act on carboxylic ester compounds. These enzymes are widely used in animals, plants, molds and bacteria. The catalytic activities are not limited to hydrolysis; they also catalyze the esterification, interesterification and transesterification processes. Therefore, they are widely used in the food, pharmaceutical, chemical and detergent industries. Lipases are also very important in diagnosis settings. Under pathological conditions, for example, they are found in environments where they do not normally occur, thus being useful markers in cell / organ destructive processes. A well-known example is the high levels of pancreatic lipases that occur in the blood as a result of pancreatitis. Even when a mammalian cell dies, lipases are released.
Phospholipide sind Basisbausteine einer Zellmembran. Diese Lipide sind in den Membranen in verschiedenen strukturellen Details vorhanden, haben jedoch auch gemeinsame strukturelle Merkmale. Diese Merkmale sind die polare Kopfgruppe und die nicht-polaren Acyl-Ketten. Lipasen sind für die extrazelluläre Zersetzung sowie den intrazellulären Metabolismus der Lipide verantwortlich. Die verschiedenen Lipasen weisen eine unterschiedliche Selektivität in Bezug auf unterschiedliche Lipide in Abhängigkeit von der jeweiligen Kettenlänge, den Stereoisomeren, Grenzflächeneigenschaften der Wasser-Lipid-Grenzfläche usw. Auch die Enzymaktivität der Lipasen kann durch die Verwendung spezifischer Co-Faktoren verstärkt oder gestoppt werden. In der vorliegenden Offenbarung haben die Erfinder verschiedene Lipasen aus verschiedenen Zellen getestet; P19-Zellen, hepG2-Zellen und Pankreaszellen sowie die im Handel erhältlichen Lipasen PLA1, PLA2, PLC und PLD.Phospholipids are basic building blocks of a cell membrane. These lipids are present in the membranes in various structural details, but also share common structural features. These features are the polar headgroup and the non-polar acyl chains. Lipases are responsible for the extracellular degradation and intracellular metabolism of lipids. The different lipases have different selectivity with respect to different lipids depending on the particular chain length, stereoisomers, interfacial properties of the water-lipid interface, etc. Also, the enzyme activity of the lipases can be enhanced or stopped by the use of specific cofactors. In the present disclosure, the inventors tested various lipases from different cells; P19 cells, hepG2 cells and pancreatic cells and the commercially available lipases PLA1, PLA2, PLC and PLD.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben überraschenderweise gefunden, dass durch das zur Verfügung stellen einer Sensorvorrichtung mit einer Lipid-LC-Schicht, einer LPS-LC-Schicht oder einer Fettsäure-LC-Schicht die von toten Zellen freigesetzten Lipasen detektiert werden können, sogar durch direktes Testen/Analysieren des Zellmediums oder der Zellprobe. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung basiert auf der Überwachung der lipasenvermittelten ”Disruption” der Lipide oder LPS (Lipopolysaccharide) oder Fettsäuren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Hydrolyse, Veresterung, Trans-Veresterung usw. auf der Lipid-LC-Schicht/LPS-LC-Schicht/Fettsäure-LC-Schicht der Sensorvorrichtung. Die Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann dazu verwendet werden, nicht nur die Aktivität der Lipasen zu überwachen, sondern auch dazu, Prozesse zu überwachen, welche die Zersetzung, Zerstörung und/oder das Absterben von Zellen und Organen verursachen.The inventors of the present invention have surprisingly found that by providing a sensor device having a lipid LC layer, an LPS LC layer or a fatty acid LC layer, the lipases released from dead cells can even be detected directly testing / analyzing the cell medium or the cell sample. The device according to the present disclosure is based on monitoring the lipase-mediated "disruption" of lipids or LPS (lipopolysaccharides) or fatty acids, including, but not limited to, hydrolysis, esterification, trans-esterification, etc. on the lipid LC layer / LPS. LC layer / fatty acid LC layer of the sensor device. The sensor device according to the present disclosure can be used to monitor not only the activity of the lipases, but also to monitor processes that cause the decomposition, destruction and / or death of cells and organs.
Somit stellt die vorliegende Offenbarung eine Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtung, einen Flüssigkristall-basierten Lipaseassay, einen Flüssigkristall-basierten Toxizitäts/Zytotoxizitätstassy und ein Flüssigkristall-basiertes Analysetool in Zusammenhang mit der/zur Detektion und Überwachung von Zerstörungs-/Zersetzungsprozessen von Zellen/Organen und Toxizitäts-/Zytotoxizitätsstudien zur Verfügung.Thus, the present disclosure provides a liquid crystal-based sensor device, a liquid crystal-based lipase assay, a liquid crystal-based toxicity / cytotoxicity test, and a liquid crystal-based analysis tool related to the detection / monitoring of cell / organ destruction / decomposition processes and toxicity / Cytotoxicity studies available.
Die vorliegende Offenbarung stellt einen Assay/Test oder eine Sensorvorrichtung zur Verfügung, der/die Lipasen über deren Aktivitäten detektieren kann. Die Vorrichtung basiert auf der Übewachung der Lipasenaktivität an einer Lipid-LC-Schicht, wie beispielsweise einer Lipasen-vermittelten Lipidhydrolyse oder dem Andocken von Lipasen auf Lipiden, oder der Lipasenaktivität an Lipopolysacchariden (LPS) oder der Lipasenaktivität an Fettsäuren, und kann nicht nur zur Überwachung von Lipasenaktivität verwendet werden, sondern auch zur Überwachung von Prozessen, welche die Zersetzung/das Absterben von Zellen verursachen, z. B. eine Lipase-Screeningvorrichtung während Toxizitäts-/Zytotoxizitätsassays. Die Vorrichtung ist auch nützlich bei der Überwachung der Anwesenheit von Lipasen, besonders unter pathologischen Bedingungen, wenn Lipasen in Umgebungen gefunden werden, in denen sie normalerweise nicht vorkommen.The present disclosure provides an assay / sensor device that can detect lipases via their activities. The device is based on monitoring lipase activity on a lipid LC layer, such as lipase-mediated lipid hydrolysis or lipase-on lipids, or lipase activity on lipopolysaccharides (LPS) or lipase activity on fatty acids, and can not only Monitoring of lipase activity, but also to monitor processes that cause the decomposition / death of cells, eg. A lipase screening device during toxicity / cytotoxicity assays. The device is also useful in monitoring the presence of lipases, particularly under pathological conditions, when lipases are found in environments in which they are not normally present.
Die vorliegende Offenbarung stellt somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung, das/die nützlich ist/sind: (1) zur Überwachung der Zelltod-/Organzerstörungsprozesse über die Ausrichtungsveränderung von LC aufgrund der Lipasefreisetzung aus den toten Zellen; (2) ein Toxizitäts-/Zytotoxizitätsassay auf der Grundlage des gleichen Arbeitsprinzips; und (3) ein Lipaseassay zum gleichen Zweck, der in der Reinigungsmittel-/Detergentien-Industrie verwendet werden kann.The present disclosure thus provides a method and apparatus useful: (1) for monitoring cell death / organ destruction processes via the alignment change of LC due to lipase release from the dead cells; (2) a toxicity / cytotoxicity assay based on the same working principle; and (3) a lipase assay for the same purpose that can be used in the detergent / detergents industry.
Die Lipase-Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung hat die folgenden Vorteile: (1) Sie ist eine sehr einfache Vorrichtung. (2) Der Detektionsmechanismus kommt ohne Markierung aus. (3) Zur Detektion ist keine komplexe Instrumentenausrüstung nötig. (4) Sie kann sehr gut gemeinsam mit einem Mikrofluidvorrichtung integriert werden. (5) Eine sehr schnelle Detektion ist möglich. (6) Es ist eine Sensorvorrichtung, bei welcher die aus den toten Zellen freigesetzten Lipasen direkt über die Ausrichtungsveränderung der Flüssigkristallschicht gemessen werden. (7) Sie ermöglicht die direkte Verwendung des Zellmediums für die Beobachtung.The lipase sensor device according to the present disclosure has the following advantages: (1) It is a very simple device. (2) The detection mechanism works without marking. (3) No complex instrumentation is needed for detection. (4) It can be integrated well together with a microfluidic device. (5) Very fast detection is possible. (6) It is a sensor device in which the lipases released from the dead cells are measured directly by the orientation change of the liquid crystal layer. (7) It allows the direct use of the cell medium for observation.
BEISPIELE EXAMPLES
BEISPIEL 1EXAMPLE 1
Verwendete Materialien:Used material:
- Lipidvesikel: Vesikel aus DOPC-Lipid (1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin) oder Vesikel, die aus einer Mischung von DOPC, Gm1 mit oder ohne Cholesterol hergestellt sind.Lipid vesicles: DOPC-lipid vesicles (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) or vesicles made from a mixture of DOPC, Gm1 with or without cholesterol.
- Gold Grid: 150 Mesh (pitch 165 μm) von Plano. Das Goldgitter kann unterschiedlich groß sein, größere Gitter sind jedoch anfällig für Wasser-Disruption und kleinere benötigen einen längeren Zeitraum für die Bildung einer Lipidschicht (LL).Gold Grid: 150 mesh (pitch 165 μm) from Plano. The gold lattice can vary in size, but larger lattices are prone to water disruption and smaller ones take longer to form a lipid layer (LL).
- Hinweis: Anstelle von Goldgitter können auch andere Reaktionskammern wie beispielsweise Glas- oder Kunststoffwells verwendet werden.Note: Instead of gold mesh, other reaction chambers such as glass or plastic wells can be used.
- PBS-Pufferlösung: (Phosphatgepufferte Saline mit einem pH-Wert von 7,4). Die Lösung ist nicht auf die PBS-Lösung beschränkt, da es sich um alles handeln kann wie beispielsweise Wasser mit unterschiedlichen pH-Werten, TBS (Tris-gepufferte Saline) usw.PBS buffer solution: (Phosphate-buffered saline with a pH of 7.4). The solution is not limited to the PBS solution, as it can be anything, such as water with different pH, TBS (Tris-buffered saline), etc.
- Flüssigkristalle: 5CB von Aldrich. Flüssigkristalle sind ebenfalls nicht auf 5CB beschränkt, sondern können alle Moleküle sein, die fähig sind, eine Flüssigkristallphase zu zeigen.Liquid crystals: 5CB from Aldrich. Liquid crystals are also not limited to 5CB, but may be any molecule capable of showing a liquid crystal phase.
- DMOAP (Octadecyldimethyl(3-trimethoxysilylpropyl) Ammoniumchlorid): induziert eine homöotrope Ausrichtung der Flüssigkristalle.DMOAP (octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride): induces homeotropic alignment of the liquid crystals.
- Choleratoxin B (CTB).Cholera toxin B (CTB).
Herstellung von Liposomen (unilamellare Vesikel)Production of liposomes (unilamellar vesicles)
Liposome (Lipidvesikel) werden gebildet, wenn dünne Lipidfilme hydratisiert werden und Stapel von Flüssigkristallbischichten fluid werden und anschwellen. Die hydratisierten Lipiddünnschichten lösen sich während der Agitation/Rührung ab und schließen sich selbst zu großen, multilamellaren Vesikel (LMV) zusammen, die eine Interaktion des Wassers mit dem Kohlenwasserstoffkern der Doppelschicht an der Rändern verhindert. Wenn sich diese Partikel gebildet haben, Reduzierung der Partikelgröße erfordert Energiezufuhr in Form von Schallenergie (Sonikation) oder mechanischer Energie (Extrusion). Die allgemeinen Elemente des Vorgangs schließen die Präparation des Lipids für Hydratisierung, die Hydratisierung mit Agitation und die Größenanpassung für eine homogene Vesikelverteilung ein.Liposomes (lipid vesicles) are formed when thin lipid films become hydrated and stacks of liquid crystal bi-layers become fluid and swell. The hydrated lipid films dissolve during agitation / stirring and self-assemble to form large, multilamellar vesicles (LMV) that prevent interaction of the water with the hydrocarbon core of the bilayer at the edges. When these particles have formed, reducing particle size requires energy input in the form of sonic energy (sonication) or mechanical energy (extrusion). The general elements of the procedure include preparation of the lipid for hydration, hydration with agitation, and sizing for a homogeneous vesicle distribution.
Bei der Herstellung von Liposomen mit gemischer Lipidzusammensetzung müssen die Lipide zuerst aufgelöst und in einem organischen Lösungsmittel gemischt werden, um eine homogene Lipidmischung sicherzustellen. Bei größeren Volumen sollte das organische Lösungsmittel durch Rotationsverdampfen entfernt werden, wobei ein dünner Lipidfilm an den Seiten eines Rundkolbens resultiert. Bei der Lipidextrusion handelt es sich um eine Technik, bei der eine Lipidsuspension durch einen Polycarbonatfilter gedrängt wird, der über eine bestimmte Porengröße verfügt, um Partikel mit etwa der Porengröße des verwendeten Filters zu erhalten. Vor der Extrusion durch die endgültige Porengröße, werden LMV-Suspensionen unterbrochen, entweder durch mehrmalige Einfrier- und Auftau-Zyklen oder durch ein Vorfiltern der Suspension durch größere Porengrößen (typischerweise 0,2 μm–1,0 μm). Dieses Verfahren hilft, ein Faulen der Membrane zu verhindern, und verbessert die Homegenität der Größenverteilung in der finalen Suspension.In preparing liposomes with a mixed lipid composition, the lipids must first be dissolved and mixed in an organic solvent to ensure homogeneous lipid mixing. For larger volumes, the organic solvent should be removed by rotary evaporation, resulting in a thin lipid film on the sides of a round bottom flask. Lipid extrusion is a technique in which a lipid suspension is forced through a polycarbonate filter having a certain pore size to obtain particles of about the pore size of the filter used. Prior to extrusion through the final pore size, LMV suspensions are disrupted, either by repeated cycles of freezing and thawing, or by pre-filtering the suspension through larger pore sizes (typically 0.2 μm-1.0 μm). This method helps prevent fouling of the membrane and improves the homegenicity of the size distribution in the final suspension.
In einer typischen Vorgehensweise wurde eine Stammlösung von 10 mM DOPC (1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin) in Chloroform hergestellt. Aus dieser Lösung wurden verschiedene molare Konzentrationen von DOPC (0,01 mM, 0,1 mM, 1 mM) durch Auflösen in Choloform hergestellt. Das Chloroform wurde dann mit Stickstoffgas verdampft und die Lösungen für 1 Stunde in einer Schlenk-Apparatur (Vakuum-Line) getrocknet. Sie wurden dann mit 5 ml 0,1 mM PBS (pH 7,0) rehydriert. Kleine unilamellare Vesikel (SUV) wurden durch 3–4 Zyklen aus Einfrieren und Erhitzen der Lösung abwechselnd mit einem Wasserbad und flüssigem Stickstoff hergestellt. Kleine Aliquote, jeweils 500 μl, wurden vorbereitet und in der Gefriertruhe bei –20°C aufbewahrt. Bei Bedarf wurden die Lösungen aufgetaut und 21-mal mit einem handgeführten Extruder durch eine Polycarbonatmembran mit Poren von 100 nm gepresst, um kleine unilamellare Lipidvesikel zu erzeugen. Diese Vesikel wurden zur Lipidschichtbildung verwendet.In a typical procedure, a stock solution of 10 mM DOPC (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) in chloroform was prepared. From this solution, various molar concentrations of DOPC (0.01 mM, 0.1 mM, 1 mM) were prepared by dissolving in choloform. The chloroform was then evaporated with nitrogen gas and the solutions dried for 1 hour in a Schlenk apparatus (vacuum line). They were then rehydrated with 5 ml of 0.1 mM PBS (pH 7.0). Small unilamellar vesicles (SUV) were prepared by 3-4 cycles of freezing and heating the solution alternately with a water bath and liquid nitrogen. Small aliquots, 500 μl each, were prepared and stored in the freezer at -20 ° C. If necessary, the solutions were thawed and pressed 21 times with a hand-held extruder through a polycarbonate membrane with pores of 100 nm to produce small unilamellar lipid vesicles. These vesicles were used for lipid layer formation.
Herstellung von Liposomen aus einer Mischung von Phospholipid + GM1 + CholesterolPreparation of liposomes from a mixture of phospholipid + GM1 + cholesterol
Eine Stammlösung von 10 mM DOPC in Chloroform, 1 mg GM1 in 65 μl Chloroform: Methanol (6:1) wurde hergestellt. Von diesen Lösungen wurden spezifische Konzentrationen von DOPC + GM1 + Cholesterol Mischung (90% DOPC [0,01 mM], 0,5% GM1 [0,01 mM] und 9,5% Cholesterol [0,01 mM]) oder DOPC + GM1 (99,5% DOPC [0,01 mM], 0,5% GM1 [0,01 mM]) durch Auflösen in Chloroform hergestellt.A stock solution of 10 mM DOPC in chloroform, 1 mg GM1 in 65 μl chloroform: methanol (6: 1) was prepared. Of these solutions, specific concentrations of DOPC + GM1 + cholesterol mixture (90% DOPC [0.01 mM], 0.5% GM1 [0.01 mM], and 9.5% cholesterol [0.01 mM]) or DOPC + GM1 (99.5% DOPC [0.01 mM], 0.5% GM1 [0.01 mM]) by dissolution in chloroform.
Das Chloroform wurde dann mit Stickstoffgas evaporiert und die Lösungen für 1 Stunde in einer Schlenk-Apparatur (Schlenk-Line) getrocknet. Sie wurden dann mit 5 ml PBS (pH 7,0) rehydriert. SUVs wurden durch 3–4 Zyklen aus Einfrieren und Erhitzen der Lösung abwechselnd mit flüssigem Stickstoff und einem Wasserbad hergestellt. Kleine Aliquote, jeweils 500 μl, wurden vorbereitet und in der Gefriertruhe bei –20°C aufbewahrt. Bei Bedarf wurden die Lösungen aufgetaut und 21-mal mit einem handgeführten Extruder durch eine Polycarbonatmembran mit Poren von 100 nm gepresst, um kleine unilamellare Lipidvesikel zu erzeugen. Diese Vesikel wurden zur Lipidschichtbildung verwendet.The chloroform was then evaporated with nitrogen gas and the solutions dried for 1 hour in a Schlenk apparatus (Schlenk line). They were then rehydrated with 5 ml PBS (pH 7.0). SUVs were prepared by 3-4 cycles of freezing and heating the solution alternately with liquid nitrogen and a water bath. Small aliquots, 500 μl each, were prepared and stored in the freezer at -20 ° C. If necessary, the solutions were thawed and replaced with a hand-held extruder 21 times Polycarbonate membrane with pores of 100 nm pressed to produce small unilamellar lipid vesicles. These vesicles were used for lipid layer formation.
Substrat-Herstellung: Um die Substrate für die homöotrope Ausrichtung der LC zu beschichten, wurde eine DMOAP-Lösung durch Mischen von 250 ml Octadecyldimethyl(3-Trimethoxysilylpropyl)Ammoniumchlorid (60% in Methanol, AB 111261) und 150 ml deionisiertem Wasser (Millipore) hergestellt. In diese Lösung wurden die Glassubstrate eingetaucht und für etwa 5 Min. belassen. Nach dem Herausnehmen der Substrate aus der Lösung, wurden verbleibende Tropfen auf dem Substrat mit einer Luftpistole entfernt. Die Substrate wurden anschließend in einem Vakuumofen bei 100°C für 15 Min. getrocknet. Danach wurden Goldgitter auf das DMOAP-beschichtete Substrat aufgebracht und 2 μl LC auf jedes Goldgitter aufgetragen. Überschüssiges LC wurde durch Kapillaraktion mit einer Mikrospritzenspitze entfernt. Nachdem das Goldgitter mit LC imprägniert war, wurde das Substrat für 10 Min. in einen Ofen bei 50°C platziert. Die Ofentemperatur wurde über der nematischen bis isotropen Temperatur des LC gehalten, um eine uniform ausgerichtete LC zu realisieren. Die Objektträger mit den Goldgittern wurden dann unter dem Mikroskop betrachtet und jedes Goldgitter mit inkorrekter Ausrichtung des 5CB wurde aussortiert.Substrate Preparation: To coat the substrates for the homeotropic alignment of the LC, a DMOAP solution was prepared by mixing 250 ml of octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride (60% in methanol, AB 111261) and 150 ml of deionized water (Millipore). produced. Into this solution, the glass substrates were immersed and left for about 5 minutes. After removing the substrates from the solution, remaining drops on the substrate were removed with an air gun. The substrates were then dried in a vacuum oven at 100 ° C for 15 min. Gold bars were then applied to the DMOAP-coated substrate and 2 μl of LC applied to each gold grid. Excess LC was removed by capillary action with a microspray tip. After the gold grid was impregnated with LC, the substrate was placed in an oven at 50 ° C for 10 min. The oven temperature was maintained above the nematic to isotropic temperature of the LC to realize a uniformly aligned LC. The slides with the gold bars were then viewed under the microscope and any gold grid with incorrect alignment of the 5CB was sorted out.
Messung: Die kreuzpolarisierte Mikroskophelligkeit wurde wie folgt kalibriert: 100% Durchlässigkeit wurde eingestellt, wenn keine Probe vorhanden war und der Polarisator und der Analysator zueinander parallel standen. 0% Durchlässigkeit wurde eingestellt, wenn es keine Lichtquelle gab. Für die Messung wurden der Polarisator und der Analysator senkrecht zueinander gestellt, ohne dabei die Lichtintensität zu verändern. 5 μl Lipidlösung wurde auf das Goldgitter bei teilweise ausgerichteten 5CB aufgebracht und die Veränderung der Ausrichtung wurde dann beobachtet und aufgezeichnet. Im Falle einer Lipidlösung mit GM1 war die Lipidschicht(LL)-Bildung auf 5CB nach etwa 1–2 Minuten abgeschlossen. Andererseits benötigte die LL-Bildung aus einer Lösung mit DOPC, GM1 und Cholesterol mehr Zeit, etwa 8–10 Minuten, bis zum Abschluss. Nach Abschluss der Lipidschichtbildung auf der LC-Schicht (durch ein dunkleres Bild angezeigt), wurde das Goldgitter mit PBS gewaschen, um überschüssige Vesikel zu entfernen (Lipid mit oder ohne GM1 und/oder Cholesterol). Auf diese Lipidschicht wurden 2–5 μl CTB-Lösung (Toxin) in PBS (verschiedene Konzentrationen wie beispielsweise 5 μg/L, 10 μg/L usw.) hinzugefügt und die Veränderungen der LC-Ausrichtung wurde beobachtet und aufgezeichnet. Die Beobachtungen und Aufzeichnungen wurden anfangs kontinuierlich für 10–15 Min. durchgeführt, dann jeweils stündlich.Measurement: The cross-polarized microsphere brightness was calibrated as follows: 100% transmittance was set when no sample was present and the polarizer and analyzer were parallel to each other. 0% transmittance was set when there was no light source. For the measurement, the polarizer and the analyzer were placed perpendicular to each other, without changing the light intensity. 5 μl of lipid solution was applied to the gold grid at partially aligned 5CB and the change in orientation was then observed and recorded. In the case of a lipid solution with GM1, lipid layer (LL) formation on 5CB was completed in about 1-2 minutes. On the other hand, LL formation from a solution containing DOPC, GM1 and cholesterol required more time, about 8-10 minutes, to complete. Upon completion of lipid layer formation on the LC layer (indicated by a darker image), the gold grid was washed with PBS to remove excess vesicles (lipid with or without GM1 and / or cholesterol). To this lipid layer was added 2-5 μl of CTB solution (toxin) in PBS (various concentrations such as 5 μg / L, 10 μg / L, etc.) and the changes in LC alignment were observed and recorded. The observations and records were initially made continuously for 10-15 minutes, then every hour.
Ergebnisse und DiskussionResults and discussion
Aus der Molekularstruktur von GM1 (siehe
Wie aus
Detektion von Choleratoxin B (CTB): CTB wurde auf Lipid-LC-Schichten mit unterschiedlichen Mengen an GM1 aufgetragen, und es wurde beobachtet, ob eine Lichtdurchlässigkeitsveränderung aufgrund der Ausrichtungsveränderung der LC-Schicht auftritt. Es kann eine Veränderung der Ausrichtung der LC-Schicht beobachtet werden. Als ein Beispiel dienen die Bilder der Durchlässigkeitsveränderung im System, wobei 0,5% GM1 in die Lipidschicht eingebettet wurde, in
In einer natürlichen Umgebung ist bei einer gesunden Säugetier-Zellmembran Cholesterol in der Phospholipiddoppelschicht eingebettet. Basierend auf diesem Wissen wurden unterschiedliche Lipidvesikel mit 0,5% GM1 und unterschiedlichen Konzentrationen (10, 15 und 20 Gew.-%) Cholesterol hergestellt und dann verwendet, um Lipid-LC-Schichten mit diesen Lipidvesikel auf der LC-Schicht zu bilden. Wie aus
Ein Hinzufügen von CTB auf die Lipid-LC-Schichten mit eingebettetem GM1 und Cholesterol führte zu sehr deutlichen Veränderungen der Lichtdurchlässigkeit, siehe
Wirkung des Cholesterols: Um die Rolle des Cholesterols bei unserer Detektion zu begreifen, wurden Paralleltests durchgeführt, bei welchen die Geschwindigkeit der CTB-Detektion bei Anwesenheit und Abwesenheit von Cholesterol ermittelt wurde. Es läßt sich aus den Bildern (siehe
Während der Tests wurde sichtbar, dass CTB seine Aktivität mit der Zeit verliert, und in diesem Falle konnte keine Veränderung der Lichtdurchlässigkeit beobachtet werden. Sobald jedoch eine frische CTB-Charge verwendet wird, ist die Lichtdurchlässigkeitsveränderung (aufgrund der LC-Ausrichtungsänderung) aufgrund der CTB-GM1-Interaktion wieder feststellbar.During the tests, it became apparent that CTB loses its activity over time, and in this case, no change in light transmission was observed. However, once a fresh CTB batch is used, the translucency change (due to the LC orientation change) due to the CTB-GM 1 interaction is detectable again.
BEISPIEL 2: Ein Polarisator/Hintergrund-beleuchtungsfreier farbdotierter LC-basierter SensorEXAMPLE 2: A polarizer / background-illumination-free, color-doped LC-based sensor
Dieses Beispiel bezieht sich auf einen LC-basierten Sensor, bei dem dichroitische Farbstoffe in die LC-Mischung inkorporiert wurden, so dass keine Polarisatoren und Hintergrundbeleuchtung erforderlich sind (polarisatorfreier und hintergrundbeleuchtungsfreier farbdotierter LC-basierter Sensor).This example refers to an LC-based sensor in which dichroic dyes were incorporated into the LC mixture so that no polarizers and backlight are required (polarizer-free and backlight-free, color-doped LC-based sensor).
Verwendete Materialien:Used material:
- Ziel-Additiva: 1 mM DOPC-Lipid (1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin): Das Zielmolekül kann auch mit zusätzlichen Dotanden/Zusätzen wie beispielsweise Cholesterol, Enzymen usw. gemischt werden, so lange es fähig bleibt, die LC-Ausrichtung an der Lösung-LC-Grenzfläche zu verändern.Target Additive: 1 mM DOPC Lipid (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine): The target molecule can also be mixed with additional dopants / additives such as cholesterol, enzymes, etc., as long as it remains capable of to change the LC alignment at the solution LC interface.
-
Gold Grid: 300 Mesh (Pitch 75 μm) von Plano. Das Goldgitter kann unterschiedlich groß sein, größere Gitter sind jedoch anfällig für Wasser-Disruption und kleinere benötigen einen längeren Zeitraum für die Bildung einer Lipidschicht (LL). Wir können auch Glaswells verwenden, wobei ein Beispiel für mit farbdotiertem LC gefüllte Glaswells in
9 gegeben ist.Gold Grid: 300 mesh (pitch 75 μm) from Plano. The gold lattice can vary in size, but larger lattices are prone to water disruption and smaller ones take longer to form a lipid layer (LL). We can also use Glaswells, an example of glass-filled wells filled with color-doped LC in9 given is. - PBS-Pufferlösung: [Phosphatgepufferte Saline mit einem pH-Wert von 7,4]. Die Lösung ist nicht auf die PBS-Lösung beschränkt, da es sich um alles handeln kann wie beispielsweise Wasser mit unterschiedlichen pH-Werten, TBS (Tris-gepufferte Saline) usw.PBS buffer solution: [phosphate buffered saline with a pH of 7.4]. The solution is not limited to the PBS solution, as it can be anything, such as water with different pH, TBS (Tris-buffered saline), etc.
- 5CB: Einzelkomponenten-LC mit positiver dielektrische Anisotropie (positive LC) von Aldrich.5CB: single component LC with positive dielectric anisotropy (positive LC) from Aldrich.
- Dichroitischer Farbstoff: D2 (roter Azofarbstoff von MercK) und B3 (Black-3 dichroitische Farbstoffmischung von Mitsubishi Chemical) wurden verwendet.Dichroic Dye: D2 (red azo dye from MercK) and B3 (Black-3 dichroic dye mixture from Mitsubishi Chemical) were used.
- Polyimid(PI)-beschichtete interdigitale Elektrodensubstrate wurden von EHC, Japan, bezogen.Polyimide (PI) -coated interdigital electrode substrates were purchased from EHC, Japan.
- DMOAP(Octadecyldimethyl(3-trimethoxysilylpropyl)-Ammoniumchlorid): Induziert eine homöotrope Ausrichtung der Flüssigkristalle.DMOAP (Octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride): Induces homeotropic alignment of the liquid crystals.
Probenvorbereitung:Sample preparation:
Substrat:substrate:
- 1. Behandeln des Substrats mit Ozonplasma (0,1 mbar O2, 100 W, 1 Min), um eine Reaktion mit dem Silan auszulösen.1. Treat the substrate with ozone plasma (0.1 mbar O 2 , 100 W, 1 min) to initiate a reaction with the silane.
- 2. Eintauchen des Substrats in eine Silanlösung für mehr als 5 Min.2. Immerse the substrate in a silane solution for more than 5 minutes.
- 3. Wegblasen der Lösung auf den Substraten mit einer Luftpistole und Trocknen dieser in einem Vakuumofen bei 100°C für 15 Min.. Dann die Substrate herausnehmen und auf Zimmertemperatur abkühlen lassen.3. Blow off the solution on the substrates with an air gun and dry it in a vacuum oven at 100 ° C for 15 min. Then remove the substrates and allow to cool to room temperature.
- 4. Platzieren des Goldgitters auf die Substrate, wo sich IDEs befinden.4. Place the gold grid on the substrates where IDEs are located.
- 5. Aufbringen von 2 μl 5CB auf das Goldgitter und Entfernen von überschüssigem LC durch Kapillarfüllung in einer Mikrospritzenspitze.5. Apply 2 μl of 5CB to the gold mesh and remove excess LC by capillary filling in a microsyringe tip.
- 6. Platzieren des Substrats für 10 Min. in einen Ofen bei 50°C. Die Ofentemperatur sollte über der nematischen bis isotropen Temperatur der LC-Schicht gehalten werden, um eine gleichmäßige, homöotrop ausgerichtete LC-Schicht zu realisieren.6. Place the substrate in an oven at 50 ° C for 10 min. The oven temperature should be kept above the nematic to isotropic temperature of the LC layer to realize a uniform, homeotropically aligned LC layer.
Lipidlösung: Kleine unilamellare Lipidvesikel wurden durch das Filtern von 500 μL Lipidlösung (1 mM in PBS) durch einen Filter mit Poren von 50 nm mithilfe eines handgeführten Extruder hergestellt.Lipid Solution: Small unilamellar lipid vesicles were prepared by filtering 500 μL of lipid solution (1 mM in PBS) through a filter with pores of 50 nm using a hand-held extruder.
Messung:Measurement:
- 1. Zur Messung mit Polarisatoren, kalibrieren der kreuzpolarisierten Mikroskophelligkeit. 100% Durchlässigkeit wurde eingestellt, wenn keine Probe vorhanden war und der Polarisator und der Analysator zueinander parallel standen. 0% Durchlässigkeit wurde eingestellt, wenn es keine Lichtquelle gab. Für eine Messung ohne Polarisatoren wurde die Kalibrierung so eingestellt, dass 100% Durchlässigkeit eingestellt wurde, wenn kein Polarisator und keine Probe da waren.1. For measurement with polarizers, calibrate the cross-polarized microscopic nature. 100% transmittance was set when no sample was present and the polarizer and analyzer were parallel to each other. 0% transmittance was set when there was no light source. For a measurement without polarizers, the calibration was set to 100% transmittance when no polarizer and no sample were present.
- 2. Anschließen der elektrischen Kontakte an die Probe und platzieren dieser auf dem Mikroskoptisch.2. Connect the electrical contacts to the sample and place it on the microscope stage.
- 3. Beginnen mit Fotoaufnahmen und Messen der Intensität.3. Start with taking pictures and measuring the intensity.
- 4. Applizieren von 5 μl Lipidlösung.4. Apply 5 μl lipid solution.
- 5. Wenn sich eine stabile Lipidschicht gebildet hat, verschiedene Wechselspannungen mit Rechtecksignal („square signal”) anlegen. (Das Signal kann eine sinusförmige/dreieckförmige Welle sein)5. When a stable lipid layer has formed, apply different AC voltages with a square signal. (The signal may be a sinusoidal / triangular wave)
Ergebnisse und Diskussion Results and discussion
Vor der Applikation der Lipidlösung erscheint die LC-Schicht zwischen den Kreuzpolarisatoren grau und farbig ohne die Polarisatoren. Bei der Applikation der Lipidlösung wird die LC-Schicht dunkler (mit Polarisatoren)/heller (ohne Polarisatoren). Das liegt an der induzierten homöotropen Ausrichtung an der Lösung-LC-Grenzfläche aufgrund der Lipid-LC-Schichtbildung. Sobald die Durchlässigkeitsveränderung aufhört (wenn die Bildung der Lipid-LC-Schicht abgeschlossen ist), wurde eine Spannung angelegt und die Messungen von Durchlässigkeit gegenüber Zeit fortgesetzt.Before applying the lipid solution, the LC layer between the cross polarizers appears gray and colored without the polarizers. When applying the lipid solution, the LC layer becomes darker (with polarizers) / lighter (without polarizers). This is due to the induced homeotropic alignment at the solution LC interface due to lipid LC layer formation. Once the transmission change ceases (when the formation of the lipid LC layer is complete), a voltage was applied and the permeability versus time measurements continued.
Vor den Messungen wurde das Flüssigkristall (5CB) mit 3 Gew.-% dichroitischem Farbstoff dotiert. Das bedeutet, dass die Sensorkomponente des Systems in diesem Beispiel das mit dichroitischem Farbstoff dotierte LC ist.
Es ist auch möglich, einen Fluoreszenzfarbstoff oder fluoreszierend markierte LC zu verwenden, um einen polarisatorfreien LC-Sensor zu erhalten.It is also possible to use a fluorescent dye or fluorescently labeled LC to obtain a polarizer-free LC sensor.
Wir offenbaren hier die Verwendung von dichroitischen Farbstoffen für einen LC-basierten Sensor, der keine Polarisatoren, Mikroskope oder Hintergrundbeleuchtung benötigt.We disclose here the use of dichroic dyes for an LC-based sensor that does not require polarizers, microscopes or backlighting.
BEISPIEL 3: Beschleunigung der LC-Sensorreaktionszeit durch Anlegen eines elektrischen FeldesEXAMPLE 3: Acceleration of LC sensor response time by application of an electric field
Dieses Beispiel steht in Bezug zu einem LC-basierten Sensor wie in Beispiel 2 beschrieben, wobei die angelegte Spannung eine AC 20 V Rechteckspannung ist („sqare wave”).This example is related to an LC-based sensor as described in Example 2, where the applied voltage is an AC 20V square-wave voltage.
Versuchsbedingungen:Test conditions:
- – LC: 5CB (kein Farbstoff)LC: 5CB (no dye)
- – Gold Grid: 300 Mesh- Gold Grid: 300 mesh
- – Lösung: 0,5 mM DOPC. 50% verdünnte PLA1 (Phospholipase A1).Solution: 0.5 mM DOPC. 50% diluted PLA1 (phospholipase A1).
- – Substrat:Substrate:
- • IDE (interdigitale Elektrode), rotationsbeschichtet durch 100 nm SU8 Passivierungsschicht, gefolgt von der DMOAP-Oberflächenbehandlung.IDE (interdigital electrode), spin coated through 100 nm SU8 passivation layer, followed by DMOAP surface treatment.
- • Vorgehensweise für die Herstellung: Glühen (125°C, 30 Min.) → O2 Plasma → SU8 (10/25%) Beschichtung → O2 Plasma → DMOAP → Glühen (50°C, 15 Min.)• Procedure for the preparation: Annealing (125 ° C, 30 min.) → O 2 plasma → SU8 (10/25%) coating → O 2 plasma → DMOAP → annealing (50 ° C, 15 min.)
- – Angelegte Spannung: AC 20 V Rechteckspannung (andere Wellenformen wie beispielsweise dreieckig/sinusförmig sind ebenfalls möglich)- Applied voltage: AC 20V square wave (other waveforms such as triangular / sinusoidal are also possible)
Um die Lipidschichtbildung und die Enzymreaktionszeiten zu vergleichen wurde ein Verfahren mit den in
BEISPIEL 4EXAMPLE 4
Die Erfinder stellten Flüssigkristall-Lipidschichten, wie allgemein bereits in der früheren Patentanmeldung
Verwendete Materialien:Used material:
- Lipidvesikel: Vesikel aus DOPC-Lipid (1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin) oder Lipopolysacchariden (LPS).Lipid vesicles: Vesicles of DOPC lipid (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) or lipopolysaccharides (LPS).
- Gold Grid: 150 Mesh (Pitch 165 μm) von Plano. Das Goldgitter kann unterschiedlich groß sein, größere Gitter sind jedoch anfällig für Wasser-Disruption und kleinere benötigen einen längeren Zeitraum für die Bildung einer Lipidschicht (LL).Gold Grid: 150 mesh (pitch 165 μm) from Plano. The gold lattice can vary in size, but larger lattices are prone to water disruption and smaller ones take longer to form a lipid layer (LL).
- Hinweis: Anstelle von Goldgitter können auch andere Reaktionskammern wie beispielsweise Glas- oder Kunststoffwells verwendet werden.Note: Instead of gold mesh, other reaction chambers such as glass or plastic wells can be used.
- PBS-Pufferlösung: (Phosphatgepufferte Saline mit einem pH-Wert von 7,4). Die Lösung ist nicht auf die PBS-Lösung beschränkt, da es sich um alles handeln kann wie beispielsweise Wasser mit unterschiedlichen pH-Werten, TBS (Tris-gepufferte Salzlösung) usw.PBS buffer solution: (Phosphate-buffered saline with a pH of 7.4). The solution is not limited to the PBS solution, as it can be anything, such as water with different pH, TBS (Tris-buffered saline), etc.
- Flüssigkristalle: 5CB von Aldrich. Flüssigkristalle sind ebenfalls nicht auf 5CB beschränkt, sondern können alle Moleküle sein, die fähig sind, eine Flüssigkristallphase aufzuweisen.Liquid crystals: 5CB from Aldrich. Liquid crystals are also not limited to 5CB, but may be any molecule capable of having a liquid crystal phase.
- DMOAP (Octadecyldimethyl(3-trimethoxysilylpropyl)Ammoniumchlorid): induziert eine homöotrope Ausrichtung der Flüssigkristalle.DMOAP (octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride): induces homeotropic alignment of the liquid crystals.
Herstellung von Liposomen (unilamellare Vesikel):Preparation of liposomes (unilamellar vesicles):
Liposome (Lipidvesikel) werden gebildet, wenn dünne Lipidfilme hydratisiert werden und Stapel von Flüssigkristalldoppelschichten fluid werden und anschwellen. Die hydratisierten Lipiddünnschichten lösen sich während Agitation ab und schließen sich selbst zu großen, multilamellaren Vesikel (LMV) zusammen, die eine Interaktion des Wassers mit dem Kohlenwasserstoffkern der Doppelschicht an der Rändern verhindert. Wenn sich diese Partikel gebildet haben, wird Energiezufuhr in Form von Schallenergie (Sonikation) oder mechanischer Energie (Extrusion) für die Verkleinerung der Partikel benötigt. Die allgemeinen Elemente des Vorgangs schließen die Vorbereitung des Lipids auf die Hydratisierung, die Hydratisierung mit Agitation und die Größenanpassung für eine homogene Vesikelverteilung ein.Liposomes (lipid vesicles) are formed when thin lipid films become hydrated and stacks of liquid crystal bilayers become fluid and swell. The hydrated lipid thin films dissolve during agitation and self-assemble into large, multilamellar vesicles (LMV) that prevent interaction of the water with the hydrocarbon core of the bilayer at the edges. When these particles have formed, energy input in the form of sonic energy (sonication) or mechanical energy (extrusion) is required for the particle size reduction. The general elements of the process include preparation of the lipid for hydration, hydration with agitation, and sizing for a homogeneous vesicle distribution.
Bei der Herstellung von Liposomen mit gemischer Lipidzusammensetzung müssen die Lipide zuerst aufgelöst und in einem organischen Lösungsmittel gemischt werden, um eine homogene Lipidmischung sicherzustellen. Bei größeren Volumen sollte das organische Lösungsmittel durch Rotationsverdampfen entfernt werden, wobei ein dünner Lipidfilm an den Seiten eines Rundkolbens resultiert. Bei der Lipidextrusion handelt es sich um eine Technik, bei der eine Lipidsuspension durch einen Polycarbonatfilter gedrängt wird, der über eine bestimmte Porengröße verfügt, um Partikel mit etwa der Porengröße des verwendeten Filters zu erhalten. Vor der Extrusion durch die endgültige Porengröße, werden LMV-Suspensionen unterbrochen, entweder durch mehrmalige Einfrier- und Auftau-Zyklen oder durch ein Vorfiltern der Suspension durch größere Porengrößen (typischerweise 0,2 μm–1,0 μm). Dieses Verfahren hilft, ein Faulen der Membrane zu verhinder, und verbessert die Homegenität der Größenverteilung in der finalen Suspension.In preparing liposomes with a mixed lipid composition, the lipids must first be dissolved and mixed in an organic solvent to ensure homogeneous lipid mixing. For larger volumes, the organic solvent should be removed by rotary evaporation, resulting in a thin lipid film on the sides of a round bottom flask. Lipid extrusion is a technique in which a lipid suspension is forced through a polycarbonate filter having a certain pore size to obtain particles of about the pore size of the filter used. Prior to extrusion through the final pore size, LMV suspensions are disrupted, either by repeated cycles of freezing and thawing, or by pre-filtering the suspension through larger pore sizes (typically 0.2 μm-1.0 μm). This method helps prevent fouling of the membrane and improves the homegenicity of the size distribution in the final suspension.
In einer typischen Vorgehensweise wurde eine Stammlösung von 10 mM DOPC (1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholin) in Chloroform hergestellt. Aus dieser Lösung wurden verschiedene molare Konzentrationen von DOPC (0,01 mM, 0,1 mM, 1 mM) durch Auflösen in Choloform hergestellt. Das Chloroform wurde dann mit Stickstoffgas verdampft und die Lösungen für 1 Stunde in einer Schlenk-Line (Vakuum-Line) getrocknet. Sie wurden dann mit 5 ml 0,1 mM PBS (pH 7,0) rehydratiert. Kleine unilamellare Vesikel (SUV) wurden durch 3–4 Zyklen aus Einfrieren und Erhitzen der Lösung abwechselnd mit einem Wasserbad und flüssigem Stickstoff hergestellt. Kleine Aliquote, jeweils 500 μl, wurden vorbereitet und in der Gefriertruhe bei –20°C aufbewahrt. Bei Bedarf wurden die Lösungen aufgetaut und 21-mal mit einem handgeführten Extruder durch eine Polycarbonatmembran mit Poren von 100 nm gepresst, um kleine unilamellare Lipidvesikel zu erzeugen. Diese Vesikel wurden zur Lipidschichtbildung verwendet.In a typical procedure, a stock solution of 10 mM DOPC (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) in chloroform was prepared. From this solution, various molar concentrations of DOPC (0.01 mM, 0.1 mM, 1 mM) were prepared by dissolving in choloform. The chloroform was then evaporated with nitrogen gas and the solutions dried for 1 hour in a Schlenk line (vacuum line). They were then rehydrated with 5 ml of 0.1 mM PBS (pH 7.0). Small unilamellar vesicles (SUV) were prepared by 3-4 cycles of freezing and heating the solution alternately with a water bath and liquid nitrogen. Small aliquots, 500 μl each, were prepared and stored in the freezer at -20 ° C. If necessary, the solutions were thawed and pressed 21 times with a hand-held extruder through a polycarbonate membrane with pores of 100 nm to produce small unilamellar lipid vesicles. These vesicles were used for lipid layer formation.
Substrat-Herstellung:Substrate Preparation:
Um die Substrate für die homöotrope Ausrichtung der LC zu beschichten, wurde eine DMOAP-Lösung durch Mischen von 250 ml Octadecyldimethyl(3-Trimethoxysilylpropyl)Ammoniumchlorid (60% in Methanol, AB 111261) und 150 ml deionisiertem Wasser (Millipore) hergestellt. In diese Lösung wurden die Glassubstrate eingetaucht und für etwa 5 Min. belassen. Nach dem Herausnehmen der Substrate aus der Lösung, wurden verbleibende Tropfen auf dem Substrat mit einer Luftpistole entfernt. Die Substrate wurden anschließend in einem Vakuumofen bei 100°C für 15 Min. getrocknet. Danach wurden Goldgitter auf das DMOAP-beschichtete Substrat aufgebracht und 2 μl LC auf jedes Goldgitter aufgetragen. Überschüssiges LC wurde durch Kapillaraktion mit einer Mikrospritzenspitze entfernt. Nachdem das Goldgitter mit LC imprägniert war, wurde das Substrat für 10 Min. in einen Ofen bei 50°C platziert. Die Ofentemperatur wurde über der nematischen bis isotropen Temperatur der LC-Schicht gehalten, um eine uniform ausgerichtete LC zu realisieren. Die Objektträger mit den Goldgittern wurden dann unter dem Mikroskop betrachtet und jedes Goldgitter mit inkorrekter Ausrichtung des 5CB wurde aussortiert.To coat the substrates for the homeotropic alignment of the LC, a DMOAP solution was prepared by mixing 250 ml of octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride (60% in methanol, AB 111261) and 150 ml of deionized water (Millipore). Into this solution, the glass substrates were immersed and left for about 5 minutes. After removing the substrates from the solution, remaining drops on the substrate were removed with an air gun. The substrates were then dried in a vacuum oven at 100 ° C for 15 min. Gold bars were then applied to the DMOAP-coated substrate and 2 μl of LC applied to each gold grid. Excess LC was removed by capillary action with a microspray tip. After the gold grid was impregnated with LC, the substrate was placed in an oven at 50 ° C for 10 min. The oven temperature was above the nematic to isotropic temperature of the LC layer held to realize a uniformly aligned LC. The slides with the gold bars were then viewed under the microscope and any gold grid with incorrect alignment of the 5CB was sorted out.
Herstellung von LC-LPS-Scichten:Production of LC-LPS coatings:
In einer anderen Versuchsanordnung wurden Lipopolysaccharide (LPS) statt der Lipidvesikel verwendet und Flüssigkristall-LPS-Schichten hergestellt. LPS-Schichten richteten sich selbst wie die DOPC oben auf den Flüssigkristallen aus, wobei die LC-LPS-Schichtbildung wiederum über die Veränderung der Lichtdurchlässigkeit verfolgt werden konnte. Für einen typischen Versuch zur Bildung einer LC-LPS-Schicht wurde eine Lösung von 1 mg/mL LPS in Wasser vorbereitet und aus dieser Lösung etwa 3–5 μL zu LC (5CB) hinzugefügt, was zu einer homöotropen Ausrichtung des 5CB in etwa 1 Min. führte.In another experiment, lipopolysaccharides (LPS) were used instead of the lipid vesicles and liquid crystal LPS layers were prepared. LPS layers aligned themselves like the DOPC on top of the liquid crystals, whereby the LC-LPS layer formation could be followed again by the change of the light transmission. For a typical attempt to form an LC-LPS layer, a solution of 1 mg / mL LPS in water was prepared and from this solution added about 3-5 μL to LC (5CB) resulting in a homeotropic alignment of the 5CB in about 1 Min. Led.
Messung:Measurement:
Die kreuzpolarisierte Mikroskophelligkeit wurde wie folgt kalibriert: 100% Durchlässigkeit wurde eingestellt, wenn keine Probe vorhanden war und der Polarisator und der Analysator zueinander parallel standen. 0% Durchlässigkeit wurde eingestellt, wenn es keine Lichtquelle gab. Für die Messung wurden der Polarisator und der Analysator senkrecht zueinander gestellt, ohne dabei die Lichtintensität zu verändern. 5 μl Lipidlösung oder 3–5 μl LPS wurden auf das Goldgitter bei teilweise ausgerichteten 5CB aufgebracht und die Veränderung der Ausrichtung wurde dann beobachtet und aufgezeichnet. Im Falle von Lipid war die Bildung auf 5CB in wenigen Sekunden abgeschlossen. Im Falle von LPS war die Bildung auf 5CB in etwa 1 Min. abgeschlossen. Nach dem Abschluss der Lipid- oder LPS-Schichtbildung auf der LC-Schicht (durch ein dunkleres Bild angezeigt), wurde das Goldgitter mit PBS gewaschen, um überschüssige Vesikel oder LPS zu entfernen. Zu dieser Lipid- oder LPS-Schicht wurden Lipaseproben oder Zellproben, wie beispielsweise Überstand von Zellkulturen (behandelt oder unbehandelt, um Zellsterben/-beschädigung, wie unten beschrieben, zu verursachen) hinzugefügt und die Veränderung der LC-Ausrichtung beobachtet und aufgezeichnet.The cross-polarized microsphere brightness was calibrated as follows: 100% transmittance was adjusted when no sample was present and the polarizer and analyzer were parallel to each other. 0% transmittance was set when there was no light source. For the measurement, the polarizer and the analyzer were placed perpendicular to each other, without changing the light intensity. 5 μl of lipid solution or 3-5 μl of LPS was applied to the gold grid at partially aligned 5CB and the change in orientation was then observed and recorded. In the case of lipid, formation on 5CB was completed in a few seconds. In the case of LPS, formation was completed on 5CB in about 1 min. Upon completion of lipid or LPS layering on the LC layer (indicated by a darker image), the gold mesh was washed with PBS to remove excess vesicles or LPS. To this lipid or LPS layer were added lipase samples or cell samples such as cell culture supernatant (treated or untreated to cause cell death / damage as described below) and the change in LC alignment observed and recorded.
BEISPIEL 5EXAMPLE 5
Die Erfinder führten verschiedene Arten von Versuchen durch, um zu zeigen, dass die Flüssigkristall-basierte Sensorvorrichtung so funktioniert/sich so verhält wie beansprucht. Diese Versuche waren dazu angelegt, die Zellen abzutöten, um die Lipasen freizusetzen. Die zur Zellabtötung und zum Anzeigen von Zytotoxizität ausgewählten Verfahren waren
- A) Einfrieren/Auftauen
- B) Na-Azid-Behandlung
- C) Paracetamol-Behandlung.
- A) freeze / thaw
- B) Na-azide treatment
- C) paracetamol treatment.
Die Erfinder verwendeten drei verschiedene Arten von Zellen: P-19-Zellen, HepG2-Zellen und pancreatische Zellen. Weitere Details sind nachfolgend gegeben.The inventors used three different types of cells: P-19 cells, HepG2 cells and pancreatic cells. Further details are given below.
BEISPIEL 5A) Einfrieren/Auftauen (Lyse der Zellmembran)EXAMPLE 5A) Freezing / Thawing (Lysis of Cell Membrane)
Im folgenden Beispiel wurden HepG2-Zellen verwendet, die gemäß standardisierten Zellkultivierungsverfahren kultiviert wurden.The following example uses HepG2 cells cultured according to standard cell culture techniques.
Die folgende Prozedur wird dann auf die frisch kultivierten und gesunden Zellen angewendet, um eine Freisetzung von Lipase als ein Ergebnis der Lyse zu erreichen.
- 1. Nach der Trypsinierung werden 5 × 200 μL von Zellproben (300.000 Zellen/mL) gesammelt und in separaten Fläschchen gelagert.
- 2. Diese Proben wurden in flüssigem Stickstoff eingefroren, dann in einem Wasserbad (37°C) aufgetaut, erneut eingefroren, dann wieder im Wasserbad aufgetaut, und zwar 2, 4, 6, 8
und 10 mal. - 3. Die Proben wurden dann weiterhin für 5 Minuten bei 37°C in einem Ultraschallbad gehalten. Der Ultraschallschritt wurde ausgeführt, um reproduzierbare Ergebnisse für die Lipasendetektion zu erreichen, da durch die Anwendung von Ultraschall (auf tote Zellen) die Lipasen dann vollständig in das Medium freigesetzt werden. Wir haben bereits gezeigt, dass, wenn eine lebende Zellen enthaltende Probe einer Ultraschallbehandlung unterzogen wird, keine Lipasefreisetzung beobachtet wird, was bedeutet, dass die Ultraschallbehandlung keine Zelllyse verursacht.
- 4. 20 μL der Zellprobe wird gesammelt, um sie
mit 20 μL Trypanblau zu färben (0,4%), Verhältnis 1:1. Die Färbung mit Typanblau im Verhältnis 1:1 ermöglicht die Identifizierung toter Zellen. Die lebenden Zellen werden durch Trypanblau nicht gefärbt, die toten Zellen werden jedoch dunkel verfärbt (siehe13A ). Dieser Schritt war ein Kontrollschritt, um zu zeigen, dass alle Zellen abgetötet wurden. - 5. Die verbleibenden Zellproben werden 5 Minuten bei 3.500 U/min zentrifugiert.
- 6. Der Überstand der zentrifugierten Proben wird gesammelt.
- 7. Lipasenaktivität wird dann
durch Hinzufügen von 5 μL des Überstands oben auf die LC-Lipidschicht analysiert.
- 1. After trypsinization, 5 x 200 μL of cell samples (300,000 cells / mL) are collected and stored in separate vials.
- 2. These samples were frozen in liquid nitrogen, then thawed in a water bath (37 ° C), refrozen, then thawed again in the water bath, 2, 4, 6, 8 and 10 times.
- 3. The samples were then further held for 5 minutes at 37 ° C in an ultrasonic bath. The ultrasound step was performed to achieve reproducible results for lipase detection, since the application of ultrasound (to dead cells) then completely releases the lipases into the medium. We have already shown that when a sample containing living cells is subjected to ultrasound treatment, no lipase release is observed, which means that the ultrasound treatment does not cause cell lysis.
- 4. 20 μL of the cell sample is collected to stain with 20 μL trypan blue (0.4%), 1: 1 ratio. Coloring with Typan Blue in the ratio 1: 1 allows the identification of dead cells. The living cells are not stained by trypan blue, but the dead cells are darkened (see
13A ). This step was a control step to show that all cells were killed. - 5. Centrifuge the remaining cell samples for 5 minutes at 3500 rpm.
- 6. The supernatant of the centrifuged samples is collected.
- 7. Lipase activity is then analyzed by adding 5 μL of the supernatant on top of the LC-lipid layer.
Die Bilder in
BEISPIEL 5B) Na-Azid-BehandlungEXAMPLE 5B) Na azide treatment
Na-Azid ist eine bekannte toxische Verbindung, und die von uns durchgeführten Versuche zielten darauf, die Zellen mit Hilfe von Na-Azid abzutöten, und darauf, den toxischen Effekt des Na-Azids über die aus den Zellen freigesetzten Lipasen nachzuweisen.Na azide is a known toxic compound, and our experiments aimed to kill the cells with Na azide and to detect the toxic effect of Na azide on the lipases released from the cells.
Zuerst einmal, um sicherzugehen, dass Na-Azid die Lipasen nicht deaktiviert, führten wir Kontrollversuche durch, bei denen wir verschiedene Lipasen mit Na-Azid inkubierten. Für diese Versuche verwendeten wir 0,5 mg in 100 mL Wasser aufgelöstes Na-Azid, das hier als 0,5% Na-Azid bezeichnet wird. Die Versuche verliefen wie folgt:
- 1) Wir inkubierten 30 μl Phospholipase A1 (PLA1)
mit 30 0,5% Na-Azid-Lösung bei 37°C für 24 Stunden.μl - 2) In einem anderen Versuch werden 20
μl einer 30 µM Phospholipase C (PLC) (in PBS-Lösung)mit 20 0,5% Na-Azid-Lösung bei 37°µl einer für 24 Stunden inkubiert. - 3) In einem abschließenden Versuch mischten wir 10 µl Phospholipase A1, 10
µl 30 µM Phospholipase C (in Lösung) und 10µl 100 nM Phospholipase D (PLD) (in Na-Azetat-Puffer) und inkubierten diese Mischung erneut bei 37°C für 24Stunden mit 30 0,5% Na-Azid (Lipasemischung).µl
- 1) We incubated 30 μl of phospholipase A1 (PLA1) with 30 μl of 0.5% Na-azide solution at 37 ° C for 24 hours.
- 2) In another experiment, 20 μl of a 30 μM phospholipase C (PLC) (in PBS solution) is incubated with 20 μl of a 0.5% Na-azide solution at 37 ° for 24 hours.
- 3) In a final experiment, we mixed 10 μl of phospholipase A1, 10 μl of 30 μM phospholipase C (in solution) and 10 μl of 100 nM phospholipase D (PLD) (in Na acetate buffer) and incubate this mixture again at 37 ° C for 24 hours with 30 μl of 0.5% Na azide (lipase mixture).
Wie aus den polarisierten Mikroskopaufnahmen in
Nach diesen Versuchen führten wir Toxizitätstests mit HepG2-Zellen, P-19-Zellen und pancreatischen Zellen durch, wobei diese Zellen mit 0,5% Na-Azid über verschiedene Zeiträume hinweg inkubiert wurden.
Die Zellen, sowohl in der Kontrollplatte als auch in der Na-Azid-Platte, wurden für 2, 4 und 24 Stunden inkubiert. Zum Ablauf jeder Zeitspanne wurden jedem Zellwell 60 μl Lösung entnommen, die dann für 5 Minuten bei 37°C in einem Ultraschallbad verblieb. Ein Aliquot dieser Lösung wurde zur Färbung mit Trypanblau verwendet, um das Vorhandensein toter Zellen zu zeigen. Die Restlösung wurde zentrifugiert. 5 μl Überstand wurde aus der zentrifugierten Mischung entnommen und auf den LC-basierten Assay getropft. Wie auf den polarisierten Mikroskopbildern zu sehen (
BEISPIEL 5C) Paracetamol-BehandlungEXAMPLE 5C) Paracetamol Treatment
Den oben dargelegten Na-Azid-Tests sehr ähnliche Versuche wurden durchgeführt:
- (1) mit verschiedenen Paracetamol-Konzentrationen
- • 0,15 mg Paracetamol in 100 mL Wasser (0,15% Paracetamol)
- • 0,10 mg Paracetamol in 100 mL Wasser (0,10% Paracetamol)
- • 0,05 mg Paracetamol in 100 mL Wasser (0,05% Paracetamol)
- • 0,025 mg Paracetamol in 100 mL Wasser (0,025% Paracetamol)
- (2) unter Verwendung unterschiedlicher Zellen;
- • HepG2-Zellen
- • P19-Zellen
- • Pancreatische Zellen
- (1) with different paracetamol concentrations
- 0.15 mg paracetamol in 100 mL water (0.15% paracetamol)
- • 0.10 mg paracetamol in 100 mL water (0.10% paracetamol)
- • 0.05 mg paracetamol in 100 mL water (0.05% paracetamol)
- • 0.025 mg paracetamol in 100 mL water (0.025% paracetamol)
- (2) using different cells;
- HepG2 cells
- • P19 cells
- • Pancreatic cells
Wie den folgenden Beispielen entnommen werden kann, wurde erneut die hohe Empfindlichkeit der LC-basierten Tests beim Detektieren von Zellsterben/-beschädigung über die Lipasenfreisetzung bewiesen.As can be seen from the following examples, the high sensitivity of the LC-based assays was again demonstrated in detecting cell death / damage via lipase release.
Das in
Die in
In
Zeile 1) das LC-Material (5CB);
Zeile 2) die Lipidschicht (DOPC-Schicht), die sich auf dem LC-Material (5CG-DOPC) bildet;
Zeile 3) die Wirkung der Lipasen, die nach der Inkubation von 3.000 bis 100.000 HeopG2-Zellen mit 0,05% Paracetamol für lediglich eine halbe Stunde freigesetzt wurden (Lipasendetektion).In
Line 1) the LC material (5CB);
Line 2) the lipid layer (DOPC layer) formed on the LC material (5CG-DOPC);
Line 3) the effect of the lipases released after incubation of 3,000 to 100,000 HeopG2 cells with 0.05% paracetamol for only half an hour (lipase detection).
Da wir kein Paracetamol in der Kontrollplatte haben, erwarten wir keine Lipasendetektion aus den Proben, die von dieser Platte entnommen wurden (
Daher offenbart und beschreibt die voranstehende Diskussion lediglich beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung. Wie der Fachmann verstehen wird, kann die vorliegende Offenbarung in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne dass vom Geist oder von wesentlichen Eigenschaften der Offenbarung abgewichen wird. Entsprechend dient die Offenlegung gemäß der vorliegenden Offenbarung der Illustration, ohne jedoch den Umfang der Offenbarung sowie anderer Ansprüche einzuschränken. Die Offenbarung, einschließlich gut erkennbarer Varianten der hierin enthaltenen Lehren, definiert teilweise den Umfang der vorangehenden Anspruchsterminologie derart, dass kein erfinderischer Gegenstand für die Öffentlichkeit gedacht ist.Therefore, the foregoing discussion discloses and describes merely exemplary embodiments of the present disclosure. As those skilled in the art will appreciate, the present disclosure may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics of the disclosure. Accordingly, the disclosure in accordance with the present disclosure is illustrative, but without limiting the scope of the disclosure and other claims. The disclosure, including well-known variants of the teachings herein, in part, defines the scope of the preceding claim terminology such that no inventive subject matter is intended for the public.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der EU-Patentanmeldungen Nr.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 11005033 [0219] EP 11005033 [0219]
- EP 12172777 [0244] EP 12172777 [0244]
- EP 13161383 [0244] EP 13161383 [0244]
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
PL423173A1 (en) * | 2017-10-16 | 2019-04-23 | Inst Biologii Doswiadczalnej Im M Nenckiego Polskiej Akademii Nauk | Device for imaging transparent objects |
CN112513888A (en) * | 2018-05-29 | 2021-03-16 | 首尔大学校产学协力团 | Lipid nanosheet |
CN117825673A (en) * | 2024-03-04 | 2024-04-05 | 迈赛凯尔(山东)生命科学有限公司 | Exosome detection device |
-
2013
- 2013-06-19 DE DE201310106380 patent/DE102013106380A1/en not_active Withdrawn
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