DE102013221525A1 - Analyseeinheit zur Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion, Analysevorrichtung, Verfahren zum Betrieb einer solchen Analyseeinheit und Verfahren zum Herstellen einer solchen Analyseeinheit - Google Patents

Analyseeinheit zur Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion, Analysevorrichtung, Verfahren zum Betrieb einer solchen Analyseeinheit und Verfahren zum Herstellen einer solchen Analyseeinheit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Analyseeinheit (100) zur Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion, wobei die Analyseeinheit (100) ein Deckelelement (130) mit zumindest einer Deckelausnehmung (135) und ein Bodenelement (150), das zumindest eine Bodenausnehmung (152) aufweist, wobei die Bodenausnehmung (152) der Deckelausnehmung (135) gegenüberliegend angeordnet ist, um eine Reaktionskammer (110) zu bilden. Ferner umfasst die Analyseeinheit (100) eine Folie (140), die zumindest im Bereich der Deckelausnehmung (135) zwischen dem Deckelelement (130) und dem Bodenelement (150) angeordnet ist. Auch umfasst die Analyseeinheit (100) zumindest einen Kanal (160a, 160b), der zwischen dem Deckelelement (130) und dem Bodenelement (150) ausgebildet ist, um ein Fluid in die Bodenausnehmung (152) der Reaktionskammer (110) einzuleiten und/oder auszuleiten. Schließlich umfast die Analyseeinheit (100) einen in der Bodenausnehmung (152) angeordneten Sondenträger (155), der als Sonde (157) zumindest ein Indikatormaterial zur Identifizierung eines biochemischen Materials aufweist, wobei das Indikatormaterial auf dem Sondenträger (155) einen festen Aggregatszustand aufweist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Analysevorrichtung zur Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion, eine Analysevorrichtung, ein Verfahren zum Betrieb einer Analyseeinheit, auf Verfahren zum Herstellen einer Analyseeinheit sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
  • Mikrofluidische Diagnosesysteme wie Lab-on-a-Chips (LOCs) erlauben die miniaturisierte und integrierte Durchführung komplexer Arbeitsabläufe für den spezifischen Nachweis verschiedenster Moleküle. In publizierten LOC Systemen wird zunächst das zu untersuchende Probenmaterial mittels PCR amplifiziert und anschließend auf einem Mikroarray analysiert (siehe beispielsweise auch J. Choi et al: An integrated allele-specific polymerase chain reaction-microarray chip for multiplex single nucleotide polymorphism typing, Lab an a Chip, vol. 12, 2012 beschrieben ist). Die Verknüpfung beider Operationen und die mehrschrittige Prozessführung bedingen eine verlängerte Prozesszeit und aufwendige Prozessführung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Analysevorrichtung zur Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion, eine Analysevorrichtung, ein Verfahren zum Betrieb einer Analyseeinheit, auf Verfahren zum Herstellen einer Analyseeinheit sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Analyseeinheit zur Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion, wobei die Analysevorrichtung folgende Merkmale aufweist:
    • – ein Deckelelement mit zumindest einer Deckelausnehmung;
    • – ein Bodenelement, das zumindest eine Bodenausnehmung aufweist, wobei die Bodenausnehmung der Deckelausnehmung gegenüberliegend angeordnet ist, um eine Reaktionskammer zu bilden;
    • – eine Folie, die zumindest im Bereich der Deckelausnehmung zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement angeordnet ist;
    • – zumindest einen Kanal, der zwischen dem Deckelelement und dem Bodenelement ausgebildet ist, um ein Fluid in die Bodenausnehmung der Reaktionskammer einzuleiten und/oder auszuleiten; und
    • – einem in der Bodenausnehmung angeordneten Sondenträger, der als Sonde zumindest ein Indikatormaterial zur Identifizierung eines biochemischen Materials aufweist, wobei das Indikatormaterial auf dem Sondenträger einen festen Aggregatszustand aufweist.
  • Unter einem Deckelelement und/oder einen Bodenelement kann beispielsweise eine Komponente verstanden werden, die aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Polymer gefertigt ist. Unter einer Ausnehmung kann beispielsweise eine Vertiefung in dem Deckelelement oder dem Bodenelement verstanden werden. Unter einer Folie kann ein flächiges flexibles Element wie beispielsweise eine Kunststofflage verstanden werden. Die Folie kann dabei beispielsweise fluidundurchlässig sein. Unter einem Sondenträger kann ein starres, insbesondere Element verstanden werden, auf welchem das Indikatormaterial angeordnet und befestigt ist. Unter einem Indikatormaterial kann beispielsweise eine chemische Reagenz oder ein Biomolekül verstanden werden, die bei Kontakt mit einem vorbestimmten biochemischen Material eine Zustandsänderung erfährt, welche (beispielsweise durch optische Analyse) identifiziert und/oder ausgewertet werden kann. Unter einer Identifizierung kann einerseits eine Erkennung des Vorliegens eines vorbestimmten Materials selbst und/oder eine Erkennung einer Quantität und/oder einer Qualität des vorbestimmten Materials verstanden werden.
  • Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, eine Festphasen-Reaktion im Bereich biochemische Analysevorgänge direkt in einer einzelnen Reaktionskammer vorzunehmen, in der auch eine Flüssigphasen-Reaktion eines biochemischen Reaktionsvorgangs stattfindet. Da meist das Indikatormaterial als Festphase, d. h. in festem Aggregatzustand vorliegt, kann der gesamte biochemische Reaktionsvorgang in einer kleinen und kompakten Analyseeinheit ausgeführt werden. Das zu analysierende Ausgangsmaterial sowie eventuell erforderliche Katalysatormaterialien, die beispielsweise zur Erreichung bzw. Synthese von Zwischenprodukten des biochemischen Reaktionsvorgangs erforderlich sind, können in diesem Fall in Form eines Fluids über den Kanal in die Reaktionskammer bzw. die Bodenausnehmung eingeführt werden.
  • Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, dass nunmehr eine sehr einfache technische Möglichkeit zur Durchführung einer biochemischen Reaktion eröffnet wird, ohne dass Zwischenprodukte der biochemischen Reaktion aus unterschiedlichen Prozessstadien manuell miteinander zusammengeführt werden müssten. Insbesondere kann vermieden werden, dass ein Zwischenprodukt einer ersten Teilreaktion, in der eine Flüssigphasen-Reaktion ausgeführt wird, manuell in ein separates Kompartiment verbracht werden muss, um eine zweite Teilreaktion auszuführen, in der eine Festphasen-Reaktion abläuft. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht somit eine deutlich kostengünstigere und schnellere Ausführung einer gewünschten biochemischen Reaktion, insbesondere wenn diese biochemische Reaktion zwei separate Teile bzw. Teilreaktionen aufweist, die auf Materialien in unterschiedlichen Aggregatszuständen basiert.
  • Günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Folie an dem Deckelelement befestigt ist, insbesondere wobei die Folie eine der Durchgangsöffnung gegenüberliegende Öffnung der Deckelausnehmung fluiddicht verschließt und/oder wobei im Bereich der Deckelausnehmung das Deckelelement eine Durchgangsöffnung aufweist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass ein Fluid oder ein anders Material in der Bodenausnehmung bzw. der Reaktionskammer sehr leicht (weiter-)bewegt werden kann, um es beispielsweise aus der Bodenausnehmung bzw. der Redaktionskammer auszufördern und/oder in eine weitere Reaktionskammer zu drücken. Beispielsweise kann diese Bewegung des Fluids oder des anderen Materials durch einen Druck auf das Deckelelement im Bereich der Deckelausnehmung erfolgen, der über die Folie auf das Fluid in der Bodenausnehmung übertragen wird. Besonders einfach lässt sich eine solche Bewegung des Fluids oder des anderen Materials dann ausführen, wenn im Bereich der Deckelausnehmung das Deckelelement eine Durchgangsöffnung aufweist, über welche ein pneumatischer Druck in die Deckelausnehmung eingeleitet wird, und somit einen Druck auf die Folie ausübt, die sich infolgedessen in den Bereich der Bodenausnehmung auswölbt.
  • Gemäß einer besonders günstige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Deckelelement zumindest eine weitere Deckelausnehmung und das Bodenelement zumindest eine weitere Bodenausnehmung aufweisen, wobei die weitere Deckelausnehmung der weiteren Bodenausnehmung gegenüberliegend angeordnet ist und wobei die Bodenausnehmung und die weitere Bodenausnehmung mittels des Kanals fluidisch gekoppelt sind. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass zwei unterschiedliche Reaktionskammern bereitgestellt werden können, sodass beispielsweise unterschiedliche Prozessstadien der biochemischen Reaktionen, die beispielsweise unterschiedliche Reaktionstemperaturen erfordern, auch in unterschiedlichen Bereichen der Analyseeinheit (das heißt den unterschiedlichen der Reaktionskammern) ausgeführt werden können. Dies ermöglicht vorteilhaft eine sehr flexible Verwendung der Analyseeinheit für unterschiedliche biochemische Reaktionen.
  • Um besonders flexibel und präzise einzelne biochemische Materialien nachweisen zu können, die beispielsweise für eine Reaktion mit einem Indikatormaterial unterschiedliche Reaktionstemperaturen erfordern, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der weiteren Bodenausnehmung ein weiteren Sondenträger angeordnet sein, der als weiteren Sonde zumindest ein weiteres Indikatormaterial zur Identifizierung eines anderen biochemischen Materials aufweist, wobei das weitere Indikatormaterial auf dem weiteren Sondenträger einen festem Aggregatszustand aufweist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch die Bodenausnehmung den Kanal in zumindest zwei Teilkanäle trennen, wobei zumindest ein Teilkanal eine fluidische Verbindung mit einer Außenumgebung der Analysevorrichtung ermöglicht, insbesondere wobei zumindest ein Teilkanal ein Ventil aufweist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders einfachen und/oder steuerbaren Füllung oder Entnahme von Material, insbesondere einem fluidischen Material aus der Bodenausnehmung bzw. der Reaktionskammer.
  • Um insbesondere mehrere Prozessstadien zyklisch wiederholen zu können, sind in einer besonders günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindungen die Teilkanäle an einem der Bodenausnehmung abgewandten Ende fluidisch miteinander gekoppelt oder koppelbar, insbesondere wobei die Teilkanäle Komponenten eines ringförmigen Kanals sind. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine biochemische Reagenz beispielsweise in unterschiedliche Bodenausnehmungen bzw. Reaktionskammern durch zyklische Weiterverschiebung über die Teilkanäle erfolgen kann, wobei eine Bewegungsrichtung für die Reagenz nicht verändert werden braucht.
  • Besonders günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Sondenträger als Sonde zumindest ein weiteres ein zusätzliches Indikatormaterial zur Identifizierung zumindest eines zusätzlichen biochemischen Materials aufweist, wobei das zusätzliche Indikatormaterial auf dem Sondenträger einen festen Aggregatszustand aufweist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass auf einem einzigen Sondenträger mehrere unterschiedliche biochemische Materialien und/oder unterschiedliche Konzentrationen eines solchen Materials identifiziert bzw. besonders kostengünstig, schnell und technisch einfach realisierbar detektiert werden können.
  • Um nun sicherzustellen, dass ein Indikatormaterial auf dem Sondenträger an einer vordefinierten Position angeordnet unverändert verbleibt, kann gemäß einer günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Sondenträger zumindest eine Sondenträgerausnehmung aufweisen, in der das zumindest eine Indikatormaterial angeordnet ist, insbesondere wobei die Sondenträgerausnehmung eine vorbestimmte Mindesttiefe aufweist.
  • Ferner kann auch gemäß einer Ausführungsform der Sondenträger ausgebildet und derart angeordnet sein, dass während der Polymerase-Kettenreaktion eine Reaktion einer Substanz mit dem Indikatormaterial zur Identifizierung des biochemischen Materials ausführbar ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders kompakten Bauform der Analyseeinheit, wobei die Analyseeinheit zudem sehr kostengünstig hergestellt werden kann.
  • Auch schafft der hier vorgestellte Ansatz eine Analysevorrichtung zum Betreiben einer Analyseeinheit gemäß einer hier vorgestellten Variante, wobei die Analysevorrichtung zumindest folgende Merkmale aufweist:
    • – einem Halter zur Platzierung und/oder Halterung der Analyseeinheit während eines Betriebs der Analysevorrichtung;
    • – einer Temperierungseinheit zur Temperierung eines Fluids oder eines Feststoffs in der von dem Halter gehaltenen Analyseeinheit; und
    • – einer Auswertungseinheit zur Auswertung einer Veränderung des Indikatormaterials.
  • Unter einem Halter kann beispielsweise auch eine Auflagefläche verstanden werden, auf der die Analyseeinheit während des Betriebs der Analysevorrichtung platziert ist. Unter einer Temperierungseinheit kann eine Einheit verstanden werden, die zumindest einen Teilabschnitt der Analyseeinheit erhitzt oder kühlt. Unter einer Auswertungseinheit kann eine Einheit verstanden werden, die eine Zustandsveränderung des zumindest einen Indikatormaterials erfasst, beispielsweise durch optische Analyse einer von dem Indikatormaterial (oder von einem durch das biochemische Material veränderten Indikatormaterial) konvertierten oder abgegebenen elektromagnetischen Strahlung. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer sehr kompakten Analyse eines biochemischen Materials mit einer kostengünstig und einfach bereitzustellenden Analyseeinheit.
  • Besonders günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Temperierungseinheit ausgebildet ist, um zeitgleich unterschiedliche Abschnitte der Analyseeinheit auf je eine andere Temperatur zu bringen. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet in Vorteil, dass unterschiedliche Teilreaktionen, die unterschiedliche Reaktionstemperaturen erfordern, zeitgleich in unterschiedlichen Abschnitten der Analyseeinheit ausgeführt werden können. Auf diese Weise lässt sich sehr schnell eine Analyse eines biochemischen Materials mit einer technisch einfach herzustellenden Analyseeinheit durchführen.
  • Ferner schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Verfahren zum Betrieb einer Analyseeinheit gemäß einer hier vorgestellten Variante, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    • – Bereitstellen der Analyseeinheit;
    • – Beaufschlagen der Analsyseeinheit mit einem zu analysierenden Material und/oder mit einem Katalysematerial zur Durchführung einer Reaktion in der Analyseeinheit; und
    • – Auswerten einer Veränderung des Indikatormaterials auf dem Sondenträger.
  • Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders schnellen und kostengünstigen Möglichkeit zur Analyse eines biochemischen Materials.
  • Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Schritte des Beaufschlagens und Auswertens zumindest teilweise zeitgleich ausgeführt werden. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass beispielsweise unterschiedliche Teilschritte der Polymerase-Kettenreaktion zeitgleich oder parallel ausgeführt werden können, sodass sich einerseits sehr schnell ein Ergebnis der Polymerase-Kettenreaktion analysieren lässt und andererseits die Durchführung der Polymerase-Kettenreaktion technisch sehr einfach, d. h. insbesondere ohne manuelle Zwischenschritte, ausgeführt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Beaufschlagens und/oder im Schritt des Auswertens ein Temperieren des zu analysierenden Materials, des Katalysematerials und/oder des Indikatormaterials erfolgen. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, der unterschiedliche Teilschritte der Polymerase-Kettenreaktion unterschiedliche Reaktionstemperaturen verwenden zu können, so dass die einzelnen Teilschritte dieser Polymerase-Kettenreaktion in einem für sie jeweils optimalen Umgebungsszenario ablaufen können.
  • Ferner wird vorliegend ein Verfahren zur Herstellung einer Analyseeinheit gemäß einer hier vorgestellten Variante vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    • – Bereitstellen des Deckelelementes mit dem mit zumindest einer Deckelausnehmung, wobei im Bereich der Deckelausnehmung das Deckelelement eine Durchgangsöffnung aufweist, des Bodenelements, das zumindest eine Bodenausnehmung aufweist, der Folie und einem Sondenträger, der als Sonde zumindest ein Indikatormaterial zur Identifizierung eines biochemischen Materials aufweist, wobei das Indikatormaterial auf dem Sondenträger einen festem Aggregatszustand aufweist;
    • – Anordnen des Sondenträgers in der Bodenausnehmung;
    • – Abdecken der Deckelausnehmung mit der Folie; und
    • – Bilden des Kanalbereichs um ein Fluid in die Bodenausnehmung der Reaktionskammer einzuleiten und/oder auszuleiten, wobei das Bilden durch Anordnen der Bodenausnehmung gegenüberliegend der Deckelausnehmung erfolgt, um die Reaktionskammer zu bilden.
  • Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil eine Analyseeinheit zur besonders kostengünstigen und schnellen Identifikation eines biochemischen Materials herstellen zu können.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
  • Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
  • Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Insbesondere schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung oder Ansteuerung der Schritte eines hier vorgestellten Verfahrens, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
  • Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1A eine Aufsichtdarstellung auf eine Analyseeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 1B eine Querschnittdarstellung auf eine Analyseeinheit gemäß dem in 1A darstellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Aufsichtdarstellung auf eine Analyseeinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Querschnittdarstellung auf eine Analyseeinheit gemäß dem in 2 darstellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Aufsichtdarstellung auf eine Analyseeinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5A und 5B Aufsichtdarstellungen auf Analyseeinheiten gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
  • 6A eine Querschnittdarstellung auf einen Sondenträger gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 6B eine Querschnittdarstellung auf einen Sondenträger gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung mit einer schematischen Darstellung einer in die Analysevorrichtung eingebrachten Analyseeinheit;
  • 8 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betrieb einer Analyseeinheit; und
  • 9 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer Analyseeinheit.
  • In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
  • Bei dem hier vorgestellten biochemischen Ansatz ist das DNA-Mikroarray (als Beispiel eines Sondenträgers) direkt in eine PCR-Reaktionskammer eingebunden. Die auf dem DNA-Mikroarray immobilisierten DNA-Sonden nehmen aktiv an der PCR teil und immobilisieren so spezifisch Amplifikationsprodukt (d. h. das biochemische Material). Die oberflächengebundenen Produkte (bzw. Zwischenprodukte) aus einem biochemischen Prozess (wie der PCR) können entweder in Echtzeit oder nach der Reaktion detektiert und/oder ausgewertet werden.
  • 1A zeigt eine Aufsichtdarstellung einer Analyseeinheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung 1B zeigt eine Schnittdarstellung des in der 1A dargestellten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung entlang AA' aus 1A. Dabei weist die Analyseeinheit 100 nur eine einzige PCR-Reaktionskammer 110 auf.
  • Die Analyseeinheit 100 umfasst mehrere Schichten, wie es aus der 1B zu erkennen ist. Ein Schichtaufbau besteht aus einem ersten Polymersubstrat als Deckelelement 130, welches eine Deckelausnehmung 135 und ein Durchgangsloch 137 aufweist, wobei an der Unterseite des Deckelementes 130 eine auslenkbare Polymermembran als Folie 140 angebracht ist. Diese Folie 140 kann beispielsweise fluiddicht mit dem Deckelelement 130 verbunden sein, sodass ein Kontakt zwischen einem durch das Durchgangsloch bewegbaren Medium nicht in einen Bereich außerhalb der Folie 140 gelangen kann.
  • Planparrallel zu diesem Aufbau des Deckelelementes 130 befindet sich ein Bodenelement 150, beispielsweise in der Form eines zweiten Polymersubstrats, das in einer Bodenelementausnehmung 152 die PCR-Reaktionskammer 110 mit einem DNA-Mikroarray als Sondenträger 155 aufweist. Auf dem Mikroarray 155 sind unterschiedliche Oligonukleotide als Sonden 157 in Form von einzelnen Spots immobilisiert. Für Befüllung und Entleerung ist an die Kammer 110 jeweils ein mikrofluidischer Kanal 160 (der beispielsweise durch die Reaktionskammer 110 in zwei Teilkanäle 160a und 160b getrennt ist) angeschlossen. Beiden Kanäle 160a und 160b weisen je ein steuerbares Ventil 165 auf, um die mit einem PCR-Reaktionsmix (d. h. mit zu analysierendem Material und/oder mit Katalysatormaterial, welches als Hilfsmaterial zur Durchführung der biochemischen Reaktion erforderlich ist) befüllte Kammer 110 während der (biochemischen) Reaktion verschlossen zu halten. In einem definierten Bereich 175, in dem die Reaktionskammer 110 angeordnet wird, kann durch eine nachfolgend noch näher beschriebene Analysevorrichtung thermische Energie für die Durchführung einer PCR eingebracht und entzogen werden.
  • Während der PCR werden bestimmte DNA-Motive einer Template-DNA zunächst in der Flüssigphase vervielfältigt. Gebildete PCR-Produkte können nun an Abschnitt-spezifische, immobilisierte Oligonukleotide anbinden. Durch Identifikation der Spots, an die ein PCR-Produkt angebunden hat, werden Aussagen über Präsenz/Absenz bestimmter DNA-Motive möglich.
  • 2 zeigt eine Aufsichtdarstellung einer Analyseeinheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie AA' des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der Analyseeinheit 100, die zwei über den Teilkanal 160b miteinander fluidisch gekoppelte PCR-Reaktionskammern 110 und 210 aufweist. Die zweite Reaktionskammer 210 kann dabei (bis auf das Vorhandensein des Sondenträgers 155) analog zur (ersten) Reaktionskammer gebildet werden. Beispielsweise kann zur Ausbildung der zweiten Reaktionskammer 210 das Deckelelement 130 eine weitere Deckelausnehmung 235 aufweisen, die über ein weiteres Durchgangsloch 237 mit einer Außenumgebung der Analysevorrichtung 100 fluidische verbunden ist. Auch kann die Folie die zweite Deckelausnehmung 235 an einer dem weiteren Durchgangsloch gegenüberliegenden Seite fluiddicht verschließen. Das Bodenelement 150 kann eine weitere Bodenausnehmung 252 aufweisen, durch die die zweite Reaktionskammer 210 gebildet ist.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel existieren zwei definierte Temperaturbereiche 175 und 220, in denen über die gesamte Zeit der PCR eine je eine konstante, jedoch unterschiedliche Temperatur eingestellt ist. Dadurch werden die Anforderungen an eine Temperiereinheit einer Analysevorrichtung gegenüber einer Analysevorrichtung für einen Betrieb der Analyseeinheit 100 gemäß dem in den 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel reduziert, bei der die Temperatur zwischen –60°C und –95°C in einem Zeitfenster von Minuten variiert werden muss (z. B. mittels Peltier-Element). Um den PCR-Reaktionsmix unterschiedlichen Temperaturen auszusetzen, wird in dem in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel das Reaktionsvolumen (d. h. das Fluid mit dem zu analysierenden Material und/oder dem Katalysematerial) mittels der auslenkbaren Polymermembran 140 zwischen den beiden Kammern hin und her geschoben. Diese hin- und herbewegen kann beispielsweise durch einen Druck erfolgen, welcher über die Durchgangslöcher 137 bzw. 237 auf die Folie 140 über den jeweiligen Reaktionskammern 110 bzw. 210 ausübt, wobei sich durch die Auswölbung der Folie in diese Reaktionskammern 110 bzw. 210 die in den jeweiligen Reaktionskammern befindlichen Fluide ausfördern lassen.
  • Ein wichtiges Ziel des hier vorgestellten Ansatzes kann darin gesehen werden, eine Möglichkeit für geeignete Strukturen und Prozessabläufen für die Durchführung einer PCR in einem polymeren Mehrschichtverbund zu eröffnen. Dadurch werden eine Verkürzung der Prozesszeit und eine Reduzierung von Prozessschritten beispielsweise beim Nachweis von Nukleinsäuren erreicht.
  • Dabei kann ein polymerer Schichtaufbau der Analyseeinheit 100 mit einem integrierten DNA-Mikroarray 155 verwendet werden. Das DNA-Mikroarray 155 ist entweder direkt in einer PCR-Reaktionskammer 110 oder einer separaten Arraykammer vorhanden. Durch hin- und herschieben des Reaktionsvolumens (d. h. des Fluids mit dem zu analysierenden material bzw. dem Katalysematerial) zwischen Kammern 110 bzw. 210, die sich auf unterschiedlichen Temperaturen befinden, wird eine PCR-Reaktion durchgeführt. Die immobilisierten Oligonukleotide als Sonden 157 des Mikroarrays 155 nehmen aktiv an der PCR-Reaktion teil, sodass DNA-Sequenzen an bestimmten Stellen des Arrays 155 lokalisiert werden.
  • Durch den hier vorgestellten Ansatz ergeben sich am Beispiel einer PCR als biochemischer Reaktion folgende Vorteile:
    • – Das PCR-Produkt muss vor der Hybridisierung nicht mehr umgepuffert werden.
    • – Das LoC System benötigt kein Puffer mehr für eine Hybridisierung.
    • – Die beschrieben Strukturen und Verfahren ermöglichen einen schnelleren Prozessablauf zusammen mit einer vereinfachten Prozessführung.
    • – Verkürzung der Gesamtdauer des Nachweises von genetischen Merkmalen. Bei dem vorgestellten Verfahren werden PCR-Produkte bereits während der PCR ortsaufgelöst und detektierbar an spezifischen Spots des Mikroarrays immobilisiert.
    • – Einsatz eines oberflächensensitiven Messverfahrens.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Analyseeinheit 100 findet die Reaktion in einem System aus drei über Teilkanäle 160 fluidisch miteinander verschalteten PCR-Kammern 110, 210 und 310 statt, wie es in der Aufsichtdarstellung der 4 wiedergegeben ist. Dabei nun die drei Analysekammern 110, 210 und 310 analog zueinander aufgebaut, wobei in den ersten beiden Analysekammern 110 und 210 je ein Sondenträger 255 angeordnet ist. Dadurch können für eine 3-step-PCR drei verschieden temperierte Bereiche/Kammern realisiert werden, zum Beispiel für dreischrittige PCR-Reaktionen (z. B. Anlagerungstemperatur 175 = 50°C–65°C, Verlängerungstemperatur 220 = 72°C; Aufschmelztemperatur 320 = 95°C). Das Array 155 bzw. 255 kann hierbei entweder in der Kammer 110 das auf Anlagerungstemperatur 175 der in der Kammer 210 die auf Verlängerungstemperatur 220 ist, positioniert sein. Weiterhin kann auch die erste Reaktionskammer 110 und die zweite Reaktionskammer 310 auf eine Temperatur zwischen 55 und 72°C temperiert sein (Anlagerungs- und Verlängerungstemperatur), und die dazwischenliegende Kammer 210 auf Aufschmelztemperatur temperiert sein.
  • Für eine 2-step-PCR kann das Reaktionsvolumen zunächst (unter Verwendung des Teilkanals 160b) zwischen beispielsweise Kammern 110 und 210 zwischen 1 bis 40 Zyklen hin- und herbewegt werden, und im Anschluss daran (unter Verwendung des Teilkanals 160c) zwischen den Kammern 210 und 310 zwischen 1 bis 40 Zyklen, wobei dann beispielsweise entgegen der Darstellung aus 4 nur die Kammer 310 das (zweite) Array 255 enthält.
  • 5A zeigt eine Aufsichtdarstellung einer Analyseeinheit 110 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei der eine Reaktionskammer 110 (Arraykammer) das Array 155 enthält. Die Kammer 110 befindet sich entweder im Temperaturbereich 175 der Anlagerungstemperatur oder Verlängerungstemperatur 220 (wie dies beispielsweise auch in der Aufsichtdarstellung aus der 5B zu erkennen ist). Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht, dass zunächst eine PCR in den PCR-Kammern 410, 210 oder 310 ohne das Array 155 durchgeführt wird. Nach einer Amplifikation wird dann der Reaktionsmix in die Arraykammer 110 überführt, sodass die PCR-Produkte spezifisch an Oligonukleotide 157 gebunden werden können. Die Anbindung kann mittels Hybridisierung oder Primerverlängerungsreaktion erfolgen, bspw. durch hin- und her bewegen des Reaktionsvolumens zwischen einer Kammer auf Aufschmelztemperatur und der Arraykammer 110.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Kammerein- 160a und -auslässe 160b eines fluidischen Layouts wie in den 2, 4, 5A und 5B gezeigt mit Rückschlagventilen 165 versehen sein. Dadurch wird bei Volumenverdrängung eine (einzige) Pumprichtung vorgegeben, was die Aktuierung des Fluids vereinfacht.
  • 6A und 6B zeigt je eine Struktur um die Oberfläche des Arrays 155 (speziell die Spots der immobilisierten Oligonukleotide als Sonden 157) zu schützen. Da für die Überführung des PCR-Reaktionsvolumens von einer PCR-Kammer 110 in eine andere (entsprechend der 2 und der 4) die Polymermembran 140 pneumatisch ausgelenkt wird und dabei in Richtung des Bodens der Bodenausnehmung 152 gepresst wird, können möglicherweise die im Arrayformat 155 immobilisierten Oligonukleotide 157 beschädigt werden. Als Gegenmaßnahme können die Spots des Arrays 155 entweder in Vertiefungen 610 oder auf einer mikroskopisch rauen Oberfläche 620 immobilisiert werden.
  • Die Oligonukleotide 157 können mit allen den aus dem Stand der Technik bekannten Immobilisierungschemien, wie zum Beispiel 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), 1-ethyl-3(3-dimethylaminopropy1)carbodiimide (EDC), 1,4-phenylene diisothiocyanate (PDITC), s-SIAB, s-MBS, s-GMBS oder s-MBP auf den verschiedensten Materialien auf dem Sondenträger 155 fixiert werden. Die Arrays 155 können entweder direkt in einem Polymersubstrat (d. h. dem Bodenelement 130) immobilisiert werden oder auf ein Substrat 155 gespottet werden, was dann in einem zweiten Schritt in eine PCR-Kammer 110 eingebracht und fixiert wird.
  • 7 zeigt Querschnittsdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer Analysevorrichtung 700 zum Betreiben einer Analyseeinheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einen polymeren Schichtaufbau. Die Analysevorrichtung 700 weist auf dessen Oberseite ein Heiz- bzw. Temperierelement (Temperiereinheit) 710 und auf dessen Unterseite eine Detektionseinheit 720 (Auswertungseinheit) angebracht ist. Die Anordnung aus Temperierelement 710 und Detektionseinheit 720 kann auch umgekehrt sein. Auch kann das Temperierelement 710 mehrere Teileinheiten umfassen, in denen die benachbart angeordneten Bereiche einer Analyseeinheit 100 auf zeitgleich auf unterschiedliche Temperaturen temperiert werden. Thermische Energie für die Durchführung einer temperaturgesteuerten PCR kann von der Temperiereinheit 710 unter anderem durch die Verwendung von temperierten Heizfingern, Peltier-Elementen, Infrarotstrahler oder Konvektion eingebracht werden. Um die Analyseeinheit 100 zu halten, kann ferner ein Halter 730 vorgesehen sein, der die Analyseeinheit 100 beispielsweise auf einer Oberfläche der Temperierungseinheit 710 während des Betriebs der Analysevorrichtung fixiert.
  • Die auf einem Mikroarray 155 angebundenen PCR-Produkte können entweder während oder nach der Reaktion mit verschiedenen Verfahren in der Detektionseinheit 720 identifiziert werden:
    • 1. Fluorometrische Detektion. Während der PCR werden Fluorophore in die entstehenden PCR-Produkte eingebaut. Nach Anregung dieser Fluorophore (z. B. mit evaneszenten Feldern, konfokal oder mit Durchlicht) können die emittierten Fluoreszenzsignale mittels CCD-Kamera, CMOS-Chips oder Photomultiplier gemessen werden.
    • 2. Detektion von Oberflächenplasmonen. Die Oligonukleotide 157 werden beispielsweise auf Spots aus Gold immobilisiert. Nach oder während der PCR werden Oberflächenplasmonen in den Spots angeregt. In Abhängigkeit von der Menge an oberflächennahen DNA-Molekülen verschiebt sich die Plasmonenresonanzfrequenz. Durch Messung und Auswertung der von den Spots emittierten Intensitäten und/oder Frequenzen kann auf Bindungsereignisse rückgeschlossen werden.
  • Der Reaktionsmix enthält die Komponenten Polymerase, Reaktionspuffer, PCR-Primer und Nukleotide sowie reaktionsverbessernde Komponenten wie z. B. BSA und/oder Tween. Werden bei der PCR biotin-dUTP Nukleotiden eingesetzt, sind die entstehenden PCR-Produkte mit biotin-Molekülen gelabelt, an die in einem weiteren Schritt Fluorophor-streptavidin Konjugate anbinden können. Alternativ können in der PCR Fluorophor-markierte Primer eingesetzt werden, sodass die generierten PCR-Produkte direkt mit einem Fluorophor gelabelt sind. Für die Durchführung einer asymmetrischen PCR können die zwei PCR-Primer in unterschiedlichen Konzentrationen eingesetzt werden. Die nötigen Strukturen in den Polymersubstraten können beispielsweise durch Fräsen, Spritzguss, Heißprägen oder Laserstrukturierung erzeugt werden. Das Mikroarray 155 kann entweder direkt im Polymer ausgeformt sein oder als Einlegeteil, beispielsweise aus Glas hergestellt in den Polymerschichtaufbau eingebracht werden.
  • Materialbeispiele:
  • Polymersubstrat (beispielsweise für Deckel- 130 und Bodenelement 150):
    Thermoplaste (z. B. PC, PP, PE, PMMA, COP, COC, PEEK) Polymermembran (Folie 140): Elastomer, thermoplastisches Elastomer TPU, TPS, Thermoplaste, Heißklebefolien, Siegelfolien für Mikrotiterplatten, Latex
  • Beispielhafte Ausformung der Biomoleküle:
    • – Länge der Oligonukleotide 157: 5–100 Nukleotide
    • – Linkermoleküle: Thiolgruppen, Aminogruppen, Gold, Glutharaldehyde, Acrydite, beispielsweise über eine Kohlenstoffkette mit dem Oligonukleotide verbunden
    • – PCR Primer: Länge zwischen 5 und 100 Nukleotiden, wobei sich die Schmelztemperatur der beiden Primer stark unterscheiden kann
    • – Polymerase: hot-Start Polymerasen, Proof-Reading Polymerasen
    • – Durchmesser einen Spots: 1–500 μm
  • Beispielhafte Abmessungen der Ausführungsbeispiele:
    • – Dicke Polymersubstrat: 0,5 bis 5 mm
    • – Kanaldurchmesser in Polymersubstraten: 10 μm bis 3 mm
    • – Dicke Polymermembran: 5 bis 500 μm
    • – Volumen der Kavitäten in den Polymersubstraten: 1 mm 3 bis 1000 mm3
  • Beispielhafte Drücke für die Aktuierung einer Polymermembran:
    • – 0,2 bar–2 bar
  • Die Erfindung kann für analytische Systeme, insbesondere für mikrofluidische Lab-on-Chip-Systeme zur Umweltanalytik oder medizinischen Diagnostik verwendet werden.
  • 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 800 zum Betrieb einer Analyseeinheit. Das Verfahren 800 umfasst einen Schritt 810 des Bereitstellens der Analyseeinheit und einen Schritt 820 des Beaufschlagens der Analyseeinheit mit einem zu analysierenden Material und/oder mit einem Katalysematerial zur Durchführung einer Reaktion in der Analyseeinheit. Schließlich umfasst das Verfahren 800 einen Schritt 830 des Auswertens einer Veränderung des Indikatormaterials auf dem Sondenträger.
  • 9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 900 zum Herstellen einer Analyseeinheit. Das Verfahren 900 umfast einen Schritt 910 des Bereitstellens des Deckelelementes mit dem mit zumindest einer Deckelausnehmung, wobei im Bereich der Deckelausnehmung das Deckelelement eine Durchgangsöffnung aufweist, des Bodenelements, das zumindest eine Bodenausnehmung aufweist, der Folie und einem Sondenträger, der als Sonde zumindest ein Indikatormaterial zur Identifizierung eines biochemischen Materials aufweist, wobei das Indikatormaterial auf dem Sondenträger einen festen Aggregatszustand aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 900 einen Schritt 920 des Anordnens des Sondenträgers in der Bodenausnehmung und einen Schritt 930 des Abdeckens der Deckelausnehmung mit der Folie. Schließlich umfasst das Verfahren 900 einen Schritt 940 des Bildens des Kanalbereichs um ein Fluid in die Bodenausnehmung der Reaktionskammer einzuleiten und/oder auszuleiten, wobei das Bilden durch Anordnen der Bodenausnehmung gegenüberliegend der Deckelausnehmung erfolgt, um die Reaktionskammer zu bilden.
  • Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
  • Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims (15)

  1. Analyseeinheit (100) zur Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion, wobei die Analyseeinheit (100) folgende Merkmale aufweist: – ein Deckelelement (130) mit zumindest einer Deckelausnehmung (135); – ein Bodenelement (150), das zumindest eine Bodenausnehmung (152) aufweist, wobei die Bodenausnehmung (152) der Deckelausnehmung (135) gegenüberliegend angeordnet ist, um eine Reaktionskammer (110) zu bilden; – eine Folie (140), die zumindest im Bereich der Deckelausnehmung (135) zwischen dem Deckelelement (130) und dem Bodenelement (150) angeordnet ist; – zumindest einen Kanal (160a, 160b), der zwischen dem Deckelelement (130) und dem Bodenelement (150) ausgebildet ist, um ein Fluid in die Bodenausnehmung (152) der Reaktionskammer (110) einzuleiten und/oder auszuleiten; und – einem in der Bodenausnehmung (152) angeordneten Sondenträger (155), der als Sonde (157) zumindest ein Indikatormaterial zur Identifizierung eines biochemischen Materials aufweist, wobei das Indikatormaterial auf dem Sondenträger (155) einen festen Aggregatszustand aufweist.
  2. Analyseeinheit (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (140) an dem Deckelelement (130) befestigt ist, insbesondere wobei die Folie (140) eine der Durchgangsöffnung (137) gegenüberliegende Öffnung der Deckelausnehmung (135) fluiddicht verschließt und/oder wobei im Bereich der Deckelausnehmung (135) das Deckelelement (130) eine Durchgangsöffnung (137) aufweist.
  3. Analyseeinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (130) zumindest eine weitere Deckelausnehmung (235) und das Bodenelement (150) zumindest eine weitere Bodenausnehmung (252) aufweist, wobei die weitere Deckelausnehmung (235) der weiteren Bodenausnehmung (252) gegenüberliegend angeordnet ist und wobei die Bodenausnehmung (152) und die weiteren Bodenausnehmung (252) mittels des Kanals (160a, 160b) fluidisch gekoppelt sind.
  4. Analyseeinheit (100) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in der weiteren Bodenausnehmung (252) ein weiteren Sondenträger (255) angeordnet ist, der als weitere Sonde (257) zumindest ein weiteres Indikatormaterial zur Identifizierung eines anderen biochemischen Materials aufweist, wobei das weitere Indikatormaterial auf dem weiteren Sondenträger (255) einen festem Aggregatszustand aufweist.
  5. Analyseeinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenausnehmung (152) den Kanal (160a, 160b) in zumindest zwei Teilkanäle trennt, wobei zumindest ein Teilkanal (160a, 160b) eine fluidische Verbindung mit einer Außenumgebung der Analyseeinheit (100) ermöglicht, insbesondere wobei zumindest ein Teilkanal (160a, 160b) eine Ventil (165) aufweist.
  6. Analyseeinheit (100) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkanäle an einem der Bodenausnehmung (152) abgewandten Ende fluidisch miteinander gekoppelt oder koppelbar sind, insbesondere wobei die Teilkanäle Komponenten eines ringförmigen Kanals (160a, 160b) sind.
  7. Analyseeinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sondenträger (155) ausgebildet und derart angeordnet ist, dass während der Polymerase-Kettenreaktion eine Reaktion einer Substanz mit dem Indikatormaterial zur Identifizierung des biochemischen Materials ausführbar ist.
  8. Analysevorrichtung (700) zum Betreiben einer Analyseeinheit (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Analysevorrichtung (700) zumindest folgende Merkmale aufweist: – einem Halter (730) zur Platzierung und/oder Halterung der Analyseeinheit (100) während eines Betriebs der Analysevorrichtung; – einer Temperierungseinheit (710) zur Temperierung eines Fluids oder eines Feststoffs in der von dem Halter gehaltenen Analyseeinheit (100); und – einer Auswertungseinheit (720) zur Auswertung einer Veränderung des Indikatormaterials.
  9. Analysevorrichtung (700) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungseinheit (710) ausgebildet ist, um zeitgleich unterschiedliche Abschnitte der Analyseeinheit (100) auf je eine andere Temperatur zu bringen.
  10. Verfahren (800) zum Betrieb einer Analyseeinheit (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren (800) die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen (810) der Analyseeinheit (100); – Beaufschlagen (820) der Analyseeinheit mit einem zu analysierenden Material und/oder mit einem Katalysematerial zur Durchführung einer Reaktion in der Analyseeinheit (100); und – Auswerten (830) einer Veränderung des Indikatormaterials auf dem Sondenträger (155).
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Beaufschlagens und Auswertens zumindest teilweise zeitgleich ausgeführt werden.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Beaufschlagens (820) und/oder im Schritt des Auswertens (830) ein Temperieren des zu analysierenden Materials, des Katalysematerials und/oder des Indikatormaterials erfolgt.
  13. Verfahren (900) zur Herstellung einer Analyseeinheit (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren (900) die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen (910) des Deckelelementes mit dem mit zumindest einer Deckelausnehmung (135), wobei im Bereich der Deckelausnehmung (135) das Deckelelement (130) eine Durchgangsöffnung (137) aufweist, des Bodenelements (150), das zumindest eine Bodenausnehmung (152) aufweist, der Folie (140) und einem Sondenträger (155), der als Sonde (157) zumindest ein Indikatormaterial zur Identifizierung eines biochemischen Materials aufweist, wobei das Indikatormaterial auf dem Sondenträger (155) einen festem Aggregatszustand aufweist; – Anordnen (920) des Sondenträgers (155) in der Bodenausnehmung (152); – Abdecken (930) der Deckelausnehmung (135) mit der Folie (140); und – Bilden (940) des Kanalbereichs (160a, 160b) um ein Fluid in die Bodenausnehmung (152) der Reaktionskammer (110) einzuleiten und/oder auszuleiten, wobei das Bilden durch Anordnen der Bodenausnehmung (152) gegenüberliegend der Deckelausnehmung (135) erfolgt, um die Reaktionskammer (110) zu bilden.
  14. Steuergerät mit Einheiten, die ausgebildet sind, die Schritte eines Verfahrens (800, 900) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 anzusteuern und/oder umzusetzen.
  15. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens (800, 900) nach einem der Ansprüche 10 oder 13, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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