DE102014221345A1 - Method and apparatus for determining at least one parameter of an analysis material in an analysis buffer using a reaction chamber - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (200) zum Bestimmen zumindest eines Parameters eines Analysematerials (312) in einem Analysepuffer (310) unter Verwendung einer Reaktionskammer (132), in der ein durch eine Membran (130) bedeckbarer Sensorträger (110) mit zumindest einem Sensorelement (150) zur Reaktion mit dem Analysematerial (312) aus dem Analysepuffer (310) angeordnet ist. Das Verfahren (200) umfasst einen Schritt (210) des Einleitens (210) des Analysepuffers (310) in die Reaktionskammer (132). Ferner umfasst das Verfahren (200) einen Schritt des Spülens (220) der Reaktionskammer (132) mit einem vorgegebenen Spülpuffer (330). Auch umfasst das Verfahren (200) einen Schritt des Drückens (230) der Membran (130) auf den Sensorträger (110) und einen Schritt des Auslesens (240) des Sensorträgers (110), um den zumindest einen Parameter des Analysematerials (312) in dem Analysepuffer (310) zu bestimmen.The invention relates to a method (200) for determining at least one parameter of an analysis material (312) in an analysis buffer (310) using a reaction chamber (132) in which a sensor carrier (110) coverable by a membrane (130) with at least one sensor element (150) is arranged to react with the analysis material (312) from the analysis buffer (310). The method (200) comprises a step (210) of introducing (210) the analysis buffer (310) into the reaction chamber (132). Further, the method (200) comprises a step of purging (220) the reaction chamber (132) with a predetermined rinse buffer (330). The method (200) also comprises a step of pressing (230) the membrane (130) onto the sensor carrier (110) and a step of reading (240) the sensor carrier (110) to determine the at least one parameter of the analysis material (312) the analysis buffer (310).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines Parameters eines Analysematerials in einem Analysepuffer unter Verwendung einer Reaktionskammer, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.The present invention relates to a method for determining at least one parameter of an analysis material in an analysis buffer using a reaction chamber, to a corresponding device and to a corresponding computer program.

Sogenannte Lab-on-Chip-(LoC)-Systeme erlauben die miniaturisierte und integrierte Durchführung komplexer Arbeitsabläufe für den spezifischen Nachweis verschiedenster Moleküle. In LoC-Systemen für die DNA-Analytik kann das zu untersuchende Probenmaterial mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) amplifiziert und anschließend auf einem Mikroarray als Sensorträger mit Sensorelementen analysiert werden. Dabei werden die zu detektierenden Moleküle während der Amplifikation mit Fluoreszenzmolekülen markiert. Diese Moleküle binden dann an spezifische Bindungsstellen (Spots) auf dem Mikroarray und können dort beispielsweise fluorometrisch nachgewiesen werden.So-called Lab-on-Chip (LoC) systems allow the miniaturized and integrated execution of complex workflows for the specific detection of various molecules. In LoC systems for DNA analysis, the sample material to be examined can be amplified by means of polymerase chain reaction (PCR) and then analyzed on a microarray as sensor carrier with sensor elements. The molecules to be detected are labeled during the amplification with fluorescence molecules. These molecules then bind to specific binding sites (spots) on the microarray and can be detected there, for example, fluorometrically.

Fluoreszenzsignale werden beispielsweise mit Durch- oder Auflichtverfahren gemessen. Sollen die Fluoreszenzsignale eines wie oben beschriebenen Mikroarray-Experiments in Anwesenheit der Reaktionslösung in Echtzeit gemessen werden, übersteigen die Signale der in der Lösung befindlichen Fluorophore (Hintergrundfluoreszenz) meistens die Fluoreszenzsignale der Spots. Im Stand der Technik werden daher Ausleseverfahren wie beispielsweise Ellipsometrie, Reflektometrische Interferenzspektroskopie (RIfS), oder Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) eingesetzt, bei denen nur oberflächennahe Fluoreszenzsignale gemessen werden.Fluorescence signals are measured, for example, by transmitted or reflected light methods. If the fluorescence signals of a microarray experiment as described above are to be measured in real time in the presence of the reaction solution, the signals of the fluorophores in the solution (background fluorescence) mostly exceed the fluorescence signals of the spots. In the prior art, therefore, readout methods such as ellipsometry, reflectometric interference spectroscopy (RIfS), or surface plasmon resonance spectroscopy (SPR) are used, in which only near-surface fluorescence signals are measured.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines Parameters eines Analysematerials in einem Analysepuffer unter Verwendung einer Reaktionskammer, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet oder umsetzt sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, with the approach presented here, a method for determining at least one parameter of an analysis material in an analysis buffer using a reaction chamber, a device that uses or implements this method, and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines Parameters eines Analysematerials in einem Analysepuffer unter Verwendung einer Reaktionskammer, in der ein durch eine Membran bedeckbarer Sensorträger mit zumindest einem Sensorelement zur Reaktion mit dem Analysematerial aus dem Analysepuffer angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • – Einleiten des Analysepuffers in die Reaktionskammer;
  • – Spülen der Reaktionskammer mit einem vorgegebenen Spülpuffer;
  • – Drücken der Membran auf den Sensorträger; und
  • – Auslesen des Sensorträgers, um den zumindest einen Parameter des Analysematerials in dem Analysepuffer zu bestimmen.
The approach presented herein provides a method for determining at least one parameter of an analysis material in an analysis buffer using a reaction chamber in which a membrane-coverable sensor carrier having at least one sensor element for reaction with the analysis material from the analysis buffer is arranged Steps:
  • - introducing the analysis buffer into the reaction chamber;
  • - Rinsing the reaction chamber with a predetermined rinse buffer;
  • - pushing the membrane onto the sensor carrier; and
  • - Reading the sensor carrier to determine the at least one parameter of the analysis material in the analysis buffer.

Unter einer Reaktionskammer kann beispielsweise ein Hohlraum zum Einleiten von flüssigen oder gasförmigen zu untersuchenden Stoffen verstanden werden. Unter einem Analysepuffer kann ein Fluid wie beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas verstanden werden, indem das Analysematerial enthalten ist, dessen Parameter zu bestimmen ist. Unter einem solchen Parameter kann beispielsweise das Vorhandensein des Analysematerials in dem Analysepuffer, eine Beschaffenheit oder eine Konzentration des Analysematerials in dem Analysepuffer verstanden werden. Unter einem Sensorträger kann ein Trägerelement verstanden werden, in dem oder auf dem ein, vorzugsweise jedoch mehrere Sensorelemente fixiert, d. h. unbeweglich, angeordnet sind. Ein solches Sensorelement kann beispielsweise eine chemische oder physikalische Beschaffenheit aufweisen, um sich mit dem Analysematerial zu verbinden oder an dem sich das Analysematerial anlagert. Hierdurch kann beispielsweise ein Farbwechsel oder eine Änderung von (beispielsweise optischen) Eigenschaften des Materials des Sensorelementes bzw. des Analysematerials auch unter Verwendung von Fluoreszenzmaterialien erfolgen, das zusammen mit dem Analysematerial zum Sensorelement verbracht werden. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise der Sensorträger optisch auswerten, indem ein solcher Farbwechsel oder die Änderung der Eigenschaften des Materials des Sensorelements bzw. des darin eingelagerten Analysematerials erfasst und interpretiert wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Verwendung einer Lage oder Membran, die lichtdurchlässig ist, insbesondere für Licht, welches im Schritt des Auslesens direkt auf den Sensorträger abgestrahlt wird, um eine Reaktion des Materials des zumindest einen Sensorelementes mit dem Analysematerial auszuwerten. Unter einer Reaktion des Analysematerials kann vorliegend eine chemische Veränderung des Materials der Sensorelemente und/oder eine Anlagerung von Partikeln oder Molekülen des Analysematerials an das Material des zumindest einen Sensorelementes verstanden werden. A reaction chamber may, for example, be understood to be a cavity for introducing liquid or gaseous substances to be investigated. An analysis buffer can be understood to mean a fluid, such as a liquid or a gas, by containing the analysis material whose parameters are to be determined. By such a parameter, for example, the presence of the analysis material in the analysis buffer, a nature or a concentration of the analysis material in the analysis buffer can be understood. A sensor carrier may be understood to mean a carrier element in which or on which one, but preferably a plurality of sensor elements is fixed, ie. H. immovable, are arranged. Such a sensor element may, for example, have a chemical or physical nature in order to connect to the analysis material or to which the analysis material attaches. As a result, for example, a color change or a change of (for example, optical) properties of the material of the sensor element or of the analysis material can also take place using fluorescence materials, which are transported together with the analysis material to the sensor element. In this way, for example, the sensor carrier can be optically evaluated by detecting and interpreting such a color change or the change in the properties of the material of the sensor element or of the analysis material stored therein. Particularly advantageous in this case is the use of a layer or membrane which is translucent, in particular for light which is radiated directly in the step of reading on the sensor carrier to evaluate a reaction of the material of the at least one sensor element with the analysis material. In the present case, a reaction of the analysis material may be understood to be a chemical change of the material of the sensor elements and / or an attachment of particles or molecules of the analysis material to the material of the at least one sensor element.

Unter einem vorgegebenen Spülpuffer kann ein Fluid verstanden werden, welches (beispielsweise an einer Oberfläche des Sensorträgers gebundene) Fluorophore möglichst wenig quencht. Beispielsweise kann der Spülpuffer derart ausgebildet sein, dass eine Fluoreszenz von auf einer Oberfläche des Sensorträgers gebundenen Fluorophoren um maximal 50 Prozent reduziert wird, insbesondere kann der Spülpuffer derart ausgebildet sein, dass eine Fluoreszenz von auf einer Oberfläche des Sensorträgers gebundenen Fluorophoren um maximal 20 Prozent reduziert wird. Ferner kann der Spülpuffer eine geringere Konzentration des Analysematerials als im Analysepuffer oder gar keine Konzentration von Analysematerial aufweist. Durch das Spülen der Reaktionskammer mit dem Spülpuffer wird somit weitgehend nicht an dem zumindest einen Sensorelement gebundenes Analysematerials aus der Reaktionskammer gespült.A predetermined rinse buffer can be understood as meaning a fluid which quenches (as far as possible, for example, fluorophores bound to a surface of the sensor carrier). For example, the rinsing buffer can be designed such that a fluorescence of fluorophores bound on a surface of the sensor carrier is reduced by a maximum of 50 percent; in particular, the rinsing buffer can be designed such that a fluorescence of fluorophores bound on a surface of the sensor carrier is reduced by a maximum of 20 percent becomes. Furthermore, the rinse buffer may have a lower concentration of the analysis material than in the analysis buffer or no concentration of analysis material. By rinsing the reaction chamber with the rinsing buffer, analysis material bound to the at least one sensor element is thus largely not rinsed out of the reaction chamber.

Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch das Spülen mit dem vorgegebenen Spülpuffer eine Verminderung der Fluoreszenz der (insbesondere an der Oberfläche des Sensorträgers gebundenen) Fluorophore möglichst optimal verhindert werden kann. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine präzise und genaue Auswertung des an dem Sensorträger angelagerten Analysematerials erfolgen kann, sodass einem Signalverlust durch eine Beeinträchtigung des Fluoreszenzverhaltens von (insbesondere an der Oberfläche des Sensorträgers gebundenen) Fluorophoren durch die Wahl eines optimal gewählten Spülpuffers möglichst effizient vorgebeugt werden kann. Ferner wird durch das nachfolgende Drücken der Membran auf den Sensorträger bewirkt, dass möglichst wenig Puffer (entweder verbliebener Analysepuffer oder Spülpuffer) über dem Sensorträger verbleibt. Hierdurch lässt sich erreichen, dass möglichst wenig ungebundenes Analysematerial (insbesondere mit daran gebundenem Fluoreszenzmaterial) beim Auslesen des Sensorträgers störende Messwertverfälschungen liefert, sondern lediglich das am Sensorelement angelagerte oder gebundene Analysematerial beim Auslesen erfasst wird. Vielmehr lässt sich der Grad der Verfärbung bzw. Umfärbung des zumindest einen Sensorelements nach der Reaktion mit dem Analysematerial präzise und genau bestimmen. The approach presented here is based on the finding that rinsing with the prescribed rinse buffer can optimally prevent a reduction in the fluorescence of the (in particular bound to the surface of the sensor carrier) fluorophores. In this way it can be ensured that a precise and accurate analysis of the deposited on the sensor carrier analysis material can be done so that a signal loss by affecting the fluorescence behavior of (in particular bound to the surface of the sensor carrier) fluorophores by the choice of an optimally selected rinse buffer as efficiently as possible can be prevented. Furthermore, the subsequent depression of the membrane on the sensor carrier causes as little buffer as possible (either remaining analysis buffer or rinsing buffer) to remain above the sensor carrier. In this way, it is possible to achieve that the least possible unbound analysis material (in particular with fluorescence material bound thereto) delivers disturbing measured value falsifications when the sensor carrier is read, but only the analysis material attached or bound to the sensor element is detected during readout. Rather, the degree of discoloration or color change of the at least one sensor element can be determined precisely and precisely after the reaction with the analysis material.

Günstig ist es ferner, wenn gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes im Schritt des Spülens ein Spülpuffer verwendet wird, der höchstens eine Konzentration des Analysematerials aufweist, die der Hälfte der Konzentration des Analysematerials im Analysepuffer entspricht. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil eines besonders schnellen Spülens der Reaktionskammer.It is also favorable if, according to an embodiment of the approach presented here, in the rinsing step, a rinsing buffer is used which has at most a concentration of the analysis material which corresponds to half the concentration of the analysis material in the analysis buffer. Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage of a particularly rapid purging of the reaction chamber.

Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes im Schritt des Spülens ein Spülpuffer verwendet werden, der zumindest teilweise Alkohol umfasst, insbesondere wobei der Spülpuffer zumindest 80 Prozent Alkohol aufweist. Ein solcher Alkohol kann beispielsweise Ethanol, Methanol, Isopropanol oder dergleichen sein. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass insbesondere bei der Verwendung von DNA als Analysematerial die Reaktionskammer sehr schnell und gründlich gespült werden kann. Also, according to a further embodiment of the approach presented here in the rinsing step, a rinsing buffer can be used which at least partially comprises alcohol, in particular wherein the rinsing buffer has at least 80 percent alcohol. Such an alcohol may be, for example, ethanol, methanol, isopropanol or the like. Such an embodiment of the approach presented here has the advantage that, especially when using DNA as analysis material, the reaction chamber can be rinsed very quickly and thoroughly.

Gleiches gilt auch für eine weitere Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem im Schritt des Spülens ein Spülpuffer verwendet wird, der zumindest teilweise eine Natrium-Verbindung und/oder Kalium-Verbindung aufweist, insbesondere wobei der Spülpuffer Natriumchlorid, Natriumcitrat, Natriumphosphat, Kaliumchlorid und/oder Kaliumphosphat aufweist. The same applies to a further embodiment of the approach presented here, wherein in the rinsing step, a rinsing buffer is used which at least partially comprises a sodium compound and / or potassium compound, in particular wherein the rinsing buffer sodium chloride, sodium citrate, sodium phosphate, potassium chloride and or potassium phosphate.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem im Schritt des Spülens ein Spülpuffer verwendet wird, der eine Konzentration von Natriumchlorid aufweist, die kleiner oder gleich zwei Mol pro Liter ist und/oder wobei der Spülpuffer eine Konzentration von Natriumcitrat aufweist, die kleiner oder gleich 500 Millimol pro Liter ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass einerseits breit verfügbare und weitgehend ungiftige Materialien im Spülpuffer verwendbar sind, die andererseits zugleich im medizinischen Bereich optimale Spüleigenschaften zur schnellen und gründlichen Spülung der Reaktionskammer aufweisen.Particularly advantageous is an embodiment of the approach presented here, wherein in the rinsing step, a rinsing buffer is used which has a concentration of sodium chloride which is less than or equal to two moles per liter and / or wherein the rinsing buffer has a concentration of sodium citrate, the is less than or equal to 500 millimoles per liter. Such an embodiment of the approach presented here has the advantage that, on the one hand, widely available and largely non-toxic materials can be used in the rinsing buffer, which, on the other hand, at the same time have optimum rinsing properties in the medical field for rapid and thorough rinsing of the reaction chamber.

Um eine hohe Prozessautomatisierung bei einer geringen technischen Komplexität eines Analysesystems zu erreichen, erfolgt gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes der Schritt des Drückens durch eine pneumatische Drucksteigerung auf einer dem Sensorträger gegenüberliegenden Seite der Membran. In order to achieve a high process automation with a low technical complexity of an analysis system, according to a further advantageous embodiment of the approach presented here, the step of pressing by a pneumatic pressure increase on a sensor carrier opposite side of the membrane.

Günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem im Schritt des Drückens die Membran zumindest teilweise in Kontakt mit einer Oberfläche des Sensorträgers gebracht wird. Eine derartige Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass möglichst kein Puffer zwischen der Membran und dem Sensorträger verbleibt, sodass das zumindest eine Sensorelement möglichst präzise ausgelesen werden kann. Störungen durch nicht an dem zumindest einen Sensorelement gebundenen oder angelagerten Analysematerial können somit reduziert oder gar ganz vermieden werden. Also favorable is an embodiment of the approach presented here, in which, in the step of pressing, the membrane is at least partially brought into contact with a surface of the sensor carrier. Such an embodiment of the approach presented here has the advantage that as far as possible no buffer remains between the membrane and the sensor carrier, so that the at least one sensor element can be read out as precisely as possible. Disturbances caused by analyte material not bound or attached to the at least one sensor element can thus be reduced or even completely avoided.

Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem im Schritt des Einleitens ein Analysepuffer in die Reaktionskammer eingeleitet wird, in dem Komponenten des Analysematerials zumindest teilweise mit Fluoreszenzmolekülen gekoppelt sind, wobei im Schritt des Auslesens der Sensorträger mit einem Ausleselicht beleuchtet wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer technisch besonders einfachen, kostengünstigen und zugleich präzisen Bestimmung des Parameters des Analysematerials. Also conceivable is an embodiment of the approach presented here, in which an analysis buffer is introduced into the reaction chamber in the step of introducing, in which components of the analysis material are at least partially coupled with fluorescence molecules, wherein in the read-out step the sensor carrier is illuminated with a readout light. Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage of a technically particularly simple, cost-effective and at the same time precise determination of the parameter of the analysis material.

Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der im Schritt des Auslesens als Parameter das Vorhandensein des Analysematerials und/oder eine Konzentration des Analysematerials im Analysepuffer bestimmt wird. An embodiment of the approach presented here in which the presence of the analysis material and / or a concentration of the analysis material in the analysis buffer is determined as a parameter in the readout step is particularly favorable.

Besonders präzise kann der Parameter des Analysematerials bestimmt werden, wenn im Schritt des Auslesens eine Mehrzahl von Teilbereichen des Sensorträgers ausgelesen werden, um den Parameter zu bestimmen. Hierbei können beispielsweise die einzelnen Teilbereiche des Sensorträgers jeweils Sensorelemente aufweisen, die unterschiedlich empfindlich auf das Analysematerials reagieren. Hierdurch lässt sich beispielsweise besonders vorteilhaft eine Konzentration des Analysematerials im Analysepuffer über einen weiten Konzentrationsbereich erfassen. The parameter of the analysis material can be determined particularly precisely if a plurality of partial regions of the sensor carrier are read out in the read-out step in order to determine the parameter. In this case, for example, the individual subregions of the sensor carrier may each have sensor elements which react differently sensitive to the analysis material. This makes it possible, for example, to detect a concentration of the analysis material in the analysis buffer over a wide concentration range in a particularly advantageous manner.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The approach presented here also creates a device that is designed to perform the steps of a variant of a method presented here in appropriate facilities to drive or implement. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.

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.In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Auch schafft der hier vorgestellte Ansatz eine Analyseeinheit mit folgenden Merkmalen:

  • – einer Reaktionskammer, die zumindest eine Pufferöffnung zum Einleiten und/oder Ausleiten des Analysepuffers und/oder des Spülpuffers aufweist;
  • – einem an einer Wand der Reaktionskammer angeordneten Sensorträger, der zumindest ein Sensorelement zur Reaktion mit dem Analysematerial aus dem Analysepuffer aufweist; und
  • – einer auslenkbaren Membran, die an einer dem Sensorträger gegenüberliegenden Wand der Reaktionskammer angeordnet ist, um den Sensorträger zumindest teilweise zu bedecken.
Also, the approach presented here creates an analysis unit with the following features:
  • A reaction chamber having at least one buffer opening for introducing and / or discharging the analysis buffer and / or the rinsing buffer;
  • A sensor carrier arranged on a wall of the reaction chamber and comprising at least one sensor element for reaction with the analysis material from the analysis buffer; and
  • - A deflectable membrane which is arranged on a sensor carrier opposite the wall of the reaction chamber to cover the sensor carrier at least partially.

Auch durch eine solche Analyseeinheit lässt sich der hier vorgestellte Ansatz vorteilhaft umsetzen. Even by such an analysis unit, the approach presented here can be advantageously implemented.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The approach presented here will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Analyseeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of an analysis unit according to an embodiment of the present invention;

2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention;

3 eine schematische Zeichnung einer Vorrichtung zum Bestimmen zumindest eines Parameters eines Analysematerials in einem Analysepuffer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 3 a schematic drawing of an apparatus for determining at least one parameter of an analysis material in an analysis buffer according to an embodiment of the present invention; and

4 ein Diagramm zur Darstellung von Ergebnissen des Auslesens des Sensorträgers bei Verwendung von unterschiedlichen Spülpuffern. 4 a diagram showing results of reading the sensor carrier using different Spülpuffern.

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.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Analyseeinheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei ist in der 1 der Aufbau der Analyseeinheit 100 dargestellt, die ein Mikroarray 110 als Sensorträger umfasst, welches auf einem Bodensubstrat 115 angeordnet ist. Auf dem Bodensubstrat 115 sind ein Abstandshalter 120 und ein Deckelsubstrat 125 angebracht. Das Bodensubstrat 115, der Abstandshalter 120 (der im Bereich des Sensorträgers 110 eine Öffnung aufweist, sowie das Deckelsubstrat 125 bilden einen Hohlraum, der als Reaktionskammer 132 dient. Die Öffnung könnte auch wo anders in der Kammer liegen; vorausgesetzt, die Membran 130 kann durch Beaufschlagung des Durchlochst mit Druckluft ausgelenkt werden. An dem Deckelsubstrat 125 ist eine elastische Membran 130 an dessen Außenbereichen befestigt, die durch Anlegen eines (pneumatischen) Überdrucks von Luft 135, die von einem Außenbereich der Analyseeinheit 100 durch ein Durchloch 140 in dem Deckelelement 125 auf die Membran 130 wirkt, sodass die Membran 130 auf eine Oberfläche des Mikroarrays 110 auslenkbar ist, wie es in der 1 dargestellt ist. 1 shows a schematic representation of an analysis unit 100 according to an embodiment of the present invention. It is in the 1 the structure of the analysis unit 100 shown a microarray 110 as a sensor carrier, which on a bottom substrate 115 is arranged. On the soil substrate 115 are a spacer 120 and a lid substrate 125 appropriate. The soil substrate 115 , the spacer 120 (in the area of the sensor carrier 110 having an opening, and the lid substrate 125 form a cavity that acts as a reaction chamber 132 serves. The opening could also be located elsewhere in the chamber; assuming the membrane 130 can be deflected by applying the Durchlochst with compressed air. On the lid substrate 125 is an elastic membrane 130 attached to its outer areas by applying a (pneumatic) overpressure of air 135 coming from an outdoor area of the analysis unit 100 through a through hole 140 in the lid member 125 on the membrane 130 acts, so that the membrane 130 on a surface of the microarray 110 is deflectable as it is in the 1 is shown.

Um nun das Analysematerial oder einen Parameter des Analysematerials in einem Analysepuffer zu bestimmen, lässt sich die Analyseeinheit wie folgt verwenden:
Zunächst wird über eine Öffnung 145, ein Analysepuffer mit dem zu analysierenden Analysematerial in die Reaktionskammer 132 geführt. Der Analysepuffer kann beispielsweise ein Trägerfluid, also eine Flüssigkeit oder ein Gas sein, in dem das Analysematerial beispielsweise in Molekülform oder in Partikelform enthalten ist. Insbesondere kann das Analysematerial ein DNA-Material sein, wenn die Analyseeinheit 100 zur Bestimmung eines Parameters im medizinischen, umwelttechnischen oder kriminaltechnischen Bereich verwendet werden soll. Dabei umspült der Analysepuffer den Sensorträger 110, auf dem beispielsweise mehrere voneinander getrennte Sensorelemente 150 fixiert sind. Die Sensorelemente 150 sind beispielsweise aus einem Material aufgebaut, welches mit dem Analysematerial reagiert und dabei seine Eigenschaften (beispielsweise seine optischen Eigenschaften in Bezug auf eine Reflektion von eingestrahltem Licht) ändert. Auch können die Sensorelemente ausgebildet sein, das Analysematerial zu binden oder zu fixieren. Insbesondere bei der Verwendung von Analysematerial mit an dem Analysematerial angelagerten oder gebundenen Fluorophoren kann hierdurch eine Fluoreszenzwirkung von den an den Sensorelementen 150 angelagerten und/oder gebundenen Fluorophoren erreicht werden, die bei einer Beleuchtung/Anregung des Sensorträgers 110 auswertbar ist. Ferner können die Sensorelemente 150 beispielsweise derart ausgebildet sein, dass sie unterschiedlich intensiv mit dem Analysematerial reagieren oder sich das Analysematerial unterschiedlich stark an den Sensorelementen 150 anlagert. Beispielsweise kann ein erstes der Sensorelemente 150 so ausgebildet sein, dass es sehr viele Partikel oder Moleküle des Analysematerial binden oder fixieren kann, wogegen ein zweites der Sensorelemente 150 eine geringere Affinität der Anlagerung oder Bindung von Partikeln oder Molekülen des Analysematerials aufweist. Hierdurch kann eine Unterscheidung von unterschiedlichen Konzentrationen des Analysematerials in dem Analysepuffer erfolgen. Beispielsweise ist das erste der Sensorelement 150 bei einer niedrigen Konzentration der Partikel des Analysematerials im Analysepuffer vorteilhaft verwendbar, wogegen das zweite der Sensorelement 150 Bereich einer hohen Konzentration der Partikel oder Moleküle des Analysematerials im Analysepuffer ist.In order to determine the analysis material or a parameter of the analysis material in an analysis buffer, the analysis unit can be used as follows:
First, there is an opening 145 , an analysis buffer with the analysis material to be analyzed in the reaction chamber 132 guided. The analysis buffer may, for example, be a carrier fluid, that is to say a liquid or a gas, in which the analysis material is contained, for example, in molecular form or in particle form. In particular, the analysis material may be a DNA material if the analysis unit 100 to be used to determine a parameter in the medical, environmental or forensic field. The analysis buffer flows around the sensor carrier 110 , on the example, several separate sensor elements 150 are fixed. The sensor elements 150 For example, they are made of a material that reacts with the analysis material and thereby changes its properties (for example, its optical properties with respect to a reflection of irradiated light). The sensor elements can also be designed to bind or fix the analysis material. In particular, when using analysis material with attached to the analytical material or bound fluorophores can thus a fluorescence effect of the at the sensor elements 150 attached and / or bound fluorophores can be achieved in the case of illumination / excitation of the sensor carrier 110 is evaluable. Furthermore, the sensor elements 150 For example, be designed such that they react to different intensities of the analysis material or the analysis material to different degrees on the sensor elements 150 attaches. For example, a first of the sensor elements 150 be designed so that it can bind or fix a lot of particles or molecules of the analysis material, whereas a second of the sensor elements 150 has a lower affinity of attachment or binding of particles or molecules of the analysis material. This makes it possible to differentiate between different concentrations of the analysis material in the analysis buffer. For example, the first is the sensor element 150 at a low concentration of the particles of the analysis material in the analysis buffer advantageously used, whereas the second of the sensor element 150 Range of high concentration of the particles or molecules of the analysis material in the analysis buffer.

Ist nun der Analysepuffer mit dem Analysematerial in die Reaktionskammer eingeleitet, erfolgt die Einlagerung oder Reaktion des Analysematerials mit dem Material der einzelnen Sensorelemente 150. Um nun eine Auswertung des Sensorträgers 110 bzw. der Sensorelemente 150 auf dem Sensorträger 110 möglichst präzise vornehmen zu können, sollte Analysematerial aus dem Analysepuffer, welches nicht an Sensorelementen 150 des Sensorträgers 110 gelagert ist, vor der Auswertung bzw. Auslesung aus der Reaktionskammer 132 entfernt werden.Now, if the analysis buffer with the analysis material introduced into the reaction chamber, the storage or reaction of the analysis material is carried out with the material of the individual sensor elements 150 , Now to an evaluation of the sensor carrier 110 or the sensor elements 150 on the sensor carrier 110 As precise as possible to make analysis material from the analysis buffer, which is not on sensor elements 150 of the sensor carrier 110 is stored, before the evaluation or reading from the reaction chamber 132 be removed.

Um eine solche Entfernung des überschüssigen Analysematerials möglichst sauber und gründlich vornehmen zu können, wird die Reaktionskammer 132 mit einem Spülpuffer gespült. Dabei kann entweder der verbliebene Analysepuffer vor Einleitung des Spülpuffers aktiv aus der Reaktionskammer 132 entfernt werden oder es wird einfach ein Spülpuffer in die Reaktionskammer 132 bei darin befindlichen Analysepuffer eingeleitet. Das Entfernen des Analysepuffers kann dabei entweder über die Öffnung 145 erfolgen, oder über eine weitere, in der 1 nicht dargestellten weiteren Öffnung. Um eine effektive Senkung der Konzentration des Analysematerials in der Reaktionskammer 132 zu erreichen, sollte der Spülpuffer eine niedrigere Konzentration von Analysematerial oder vorzugsweise gar kein Analysematerial enthalten.In order to make such a removal of the excess analysis material as clean and thorough as possible, the reaction chamber 132 rinsed with a rinse buffer. Either the remaining analysis buffer can be actively removed from the reaction chamber before the flushing buffer is introduced 132 be removed or it will simply be a rinse buffer in the reaction chamber 132 initiated with it analysis buffer. The removal of the analysis buffer can either via the opening 145 take place, or over another, in the 1 not shown further opening. To effectively reduce the concentration of the analysis material in the reaction chamber 132 To achieve the rinse buffer should contain a lower concentration of analysis material or preferably no analytical material.

Ferner sollte auch ein Spülpuffer verwendet werden, dessen Material die verwendeten Fluorophore möglichst wenig quencht. Hierdurch kann beispielsweise verhindert werden, dass eine für eine optische Auslesung des Sensorträgers 110 ungewollte Reduktion des Fluoreszenzverhaltens erfolgt. Dies würde in einer Verminderung des Signal-Rausch-Verhältnisses resultieren, die in Konsequenz zu einer weniger empfindlichen Erkennung von Partikeln oder Molekülen des an dem Sensorträger 110 angelagerten Analysematerials führt. Furthermore, a rinsing buffer should be used whose material quenches the fluorophores used as little as possible. This can be prevented, for example, that one for an optical reading of the sensor carrier 110 unwanted reduction of fluorescence behavior takes place. This would result in a reduction of the signal-to-noise ratio resulting in less sensitive detection of particles or molecules of the sensor carrier 110 attached analysis material leads.

Um weiterhin zu vermeiden, dass noch Restpartikel oder Moleküle des Analysematerials sich an den Sensorelementen 150 des Sensorträgers 110 anlagern können oder sich mit diesem Sensorelementen 150 verbinden können, wird nun die Membran 130 mit dem pneumatischen Überdruck aus dem Durchloch 140 beaufschlagt, sodass diese auf die Oberfläche des Sensorträgers bzw. die auf dem Sensorträger 110 befindlichen Sensorelement 150 niedergedrückt wird. Günstigerweise wird damit ein direkter Kontakt zwischen der Membran 130 und der Oberfläche des Sensorträgers 110 hergestellt, sodass der Spülpuffer (mit eventuell darin noch befindlichen Analysematerials) von der Oberfläche des Sensorträgers 110 und somit der Reaktionsfläche der Sensorelemente 150 weggedrückt wird. Überschüssiger Spülpuffer kann dabei durch die Öffnung 145 verdrängt werden.To further avoid that remaining particles or molecules of the analysis material are attached to the sensor elements 150 of the sensor carrier 110 can attach or deal with this sensor elements 150 can now connect the membrane 130 with the pneumatic overpressure from the through hole 140 acted upon so that they on the surface of the sensor carrier or on the sensor support 110 located sensor element 150 is depressed. Conveniently, this is a direct contact between the membrane 130 and the surface of the sensor carrier 110 so that the rinse buffer (with any analysis material still in it) is removed from the surface of the sensor carrier 110 and thus the reaction surface of the sensor elements 150 is pushed away. Excess rinse buffer can through the opening 145 be displaced.

Zur Auswertung oder Auslesung des Sensorträgers 110 bzw. der Sensorelemente 150 kann nun die Analyseeinheit 100 von einer Rückseite (d. h. beispielsweise durch das Bodensubstrat 115) mit einem geeigneten Scanner abgetastet werden. Dabei kann beispielsweise ein entsprechendes Ausleselicht 155 auf das Bodensubstrat 115 gerichtet werden und eine entsprechende Reaktion des Materials der Sensorelemente 150, die mit dem Analysematerial reagiert haben oder an die sich das Analysematerial angelagert hat ausgewertet werden. Werden beispielsweise Partikel oder Moleküle eines Analysematerials verwendet, welches Fluorophore aufweist, kann der zu bestimmende Parameter des Analysematerials durch entsprechende Fluoreszenzsignale bestimmt werden, die vom Sensorträger 110 bzw. den darauf fixierten Sensorelementen 150 resultieren.For evaluation or readout of the sensor carrier 110 or the sensor elements 150 can now the analysis unit 100 from a back side (ie, for example, through the bottom substrate 115 ) are scanned with a suitable scanner. In this case, for example, a corresponding readout light 155 on the soil substrate 115 be directed and a corresponding reaction of the material of the sensor elements 150 who have reacted with the analysis material or to which the analysis material has attached. If, for example, particles or molecules of an analysis material are used which has fluorophores, the parameter of the analysis material to be determined can be determined by appropriate fluorescence signals from the sensor carrier 110 or the sensor elements fixed thereon 150 result.

Alternativ ist es auch denkbar, dass die Auswertung der Sensorelemente 150 aus Richtung des Deckelsubstrats 125 erfolgt. In diesem Fall braucht nicht das Bodensubstrat 115 (wie im Szenario aus 1) für das Ausleselicht 155 durchlässig sein, sondern es sollte das Deckelsubstrat 125 bzw. die Membran 130 für das entsprechende Ausleselicht durchlässig sein.Alternatively, it is also conceivable that the evaluation of the sensor elements 150 from the direction of the lid substrate 125 he follows. In this case does not need the soil substrate 115 (as in the scenario 1 ) for the readout light 155 be permeable, but it should be the lid substrate 125 or the membrane 130 be permeable to the corresponding readout light.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Bestimmen zumindest eines Parameters eines Analysematerials in einem Analysepuffer unter Verwendung einer Reaktionskammer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es vorstehend bereits bei der Beschreibung der Funktionsweise der Analyseeinheit 110 kurz skizziert wurde. Das Verfahren 200 wird unter Verwendung einer Analyseeinheit 100 gemäß der 1 ausgeführt, wobei in der Analyseeinheit 100 ein durch eine Membran bedeckbarer Sensorträger mit zumindest einem Sensorelement zur Reaktion mit dem Analysematerial aus dem Analysepuffer angeordnet ist. Das Verfahren umfasst einen Schritt 210 des Einleitens des Analysepuffers in die Reaktionskammer und einen weiteren Schritt 220 des Spülens der Reaktionskammer mit einem Spülpuffer, der eine geringere Konzentration des Analysematerials als im Analysepuffer oder gar kein Analysematerial aufweist. Ferner umfasst das Verfahren 200 einen Schritt 230 des Drückens der Membran auf den Sensorträger und einen Schritt 240 des Auslesens des Sensorträgers, um den zumindest einen Parameter des Analysematerials in dem Analysepuffer zu bestimmen. 2 shows a flowchart of a method 200 for determining at least one parameter of an analysis material in an analysis buffer using a reaction chamber according to an embodiment of the present invention, as already described in the description of the operation of the analysis unit 110 briefly sketched. The procedure 200 is done using an analysis unit 100 according to the 1 executed, wherein in the analysis unit 100 a sensor carrier coverable by a membrane is arranged with at least one sensor element for reaction with the analysis material from the analysis buffer. The method comprises a step 210 introducing the analysis buffer into the reaction chamber and a further step 220 rinsing the reaction chamber with a rinse buffer having a lower concentration of the analysis material than in the analysis buffer or no analysis material. Furthermore, the method comprises 200 one step 230 pressing the membrane onto the sensor carrier and one step 240 reading the sensor carrier to determine the at least one parameter of the analysis material in the analysis buffer.

Ein wichtiger Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes kann somit darin gesehen werden, einen Spülpuffer zu verwenden, beispielsweise einen Puffer, ein Lösemittel, eine Salzlösung, eine wässrige Lösung, eine organische Lösung das – in Kontakt mit Fluoreszenzmolekülen – die emittierte Fluoreszenzsignale nur minimal quencht. Ein solches Reagenz bzw. ein solcher Spülpuffer kann beispielsweise in einem Chip (wie der hier vorgestellten Analyseeinheit 100) zum Einsatz kommen, bei dem sich in einer Reaktionskammer ein DNA-Mikroarray 110 und eine elastische Membran 130 befinden. Durch Auslenkung der Membran 130 wird das über dem Array 110 befindliche Reagenz verdrängt.An important aspect of the approach presented here can thus be seen to use a rinsing buffer, for example a buffer, a solvent, a saline solution, an aqueous solution, an organic solution which - in contact with fluorescent molecules - minimally quenches the emitted fluorescence signals. Such a reagent or such a rinsing buffer can, for example, in a chip (as the analysis unit presented here 100 ) are used, in which a DNA microarray in a reaction chamber 110 and an elastic membrane 130 are located. By deflection of the membrane 130 will that be over the array 110 displaced reagent located displaced.

Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine Erhöhung der emittierten Fluoreszenzsignale von oberflächengebundenen Fluoreszenzmolekülen, die mit einer Flüssigkeit überschichtet sind, da die emittierten Signale durch die Beschaffenheit der Flüssigkeit nur minimal über Schwingungsrelaxation oder Absorption verloren gehen. Zugleich kann eine Erhöhung der Hintergrund-bereinigten Intensitätssignale erreicht werden, da ein erhöhter Fluoreszenzhintergrund bei einer Auswertung, der durch nicht an den Sensorelementen 150 gebundene Partikel oder Moleküle des Analysematerials verursacht wird, durch die Verwendung des Spülpuffers sowie die Verdrängung von der Oberfläche des Sensorträgers 110 und somit der Aktionsfläche der Sensorelemente 150 minimiert werden kann. Eine solche Erhöhung der Hintergrund-bereinigten Intensitätssignale wird dadurch erzielt, dass die ausgespülten, nicht an den Sensorelementen 150 gebundenen Partikel oder Moleküle des Analysematerials nicht mehr als Störquellen bei der optischen Auslesung der Sensorelemente 150 wirken können. Es werden bei der optischen Auslesung lediglich diejenigen Partikel des Analysematerials detektiert, die an den Sensorelementen 150 gebunden sind.This advantageously results in an increase in the emitted fluorescence signals of surface-bound fluorescence molecules which are covered with a liquid, since the emitted signals are only minimally lost due to the nature of the liquid via oscillation relaxation or absorption. At the same time, an increase in the background-adjusted intensity signals can be achieved, since an increased fluorescence background in an evaluation that is not due to the sensor elements 150 bound particles or molecules of the analysis material is caused by the use of the rinse buffer and the displacement of the surface of the sensor carrier 110 and thus the action surface of the sensor elements 150 can be minimized. Such an increase in the background-adjusted intensity signals is achieved by the flushed, not at the sensor elements 150 bound particles or molecules of the analysis material no longer as sources of interference in the optical readout of the sensor elements 150 can act. In the optical readout, only those particles of the analysis material that are present at the sensor elements are detected 150 are bound.

Ein Aspekt der hier vorgestellten Erfindung ist daher die Beschreibung eines Vorgehens, um beispielsweise in einer geeigneten Struktur maximal hohe Signale von immobilisierten Fluoreszenzmolekülen zu messen.One aspect of the invention presented here is therefore the description of a procedure for measuring, for example, in a suitable structure, maximally high signals of immobilized fluorescence molecules.

Besonders günstig ist eine Analyseeinheit 100 bei der Polymersubstrate wie beispielsweise Thermoplaste (z. B. Polykarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polymethylmethacrylat (PMMA), Cycloolefin Copolymer (COP), Polyetheretherketon (PEEK)) als Substrate 115, 120 und 125 verwendet werden. Die Membran 130 kann vorteilhaft als Polymermembran, beispielsweise als Elastomer, thermoplastisches Elastomer (TPE), Thermoplaste, Heißklebefolien, Siegelfolien für Mikrotiterplatten, Latex, ... ausgebildet sein. Particularly favorable is an analysis unit 100 in the case of polymer substrates such as thermoplastics (eg polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polymethylmethacrylate (PMMA), cycloolefin copolymer (COP), polyetheretherketone (PEEK)) as substrates 115 . 120 and 125 be used. The membrane 130 may advantageously be formed as a polymer membrane, for example as an elastomer, thermoplastic elastomer (TPE), thermoplastics, hot-melt adhesive films, sealing films for microtiter plates, latex, ...

Beispielhafte Drücke für die Aktuierung einer Polymermembran können mit 0,2 bar 5 bar angegeben werden. Exemplary pressures for the actuation of a polymer membrane can be given as 0.2 bar 5 bar.

Für den Spülpuffer haben sich insbesondere die folgenden beispielhaften Reagenzien ausgezeichnet:

  • • Alkohole wie Ethanol, Methanol, Isopropanol,
  • • Puffer wie PCR-Puffer, Natriumphosphatpuffer, SSC-Puffer, Natrium-Chlorid-Puffer, Kalium-Chlorid-Puffer, Hybridisierungspuffer
In particular, the following exemplary reagents have distinguished themselves for the rinse buffer:
  • Alcohols such as ethanol, methanol, isopropanol,
  • Buffers such as PCR buffer, sodium phosphate buffer, SSC buffer, sodium chloride buffer, potassium chloride buffer, hybridization buffer

3 zeigt eine schematische Zeichnung einer Vorrichtung 300 zum Bestimmen zumindest eines Parameters eines Analysematerials in einem Analysepuffer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 300 umfasst eine Analyseeinheit 100 mit einer Reaktionskammer 132 zum Einleiten des Analysepuffers 310 mit dem Analysematerial 312 in die Reaktionskammer 132. Der Analysepuffer 310 kann beispielsweise aus einem Analysepufferreservoir 315 (die beispielsweise als Einheit zum Einleiten bezeichnet werden kann) entnommen werden und über ein Ventil 320 durch in die Öffnung 145 in die Reaktionskammer 132 eingeleitet werden. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 300 eine Einheit 325 zum Spülen der Reaktionskammer mit einem Spülpuffer 330 (der beispielsweise einem entsprechenden Spülpufferreservoir entnommen wird), wobei der Spülpuffer 330 der eine geringere Konzentration des Analysematerials als im Analysepuffer 310 oder gar kein Analysematerial aufweist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 300 eine Einheit 335 zum Drücken der Membran 130 auf den Sensorträger 110. Die Einheit 335 kann beispielsweise als Gebläse oder Druckerhöhungseinheit ausgebildet sein, und durch das Durchloch 140 einen pneumatischen Druck auf die Membran 130 ausüben, um diese auf die Oberfläche des Sensorträgers 110 zu drücken. Schließlich kann die Vorrichtung 300 eine Einheit 340 zum Auslesen des Sensorträgers 110 aufweisen, um den zumindest einen Parameter des Analysematerials in dem Analysepuffer zu bestimmen. Die Einheit 340 kann hierbei eine Ausleselichtquelle 345 zum Beleuchten des Sensorträgers 110 mit dem Ausleselicht 155 und eine Kamera 350 zum Erfassen der von dem Sensorträger bzw. den Sensorelementen 150 reflektierten Strahlen 355 aufweisen. In der Kamera 350 oder einer mit der Kamera 350 verbundenen Einheit kann dann die Auswertung der reflektierten Strahlen 355 erfolgen, um den Parameter des Analysematerials in dem Analysepuffer zu bestimmen. 3 shows a schematic drawing of a device 300 for determining at least one parameter of an analysis material in an analysis buffer according to an embodiment of the present invention. The device 300 includes an analysis unit 100 with a reaction chamber 132 for initiating the analysis buffer 310 with the analysis material 312 in the reaction chamber 132 , The analysis buffer 310 for example, from an analysis buffer reservoir 315 (which may for example be referred to as a unit for introducing) can be removed and a valve 320 through into the opening 145 in the reaction chamber 132 be initiated. Furthermore, the device comprises 300 one unity 325 for rinsing the reaction chamber with a rinsing buffer 330 (which is taken, for example, a corresponding rinsing buffer reservoir), wherein the rinsing buffer 330 a lower concentration of the analysis material than in the analysis buffer 310 or no analysis material. Furthermore, the device comprises 300 one unity 335 for pushing the membrane 130 on the sensor carrier 110 , The unit 335 may be formed, for example, as a fan or pressure increasing unit, and through the through hole 140 a pneumatic pressure on the membrane 130 apply this to the surface of the sensor carrier 110 to press. Finally, the device can 300 one unity 340 for reading the sensor carrier 110 to determine the at least one parameter of the analysis material in the analysis buffer. The unit 340 this can be a read-out light source 345 for illuminating the sensor carrier 110 with the reading light 155 and a camera 350 for detecting the sensor carrier or the sensor elements 150 reflected rays 355 exhibit. In the camera 350 or one with the camera 350 connected unit can then evaluate the reflected rays 355 to determine the parameter of the analysis material in the analysis buffer.

4 zeigt die Abnahme der gemessenen Fluoreszenzsignale in Abhängigkeit verschiedener Reagenzien in einem Aufbau mit einer Analyseeinheit 100 gemäß 1. Für die getesteten Reagenzien als Spülpuffer wie Hybridisierungspuffer ohne Fluorophore, 8 × SSC (SSC = engl. Standard Saline Citrate), 97 % Ethanol, Colorless GoTaq® Flexi Buffer (Promega) und 100 mM Natrium-Phosphatpuffer wurden Abnahmen von 10,0 %, 11,0 %, 6,6 %, 4,3 %, und 8,4 Prozent gemessen. In der 4 wird dabei die Abnahme der Intensitäten auf der Ordinate für verschiedene Kontaktmedien (von links nach rechts) 8xSSC, Ethanol, 5xFlexi PCR-Puffer und 100mM Natriumphosphat-Puffer (NaPi), jeweils ohne Druck (linke Säule) und mit Druck auf die Membran (rechte Säule der Darstellungen) bei der Auswertung von 4 Sensorelementen auf dem Sensorträger wiedergegeben. Die Werte der in dem Diagramm aus 4 eingetragenen Intensitäten lassen sich dabei derart erhalten, dass der Sensorträger zuerst trocken (Reaktionskammer mit Luft gefüllt) im nicht-ausgelenkten Zustand der Membran ausgelesen wird (jeweils linker Balken), dann ein Spülpuffer nachgeführt wird, die Membran ausgelenkt wird und dann erneut ausgelesen wird (jeweils rechter Balken). 4 shows the decrease of the measured fluorescence signals as a function of different reagents in a construction with an analysis unit 100 according to 1 , For the tested reagents as rinsing buffer like hybridization buffer without fluorophores, 8 x SSC (SSC = engl. Standard Saline Citrate), 97% ethanol, Colorless GoTaq ® Flexi Buffer (Promega) and 100 mM sodium phosphate buffer decreases were 10.0%, 11.0%, 6.6%, 4.3%, and 8.4 percent, respectively. In the 4 is the decrease in intensities on the ordinate for different contact media (from left to right) 8xSSC, ethanol, 5xFlexi PCR buffer and 100mM sodium phosphate buffer (NaPi), each without pressure (left column) and with pressure on the membrane (right Column of representations) in the evaluation of 4 sensor elements reproduced on the sensor carrier. The values in the diagram 4 registered intensities can be obtained in such a way that the sensor carrier is first read dry (reaction chamber filled with air) in the non-deflected state of the membrane (each left bar), then a rinsing buffer is tracked, the membrane is deflected and then read out again ( each right bar).

Die in Diagramm 4 zu erkennenden Schwankungen der jeweils linken Balken sind auf eine Herstellungsprozess-bedingte Schwankung der Qualität der verwendeten Mikroarrays zurück zu führen.The variations in the respective left-hand bars to be recognized in diagram 4 are attributable to a manufacturing-process-related fluctuation in the quality of the microarrays used.

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. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Furthermore, the method steps presented here can be repeated as well as executed in a sequence other than that described.

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.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims (14)

Verfahren (200) zum Bestimmen zumindest eines Parameters eines Analysematerials (312) in einem Analysepuffer (310) unter Verwendung einer Reaktionskammer (132), in der ein durch eine Membran (130) bedeckbarer Sensorträger (110) mit zumindest einem Sensorelement (150) zur Reaktion mit dem Analysematerial (312) aus dem Analysepuffer (310) angeordnet ist, wobei das Verfahren (200) die folgenden Schritte aufweist: – Einleiten (210) des Analysepuffers (310) in die Reaktionskammer (132); – Spülen (220) der Reaktionskammer (132) mit einem vorgegebenen Spülpuffer (330) – Drücken (230) der Membran (130) auf den Sensorträger (110); und – Auslesen (240) des Sensorträgers (110), um den zumindest einen Parameter des Analysematerials (312) in dem Analysepuffer (310) zu bestimmen. Procedure ( 200 ) for determining at least one parameter of an analysis material ( 312 ) in an analysis buffer ( 310 ) using a reaction chamber ( 132 ), in which a through a membrane ( 130 ) coverable sensor carrier ( 110 ) with at least one sensor element ( 150 ) for reaction with the analysis material ( 312 ) from the analysis buffer ( 310 ), the method ( 200 ) has the following steps: - Initiate ( 210 ) of the analysis buffer ( 310 ) in the reaction chamber ( 132 ); - Do the washing up ( 220 ) of the reaction chamber ( 132 ) with a predetermined rinse buffer ( 330 ) - To press ( 230 ) of the membrane ( 130 ) on the sensor carrier ( 110 ); and - readout ( 240 ) of the sensor carrier ( 110 ), the at least one parameter of the analysis material ( 312 ) in the analysis buffer ( 310 ). Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Spülens (220) ein Spülpuffer (330) verwendet wird, der eine geringere Konzentration des Analysematerials (312) als im Analysepuffer (310) oder gar kein Analysematerial (312) aufweist, insbesondere wobei im Schritt des Spülens (220) ein Spülpuffer (330) verwendet wird, der höchstens eine Konzentration des Analysematerials (312) aufweist, die der Hälfte der Konzentration des Analysematerials (312) im Analysepuffer (310) entspricht. Procedure ( 200 ) according to claim 1, characterized in that in the step of rinsing ( 220 ) a rinse buffer ( 330 ), which has a lower concentration of the analysis material ( 312 ) than in the analysis buffer ( 310 ) or no analysis material ( 312 ), in particular wherein in the rinsing step ( 220 ) a rinse buffer ( 330 ) containing not more than one concentration of the analysis material ( 312 ), which is half the concentration of the analysis material ( 312 ) in the analysis buffer ( 310 ) corresponds. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Spülens (220) ein Spülpuffer (330) verwendet wird, der zumindest teilweise Alkohol umfasst, insbesondere wobei der Spülpuffer (330) zumindest 80 Prozent Alkohol aufweist, insbesondere wobei der Spülpuffer (330) 97 % Ethanol aufweist. Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step of rinsing ( 220 ) a rinse buffer ( 330 ) which at least partially comprises alcohol, in particular wherein the rinsing buffer ( 330 ) has at least 80 percent alcohol, in particular wherein the rinse buffer ( 330 ) Has 97% ethanol. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Spülens (220) ein Spülpuffer (330) verwendet wird, der zumindest teilweise eine Natrium-Verbindung und/oder Kalium-Verbindung aufweist, insbesondere wobei der Spülpuffer (330) Natriumchlorid, Natriumcitrat, Natriumphosphat, Kaliumchlorid und/oder Kaliumphosphat aufweist, insbesondere wobei der Spülpuffer (330) 8 × SSC und/oder 100 mM Natrium-Phosphat aufweist. Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step of rinsing ( 220 ) a rinse buffer ( 330 ) which at least partially comprises a sodium compound and / or potassium compound, in particular wherein the rinsing buffer ( 330 ) Sodium chloride, sodium citrate, sodium phosphate, potassium chloride and / or potassium phosphate, in particular wherein the rinsing buffer ( 330 ) 8 × SSC and / or 100 mM sodium phosphate. Verfahren (200) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Spülens (220) ein Spülpuffer (330) verwendet wird, der eine Konzentration von Natriumchlorid aufweist, die kleiner oder gleich zwei Mol pro Liter ist und/oder wobei der Spülpuffer (330) eine Konzentration von Natriumcitrat aufweist, die kleiner oder gleich 500 Millimol pro Liter ist. Procedure ( 200 ) according to claim 4, characterized in that in the step of rinsing ( 220 ) a rinse buffer ( 330 ), which has a concentration of sodium chloride which is less than or equal to two moles per liter and / or wherein the rinsing buffer ( 330 ) has a concentration of sodium citrate that is less than or equal to 500 millimoles per liter. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Drückens durch eine pneumatische Drucksteigerung auf einer dem Sensorträger (110) gegenüberliegenden Seite der Membran (130) erfolgt. Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the step of pushing by a pneumatic pressure increase on a the sensor carrier ( 110 ) opposite side of the membrane ( 130 ) he follows. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Drückens (230) die Membran (130) zumindest teilweise in Kontakt mit einer Oberfläche des Sensorträgers (110) gebracht wird. Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step of pressing ( 230 ) the membrane ( 130 ) at least partially in contact with a surface of the sensor carrier ( 110 ) is brought. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einleitens (210) ein Analysepuffer (310) in die Reaktionskammer (132) eingeleitet wird, in dem Komponenten des Analysematerials (312) zumindest teilweise mit Fluoreszenzmolekülen gekoppelt sind, wobei im Schritt des Auslesens (240) der Sensorträger (110) mit einem Ausleselicht beleuchtet wird. Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step of initiating ( 210 ) an analysis buffer ( 310 ) in the reaction chamber ( 132 ), in which components of the analysis material ( 312 ) are at least partially coupled with fluorescent molecules, wherein in the step of reading ( 240 ) the sensor carrier ( 110 ) is illuminated with a readout light. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Auslesens (240) als Parameter das Vorhandensein des Analysematerials (312) und/oder eine Konzentration des Analysematerials (312) im Analysepuffer (310) bestimmt wird. Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step of reading ( 240 ) as a parameter the presence of the analysis material ( 312 ) and / or a concentration of the analysis material ( 312 ) in the analysis buffer ( 310 ) is determined. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Auslesens (240) eine Mehrzahl von Teilbereichen des Sensorträgers (110) und/oder mehrere Sensorelemente (150) ausgelesen werden, um den Parameter zu bestimmen. Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in the step of reading ( 240 ) a plurality of subregions of the sensor carrier ( 110 ) and / or several sensor elements ( 150 ) to determine the parameter. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen.Computer program adapted to perform all steps of a procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 11. Vorrichtung (300), die ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen.Contraption ( 300 ), which is designed to handle all the steps of a process ( 200 ) according to one of the preceding claims. Analyseeinheit (100) mit folgenden Merkmalen: – einer Reaktionskammer (132), die zumindest eine Pufferöffnung (145) zum Einleiten und/oder Ausleiten des Analysepuffers (310) und/oder des Spülpuffers (330) aufweist; – einem an einer Wand der Reaktionskammer (132) angeordneten Sensorträger (110), der zumindest ein Sensorelement (150) zur Reaktion mit dem Analysematerial (312) aus dem Analysepuffer (310) aufweist; und – einer auslenkbaren Membran (130), die an einer dem Sensorträger (110) gegenüberliegenden Wand der Reaktionskammer (132) angeordnet ist, um den Sensorträger (110) zumindest teilweise zu bedecken. Analysis unit ( 100 ) having the following features: a reaction chamber ( 132 ), which has at least one buffer opening ( 145 ) for initiating and / or deriving the analysis buffer ( 310 ) and / or the rinsing buffer ( 330 ) having; - one on a wall of the reaction chamber ( 132 ) arranged sensor carrier ( 110 ), the at least one sensor element ( 150 ) for reaction with the analysis material ( 312 ) from the analysis buffer ( 310 ) having; and - a deflectable membrane ( 130 ) attached to a sensor carrier ( 110 ) opposite wall of the reaction chamber ( 132 ) is arranged to the sensor carrier ( 110 ) at least partially cover.
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