DE102015112210A1 - Analyzer for detecting analytes in media based on mass flow measurement using the Coriolis mass flow measurement principle and method of operating such a meter - Google Patents
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- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
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- G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
- G01N33/5438—Electrodes
Abstract
Es wird also durch die vorliegende Erfindung ein Messgerät (1) und ein Verfahren zum Betrieb des Messgeräts zur Erkennung von Analyten in Medien basierend auf der Massedurchflussmessung mittels des Coriolis-Massedurchflussmessprinzips vorgeschlagen.Thus, the present invention proposes a measuring device (1) and a method for operating the measuring device for detecting analytes in media based on the mass flow measurement by means of the Coriolis mass flow measuring principle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Erkennung von Analyten in Medien basierend auf der Massedurchflussmessung mittels des Coriolis-Massedurchflussmessprinzips und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Messgeräts. Solch ein Messgerät und Verfahren bietet eine vereinfachte und beschleunigte Analyse eines Mediums in Hinblick auf zu erkennende Analyten.The invention relates to a measuring device for detecting analytes in media based on the mass flow measurement by means of the Coriolis mass flow measuring principle and a method for operating such a measuring device. Such a meter and method provides a simplified and accelerated analysis of a medium for analytes to be detected.
Die Analyse von Analyten in Medien wird bereits seit langer Zeit durchgeführt. Es gibt eine große Zahl an unterschiedlichen Verfahren, beispielsweise der Brilliantschwarz-Reduktionstest, der unter anderem im Bereich der Lebensmittelsicherheit zum Nachweis von Antibiotika eingesetzt wird. Hierbei wird ein Testkeim in einem Nährmedium mit dem Farbstoff Brillantschwarz mit einer Probe, beispielsweise Milch, in Kontakt gebracht. Falls die Probe kein Antibiotikum enthält, entwickelt sich der Testkeim ungehemmt und verstoffwechselt den Farbstoff, so dass nach einer gewissen Zeit ein Farbumschlag von Blau nach Gelb geschieht. Enthält die Probe antibiotische Substanzen, bleibt die ursprüngliche Farbe erhalten. Dieser Test ist ein unspezifischer Test für alle Hemmstoffe. Antikörperbasierte Verfahren stellen spezifische Testverfahren dar und sind unter anderem in der Lage Proteine, Viren und chemische Substanzen zu erkennen. Solche Verfahren laufen unter dem Namen ELISA, der sich durch Bildung einer Abkürzung der englischen Bezeichnung „Enzyme Linked Immunosorbent Assay“ ergibt. Im Wesentlichen wird bei solchen Verfahren in einem ersten Schritt ein Medium mit einem nachzuweisenden Antigen an einer Oberfläche immobilisiert. In einem zweiten Schritt werden Antikörper zu diesem nachzuweisenden Antigen mit einem Enzym bestückt und mit der Oberfläche in Kontakt gebracht. Dadurch binden sich die Antikörper mit dem Enzym an den immobilisierten Antigenen. In einem weiteren Schritt wird ein Substrat des Enzyms hinzugefügt, als Konsequenz findet eine chemische oder chemolumineszente Reaktion statt. Die Intensität der Reaktion lässt Rückschlüsse auf die im Medium vorhandene Konzentration des gesuchten Antigens zu. Problematisch bei den oben genannten Analyseverfahren ist, dass der Aufwand groß ist und die Verfahren viel Zeit benötigen, um ein Messergebnis zu präsentieren.Analysis of analytes in media has been conducted for a long time. There are a large number of different methods, for example the Brilliant Black Reduction Test, which is used, among other things, in the field of food safety for the detection of antibiotics. Here, a test germ in a nutrient medium with the dye brilliant black with a sample, such as milk, brought into contact. If the sample contains no antibiotic, the test germ develops uninhibited and metabolizes the dye, so that after a certain time, a color change from blue to yellow happens. If the sample contains antibiotic substances, the original color is retained. This test is a nonspecific test for all inhibitors. Antibody-based methods are specific test procedures and are able to recognize proteins, viruses and chemical substances. Such methods are known as ELISA, which results from the formation of an abbreviation of the term "enzyme-linked immunosorbent assay". Essentially, in such methods, in a first step, a medium having an antigen to be detected is immobilized on a surface. In a second step, antibodies to this antigen to be detected are loaded with an enzyme and brought into contact with the surface. As a result, the antibodies bind to the enzyme on the immobilized antigens. In a further step, a substrate of the enzyme is added, as a consequence, a chemical or chemiluminescent reaction takes place. The intensity of the reaction allows conclusions to be drawn about the concentration of the desired antigen in the medium. The problem with the abovementioned analysis methods is that the complexity is great and the methods require a lot of time to present a measurement result.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Messgerät zur Erkennung von Analyten in Medien basierend auf der Massedurchflussmessung mittels des Coriolis-Massedurchflussmessprinzips sowie ein einfaches, robustes und schnelles Verfahren zum Betrieb eines solchen Messgeräts bereitzustellen, welches Verfahren die Analyte. Diese Analyten können beispielsweise chemische Substanzen oder Biomoleküle und Partikel sein. Dazu gehören beispielsweise auch Liposomen, Viren und Bakterien. Vorteilhaft an einer solchen Umsetzung ist die gute Prozesskontrolle. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Messgerät gemäß des Anspruchs 1 und gemäß des Verfahrens nach Anspruch 11. Weiterbildungen und Ausgestaltungen finden sich in den Merkmalen der jeweils abhängigen Ansprüche wieder.The object of the present invention is to provide a measuring device for detecting analytes in media based on the mass flow measurement by means of the Coriolis mass flow measurement principle and a simple, robust and fast method for operating such a measuring device, which method the analytes. These analytes can be, for example, chemical substances or biomolecules and particles. These include, for example, liposomes, viruses and bacteria. An advantage of such an implementation is the good process control. The object is achieved by the measuring device according to claim 1 and according to the method of
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird also durch ein Messgerät zur Erkennung von Analyten in Medien basierend auf der Massedurchflussmessung mittels des Coriolis-Massedurchflussmessprinzips umgesetzt.The device according to the invention is thus implemented by a measuring device for detecting analytes in media based on the mass flow measurement by means of the Coriolis mass flow measuring principle.
Das erfindungsgemäße Messgerät weist mindestens einen Sensor mit jeweils mindestens einem rohrartigen Durchflusskanal mit jeweils mindestens einer funktionalen Oberfläche zur selektiven Anlagerung von Analyten aus Medien auf, wobei der Durchflusskanal aus einem Metall wie beispielsweise Titan oder aus einem dotierten oder undotierten Halbleiter wie beispielsweise Silizium hergestellt ist, wobei der rohrartige Durchflusskanal eine runde oder eckige oder insbesondere eine rechteckige lichte Querschnittsfläche aufweist;
wobei das Messgerät weiterhin mindestens eine angeschlossene elektronische Betriebsschaltung sowie mindestens einen Schwingungserreger umfasst, welcher Schwingungserreger dazu eingerichtet ist, den Durchflusskanal zum Schwingen anzuregen;
wobei der Schwingungserreger beispielsweise ein berührungsloser kapazitiver oder induktiver Schwingungserreger sein kann, wobei der Schwingungserreger auch Sensoreigenschaften aufweisen kann, so dass er das Schwingen des Durchflusskanals erfassen kann;
wobei das Messgerät dadurch gekennzeichnet ist, dass die durch die Anlagerung von Analyten hervorgerufene Massenzunahme der funktionalen Oberfläche durch eine Veränderung einer Schwingungseigenschaft des schwingenden Durchflusskanals detektiert wird, wobei der Durchfluss der den Durchflusskanal durchfließenden Medienmasse mittels des Coriolis-Massedurchflussmessprinzips gemessen wird.The measuring device according to the invention has at least one sensor, each having at least one tubular flow channel, each having at least one functional surface for selective addition of analytes from media, wherein the flow channel is made of a metal such as titanium or of a doped or undoped semiconductor such as silicon, wherein the tubular flow channel has a round or square or in particular a rectangular clear cross-sectional area;
wherein the measuring device further comprises at least one connected electronic operating circuit and at least one vibration exciter, which vibration generator is adapted to stimulate the flow channel to vibrate;
wherein the vibration exciter may be, for example, a non-contact capacitive or inductive vibration exciter, wherein the vibration exciter may also have sensor properties, so that it can detect the oscillation of the flow channel;
wherein the measuring device is characterized in that the increase in mass of the functional surface caused by the accumulation of analytes is detected by a change in a vibration characteristic of the oscillating flow channel, wherein the flow of the media mass flowing through the flow channel is measured by means of the Coriolis mass flow measurement principle.
In einer Ausgestaltung des Messgeräts weist der mindestens eine Durchflusskanal eine Gesamtlänge von mindestens 2 mm und insbesondere mindestens 5 mm auf, wobei der mindestens eine Durchflusskanal eine Gesamtlänge von höchstens 100 mm und insbesondere höchstens 50 mm aufweist.In one embodiment of the measuring device, the at least one flow channel has a total length of at least 2 mm and in particular at least 5 mm, wherein the at least one flow channel has a total length of at most 100 mm and in particular at most 50 mm.
In einer Ausgestaltung des Messgeräts weist das Durchflussvolumen des mindestens einen Durchflusskanals mindestens eine Querschnittsfläche von 0.002 mm^2 und insbesondere mindestens eine Querschnittsfläche von 0.01 mm^2 auf,
wobei das Durchflussvolumen des mindestens einen Durchflusskanals höchstens eine Querschnittsfläche von 0.5 mm^2 und insbesondere höchstens eine Querschnittsfläche von 0.1 mm^2 aufweist.In one embodiment of the measuring device, the flow volume of the at least one flow channel has at least one cross-sectional area of 0.002 mm 2 and in particular at least one cross-sectional area of 0.01 mm 2,
wherein the flow volume of the at least one flow channel at most one Has cross-sectional area of 0.5 mm ^ 2 and in particular at most a cross-sectional area of 0.1 mm ^ 2.
In einer Ausgestaltung des Messgeräts ist die Wandstärke des mindestens einen Durchflusskanals mindestens 1 µm und insbesondere 10 µm, und weiterhin höchstens 200 µm und insbesondere höchstens 100 µm.In one embodiment of the measuring device, the wall thickness of the at least one flow channel is at least 1 μm and in particular 10 μm, and furthermore at most 200 μm and in particular at most 100 μm.
In einer Ausgestaltung des Messgeräts ist der mindestens eine Durchflusskanal aus Silizium aufgebaut.In one embodiment of the measuring device, the at least one flow channel is made of silicon.
In einer Ausgestaltung des Messgeräts ist die mindestens eine funktionale Oberfläche eines Durchflusskanals direkt auf mindestens eine der Durchflusskanalinnenwände aufgebracht.In one embodiment of the measuring device, the at least one functional surface of a flow channel is applied directly to at least one of the flow channel inner walls.
In einer Ausgestaltung des Messgeräts weist die funktionale Oberfläche Aptamere auf, welche dazu dienen, eine festzustellende Substanz aus dem Medium aufzunehmen.In one embodiment of the measuring device, the functional surface aptamers, which serve to record a substance to be detected from the medium.
In einer Ausgestaltung des Messgeräts nimmt die funktionale Oberfläche durch Erhitzung auf mindestens 70°C und insbesondere mindestens 80°C und höchstens 130°C und insbesondere höchstens 120°C ihren Ursprungszustand ein, wobei die zuvor aufgenommenen Analyte wieder an das den Durchflusskanal durchströmende Medium abgegeben werden. Die funktionale Oberfläche ist also regenerierbar. Das während der Hitzephase den Durchflusskanal durchströmende Medium kann dabei ein anderes Medium als das die Analyte beinhaltende Medium sein. Die Regeneration der funktionalen Oberfläche kann beispielsweise auch durch Einstellung eines pH-Werts oder Anlegen eines elektrischen oder magnetischen oder insbesondere elektromagnetischen Felds gewährleistet sein.In one embodiment of the measuring device, the functional surface assumes its original state by heating to at least 70 ° C. and in particular at least 80 ° C. and at most 130 ° C. and in particular at most 120 ° C., the previously recorded analytes returning to the medium flowing through the flow channel become. The functional surface is thus regenerable. The medium flowing through the flow channel during the heat phase can be a different medium than the medium containing the analytes. The regeneration of the functional surface can also be ensured, for example, by setting a pH or applying an electric or magnetic or in particular electromagnetic field.
In einer Ausgestaltung des Messgeräts weist das Messgerät mindestens zwei Sensoren mit jeweils mindestens einem Durchflusskanal auf, wobei die mindestens zwei Durchflusskanäle an jeweils unterschiedliche Substanzen angepasste funktionale Oberflächen aufweisen, wobei die mindestens zwei Sensoren parallel und/oder seriell zueinander verschaltet sein können.In one embodiment of the measuring device, the measuring device has at least two sensors, each having at least one flow channel, the at least two flow channels having adapted to each different substances functional surfaces, wherein the at least two sensors can be connected in parallel and / or series to each other.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch ein Messgerät zur Erkennung von Analyten in Medien basierend auf der Massedurchflussmessung mittels des Coriolis-Massedurchflussmessprinzips umgesetzt,
wobei das Messgerät mindestens einen Sensor mit jeweils mindestens einem Durchflusskanal mit jeweils mindestens einer funktionalen Oberfläche zur selektiven Anlagerung von Analyten aus Medien umfasst, wobei das Messgerät weiterhin eine angeschlossene elektronische Betriebsschaltung sowie mindestens einen Schwingungserreger umfasst, wobei die Elemente der funktionalen Oberfläche beispielsweise Antikörper oder Peptide oder bevorzugt Proteine oder insbesondere Aptamere sein können;
wobei das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anlagerung von Analyten an der funktionalen Oberfläche durch Messung der Änderung der Resonanzfrequenz oder durch Messung der Änderung der Schwingungsdämpfung detektiert wird;
wobei das Verfahren zur Erkennung von Analyten in Medien folgende Schritte umfasst:
Durchleiten des Mediums durch den mindestens einen Durchflusskanal mit der mindestens einen funktionalen Oberfläche,
Anlagerung von Analyten des Mediums an der funktionalen Oberfläche,
Messung der Änderung der Schwingfrequenz oder Messung der Änderung der Schwingungsdämpfung hervorgerufen durch Massenanlagerung der funktionalen Oberfläche,
Messung der den Durchflusskanal durchfließenden Mediummasse mittels des Coriolis-Massedurchflussmessprinzips,
Inbezugsetzung von Masseanlagerung zu Massedurchfluss zur Konzentrationsbestimmung der Analyte.The method according to the invention is implemented by a measuring device for detecting analytes in media based on the mass flow measurement by means of the Coriolis mass flow measuring principle,
wherein the measuring device comprises at least one sensor, each with at least one flow channel, each having at least one functional surface for selective addition of analytes from media, wherein the measuring device further comprises a connected electronic operating circuit and at least one vibration exciter, wherein the elements of the functional surface, for example, antibodies or peptides or preferably proteins or in particular aptamers may be;
wherein the method of the invention is characterized in that the attachment of analytes to the functional surface is detected by measuring the change in the resonant frequency or by measuring the change in the vibration damping;
wherein the method for detecting analytes in media comprises the steps of:
Passing the medium through the at least one flow channel with the at least one functional surface,
Accumulation of analytes of the medium at the functional surface,
Measurement of the change in the oscillation frequency or measurement of the change in the oscillation damping caused by mass accumulation of the functional surface,
Measurement of the medium mass flowing through the flow channel by means of the Coriolis mass flow measurement principle,
Relation of mass accumulation to mass flow rate for determination of the concentration of the analytes.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die mindestens eine funktionale Oberfläche regenerierbar. Die Regeneration des Ursprungszustands kann beispielsweise durch Einstellung eines bestimmten pH-Werts oder durch Anlegen von elektrischen Feldern oder vorzugsweise durch nichtkompetitive Hemmung der funktionalen Oberfläche oder insbesondere durch Erwärmung sichergestellt werden.In one embodiment of the method, the at least one functional surface can be regenerated. The regeneration of the original state can be ensured, for example, by setting a specific pH or by applying electric fields or preferably by non-competitive inhibition of the functional surface or in particular by heating.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die Schwingfrequenz größer als 1 kHz und insbesondere größer als 10 kHz, wobei die Schwingfrequenz kleiner als 100 kHz und insbesondere kleiner als 200 kHz ist.In one embodiment of the method, the oscillation frequency is greater than 1 kHz and in particular greater than 10 kHz, the oscillation frequency being less than 100 kHz and in particular less than 200 kHz.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist das Durchflussvolumen des Mediums mindestens um einen Faktor 1 größer und insbesondere mindestens um einen Faktor 5 größer ist als das Durchflusskanalvolumen und weiterhin höchstens um einen Faktor 1000 größer und insbesondere höchstens um einen Faktor 100 größer ist als das Durchflusskanalvolumen.In one embodiment of the method, the flow volume of the medium is at least a factor of 1 larger and in particular at least a factor of 5 larger than the flow channel volume and further at most by a factor of 1000 larger and in particular at most by a factor 100 is greater than the flow channel volume.
Es wird also durch die vorliegende Erfindung ein Messgerät zur Erkennung von Analyten in Medien basierend auf der Massedurchflussmessung mittels des Coriolis-Massedurchflussmessprinzips und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Messgeräts vorgeschlagen.Thus, the present invention proposes a measuring device for detecting analytes in media based on the mass flow measurement by means of the Coriolis mass flow measurement principle and a method for operating such a measuring device.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einer in Zeichnungen dargestellten beispielhaften Ausführungsform näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in drawings.
Es zeigt:It shows:
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Das in
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BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Durchflusskanal Flow channel
- 1111
- Durchflusskanalinnenwand Flow channel inner wall
- 1212
- Mediumszuführung medium supply
- 1313
- Mediumsabführung media transfer
- 1414
- Analyt analyte
- 2020
- Funktionale Oberfläche Functional surface
- 3030
- Schwingungserreger vibration exciter
- 4040
- Befestigungsvorrichtung fastening device
- 5050
- Elektronische Betriebsschaltung Electronic operating circuit
- 6060
- Verfahren zum Betrieb eines Messgeräts Method for operating a measuring device
- 6161
- Durchleiten des Mediums durch Durchflusskanal Passing the medium through the flow channel
- 6262
- Anlagerung von Analyten an der funktionalen Oberfläche Addition of analytes to the functional surface
- 6363
- Messung von Änderung der Resonanzfrequenz / Schwingungsdämpfung Measurement of resonance frequency / vibration damping change
- 6464
- Messung der Durchflussmasse des Mediums Measurement of the flow mass of the medium
- 6565
- Inbezugsetzung von Masseanlagerung zu Massedurchfluss Inheritance of mass addition to mass flow
- SS
- Schnittkante cutting edge
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|---|---|---|---|---|
| US20120157961A1 (en) * | 2003-05-27 | 2012-06-21 | Integrated Sensing Systems, Inc. | Device and method for detecting chemical and biological agents |
-
2015
- 2015-07-27 DE DE102015112210.3A patent/DE102015112210A1/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120157961A1 (en) * | 2003-05-27 | 2012-06-21 | Integrated Sensing Systems, Inc. | Device and method for detecting chemical and biological agents |
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