DE102019131620A1

DE102019131620A1 - Verfahren und Anordnung zum Detektieren einer Probe unter Erzeugung eines oszillatorischen Signals

Info

Publication number: DE102019131620A1
Application number: DE102019131620.0A
Authority: DE
Inventors: Steffen Hardt; Tamal Roy
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-05-27
Also published as: DE102019131620A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Detektieren einer Probe (16, 116, 216), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen einer zu detektierenden Probe (16, 116, 216) in einem Kanal (12, 112, 212); Transportieren der Probe (16, 116, 216) in einer ersten axialen Richtung (20, 120, 220) durch den Kanal (12, 112, 212) mittels eines elektrischen Gleichfeldes oder einer Transportströmung; Erzeugen eines oszillatorischen Signals der Probe (16, 116, 216), wobei das oszillatorische Signal eine vorbestimmte, künstlich aufgeprägte Frequenzkomponente aufweist; und Extrahieren des erzeugten oszillatorischen Signals aus einem ein Hintergrundrauschen und das oszillatorische Signal umfassenden Messsignal durch Extraktion der vorbestimmten Frequenzkomponente.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Detektieren einer Probe unter Erzeugung eines oszillatorischen Signals. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung dienen der Verbesserung der Sensitivität bei der Detektion einer Probe. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung sind in Verbindung mit verschiedenen Detektionsmethoden verwendbar, beispielsweise in Verbindung mit einer Fluoreszenzdetektion, einer elektrischen Probendetektion durch Messung der Impedanz der Probe, einer elektrochemischen Detektion durch ionenselektive Elektroden, mittels Oberflächenplasmonenresonanz und/oder durch Elektrochemiluminsezenz.
Stand der Technik
Eine grundlegende Aufgabe in der chemischen Analytik und in der Bioanalytik besteht in der Detektion von Proben. Häufig liegen die zu detektierenden Proben in einer Flüssigphase vor. Weit verbreitete Detektionsmethoden für Proben, die in einer Flüssigphase vorliegen, sind die Fluoreszenzdetektion oder die elektrische Probendetektion durch Messung der Impedanz der Probe bzw. der Impedanz von Probenfraktionen.
Jede Detektionsmethode ist durch eine spezifische Sensitivität gekennzeichnet. Das heißt jede Detektionsmethode weist eine Nachweisgrenze auf, unterhalb derer kein Nachweis der Probe mehr möglich ist. Je sensitiver die verwendete Detektionsmethode ist, desto geringere Probenkonzentrationen können nachgewiesen werden. Die Sensitivität stellt somit einen wesentlichen limitierenden Faktor in praktischen Anwendungen dar. Die Erhöhung der Sensitivität der Probendetektion ist neben der Selektivitätserhöhung eine der am höchsten priorisierten Aufgaben in den Bereichen der chemischen Analytik und der Bioanalytik. Sensitivere Verfahren ermöglichen häufig genauere und/oder schnellere Analysen und bieten meist ein breiteres Spektrum an Einsatzmöglichkeiten als weniger sensitive Verfahren.
Im Bereich von elektrophoretischen Trenn- und Aufkonzentrationsverfahren ist es unter Umständen wünschenswert, die Probendetektion elektrisch durch Messung der Impedanz durchzuführen. Gegenüber der Fluoreszenzdetektion bietet die Impedanzmessung den Vorteil, dass keine Fluoreszenzfarbstoffe an die Probenmoleküle gekoppelt werden müssen, d.h. die Detektion kann labelfrei durchgeführt werden. Allerdings ist die Impedanzmessung in der Regel weniger sensitiv als die Fluoreszenzdetektion, was den Einsatzbereich der Impedanzmessung einschränkt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Sensitivität der Probendetektion weiter zu verbessern und die Nachweisgrenze zu verringern. Insbesondere besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Einsatzmöglichkeiten bekannter Detektionsmethoden zu erweitern.
Die Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine Anordnung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weiterbildungen und Ausführungsformen des Verfahrens und der Anordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachstehenden Beschreibung.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer Probe bzw. zur Verbesserung der Sensitivität bei der Detektion einer Probe. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Bereitstellen einer zu detektierenden Probe in einem Kanal;
- Transportieren der Probe in einer ersten axialen Richtung durch den Kanal mittels eines elektrischen Gleichfeldes oder einer Transportströmung;
- Erzeugen eines oszillatorischen Signals der Probe, wobei das oszillatorische Signal eine vorbestimmte, künstlich aufgeprägte Frequenzkomponente aufweist; und
- Extrahieren bzw. Ermitteln des erzeugten oszillatorischen Signals aus einem ein Hintergrundrauschen und das oszillatorische Signal umfassenden Messsignals durch Extraktion der vorbestimmten Frequenzkomponente.

Zum Erhöhen der Sensitivität bei der Detektion einer Probe und zum Verringern der Nachweisgrenze, wird einem natürlichen Probensignal bzw. einem durch die Probe hervorgerufenen Signal, das mittels eines Detektors erfasst und einer Auswerteeinrichtung nachgewiesen werden soll, gezielt eine definierte und dominante Frequenzkomponente aufgeprägt. Beispielsweise kann der Probe eine Frequenzkomponente von wenigen Hertz aufgeprägt werden, insbesondere zwischen 1 Hz und 50 Hz, vorzugsweise zwischen 2 Hz und 25 Hz, weiter bevorzugt zwischen 3 Hz und 10 Hz. Mittels des Verfahrens wird also ein oszillatorisches Signal einer definierten Frequenz erzeugt. Das Aufprägen der vorbestimmten, dominanten Frequenzkomponente führt dazu, dass das Probensignal besser detektierbar ist, da es sich aufgrund der aufgeprägten Frequenzkomponente hinreichend von einem Hintergrund von Störeinflüssen (einem Rauschen) abhebt. Das Rauschen findet in der Regel innerhalb eines breiten Frequenzbandes statt, während das Signal im Wesentlichen im Bereich der aufgeprägten Frequenzkomponente zu finden ist. Durch Herausfiltern dieser Frequenzkomponente aus einem das Rauschen und das oszillierende Signal umfassenden Messsignal kann ein Probensignal detektiert werden, während ein Großteil des Hintergrundrauschens unterdrückt wird. Hierdurch kann ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis wesentlich erhöht und die Nachweisgrenze somit reduziert werden. Dabei kann eine erfindungsgemäße Verbesserung der Sensitivität weitgehend unabhängig von einer mit dem Verfahren verwendeten Detektionsmethode erreicht werden.
Je geringer die Probenkonzentrationen sind, die nachgewiesen werden können, desto umfangreicher sind die Einsatzmöglichkeiten eines Detektionsprinzips. Die Erfindung ermöglicht somit schnellere, genauere oder neuartige Probenanalysen. Dennoch ist die für eine Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigte instrumentelle Ausstattung von lediglich geringem konstruktivem Aufwand und mit geringen Kosten verbunden.
Die zu detektierende Probe kann in Form einer nachzuweisenden Bande in dem Kanal vorliegen, vorzugsweise in einer Flüssigphase. Die Probe kann ein Probengemisch sein. Der Begriff Kanal umfasst hier auch eine Kapillare, durch die die Probe mittels des elektrischen Gleichfeldes oder der Transportströmung transportiert bzw. bewegt werden kann. Insbesondere kann der Kanal ein Mikrokanal sein. Der Kanal kann mit einem wässrigen Medium befüllt sein, in dem die Probe aufgenommen ist. Das Transportieren bzw. Bewegen der Probe durch den Kanal mittels des elektrischen Gleichfeldes kann nach dem Prinzip der Elektrophorese erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit ein elektrophoretisch basiertes Verfahren sein.
So kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Erhöhung der Sensitivität bei der Detektion von Proben in elektrophoretischen Trenn- und/oder Aufkonzentrationsverfahren eingesetzt werden oder ein elektrophoretisches Trenn- und/oder Aufkonzentrationsverfahren umfassen. Beispiele für solche Verfahren sind die Kapillarelektrophorese oder die Isotachophorese. Bei der Kapillarelektrophorese kann beispielsweise ein Probengemisch aufgrund von unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeiten der Bestandteile beim elektrophoretischen Transport durch einen Kanal aufgetrennt werden. Zum Beispiel kann ein Probengemisch nach der Größe der darin vorhandenen Moleküle aufgetrennt werden. Eine Variante der Elektrophorese ist die Isotachophorese (kurz: ITP), bei der sich zwei unterschiedliche Elektrolyten in dem Kanal befinden, ein in einer Bewegungsrichtung betrachteter „Leading Electrolyte“ (kurz: LE) und ein „Terminating Electrolyte“ (kurz: TE). Die Probe ist zwischen den beiden Elektrolyten angeordnet. Zudem sind die beiden Elektrolyte nach Maßgabe der Probe so gewählt, dass die elektrophoretische Mobilität der Probenionen zwischen den elektrophoretischen Mobilitäten der LE- und TE-Ionen liegt. Die Isotachophorese kann ebenfalls zur Probentrennung angewendet werden, kommt jedoch häufiger für andere Zwecke zum Einsatz, insbesondere zum Aufkonzentrieren von Proben.
Das erfindungsgemäße Verfahren (und das jeweilige damit verwendete elektrophoretische Verfahren) kann darüber hinaus zusammen mit einer Detektionsmethode zur Detektion der Probe verwendet werden oder eine Detektionsmethode zur Detektion der Probe umfassen, z. B. um Probenfraktionen nach einem Trennprozess nachzuweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit unterschiedlichen Detektionsprinzip verwendbar. Die Detektionsmethode kann eine Fluoreszenzdetektion oder eine elektrische Detektion mittels Impedanzmessung sein. Bei der Fluoreszenzdetektion wird die Fluoreszenz der Probenmoleküle angeregt und mittels eines Sensors detektiert. Hierzu kann ein Fluoreszenzmarker an die Moleküle angeheftet werden. Bei der elektrischen Detektion mittels Impedanzmessung wird ausgenutzt, dass sich die Impedanz der Probenbande von derjenigen des/der die Bande umgebenden Elektrolyts/Elektrolyte unterscheidet. Zur Impedanzmessung kann die Änderung des ohmschen Widerstands, des kapazitiven Widerstands und/oder des induktiven Widerstands gemessen werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann das oszillatorische Signal erzeugt werden durch Oszillieren der Probe mittels einer Wechselspannung einer Kreisfrequenz ω_S, die die Frequenzkomponente bildet. Hierzu kann die Gleichspannung zum elektrophoretischen Transportieren der Probe mittels des elektrischen Gleichfelds durch die Wechselspannung mit der gegebenen Kreisfrequenz ω_S überlagert werden. Die Gleichspannung kann zwischen 50 V und 5 kV betragen, vorzugsweise zwischen 100 V und 2,5 kV. Das elektrische Gleichfeld kann eine elektrische Feldstärke zwischen 500 V·m^-1 und 500 kV·m^-1 haben, vorzugsweise zwischen 1000 V·m^-1 und 250000 V·m^-1. Das Verfahren kann somit eine Gleichspannung zum Transportieren der Probe durch den Kanal mit einem Wechselspannungs-Offset zum Erzeugen der Oszillationsbewegung aufweisen. Insbesondere kann die Oszillationsbewegung mittels einer einzigen Wechselspannung induziert werden. Die Wechselspannung kann beispielsweise eine Frequenz von wenigen Hertz aufweisen, insbesondere zwischen 1 Hz und 50 Hz, vorzugsweise zwischen 2 Hz und 25 Hz, weiter bevorzugt zwischen 3 Hz und 10 Hz. Die Spannungsamplitude der Wechselspannung kann signifikant größer als die Amplitude der Gleichspannung sein, bevorzugt zwischen 2 mal und 20 mal so groß.
Mit anderen Worten kann in dieser Ausführungsform zur Erzeugung des oszillatorischen Signals eine Oszillationsbewegung der Probe oder der Probenbande induziert werden. Dem Signal der Probe, welches mittels eines Detektors nachgewiesen werden soll, kann so die vorbestimmte, dominante Frequenzkomponente ω_S aufgeprägt werden. Beispielsweise kann in der vorstehenden Ausführungsform ein Sensor das oszillierende Signal der Probe und das Hintergrundrauschen detektieren. Von diesem Sensor kann das oszillerende Signal bzw. das Messsignal samt oszillierendem Signal und Hintergrundrauschen an eine Auswerteeinrichtung zum Extrahieren des erzeugten oszillatorischen Signals übermittelt werden.
Das Verfahren kann also in einer Ausführungsform die Schritte umfassen:

- Bereitstellen einer zu detektierenden Probe in einem Kanal;
- Transportieren der Probe in einer ersten axialen Richtung durch den Kanal mittels eines durch eine Gleichspannung erzeugten elektrischen Gleichfeldes;
- Erzeugen eines oszillatorischen Signals der Probe, das eine vorbestimmte, künstlich aufgeprägte Frequenzkomponente aufweist, durch Oszillieren der Probe mittels einer Wechselspannung einer Kreisfrequenz ws;
- Detektieren eines ein Hintergrundrauschen und das erzeugte oszillatorische Signal umfassenden Messsignals mittels eines Detektors; und
- Extrahieren des erzeugten oszillatorischen Signals aus dem Messsignal durch Extraktion der vorbestimmten Frequenzkomponente.

Ein Detektor, der beispielsweise in Form eines Sensors ausgebildet sein kann, kann in einer Wand des Kanals ausgebildet und dazu eingerichtet sein, das oszillierende Signal zu erfassen, wenn und solange sich die Probe in einer an den Detektor angrenzenden Detektionszone befindet. In dieser Ausführungsform misst der Detektor also ein Signal der Probe, dem eine gegebene Frequenz aufgeprägt ist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann das oszillatorische Signal erzeugt werden durch Hindurchführen der Probe mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch eine Mehrzahl von Detektionszonen mittels des elektrischen Gleichfeldes oder der Transportströmung, wobei die Detektionszonen entlang des Kanals in vorbestimmten, vorzugsweise gleichmäßigen, Abständen angeordnet sind. Beispielsweise kann die Probe mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit von 1 mm·s^-1 mittels des elektrischen Gleichfeldes oder der Transportströmung durch die Detektionszonen bewegt werden. Der Kanal kann beispielsweise zwischen 2 und 50 Detektionszonen aufweisen, vorzugsweise zwischen 5 und 40, bevorzugt zwischen 10 und 30. Die Abstände zwischen zwei benachbarten Detektionszonen können zwischen 10 µm und 1 mm betragen, vorzugsweise zwischen 20 µm und 900 µm, bevorzugt zwischen 30 µm und 800 µm. Jede Detektionszone kann einem zugehörigen Detektor zugeordnet sein und einen an den zugehörigen Detektor angrenzenden Bereich beschreiben. Alternativ können alle oder zumindest mehrere Detektionszonen parallel mit einem einzigen Detektor verbunden sein. Überstreicht die Probe eine Detektionszone, wird ein Signal der Probe erzeugt bzw. von dem zugehörigen Detektor erfasst. Dieses Signal ist zum Zeitpunkt der Detektion noch nicht-oszillatorisch. Das Signal der Probe erhält dadurch eine dominante Frequenzkomponente, dass die Probe die regelmäßig angeordneten Detektionszonen mit der vorbestimmten Geschwindigkeit überstreicht, wodurch regelmäßig aufeinanderfolgende Signale der Probe erzeugt bzw. erfasst werden. Insbesondere kann die Probe mit einer konstanten Geschwindigkeit in der ersten axialen Richtung innerhalb des Kanals an der Mehrzahl von Detektionszonen vorbeibewegt werden. Die Detektionszonen können in axialer Richtung der Längsachse des Kanals angeordnet und in axialer Richtung gleichmäßig voneinander beabstandet sein.
Die Probe kann mittels des elektrischen Gleichfeldes oder der Transportströmung zumindest abschnittsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit in der ersten axialen Richtung durch den Kanal transportiert werden. Das Bewegen der Probe kann in definierter und kontrollierter Weise erfolgen. Insbesondere kann die Probe im Bereich einer oder mehrerer Detektionszone/n mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt werden. Die Probe kann aber auch durch den gesamten Kanal mit einer konstanten Geschwindigkeit transportiert werden Die aufzuprägende Frequenzkomponente kann durch die Wahl der Transportgeschwindigkeit der Probe mittels des elektrischen Gleichfeldes oder der Transportströmung eingestellt und bestimmt werden. Insbesondere kann bei dieser Ausführungsform durch eine Abstimmung der Länge der Probe/Probenbande, der Länge der Detektionszonen und der Abstände der Detektionszonen voneinander (in axialer Richtung des Kanals betrachtet) ein nahezu sinusförmliches Signal der Probe erzeugt werden. Im Unterschied zu einer Ausführungsform, die auf einer oszillierenden Probe beruht, wird für diese Ausführungsform des Verfahrens ausschließlich eine Gleichspannungsquelle benötigt, keine zusätzliche Wechselspannungsquelle. Diese Ausführungsform benötigt daher einen besonders geringen apparativen Aufwand.
Das Verfahren kann also in einer Ausführungsform die Schritte umfassen:

- Bereitstellen einer zu detektierenden Probe in einem Kanal;
- Transportieren der Probe in einer ersten axialen Richtung durch den Kanal mittels eines durch eine Gleichspannung erzeugten elektrischen Gleichfeldes oder mittels oder der Transportströmung, vorzugsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit;
- Erzeugen eines oszillatorischen Signals der Probe, das eine vorbestimmte, künstlich aufgeprägte Frequenzkomponente aufweist, durch Hindurchführen der Probe durch eine Mehrzahl von Detektionszonen mittels des elektrischen Gleichfeldes oder der Transportströmung, wobei jede der Mehrzahl von Detektionszonen ein Hintergrundrauschen und nacheinander ein (nicht-oszillatorisches) ein Signal der Probe detektiert und die Mehrzahl von Detektionszonen so gemeinsam ein das Hintergrundrauschen und das oszillatorische Signal der Probe umfassendes Messsignal erzeugt; und
- Extrahieren des erzeugten oszillatorischen Signals aus dem Messsignal durch Extraktion der vorbestimmten Frequenzkomponente.

In dieser Ausführungsform misst jeder einer Mehrzahl an Detektoren also ein nicht-oszillatorisches Signal der Probe bzw. ein Signal der Probe ohne aufgeprägte Frequenzkomponente. Erst das Aneinanderreihen oder Zusammensetzen der von der Mehrzahl an Detektoren erfassten Signale der Probe erzeugt das oszillatorische Signal der Probe mit der vorbestimmten, dominanten Frequenzkomponente. Die Frequenzkomponente kann nach Maßgabe der Transportgeschwindigkeit der Probe und somit mittels des elektrischen Gleichfeldes oder der Transportströmung eingestellt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann das oszillatorische Signal erzeugt werden durch mehrfaches Vorbeiführen der Probe an einer Detektionszone, unter mehrfacher Umkehrung der Bewegungsrichtung der Probe. Mit anderen Worten kann die Probe im Bereich der Detektionszone mehrfach hin und her und so mehrfach unter Richtungswechseln an der Detektionszone vorbei bewegt werden. Hierdurch kann das oszillatorische Verfahren ähnlich zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit einer Mehrzahl von Detektionszonen erzeugt werden.
Das mehrfache Umkehren der axialen Bewegungsrichtung der Probe kann beispielsweise bewirkt werden durch mehrfaches Umkehren der Wirkungsrichtung, durch periodisches An- und Abschalten oder durch periodisches Abschwächen und Verstärken eines elektrischen Gleichfeldes. Das elektrische Gleichfeld kann immer dann umgeschaltet bzw. an-/abgeschaltet bzw. abgeschwächt/verstärkt werden, wenn die Probe/Probenbande die Detektionszone vollständig überquert hat. Die Transportströmung kann während des mehrfachen Umkehrens konstant sein. Die Transportströmung kann beispielsweise druckgetrieben oder elektroosmotisch sein. In einem angeschalteten Zustand kann das elektrische Gleichfeld der Transportströmung entgegenwirken und die Probe entgegen der Transportströmung durch den Kanal bzw. durch die Detektionszone transportieren. Wenn das elektrische Gleichfeld abgeschaltet oder abgeschwächt ist, kann die Probe mittels und in Richtung der Transportströmung durch den Kanal bzw. durch die Detektionszone transportiert werden.
In einer Ausführungsform kann das Transportieren der Probe mittels des elektrischen Gleichfeldes mit einer Strömung überlagert wird, die dem Transportieren der Probe mittels des elektrischen Gleichfeldes entgegenwirkt, um das Transportieren der Probe in einer ersten axialen Richtung zu verlangsamen und/oder an einer vorgesehenen Position innerhalb des Kanals zu stoppen. Die Strömung wirkt somit dem elektrophoretischen Transport der Probe innerhalb des Kanals entgegen. Die Strömung kann das wässrige Medium, in dem sich die Probe befindet, in eine der ersten axialen Richtung entgegengesetzte zweite Richtung bewegen. Die Strömung kann druckgetrieben und/oder elektroosmotisch sein. Die Überlagerung, d.h. das Aufbringen der Strömung, kann temporär erfolgen. Die Probe kann durch die Überlagerung von elektrophoretischem Transport und Strömung für eine gewünschte Zeitdauer stationär in einer Detektionszone gehalten werden. Dies kann die Integrationszeit erhöht und somit die Detektion des Probensignals verbessern. Ferner kann durch die Überlagerung von elektrophoretischem Transport und Strömung die Transportgeschwindigkeit der Probe eingestellt werden, was ebenfalls die Detektion des Probensignals verbessern kann. Insbesondere kann diese Ausführungsform in einem auf der Isotachophorese basierenden Verfahren verwendet werden, da hierdurch eine Probendispersion aufgrund der Überlagerung des elektrophoretischem Transports und der Strömung des wässrigen Mediums (Elektrolyten) vermieden oder zumindest verringert werden kann.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann die Extraktion der vorbestimmten Frequenzkomponente aus dem das Hintergrundrauschen und das oszillatorische Signal umfassenden Messsignal mittels eines Lock-in-Verstärkers durchgeführt werden. Der Lock-in-Verstärker kann die mathematische Operation einer Konvolution (Faltung) ausführen und so das der vorbestimmten Frequenzkomponente zugeordnete oszillatorische Signal extrahieren.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Detektieren einer Probe, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art. Die Anordnung umfasst einen Kanal, in den eine zu detektierende Probe einbringbar oder eingebracht ist und eine Gleichspannungsquelle zum Erzeugen eines elektrischen Gleichfeldes oder eine Strömungsquelle zum Erzeugen einer Transportströmung, um die Probe in einer ersten axialen Richtung durch den Kanal zu transportieren. Ferner umfasst die Anordnung eine Einrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein oszillatorisches Signal der Probe zu erzeugen, wobei das oszillatorische Signal eine vorbestimmte, künstlich aufgeprägte Frequenzkomponente aufweist. Eine Auswerteeinrichtung der Anordnung ist dazu eingerichtet, das erzeugte oszillatorische Signal durch Extraktion der vorbestimmten Frequenzkomponente aus einem ein Hintergrundrauschen und das oszillatorische Signal umfassenden Messsignal zu extrahieren.
In einer Ausführungsform umfasst die Einrichtung zum Erzeugen des oszillatorischen Signals eine Wechselspannungsquelle, die dazu eingerichtet ist, die Probe innerhalb des Kanals mittels einer Wechselspannung einer Kreisfrequenz ω_S zu oszillieren, wobei die Kreisfrequenz ω_S die Frequenzkomponente bildet.
Die Anordnung kann wenigstens einen Detektor umfassen. Der wenigstens eine Detektor kann dazu eingerichtet sein, das oszillierende Signal zu detektieren. Der wenigstens eine Detektor kann ein Sensor zum Durchführen einer Impedanzmessung oder ein Sensor zum Durchführen einer Fluoreszenzmessung sein. Beispielsweise kann der Sensor ein CCD-Sensor (engl.: charge-coupled device), ein an ein Impedanzmessgerät angeschlossenes Elektrodenpaar, etc. sein. Der wenigstens eine Detektor kann in einer Wand des Kanals integriert sein.
In einer Ausführungsform umfasst die Einrichtung zum Erzeugen des oszillatorischen Signals wenigstens eine Detektionszone, durch die die Probe mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit hindurchführbar ist. Die Probe kann mittels des elektrischen Gleichfeldes und/oder mittels einer Strömung durch die wenigstens eine Detektionszone hindurchführbar sein. Insbesondere kann die Einrichtung eine Mehrzahl von Detektionszonen umfassen, die entlang des Kanals in vorbestimmten Abständen angeordnet sind. Genauer gesagt kann eine Mehrzahl von Detektoren in gleichmäßigen Abständen in axialer Richtung des Kanals angeordnet und in der Wand des Kanals integriert sein. Die Mehrzahl von Detektoren kann dazu eingerichtet sein, nacheinander Probensignale zu detektieren und gemeinsam das oszillierende Signal zu erzeugen. Jeder der Mehrzahl von Detektoren kann beispielsweise ein Sensor zum Durchführen einer Impedanzmessung oder ein Sensor zum Durchführen einer Fluoreszenzmessung sein. Alternativ kann die Probe unter mehrfacher Umkehr der Bewegungsrichtung der Probe durch wenigsten eine oder durch mehrere Detektionszone/n hindurchführbar sein.
Es versteht sich, dass obgleich einige der Ausführungsformen, Weiterbildungen und Merkmale vorstehend lediglich in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden, diese Ausführungsformen, Weiterbildungen und Merkmale entsprechend für die erfindungsgemäße Anordnung gelten können. Gleichermaßen können Ausführungsformen, Weiterbildungen und Merkmale, die vorstehend lediglich in Bezug auf die Anordnung beschrieben wurden, entsprechend für das Verfahren gelten.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die beiliegenden schematischen Figuren näher erläutert. Es stellen dar:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit elektrophoretischem Probentransport.
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Probentransport durch Isotachophorese.
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Probentransport mit einer Strömung überlagert wird.
4 vier Diagramme mit verschiedenen Probensignalen.
5 ein Diagramm zur Darstellung einer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbaren Sensitivitätserhöhung durch Oszillation einer Alexa-Fluor-Probe.
6A, 6B, 6C schematische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
7A, 7B schematische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figurenbeschreibung
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 10 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter elektrophoretischem Probentransport. Die Anordnung 10 umfasst einen Kanal 12 (oder eine Kapillare 12), der mit einem flüssigen Elektrolyten 14 befüllt ist. Ferner ist eine zu detektierende Probe bzw. Probenbande 16 in dem Kanal 12 angeordnet, die in dem Elektrolyten 14 aufgenommen und gemeinsam mit dem Elektrolyten 14 in dem Kanal 12 bewegbar ist. Hierzu weist die Anordnung eine Gleichspannungsquelle 18 auf, die dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Gleichfeld zu erzeugen, mittels dessen die Probe 16 in einer ersten axialen Richtung 20 durch den Kanal 12 bewegbar ist. Demnach zeigt 1 ein Verfahren mit Elektrophorese bzw. ein elektrophoretisches Verfahren.
Die Anordnung 10 umfasst des Weiteren eine Detektionszone 22 zum Detektieren eines durch die Probe 16 hervorgerufenen Signals. Jede Detektionszone ist mit einem Sensor verbunden und wird von diesem ausgelesen. Die Detektionszone 22 ist an dem Kanal 12 angeordnet bzw. in einer Seitenwand des Kanals 12 integriert oder im Bereich des Kanals 12 angeordnet. Es versteht sich, dass der Sensor beispielsweise bei einer Fluoreszenzdetektion eine Optik sein kann, die Licht sammelt und daher geringfügig von dem Kanal beabstandet ist. Wenn sich die Probe 16 im Bereich der Detektionszone 22 befindet, erfasst der zugehörige Sensor ein Probensignal. Neben dem Probensignal erfasst der Sensor jedoch auch Störsignale in Form eines Rauschens. Das Rauschen überlagert somit das Probensignal.
Um das Probensignal trotz des Rauschens zu detektieren und damit die Sensitivität der Probendetektion zu erhöhen, umfasst die Anordnung 10 in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Wechselspannungsquelle 24, die dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Wechselfeld zu erzeugen und dadurch die Probe 16 während des Transports durch den Kanal 12 zu oszillieren. Das Oszillieren der Probe 16 ist durch die Pfeile 26 angedeutet. Die Wechselspannungsquelle 24 oszilliert die Probe 16 mit einer Wechselspannung einer Kreisfrequenz ws. Hierdurch erzeugt die Wechselspannungsquelle 24 ein oszillatorisches Signal der Probe 16, dem eine dominante Frequenzkomponente der Frequenz ω_S aufgeprägt ist. Wenn sich die oszillierende Probe 16 im Bereich der Detektionszone 22 befindet, erfasst der Sensor neben dem Rauschen das oszillierende Probensignal.
Der Sensor der Detektionszone 22 übermittelt die erfassten Signale an eine Auswerteeinrichtung 28 der Anordnung 10, die einen Lock-In-Verstärker umfasst. Mittels des Lock-In-Verstärkers extrahiert die Auswerteeinrichtung 28 das oszillierende Probensignal, indem es die Frequenzkomponente der Frequenz ω_S aus einem das oszillierende Probensignal und das Rauschen umfassenden Messsignal extrahiert. Die Frequenz ω_S ist durch die Einstellungen der Wechselspannungsquelle 24 vorbestimmt und somit bekannt. Das Probensignal kann dadurch besser detektiert werden, was die Nachweisgrenze bei der Probendetektion gegenüber herkömmlichen Verfahren herabsetzt.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 10 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Anordnung und das damit durchführbare Verfahren ähneln denen der 1. Es wird daher nachstehend im Wesentlichen auf Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen eingegangen. Gleiche und/oder gleichwirkende Komponenten und Merkmale sind daher mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen.
Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Verfahren mit einem einfachen elektrophoretischen Probentransport, ist in dem Verfahren gemäß 2 ein Probentransport durch Isotachophorese vorgesehen. Hierzu sind zwei unterschiedliche Elektrolyten 30, 32 in dem Kanal 12 angeordnet, ein in Bewegungsrichtung betrachteter „Leading Electrolyte“ 30 (kurz: LE) und ein „Terminating Electrolyte“ 32 (kurz: TE). Die Probe 16 ist zwischen den beiden Elektrolyten angeordnet. Die beiden Elektrolyte 30, 32 sind so gewählt, dass die elektrophoretische Mobilität der Probenionen zwischen den elektrophoretischen Mobilitäten der Elektrolyten-Ionen liegt. Der Leading Electrolyte 30 kann zum Beispiel eine Mischung aus Ameisensäure und DL-Histidin umfassen. Der Terminating Electrolyte 32 kann zum Beispiel eine Mischung aus 2-(N-Morpholino)ethansulfonsäure und DL-Histidin umfassen. Die Probe wird also zwischen den beiden Elektrolyten 30, 32 mittels des elektrischen Gleichfeldes durch den Kanal 12 transportiert. Das Induzieren der Oszillationsbewegung der Probe 16 bzw. das Erzeugen des oszillatorischen Probensignals sowie die nachfolgende Auswertung werden mit den gleichen Komponenten und nach dem gleichen Prinzip wie in der Ausführungsform gemäß 1 durchgeführt.
Ein auf einem Probentransport durch Isotachophorese basierendes Verfahren kann insbesondere für das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel verwendet werden. Die Anordnung und das damit durchführbare Verfahren gemäß 3 ähneln denen der 2. Es wird daher nachstehend im Wesentlichen auf Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen eingegangen. Gleiche und/oder gleichwirkende Komponenten und Merkmale sind daher mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 versehen.
Zusätzlich zu den Merkmalen des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels, wird in dem Ausführungsbeispiel der 3 das Transportieren der Probe 16 mittels des elektrischen Gleichfeldes mit einer Strömung 34 überlagert. Die Verwendung eines auf der Isotachophorese basierenden Verfahrens in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel mit zusätzlicher Strömung 34 ist besonders vorteilhaft, da hierdurch eine Probendispersion vermieden oder zumindest verringert werden kann.
Die Strömung 34 bewegt die Elektrolyten 30, 32, zwischen denen sich die Probe 16 befindet, in eine der ersten axialen Richtung 20 entgegengesetzte zweite Richtung. Die Strömung 34 ist somit der von dem elektrischen Gleichfeld induzierten Bewegungsrichtung entgegengesetzt und wirkt dem Transportieren der Probe 16 mittels des elektrischen Gleichfeldes entgegen. Hierdurch wird das Transportieren der Probe 16 in der ersten axialen Richtung 20 gezielt verlangsamt oder sogar gestoppt, abhängig von der eingestellten Stärke der Strömung 34. Insbesondere kann die Probe 16 für eine bestimmte Zeitdauer an einer Position im Bereich einer Detektionszone gehalten werden. Mittels der angelegten Wechselspannung oszilliert die Probe 16 in diesem Zustand um eine Position im Bereich einer Detektionszone. Dieser stationäre Zustand ist in 3 dargestellt. Ein Verlangsamen des Probentransports oder Halten der Probe im Bereich einer Detektionszone kann die Integrationszeit bei der Detektion erhöhen und somit die Detektion des Probensignals weiter verbessern.
4 zeigt vier Diagramme mit über die Kanalbreite aufintegrierten Probensignalen einer ITP-Probenbande zur weiteren Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die beiden oberen Diagramme zeigen jeweils ein Signal ohne oszillatorische Bewegung, während die beiden unteren Diagramme jeweils ein durch Konvolution mittels eines Lock-In-Verstärkers berechnetes Signal zeigen, bei dem eine oszillierende Probenbande detektiert wurde. Dabei war die Probe ein Fluoreszenzfarbstoff, der in linken Teil der Abbildung in einer Ausgangskonzentration von 100 fg/µL vorlag, im rechten Teil in einer Ausgangskonzentration von 2 fg/µL.
Zum Erzeugen und Erfassen der in 4 gezeigten Signale wurde eine Probenbande fluoreszierender Moleküle in einem Mikrokanal erzeugt und mittels Isotachophorese durch den Mikrokanal transportiert, einmal mit konstanter Geschwindigkeit, das andere Mal mit einer oszillatorischen Bewegung, die der konstanten Geschwindigkeit überlagert wurde. Die Oszillationsfrequenz betrug 3 Hz. Die Fluoreszenz im Mikrokanal wurde mit einer CCD-Kamera detektiert. Die Fluoreszenzsignale wurden über die Kanalbreite aufintegriert und in der Form der Fluoreszenzintensität als Funktion der Koordinate x längs des Kanals dargestellt. Man erkennt, dass bei der sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegenden ITP-Probenbande eine Konzentration von 100 fg/µL zu einem sich klar vom Hintergrundrauschen abhebenden Signal führt. Hingegen kann eine Konzentration von 2 fg/µL nicht mehr vom Hintergrundrauschen diskriminiert werden. Wird eine oszillierende Probenbande in Kombination mit dem Prinzip der Lock-In-Verstärkung verwendet (unterer Teil von 4), hebt sich auch bei einer Konzentration von 2 fg/µL das Signal noch klar vom Hintergrund ab. Bei der Lock-In-Verstärkung wird das ursprünglich durch den Detektor aufgenommene Signal mittels einer Konvolution mit einer Sinusfunktion der aufgeprägten Frequenz in eine Signalform mit einem Minimum und einem Maximum transformiert. Diese Signalform stellt näherungsweise die räumliche Ableitung (bezüglich der x-Koordinate) des Ausgangssignals dar.
Die Erzeugung eines oszillatorischen Probensignals und die Extraktion der dominanten, aufgeprägten Frequenz mit Hilfe der Konvolution ermöglicht es, selbst ein verrauschtes Signal der Probe nachzuweisen, das auf herkömmliche Weise nicht detektierbar ist. Die Sensitivität der Probendetektion kann somit erhöht und das Signal-Rausch-Verhältnis (engl.: signal-to-noise ratio, kurz: SNR) verbessert werden.
Die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist in dem Diagramm der 5 veranschaulicht. Genauer gesagt zeigt das Diagramm anhand des verbesserten Signal-Rausch-Verhältnisses eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielbare Sensitivitätserhöhung durch Oszillation einer Alexa-Fluor-Probe. Hierzu sind in dem Diagramm die Signal-Rausch-Verhältnisse als Funktion der verwendeten Ausgangskonzentration von Alexa-Fluor (in fg/µL) aufgetragen. Es wurden mehrere Experimente mit unterschiedlichen Alexa-Fluor-Konzentrationen durchgeführt. Bei einer Reduktion der Konzentration hebt sich das Signal immer weniger vom Hintergrundrauschen ab. In beiden Fällen (mit und ohne Probenoszillation) wurde das Signal-Rausch-Verhältnis bestimmt. Man erkennt in 5, dass das Schema der oszillierenden Probenbanden gegenüber der konventionellen Isotachophorese deutliche Vorteile bietet. Die Vorteile treten insbesondere bei geringen Probenkonzentrationen zutage. Bei den durchgeführten Experimenten war das Signal-Rausch-Verhältnis mit Probenoszillation und Lock-in-Verstärkung bis zu 10 mal größer also ohne Oszillation.
Die 6A, 6B und 6C veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 110 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Probe 116 mittels eines elektrischen Gleichfeldes 118 in einer ersten axialen Bewegungsrichtung 120 durch einen Kanal 112 transportiert. Der Probentransport kann nach dem Prinzip der Elektrophorese oder der Isotachophorese stattfinden. Entlang der Längsachse des Kanals 112 sind mehrere Detektionszonen 122 vorgesehen, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind und jeweils die gleiche Breite aufweisen. 6A zeigte ein Ausführungsbeispiel mit fünf Sensoren bzw. Detektionszonen 122. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung weniger oder mehr als fünf Detektionszonen vorgesehen sein können.
Die Probe 116 wird mit einer vorbestimmten, konstanten Geschwindigkeit durch eine Detektionszone 122 eines zugehörigen Sensors (nicht gezeigt) bewegt. Hierbei erfasst der Sensor ein Signal der in 6B gezeigten Form, also ein oszillatorisches Signal mit über eine Zeitperiode zunehmender und wieder abnehmender Intensität. Wird die Probe 116 mit der vorbestimmten, konstanten Geschwindigkeit entlang des Kanals 112 transportiert und nacheinander durch die Mehrzahl von Detektionszonen 122 hindurchbewegt, erfassen die Sensoren zusammen mehrere Signale der in 6B gezeigten Form. Diese mehreren Signale ergeben zusammengesetzt ein Signal der in 6C gezeigten Form. Durch eine gezielte Abstimmung der Länge der Probe 116 auf die Längen der Detektionszonen 122 und die Einstellung der Abstände der Detektionszonen 122 voneinander (alles in axialer Richtung des Kanals betrachtet), kann ein nahezu sinusförmiges, oszillatorisches Signal erzeugt werden.
Obgleich in diesem Ausführungsbeispiel jeder Sensor ein nicht-oszillatorisches Probensignal erfasst, wird mittels der Mehrzahl an Sensoren und das konstante Transportieren der Probe durch die Detektionszonen dennoch ein oszillatorisches Probensignal erzeugt, welches an die Auswerteeinrichtung weitergegeben wird. Die Extraktion des Probensignals aus einem Messsignal, welches neben dem Probensignal auch Rauschen umfasst, wird analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen durchgeführt. Die durch das Hinwegbewegen der Probe über die Mehrzahl an Sensoren aufgeprägte, dominante Frequenzkomponente ist durch die eingestellte Geschwindigkeit und die gewählten Längen und Abstände vorbekannt und kann somit gezielt extrahiert werden. Da für dieses Ausführungsbeispiel keine Wechselspannungsquelle erforderlich ist, kann das Ausführungsbeispiel mit einem besonders geringen apparativen Aufwand realisiert werden.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 210 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das der Anordnung 210 der 7 zugrunde liegende Funktionsprinzip ähnelt dem Funktionsprinzip der Anordnung 110 gemäß 6. Auch hier wird das oszillatorische Signal durch Vorbeiführen der Probe 216 an einem Sensor bzw. durch das Hindurchführen der Probe 216 durch eine Detektionszone 222 erzeugt, ohne dass die Probe 216 mittels einer Wechselspannung oszilliert wird. Eine Wechselspannungsquelle ist somit in der Anordnung 210 der 7 nicht erforderlich.
Im Unterschied zu dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Probe 216 in dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch mehrfach durch dieselbe Detektionszone 222 hindurchgeführt. Die Anordnung 210 kann somit beispielsweise nur eine einzige Detektionszone 222 mit einem einzigen Sensor aufweisen. Um die Probe 216 mehrfach durch Detektionszone 222 hindurchzuführen kann die Bewegungsrichtung der Probe mehrfach umgekehrt werden, was durch den Doppelpfeil 220 dargestellt ist. Hierdurch kann ähnlich zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit einer Mehrzahl von Detektionszonen ein oszillatorisches Signal der Probe 216 erzeugt werden, ohne die Probe 216 mittels eines elektrischen Wechselfeldes zu oszillieren. Insbesondere ist die Bewegungsumkehrung der Probe 216 so eingerichtet, dass die Bewegungsrichtung der Probe 216 immer gerade dann umgekehrt wird, wenn die gesamte Probe 216 die Detektionszone verlässt. Durch Einstellen des Takts der Bewegungsumkehr, die Geschwindigkeit des Probentransports und das Abstimmen der Länge der Probe auf die Länge der Detektionszone kann die dem Probensignal aufgeprägte Frequenzkomponente gezielt vorbestimmt werden. Insbesondere kann so ein nahezu sinusförmiges Signal erzeugt werden. Die anschließende Extraktion des Probensignals aus einem Messsignal, welches neben dem Probensignal auch Rauschen umfasst, wird analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen durchgeführt.
Das mehrfache Umkehren der Bewegungsrichtung der Probe 216 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bewirkt durch periodisches An- und Abschalten oder durch Umkehren der Wirkungsrichtung der das elektrische Feld in dem Kanal 212 erzeugenden Spannungsquelle 218. In einem angeschalteten Zustand wirkt das elektrische Feld dem Transportieren der Probe 216 mittels einer Transportströmung entgegen (nicht gezeigt). In Phasen, in denen das elektrische Feld abgeschaltet oder zumindest abgeschwächt ist, wird die Probe 216 mittels der Transportströmung in die erste axiale Richtung transportiert. Das elektrische Feld wird immer dann abwechselnd zu- oder abgeschaltet bzw. verstärkt oder abgeschwächt bzw. umgekehrt, wenn die Probe 216 die Detektionszone 222 vollständig überquert hat.
Bezugszeichenliste

10: Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel
12: Kanal/Kapillare
14: Elektrolyt
16: Probe/Probenbande
18: Gleichspannungsquelle
20: erste axiale Bewegungsrichtung
22: Detektionszone
24: Wechselspannungsquelle
26: Bewegungsrichtung durch Oszillieren der Probe
28: Auswerteeinrichtung
30: Leading Electrolyte
32: Terminating Electrolyte
34: Strömung
110: Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
112: Kanal/Kapillare
116: Probe/Probenbande
118: Gleichspannungsquelle
120: erste axiale Bewegungsrichtung
122: Detektionszone
210: Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
212: Kanal/Kapillare
216: Probe/Probenbande
218: Spannungsquelle
220: umkehrende axiale Bewegungsrichtungen
222: Detektionszone

Claims

Verfahren zum Detektieren einer Probe (16, 116, 216), das die Schritte umfasst: - Bereitstellen einer zu detektierenden Probe (16, 116, 216) in einem Kanal (12, 112, 212); - Transportieren der Probe (16, 116, 216) in einer ersten axialen Richtung (20, 120, 220) durch den Kanal (12, 112, 212) mittels eines elektrischen Gleichfeldes oder einer Transportströmung; - Erzeugen eines oszillatorischen Signals der Probe (16, 116, 216), wobei das oszillatorische Signal eine vorbestimmte, künstlich aufgeprägte Frequenzkomponente aufweist; und - Extrahieren des erzeugten oszillatorischen Signals aus einem ein Hintergrundrauschen und das oszillatorische Signal umfassenden Messsignal durch Extraktion der vorbestimmten Frequenzkomponente.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das oszillatorische Signal erzeugt wird durch Oszillieren der Probe (16) mittels einer Wechselspannung einer Kreisfrequenz ω_S, die die Frequenzkomponente bildet, und wobei das Verfahren vorzugsweise ferner den Schritt umfasst: Detektieren des oszillatorischen Signals mittels wenigstens eines Detektors (22).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das oszillatorische Signal erzeugt wird durch Hindurchführen der Probe (116) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch eine Mehrzahl von Detektionszonen (122) mittels des elektrischen Gleichfeldes, wobei die Detektionszonen entlang des Kanals (112) in vorbestimmten Abständen angeordnet sind.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Probe (16, 116, 216) mittels des elektrischen Gleichfeldes zumindest abschnittsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit in der ersten axialen Richtung (20, 120, 220) durch den Kanal (12, 112, 212) transportiert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das oszillatorische Signal erzeugt wird durch mehrfaches Hindurchführen der Probe (216) durch eine Detektionszone (222), unter mehrfacher Umkehrung der Bewegungsrichtung der Probe (216).
Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Transportieren der Probe (16) mittels des elektrischen Gleichfeldes mit einer Strömung (34) überlagert wird, die dem Transportieren der Probe (16) mittels des elektrischen Gleichfeldes entgegenwirkt, um das Transportieren der Probe (16) in einer ersten axialen Richtung (20) zu verlangsamen und/oder an einer vorgesehenen Position innerhalb des Kanals (12) zu stoppen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Extraktion der vorbestimmten Frequenzkomponente aus dem Messsignal mittels eines Lock-in-Verstärkers durchgeführt wird.
Anordnung (10, 110, 210) zum Detektieren einer Probe (16, 116, 216), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anordnung umfasst: einen Kanal (12, 112, 212), in den eine zu detektierende Probe (16, 116, 216) einbringbar oder eingebracht ist; eine Gleichspannungsquelle (18, 118, 218) zum Erzeugen eines elektrischen Gleichfeldes (18, 118) oder eine Pumpvorrichtung zum Erzeugen einer Transportströmung, um die Probe (16, 116, 216) in einer ersten axialen Richtung (20, 120, 220) durch den Kanal (12, 112, 212) zu transportieren; eine Einrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein oszillatorisches Signal der Probe (16, 116, 216) zu erzeugen, wobei das oszillatorische Signal eine vorbestimmte, künstlich aufgeprägte Frequenzkomponente aufweist; und eine Auswerteeinrichtung (28), die dazu eingerichtet ist, das erzeugte oszillatorische Signal durch Extraktion der vorbestimmten Frequenzkomponente aus einem ein Hintergrundrauschen und das oszillatorische Signal umfassenden Messsignal zu extrahieren.
Anordnung (10) nach Anspruch 8, wobei die Einrichtung zum Erzeugen des oszillatorischen Signals eine Wechselspannungsquelle (24) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Probe (16) innerhalb des Kanals (12) mittels einer Wechselspannung einer Kreisfrequenz ω_S zu oszillieren, wobei die Kreisfrequenz ω_S die Frequenzkomponente bildet.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Einrichtung zum Erzeugen des oszillatorischen Signals wenigstens eine Detektionszone (122, 222) umfasst, durch die die Probe (116, 216) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit hindurchführbar ist.