DE102021104908B3

DE102021104908B3 - Vorrichtung, System und Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR)

Info

Publication number: DE102021104908B3
Application number: DE102021104908.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Herzmann
Original assignee: Bionlyx GmbH
Current assignee: Bionlyx GmbH
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2041-03-02
Also published as: EP4301872A1; WO2022184210A1; DE112022001324A5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2), ein System (1) und ein Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR). Die erfindungsgemäße Vorrichtung (2) zeichnet sich durch wenigstens eine Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen (3) aus, welche bezüglich einer Drehachse (212) drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen (3) sowohl zu durchmischen, zu zentrifugieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und welche zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit (24) Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen. Das erfindungsgemäße System (1) besteht aus einer Vorrichtung (2) wie beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen (3), wobei ein Korpus (32) des Probenröhrchens (3) durch wenigstens einen Filter (33) in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels (31) des Probenröhrchens (3) jenseits des Filters (33) gelegene Abschnitt des Korpus (32) eine Testsubstanz (5) umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), wenigstens umfassend

- wenigstens ein Belichtungsmittel zur Belichtung einer Probe in einem Probenröhrchen mit elektromagnetischer Strahlung;
- wenigstens ein Analysemittel zur quantitativen Analyse einer Probe in einem Probenröhrchen bezüglich eines Gehalts DNA (-Abschnitten); und
- eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, mit dem Analysemittel und mit dem Belichtungsmittel Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein System zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), bestehend aus einer derartigen Vorrichtung und wenigstens einem Probenröhrchen, wobei ein Korpus des Probenröhrchens durch wenigstens einen Filter in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegene Abschnitt des Korpus eine Testsubstanz umfasst.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), mit einem System wie zuvor beschrieben.
Im Rahmen der molekularen Labordiagnostik, beispielsweise zur Bestimmung der Viruslast nach Infektionen oder auch zur Erkennung von Erbkrankheiten, wird die quantitative Real-Time PCR-Analyse (qPCR) als eine etablierte und besonders exakte Analysenmethode eingesetzt. Es handelt sich dabei um eine Vervielfältigungsmethode für Nukleinsäuren, insbesondere für Desoxyribonukleinsäure (DNA), welche auf dem Prinzip der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) basiert und zusätzlich die Möglichkeit einer Quantifizierung in Echtzeit - meist durch eine während oder am Ende eines PCR-Zyklus durchgeführten Fluoreszenzanalyse - bietet. Da für die Vervielfältigung das Enzym DNA-Polymerase eingesetzt wird, welches doppelsträngige DNA- Moleküle bzw. -Molekülfragmente als Substrat benötigt, wird zur Analyse von einsträngigen Ribonukleinsäure (RNA)-Proben, etwa zur Untersuchung/zum quantitativen Nachweis von RNA-Viren wie dem SARS-Coronavirus-2 (SARS-CoV-2), ein weiterer Schritt vorgeschaltet, nämlich die Nutzung einer Reversen Transkriptase (RT) zur Umschreibung von RNA in komplementäre DNA (cDNA). Die entsprechende Analysenmethode wird dann als Reverse-Transkriptase-qPCR -Analyse (qRT-PCR) bezeichnet.
Gerade seit Beginn der Covid-19-Pandemie ist der Bedarf an schneller und zuverlässiger Labordiagnostik zum Nachweis von RNA-Viren, wie dem SARS-CoV-2, bedeutend gestiegen, da im Testen möglichst vieler, insbesondere asymptomatischer bzw. sehr mild symptomatischer, aber dennoch infektiöser Personen, ein wirkungsvolles Mittel im Kampf gegen das Virus gesehen wird. Eine vollständige qRT-PCR-Analyse dauert dabei inklusive Probenaufbereitung, Extraktion der Nukleinsäure und anschließender eigentlicher Durchführung der qRT-PCR durchschnittlich in einem Untersuchungslabor 3 bis 5 Stunden und benötigt medizin-diagnostisch geschultes Laborpersonal. Der wirklich geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist hierbei meist nicht die Probenaufbereitungs- und Analysenzeit im Labor, sondern die Probennahme bei der zu untersuchenden Person bzw. beim Patienten und vor allem der Transport der Probe zum Labor bzw. anschließend die Übermittlungszeit der Testergebnisse vom Labor zum Patienten.
Zur Etablierung einer patientennahen Testung (Point-of-Care-Labordiagnostik, POC) werden seit einiger Zeit verschiedene kompakte Testsysteme entwickelt, welche Testergebnisse teilweise in unter einer Stunde liefern können. Allerdings ist zur Aufbereitung der Proben, zur Bedienung des jeweiligen Testsystems und zur Auswertung der Analysenergebnisse wiederum medizinisch und/oder labordiagnostisch geschultes Fachpersonal notwendig. In diesem Zusammenhang sind die DE 10 2012 219 491 A1 , die DE 10 2010 003 223 A1 und die DE 690 17 454 T2 bekannt geworden.
Da die PCR-Analyse von RNA-Viren die bislang genauste und zuverlässigste Methode zur Quantifizierung einer etwaigen Viruslast darstellt und damit auch Aussagen über eine akut vorhandene Infektiosität ermöglicht, wäre es wünschenswert, derartige Analysen auch außerhalb von medizinischen Einrichtungen von nicht medizinisch/labordiagnostisch-geschultem Personal, schnell und sicher durchführen lassen zu können, um beispielsweise die Gäste eines Restaurants oder die Besucher einer Kultur- oder Sportveranstaltung direkt vor/bei ihrem Besuch zu testen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung beziehungsweise ein verbessertes System sowie Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), bereitzustellen, welche bzw. welches eine schnelle, einfache und kostengünstige aber dennoch zuverlässige Durchführung derartiger Analysen ermöglicht und dabei deren bzw. dessen Bedienung keine einschlägigen medizinischen und/oder labordiagnostischen Fachkenntnisse erfordert. Darüber hinaus soll dabei die Handhabung der Vorrichtung bzw. des Systems und das damit durchgeführte Verfahren für die, die Analyse durchführende Person sicher sein, also ein möglichst kleines Risiko dafür bergen, selbst angesteckt zu werden.
Diese Aufgabe wird zunächst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 13, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich gegenüber Vorrichtungen des Stands der Technik dadurch aus, dass sie wenigstens eine Zentrifugations- und Mischungseinheit zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen umfasst, welche bezüglich einer Drehachse drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen sowohl zu durchmischen, zu zentrifugieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und wobei die Zentrifugations- und Mischungseinheit zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen.
Das erfindungsgemäße System besteht aus einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen, wobei ein Korpus des Probenröhrchens durch wenigstens einen Filter in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegene Abschnitt des Korpus eine Testsubstanz umfasst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße System ermöglichen es vorteilhaft alle Schritte einer quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere einer Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), automatisiert durchzuführen und die Analysenergebnisse insbesondere mit Hilfe der Steuereinheit direkt auszuwerten. Das erfindungsgemäße System aus Vorrichtung und Probenröhrchen ermöglicht es vorteilhaft zudem auch die Probenvorbereitung, insbesondere die sog. Lyse, also das Herauslösen der RNA aus einem Probentupfer mit Hilfe eines Lösungsmittels sowie das Filtrieren des so erhaltenen Probengemisches automatisiert durchzuführen. Die von einem Benutzer - idealerweise von der zu untersuchenden Person selbst - durchführbare Probennahme kann dann vorteilhaft lediglich darin bestehen, dass der Benutzer an sich selbst einen Nasen- und/oder Rachenabstrich (evtl. auch unter Anleitung) durchführt, den Tupfer selbst an einer Sollbruchstell in das Probenröhrchen hinein abbricht, beispielsweise mit Hilfe einer bereits befüllten Einwegspritze mit Lösungsmittel versetzt und dann den Deckel des Probenröhrchens verschließt und das Röhrchen über die Einführöffnung in der Zentrifugations- und Mischungseinheit der Vorrichtung platziert. Nach dem Start der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt der Rest der quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere der Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), inkl. Ausgabe der Analysenergebnisse vollautomatisch, sodass kein Dritter mit der potentiell infektiösen, zu testenden Person in direkten Kontakt kommen muss.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung hat es sich bewährt, wenn die Zentrifugations- und Mischungseinheit wenigstens ein Kontaktierungselement umfasst, welches mit wenigstens einem korrespondierend ausgebildeten, elektrischen Strom führenden Kontaktpunkt der Vorrichtung reversibel in Kontakt gebracht werden kann und welches eingerichtet ist, elektronische Bauteile, welche auf der Zentrifugations- und Mischungseinheit angeordnet sind, mit elektrischem Strom zu versorgen. Das wenigstens eine Kontaktierungselement kann insbesondere als wenigstens eine metallische Kontaktstelle auf der Oberseite der Zentrifugations- und Mischungseinheit ausgestaltet sein, welche über Kabel mit elektronischen Bauteilen wie vorzugsweise einem Heizelement, einer Lichtschranke und/oder verschiedenen Sensoren zur Temperatur- und/oder Geschwindigkeitsmessung, welche auf der Zentrifugations- und Mischungseinheit, insbesondere in wenigstens einem Kanal der Zentrifugations- und Mischungseinheit, angeordnet sein können, elektrisch leitend verbunden ist. Befindet sich die Zentrifugations- und Mischungseinheit während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ruhenden Messposition, kann das Kontaktierungselement dann vorteilhaft mit dem wenigstens einen korrespondierend ausgebildeten, elektrischen Strom führenden Kontaktpunkt der Vorrichtung reversibel in Kontakt gebracht werden kann und die erwähnet elektronischen Bauteil mit Strom versorgen. Zur Durchführung eines Zentrifugations- und/oder Mischungsschrittes innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens, kann der Kontakt zwischen dem Kontaktierungselement und dem Kontaktpunkt der Vorrichtung wieder gelöst werden, sodass vorteilhaft eine freie Drehbarkeit der Zentrifugations- und Mischungseinheit gewährleistet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich bewährt, wenn in der Zentrifugations- und Mischungseinheit wenigstens ein Kanal ausgebildet ist, in welchem ein Probenröhrchen durch Einschub über eine Einführöffnung in einer definierten Position gehaltert werden kann. Eine Einführöffnung zur Einführung eines Probenröhrchens in einen Kanal einer Zentrifugations- und Mischungseinheit ermöglicht vorteilhaft eine schnelle und einfache Befestigung des Probenröhrchens in der Vorrichtung für eine bevorstehende Analyse. Der Kanal kann dabei vorteilhaft als eine Art Führungsbahn fungieren und so eine korrekte Positionierung der Probe in Bezug auf das jeweilige Analysemittel gewährleisten. Die Position des Probenröhrchens kann vorzugsweise über einen Positionssensor, wie beispielsweise eine Lichtschranke, und/oder durch Ausbildung eines mechanischen Anschlags im Kanal bestimmt werden.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der wenigstens eine Kanal bezüglich seiner Längsachse schräg zur Drehachse der Zentrifugations- und Mischungseinheit ausgerichtet ist, wobei das der Drehachse abgewandte Ende des Kanals vorzugsweise näher zum Boden der Vorrichtung angeordnet ist als das der Drehachse zugewandte Ende des Kanals. Ein derartig verlaufender Kanal ermöglicht vorteilhaft einerseits die Ausnutzung der Schwerkraft im Ruhezustand der Zentrifugations- und Mischungseinheit bzw. bei geringen Rotationsgeschwindigkeit, um die Probe, ein Lösungsmittel und/oder eine Testsubstanz im Probenröhrchen zu fixieren und andererseits während eines Zentrifugationsschrittes, also bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten, ein sich von der Drehachse wegbewegen von vergleichsweise dichten (physikalische Dichte) Probebestandteilen unter dem Einfluß der Zentrifugal-/Zentripetalkraft über einen längeren Abschnitt des Korpus und die Abscheidung am der Drehachse abgewandten Ende des Probenröhrchens zu ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, kann der wenigstens eine Kanal wenigstens ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster umfassen, wobei das oder die Fenster bevorzugt an einem, der Drehachse der Zentrifugations- und Mischungseinheit abgewandten, Ende des Kanals angeordnet ist. Ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster, insbesondere an einem, der Drehachse der Zentrifugations- und Mischungseinheit abgewandten, Ende des Kanals, kann vorteilhaft eine störungs- und verlustfreie Detektion der von der Probe emittierten elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der emittierten Fluoreszenzstrahlung, durch das wenigstens eine Analysemittel ermöglichen. Das oder die Fenster können dabei durch eine oder mehrere bloße Aussparungen, also durch eine oder mehrere Öffnungen, im Kanal gebildet sein, das oder die Fenster können aber auch durch ein für bestimmte Bereiche des elektromagnetischen Spektrums transparentes Scheibenmaterial gebildet werden. In diesem Fall kann dann der Kanal vorteilhaft als ein bis auf die Einführöffnung geschlossenes Bauteil ausgebildet sein.
Darüber hinaus hat sich bewährt, wenn der wenigstens eine Kanal wenigstens ein Heizelement umfasst, wobei das wenigstens eine Heizelement bevorzugt an einem, der Drehachse der Zentrifugations- und Mischungseinheit abgewandten, Ende des Kanals angeordnet ist. Ein Heizelement erlaubt es vorteilhaft, eine Probe im Probenröhrchen, insbesondere einen Teil einer Probe, welcher sich in einem, einem Deckel des Probenröhrchens abgewandten Abschnitts eines Probenröhrchens befindet, kontrolliert zu erwärmen bzw. abzukühlen. Das oder die Heizelemente kann bzw. können vorzugsweise als ein Peltier-Element ausgestaltet sein, welches bzw. welche mit der Steuereinheit Steuerungs- und/oder Messdaten austauscht/austauschen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist bevorzugt, dass die Vorrichtung, insbesondere die Zentrifugations- und Mischungseinheit, einen Motor umfasst, welcher eingerichtet ist, die Zentrifugations- und Mischungseinheit sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse zu drehen. Eine Drehbewegung in eine einzige Drehrichtung um die Drehachse, sei es im oder gegen den Uhrzeigersinn, ermöglicht vorteilhaft eine Zentrifugation einer Probe in Abhängigkeit der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit. Eine Drehbewegung mit wechselnder Drehrichtung, insbesondere in kurzen Zeitintervallen, kann eine Durchmischung einer Probe im Probenröhrchen erzeugen und somit die Verwendung eines sog. Vortexmischers vorteilhaft ersetzen.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Drehachse der Zentrifugations- und Mischungseinheit an einem Ende mit dem Motor in Wirkverbindung steht und am gegenüberliegenden Ende drehbar in einer Abdeckung der Vorrichtung gelagert ist, wenn die Vorrichtung mit der Abdeckung verschlossen ist. Eine drehbare Lagerung des, dem Motor gegenüber liegenden, Ende der Drehachse in einer Abdeckung der Vorrichtung erhöht vorteilhaft die Zentrierung der Rotation und die Stabilität der Rotationsbewegung der Zentrifugations- und Mischungseinheit, insbesondere bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten und/oder bei einer schnellen Richtungsänderung der Drehrichtung beim Verfahrensschritt der Mischung.
Zudem ist eine Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, bei der das Belichtungsmittel elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen in einem Bereich von 480 bis 560 nm oder bevorzugt in einem Bereich von 485 bis 540 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 488 nm emittiert. Elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 480 bis 560 nm ermöglicht vorteilhaft die Anregung der gängigsten Fluoreszenzfarbstoffe, welche in der qPCR-Analyse eingesetzt werden. Dabei ermöglicht insbesondere eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 485 bis 540 nm und besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 488 nm, vorteilhaft die Anregung zweier besonders häufig verwendeter Fluoreszenzfarbstoffe für u.a. die DNA-Sequenzierung und die qPCR-Analyse, nämlich 5-(und 6)-Carboxylfluorescein (5(6)-FAM, Absorptionsmaximum bei 495 nm) und Hexachloro-Fluorescein (HEX, Absorptionsmaximum bei 535 nm).
In einer weiteren Ausgestaltung hat sich bewährt, wenn das Belichtungsmittel elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 610 bis 680 nm oder bevorzugt von 640 bis 675 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm emittiert. Eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 610 bis 680 nm, bevorzugt im Bereich von 640 bis 675 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm, ermöglicht vorteilhaft die Anregung eines weiteren häufig verwendeten Fluoreszenzfarbstoffe für u.a. die DNA-Sequenzierung und die qPCR-Analyse, nämlich des nicht-sulfonierten Cyanin-Farbstoffs Indodicarbocyanin (Cy5™) (Absorptionsmaximum bei 650 nm).
Das oder die Belichtungsmittel können insbesondere als Leuchtdioden mit unterschiedlicher Emissionswellenlänge (vorzugsweise im grünen, blauen und/oder violetten Spektralbereich) ausgestaltet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das von dem oder den Belichtungsmittel(n) emittierte Licht zudem mit Hilfe von Sendefiltern auf einen gewünschten Wellenlängenbereich begrenzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat sich bewährt, wenn das Analysemittel als ein Detektor für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise als ein Fluoreszenzdetektor, ausgebildet ist. Ein derartiger Detektor ermöglicht vorteilhaft die quantitative Detektion eines elektromagnetischen Signals, vorzugsweise eines Fluoreszenzsignals, wobei die Fluoreszenz proportional zur Menge der bei der PCR gebildeten Produkte zunimmt. Ein derartiges Analysemittel kann auch einen Empfangsfilter umfassen, welcher den detektierten Wellenlängenbereich vorteilhaft auf vorbestimmet Werte begrenzt.
Schließlich ist eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, welche wenigstens ein Mittel zur Datenübertragung umfasst, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle, ausgebildet sein kann. Mit Hilfe eines derartigen Mittels zur Datenübertragung können die von der Steuereinheit ausgewerteten Analyseergebnisse unverzüglich an einem Ausgabegerät angezeigt und/oder an den Patienten oder an einen behandelnden Arzt, etc. weitergeleitet werden, bspw. unter Verwendung einer Smartphone-Applikation. Dies ermöglicht vorteilhaft eine sofortige Information infektiöser Personen und kann helfen, Infektionsketten schnell zu unterbrechen.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), mit einem System wie oben beschrieben. Dabei wird eine Probe unaufbereitet in ein Probenröhrchen eingeführt wird, die Probe durch ein bereits im Probenröhrchen befindliches Lösungsmittel oder durch Zugabe von Lösungsmittel von außen in das Probenröhrchen mit einem Lösungsmittel versetzt und anschließend mit einem Deckel verschlossen. Das Probenröhrchen wird dann von einer Zentrifugations- und Mischungseinheit der Vorrichtung aufgenommen und die Probe im Probenröhrchen durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit mit dem Lösungsmittel vermischt. Das so erhaltene Proben-Lösungsmittel-Gemisch wird anschließend durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit zentrifugiert, wobei die Probenlösung über wenigstens einen Filter in einen bezüglich des Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegenen Abschnitt eines Korpus des Probenröhrchens wandert und dadurch filtriert wird. Die so filtrierte Probenlösung wird nun mittels der Zentrifugations- und Mischungseinheit mit einer, im bezüglich des Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegenen Abschnitt des Korpus befindlichen, Testsubstanz vermischt und anschließend einer Thermozyklisierung und Fluoreszenzanalyse im Rahmen einer quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere im Rahmen einer Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), unterzogen.
Dabei ist besonders bevorzugt, wenn in einem weiteren Verfahrensschritt das Analyseergebnis mit Hilfe eines Mittels zur Datenübertragung an eine Smartphone-Applikation übertragen wird, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle ausgebildet sein kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße System ermöglichen vorteilhaft eine schnelle und automatisierte Durchführung von quantitativen Real-Time PCR-Analysen (qPCR), insbesondere Reverse-Transkriptase-qPCR-Analysen (qRT-PCR), und können auch von medizinisch und /oder labordiagnostisch nicht geschulten Benutzern verwendet werden. Die kompakte und günstige Bauweise der Vorrichtung bzw. des Systems ermöglichen zudem vorteilhaft die Durchführung von entsprechenden PCR-Test an ganz verschiedenen, insbesondere auch „nicht-medizinischen“ Orten, wie bspw. in Altenheimen, Behörden, Gastronomiebetrieben und an Flughäfen, etc.
Diese sowie zusätzliche Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele, auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, und in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Darin zeigen schematisch:

1 eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Abdeckung in einer Seitenansicht;
2 eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems ohne Abdeckung bestehend aus einer Vorrichtung der Ausgestaltung aus 1 und einem Probenröhrchen in einer Seitenansicht;
3 die Vorrichtung aus 1 in einer Draufsicht;
4 das System aus 2 in einer Draufsicht; und
5 in den Teilfiguren a bis d, jeweils eine Ausgestaltung eines Probenröhrchens in den verschiedenen Phasen der Probenvorbereitung.

Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 ohne Abdeckung in einer Seitenansicht. 3 zeigt die Vorrichtung 2 aus 1 in einer Draufsicht.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), umfasst wenigstens ein Belichtungsmittel 23 zur Belichtung einer Probe in einem Probenröhrchen 3 mit elektromagnetischer Strahlung; wenigstens ein Analysemittel 22 zur quantitativen Analyse einer Probe in einem Probenröhrchen 3 bezüglich eines Gehalts an DNA (-Abschnitten); und eine Steuereinheit 24, welche eingerichtet ist, mit dem Analysemittel 22 und mit dem Belichtungsmittel 23 Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen. In den 1 bis 4 sind jeweils Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 ohne Abdeckung gezeigt. Die Vorrichtung 2 kann jedoch bevorzugt wenigstens eine Abdeckung zum Schutz der technischen Bauteile vor Beschädigung und/oder Verschmutzung umfassen. Eine derartige Abdeckung kann dabei wiederum wenigstens eine Zugangsöffnung zu einer oder mehreren der Einführöffnungen 213 einer Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 aufweisen, sowie vorzugsweise eine Anzeige zur Darstellung von Steuerungs- und Messdaten der Steuereinheit 24. Eine derartige Anzeige kann jedoch auch an einer der Wände 25 der Vorrichtung 2 angeordnet sein. Die Abdeckung und/oder die Wände der Vorrichtung 2 können auch ein oder mehrere Bedienelemente zur Bedienung der Steuereinheit 24 aufweisen.
Wie in 1 ebenfalls zu sehen, zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 durch wenigstens eine Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen 3 aus, welche bezüglich einer Drehachse 212 drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen 3 sowohl zu durchmischen, zu zentrifugieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und wobei die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit 24 Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen.
Die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 kann vorzugsweise, wie in den 1 bis 4 gezeigt, wenigstens ein Kontaktierungselement 215 umfassen, welches mit wenigstens einem korrespondierend ausgebildeten, elektrischen Strom führenden Kontaktpunkt der Vorrichtung 2 reversibel in Kontakt gebracht werden kann und welches eingerichtet ist, elektronische Bauteile, welche auf der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 angeordnet sind, mit elektrischem Strom zu versorgen. In den 1 bis 4 sind dazu exemplarisch jeweils zwei Kontaktierungselemente 215 dargestellt, welche auf der Oberseite der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 angeordnet sind. Korrespondierend zu diesen Kontaktierungselementen 215 ausgebildete, elektrischen Strom führende Kontaktpunkte der Vorrichtung 2, können dabei in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in oben beschriebener Abdeckung angeordnet sein und im verschlossenen Betriebszustand der Vorrichtung 2 mit Hilfe eines an der Abdeckung angeordneten Servomotors automatisch, vorzugsweise durch Bewegung der Kontaktpunkte der Vorrichtung 2 entlang der, vorzugsweise einseitig in der Abdeckung gelagerten, Drehachse 212 hin zur Zentrifugations- und Mischungseinheit 21, mit den Kontaktierungselementen 215 in Kontakt gebracht werden, wenn sich die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 in einer ruhenden Messposition befindet. Nach erfolgter Messung kann der Kontakt dann wieder mit Hilfe des Servomotors gelöst werden, sodass vorteilhaft eine freie Drehbarkeit der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 um die Drehachse 212 gewährleistet.
Die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 kann wenigstens eine Einführöffnung 213 umfassen, über die ein Probenröhrchen 3 in wenigstens einen Kanal 214 eingeschoben und so in der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 befestigt werden kann. In den 1 bis 4 sind Ausgestaltungen der Vorrichtung 2 mit jeweils zwei Einführöffnungen 213 und jeweils zwei Kanälen 214 dargestellt. Das Vorsehen von jeweils zwei Kanälen 214 zur Aufnahme von insgesamt zwei Probenröhrchen 3 gleichzeitig erhöht nicht nur vorteilhaft den Probendurchsatz, sondern ermöglicht auch eine ausbalancierte Beladung der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21, was insbesondere bei einem Verfahrensschritt der Zentrifugation eine gleichmäßige Rotationsbewegung gewährleistet. Wie gezeigt, können der wenigstens eine Kanal 214 bzw. hier die beiden Kanäle 214 bezüglich ihrer Längsachse vorzugsweise schräg gegenüber der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 verlaufen, wobei das der Drehachse 212 abgewandte Ende des Kanals 214 vorzugsweise näher zum Boden 251 der Vorrichtung 2 angeordnet ist als das der Drehachse 212 zugewandte Ende des Kanals 214. Dabei umfassen der oder die Kanäle 214 vorzugsweise wenigstens ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster 2141. Das oder die Fenster 2141 können bevorzugt an einem, der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 abgewandten, Ende des oder der Kanäle 214 angeordnet sein. Die Öffnung des oder der Fenster 2141 ist am Ender der jeweiligen Kanäle 214 bevorzugt so ausgerichtet, das von der Probe emittierte elektromagnetische Strahlung möglichst ungehindert zum Analysemittel 22 gelangen kann. Der oder die Kanäle 214 können darüber hinaus wenigstens ein Heizelement 2142 umfassen, wobei das oder die Heizelemente 2142 bevorzugt an einem, der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 abgewandten, Ende des Kanals 214 angeordnet sind. Wird ein Probenröhrchen 3 über eine Einführöffnung 213 in einen Kanal 214 eingeführt, kommt auf diese Weise insbesondere der bezüglich eines Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegene Abschnitt eines Korpus 32 des Probenröhrchens 3, in dem sich nach einer erfolgten Filtration ein Gemisch aus Probenlösung und einer Testsubstanz 5 befindet, mit dem oder den Heizelementen 2142 in Kontakt und kann kontrolliert erwärmt bzw. abgekühlt werden. Als Heizelemente 2142 können bevorzugt Peltier-Elemente Verwendung finden, welche insbesondere über die Steuereinheit 24 gesteuert werden können.
Die Vorrichtung 2, insbesondere die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21, können zudem vorzugsweise einen Motor 211 umfassen, welcher eingerichtet ist, die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse 212 zu drehen. Der Motor 211 kann, gesteuert mittels der Steuereinheit 24, verschiedene Bewegungsmodi der die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 realisieren: beispielsweise eine schnelle gleichsinnige Rotation um die Drehachse 212 zur Realisierung eines Zentrifugationsschrittes innerhalb eines Betriebsverfahrens des Systems 1; eine moderat bis schnelle gleichmäßig und/oder ungleichmäßig erfolgende Richtungsänderung der Rotationsbewegung, so dass eine Durchmischung einer in einem Probenröhrchen 3 befindlichen Probe, welches sich in einem der Kanäle 214 befindet, induziert wird und einen Mischungsschritt innerhalb eines Betriebsverfahrens (im Sinne einer Durchmischung durch einen Vortexmischer) realisiert.
Das Belichtungsmittel 23, welches in den dargestellten Figuren jeweils am Boden 251 der jeweiligen Vorrichtung 2 angeordnet ist, emittiert vorzugsweise elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen in einem Bereich von 480 bis 560 nm, bevorzugt in einem Bereich von 485 bis 540 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 488 nm. Alternativ oder kumulativ dazu kann das Belichtungsmittel 23 auch elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 610 bis 680 nm, bevorzugt von 640 bis 675 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm emittieren. Das oder die Belichtungsmittel 23 können auch an einer oder mehrerer der Wände 25 der Vorrichtung 2 oder auch an einer Innenseite einer Abdeckung (nicht dargestellt) angeordnet sein. Zudem können das oder die Belichtungsmittel 23 zentral innerhalb der Vorrichtung 2 oder auch in einem Randbereich angeordnet sein. Insbesondere bei geschlossener Abdeckung und geeigneter, insbesondere reflektierender Ausgestaltung der Innenwände der Vorrichtung 2, erlaubt das oder die Belichtungsmittel 23 - aufgrund der vorteilhaft kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 - unabhängig von dessen bzw. deren Positionierung innerhalb der Vorrichtung 2 eine optimale Belichtung der Probe im Probenröhrchen insbesondere über die Fenster 2141 des oder der Kanäle 214. Das Analysemittel 22 kann als ein Detektor für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise als ein Fluoreszenzdetektor, ausgebildet sein. Es wird von der Steuereinheit 24 gesteuert, zeichnet insbesondere Fluoreszenzsignale während eines PCR-Zyklus oder nach jedem einzelnen PCR-Zyklus auf und wertet im Zusammenspiel mit der Steuereinheit 24 die erhaltenen Messdaten vorteilhaft direkt aus. Über wenigstens ein Mittel zur Datenübertragung (hier nicht dargestellt) können die Messdaten und/oder die Auswertungsergebnisse dann innerhalb der Vorrichtung 2 von Analysemittel 22 zur Steuereinheit 24 und vice versa, sowie von der Vorrichtung 2 zu einem externen Empfänger, bspw. einer Applikation auf einem externen Computer, einer Cloud oder eines Smartphones übertragen werden. Das Mittel zur Datenübertragung kann dabei als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder vorzugsweise als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle, ausgebildet sein.
2 zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems 1 ohne Abdeckung bestehend aus einer Vorrichtung 2 der Ausgestaltung aus 1 und einem Probenröhrchen 3 in einer Seitenansicht. 4 das System 1 aus 2 in einer Draufsicht.
Ein erfindungsgemäßes System 1 zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), besteht aus einer Vorrichtung 2 wie zuvor beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen 3, wobei ein Korpus 32 des Probenröhrchens 3 durch wenigstens einen Filter 33 in zwei Abschnitte aufgeteilt wird und wobei der bezüglich eines Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegene Abschnitt des Korpus 32 eine Testsubstanz 5 umfasst (vgl. dazu auch die Abbildungen des Probenröhrchens 3 in den 5a bis d). Bei der Testsubstanz 5 handelt es sich vorzugsweise je nach Anwendungszeck, also je nach zu untersuchender RNA- bzw. DNA-Probe, um ein kommerziell hergestelltes und von den entsprechenden Zulassungsbehörden zugelassenes Testassay, inkl. Fluoreszenzmarker.
Ein beispielhafter Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), mit einem System 1 wie zuvor beschrieben, wird nun unter anderem anhand 5 beschrieben.
5 zeigt dazu in den Teilfiguren a bis d, jeweils eine Ausgestaltung eines Probenröhrchens 3 in den verschiedenen Phasen der Probenvorbereitung.
Zur Durchführung einer quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere einer Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), mit einem erfindungsgemäßen System 1 wird die Probe zunächst unaufbereitet in ein Probenröhrchen 3 eingeführt, mit einem Lösungsmittel 6 versetzt und anschließend mit einem Deckel 31 verschlossen. Die 5a bis 5c illustrieren diese Arbeitsschritte schematisch. Die Probe kann dabei mit Hilfe eines sterilen Tupfers 4 durch den Probanden selbst oder durch einen Dritten über einen Nasen- und/oder Rachenabstrich entnommen werden. Der Tupfer 4 weist dabei vorzugsweise kurz oberhalb eines Probenaufnahmebereiches, z.B. eines Wattebausches, eine Sollbruchstelle auf. Nach der Entnahme der Probe aus Nase und/oder Rachen wird der Probenaufnahmebereich des Tupfers 4 dann in das Probenröhrchen 3 hinein abgebrochen und fällt dort auf einen Filter 33, der entweder herausnehmbar oder fest im Korpus 32 des Probenröhrchen 3 fixiert ausgestaltet sein kann. In 5 ist exemplarisch ein herausnehmbarer Filter 33 in Form eines sog. Filter-Baskets dargestellt. Das Lösungsmittel 6 kann über eine Spritze und/oder über eine Pipette einfach auf die Probe getropft werden, wie in den 5b und 5c gezeigt. Alternativ dazu kann sich das Lösungsmittel 6 auch bereits im Probenröhrchen 3 im Bereich des Filters 33 befinden (hier nicht dargestellt). Die Porengröße des Filters 33 sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Flüssigkeit nicht allein aufgrund der Schwerkraft durch den Filter 33 hindurchtropft. Nachdem das Probenröhrchen 3 mit dem Deckel 31 verschlossen wurde, wird es von einer Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 der Vorrichtung 2 aufgenommen. Dazu kann das Probenröhrchen 3 vorteilhaft durch den Benutzer einfach über eine Einführöffnung 213 in einen Kanal 214 eingeschoben werden.
Alle nun folgenden Verfahrensschritte erfolgen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 automatisch und bedürfen vorteilhaft keines weiteren manuellen Eingreifens durch den Benutzer.
Nach Betätigung eines Startknopfes überprüft die Vorrichtung 2 die korrekte Positionierung des Probenröhrchens 3 innerhalb des Kanals 214, beispielsweise durch das Signal einer Lichtschranke oder durch den Kontakt des Probenröhrchens 3 mit einem mechanischen Anschlag im Kanal 214, und vermischt dann die Probe im Probenröhrchen 3 durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 mit dem Lösungsmittel 6. Dazu bewegt der Motor 211 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 diese bevorzugt hin und her (durch schnellen Wechsel der Rotationsrichtung). Das im Bereich des sich auf dem Filter 33 befindenden Tupfers 4 befindliche Lösungsmittelvolumen 6 löst dann die Probe aus dem Probeaufnahmebereich des Tupfers 4 heraus, tropft aber vorzugsweise noch nicht durch den Filter 33 hindurch. Das so erhaltene Proben-Lösungsmittel-Gemisch wird nun durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) zentrifugiert, wobei die Probenlösung aufgrund der einwirkenden Zentrifugalkraft über wenigstens einen Filter 33 in einen bezüglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegenen Abschnitt eines Korpus 32 des Probenröhrchens 3 wandert und dadurch filtriert wird. Dazu bewegt der Motor 211 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 diese bevorzugt schnell in einer Drehrichtung.
Die so filtrierte Probenlösung wird anschließend mittels der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 mit einer, im bezüglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegenen Abschnitt des Korpus 32 befindlichen, Testsubstanz 5 vermischt, wiederum bevorzugt durch einen durch den Motor 211 initiierten schnellen Wechsel der Rotationsrichtung der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21.
Schließlich wird die Probe dann einer Thermozyklisierung und Fluoreszenzanalyse im Rahmen einer quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere im Rahmen einer Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), unterzogen.

Befindet sich in der Testsubstanz 5 insbesondere zur Durchführung einer Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR) auch eine Reverse Transkriptase, so kann eine Thermozyklisierung beispielsweise folgende Schritte umfassen:

	Teilschritt innerhalb der Thermozyklisierung	T/°C	t / sec
1)	Reverse Transkription	50	600
2)	Aktivierung Polymerase	95	60
3)	Denaturierung	95	10
4)	Annealing und Extension	60	60
5)	Fluoreszenzmessung
Wiederholung der Schritte 3) bis 5) bspw. 42 mal (42 Zyklen)

In einem weiteren Verfahrensschritt kann das Analyseergebnis mit Hilfe eines Mittels zur Datenübertragung an eine Smartphone-Applikation übertragen werden, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle ausgebildet sein kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung 2, ein System 1 und ein Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR). Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zeichnet sich durch wenigstens eine Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen 3 aus, welche bezüglich einer Drehachse 212 drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen 3 sowohl zu durchmischen, zu zentrifugieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und welche zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit 24 Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen. Das erfindungsgemäße System 1 besteht aus einer Vorrichtung 2 wie beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen 3, wobei ein Korpus 32 des Probenröhrchens 3 durch wenigstens einen Filter 33 in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegene Abschnitt des Korpus 32 eine Testsubstanz 5 umfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 bzw. das erfindungsgemäße System 1 ermöglichen vorteilhaft eine schnelle und automatisierte Durchführung von quantitativen Real-Time PCR-Analysen (qPCR), insbesondere Reverse-Transkriptase-qPCR-Analysen (qRT-PCR), und können auch von medizinisch und /oder labordiagnostisch nicht geschulten Benutzern verwendet werden. Die kompakte und günstige Bauweise der Vorrichtung 2 bzw. des Systems 1 ermöglichen zudem vorteilhaft die Durchführung von entsprechenden PCR-Test an ganz verschiedenen, insbesondere auch „nicht-medizinischen“ Orten, wie bspw. in Altenheimen, Behörden, Gastronomiebetrieben und an Flughäfen, etc.
Bezugszeichenliste

1: System für die qPCR-Analyse
2: Vorrichtung
21: Zentrifugations- und Mischungseinheit
211: Motor
212: Drehachse
213: Einführöffnung
214: Kanal
2141: Fenster
2142: Heizelement
215: Kontaktierungselement
22: Analysemittel
221: Detektor
222: Lüfter
23: Belichtungsmittel
24: Steuerungseinheit
25: Wand
251: Boden
3: Probenröhrchen
31: Deckel
32: Korpus
33: Filter
4: Tupfer für Nasen-/Rachenabstrich
5: Testsubstanz („Assay“)
6: Lösungsmittel („Lyse“)

Claims

Vorrichtung (2) zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), wenigstens umfassend - wenigstens ein Belichtungsmittel (23) zur Belichtung einer Probe in einem Probenröhrchen (3) mit elektromagnetischer Strahlung; - wenigstens ein Analysemittel (22) zur quantitativen Analyse einer Probe in einem Probenröhrchen (3) bezüglich eines Gehalts an DNA (-Abschnitten); und - eine Steuereinheit (24), welche eingerichtet ist, mit dem Analysemittel (22) und mit dem Belichtungsmittel (23) Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) - wenigstens eine Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen (3) umfasst, - welche bezüglich einer Drehachse (212) drehbar gelagert ist; und - welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen (3) sowohl zu durchmischen, zu zentrifugieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, - und welche zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit (24) Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) wenigstens ein Kontaktierungselement (215) umfasst, - welches mit wenigstens einem korrespondierend ausgebildeten, elektrischen Strom führenden Kontaktpunkt der Vorrichtung (2) reversibel in Kontakt gebracht werden kann - und welches eingerichtet ist, elektronische Bauteile, welche auf der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) angeordnet sind, mit elektrischem Strom zu versorgen.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) wenigstens ein Kanal (214) ausgebildet ist, in welchem ein Probenröhrchen (3) durch Einschub über eine Einführöffnung (213) in einer definierten Position gehaltert werden kann.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal (214) bezüglich seiner Längsachse schräg zur Drehachse (212) der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) ausgerichtet ist, wobei das der Drehachse (212) abgewandte Ende des Kanals (214) vorzugsweise näher zum Boden (251) der Vorrichtung (2) angeordnet ist als das der Drehachse (212) zugewandte Ende des Kanals (214).
Vorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal (214) wenigstens ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster (2141) umfasst, wobei das oder die Fenster (2141) bevorzugt an einem, der Drehachse (212) der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) abgewandten, Ende des Kanals (214) angeordnet ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal (214) wenigstens ein Heizelement (2142) umfasst, wobei das wenigstens eine Heizelement (2142) bevorzugt an einem, der Drehachse (212) der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) abgewandten, Ende des Kanals (214) angeordnet ist.
Vorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2), insbesondere die Zentrifugations- und Mischungseinheit (21), einen Motor (211) umfasst, welcher eingerichtet ist, die Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse (212) zu drehen.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (212) der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) an einem Ende mit dem Motor (211) in Wirkverbindung steht und am gegenüberliegenden Ende drehbar in einer Abdeckung der Vorrichtung (2) gelagert ist, wenn die Vorrichtung (2) mit der Abdeckung verschlossen ist.
Vorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Belichtungsmittel (23) elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen in einem Bereich von 480 bis 560 nm oder bevorzugt in einem Bereich von 485 bis 540 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 488 nm emittiert.
Vorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Belichtungsmittel (23) elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 610 bis 680 nm oder bevorzugt von 640 bis 675 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm emittiert.
Vorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysemittel (22) als ein Detektor für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise als ein Fluoreszenzdetektor, ausgebildet ist.
Vorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) wenigstens ein Mittel zur Datenübertragung umfasst, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle, ausgebildet ist.
System (1) zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), bestehend aus - einer Vorrichtung (2) gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüchen 1 bis 12 - und wenigstens einem Probenröhrchen (3), wobei ein Korpus (32) des Probenröhrchens (3) durch wenigstens einen Filter (33) in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels (31) des Probenröhrchens (3) jenseits des Filters (33) gelegene Abschnitt des Korpus (32) eine Testsubstanz (5) umfasst.
Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), mit einem System (1) nach Anspruch 13, bei dem - eine Probe unaufbereitet in ein Probenröhrchen (3) eingeführt wird, - die Probe - durch ein bereits im Probenröhrchen (3) befindliches Lösungsmittel (6) oder - durch Zugabe eines Lösungsmittels (6) von außen in das Probenröhrchen (3) mit einem Lösungsmittel (6) versetzt und anschließend mit einem Deckel (31) verschlossen wird, - das Probenröhrchen (3) von einer Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) der Vorrichtung (2) aufgenommen wird, - die Probe im Probenröhrchen durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) mit dem Lösungsmittel (6) vermischt wird, - das so erhaltene Proben-Lösungsmittel-Gemisch durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) zentrifugiert wird, - wobei die Probenlösung über wenigstens einen Filter (33) in einen bezüglich des Deckels (31) des Probenröhrchens (3) jenseits des Filters (33) gelegenen Abschnitt eines Korpus (32) des Probenröhrchens (3) wandert und dadurch filtriert wird, - die so filtrierte Probenlösung nun mittels der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) mit einer, im bezüglich des Deckels (31) des Probenröhrchens (3) jenseits des Filters (33) gelegenen Abschnitt des Korpus (32) befindlichen, Testsubstanz (5) vermischt wird, - und anschließend einer Thermozyklisierung und Fluoreszenzanalyse im Rahmen einer quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere im Rahmen einer Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Analyseergebnis mit Hilfe eines Mittels zur Datenübertragung an eine Smartphone-Applikation übertragen wird, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle ausgebildet ist.