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Die
Erfindung betrifft die Struktur der Probenträgerplatten für massenspektrometrische
Analysen von Proben mit Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption
(MALDI).
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Die
Erfindung besteht darin, eine sehr ebene Unterstruktur aus mechanisch
festem Material mit einer bündig
aufliegenden Platte aus Kunststoffmaterial konstanter Dicke zu kombinieren,
so dass insgesamt eine Kompositplatte mit sehr ebener Oberfläche entsteht.
Die Kunststoffplatte ist preiswert herzustellen. Oberfläche und
Material der Kunststoffplatte lassen sich hervorragend für MALDI
optimieren. Die Kompositplatte hat vorzugsweise die Außenmaße einer
Mikrotiterplatte.
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Stand der
Technik
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Für die Analyse
von Biomolekülen
hat sich die Massenspektrometrie mit Ionisierung durch matrix-unterstützte Laserdesorption
und Ionisierung (MALDI) als ein Standardverfahren etabliert. Meist werden
dazu Flugzeitmassenspektrometer (TOF-MS = time-of-flight mass spectrometer)
verwendet, aber auch Ionenzyklotron-Resonanzspektrometer oder Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfallenmassenspektrometer
können
hier eingesetzt werden.
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Die
Biomoleküle
befinden sich in aller Regel in wässriger Lösung. Unter Biomolekülen sollen
hier insbesondere Oligonukleotide (also das Genmaterial in seinen
verschiedenen Ausformungen wie DNA oder RNA) und Proteine (also
die wesentlichen Bausteine der lebenden Welt) verstanden werden,
einschließlich
ihrer besonderen Analoge und Konjugate, wie beispielsweise Glycoproteine
oder Lipoproteine. Die Ionisierung durch MALDI lässt sich aber auch auf technische
Polymere und kleine organische Verbindungen anwenden. Die Moleküle unter
Analyse werden im Folgenden als Proben- oder Analytmoleküle bezeichnet.
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Die
Auswahl der Matrixsubstanz für
den MALDI Prozess hängt
von der Art der Biomoleküle ab;
es sind inzwischen weit über
hundert verschiedene Matrixsubstanzen mit verschiedenartigen Meriten bekannt
geworden. Die Matrixsubstanz muss insbesondere absorptiv für das Licht
der verwendeten Laserwellenlänge
sein; sie hat darüberhinaus
die Aufgabe, die Probenmoleküle
in geeigneter Weise voneinander zu isolieren, sie intakt in die
Gasphase zu bringen (Desorption) und sie zu ionisieren (meist durch
Protonierung oder Deprotonierung). Für diese Aufgabe hat es sich
als günstig
erwiesen, die Analytmoleküle
in irgendeiner Art in die zumeist kristallinen Matrices bei deren
Kristallisation auf der Probenträgeroberfläche oder
zumindest in die Grenzflächen zwischen
den bei der Kristallisation entstehenden Kriställchen einzubauen. Die Matrixmoleküle haben einen
103- bis 105-fachen Überschuss
gegenüber den
Analytmolekülen.
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Für das Auftragen
von Probe und Matrix sind eine Reihe verschiedener Methoden bekannt
geworden. Die einfachste davon ist das Aufpipettieren einer Lösung mit
Probe und Matrix auf einen gereinigten, metallischen Probenträger. Der
Lösungstropfen
bildet auf der Metalloberfläche
eine Benetzungsfläche, deren
Durchmesser von der Benetzbarkeit der Metalloberfläche durch
das jeweils verwendete Lösungsmittel
abhängt.
Es bildet sich dabei nach dem Auftrocknen der Lösung ein Probenfleck aus kleinen
Matrixkriställchen
in der Größe dieser
Benetzungsfläche,
wobei sich in der Regel aber keine gleichmäßige Belegung der Benetzungsfläche zeigt.
Die Kriställchen
befinden sich bei vielen Matrixsubstanzen am Rand des Probenflecks;
es gibt hier so genannte „hot spots" hoher Empfindlichkeit,
die aber als solche ohne Ausprobieren nicht erkennbar sind.
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Für Matrixsubstanzen,
die sich nur sehr schwer oder gar nicht in Wasser lösen, wie
beispielsweise α-Cyano-4-Hydroxy-Zimtsäure, hat
es sich als günstig
erwiesen, eine sehr dünne
Schicht der Kristalle auf der Oberfläche vor dem Aufbringen der
wäßrigen Analytlösungen zu
erzeugen, beispielsweise durch Aufbringen einer Lösung der
Matrixsubstanz in Aceton. Hier gibt es eine gleichmäßigere Empfindlichkeit über die
Fläche
der Auftragung.
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Aus
der Patentschrift
DE
197 54 978 C1 (
GB 2
332 273 ,
US 6,287,872 )
ist eine verbesserte Methode des Probenauftrags bekannt geworden,
die darin besteht, die Proben auf kleine benetzungsfreundliche (hydrophile)
Ankerbereiche in einer benetzungsfeindlichen (hydrophoben) Umgebung
aufzubringen. Dabei wird auf einem Träger aus Metall ein hydrophober Lack
aufgebracht oder eine hydrophobe Kunststofffolie aufgeklebt. Aufpipettierte
Tröpfchen
mit gelöster Matrix
und gelösten
Analytmolekülen
hängen
sich an diese Ankerbereiche an und kristallisieren dort viel gleichmäßiger als
ohne Anker. Die Kristallkonglomerate binden dabei in diesen hydrophilen
Ankerbereichen recht fest an die Oberfläche des Probenträgers. Bei
sorgfältiger
Praparation lässt
sich eine reproduzierbar gleichmäßige Empfindlichkeit
erreichen. Auch hier ist die Belegung mit Matrixsubstanzen vor dem
Aufbringen der Probenlösungen
möglich.
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Alle
diese Verfahren zum Aufbringen der Proben und deren Einbau in Matrixkriställchen hängen aber
sehr stark von den Eigenschaften der Oberfläche, besonders auch von den
Eigenschaften der hydrophilen Ankerflächen ab. Zu diesen Eigenschaften
gehören
die chemische Zusammensetzung des Trägers an seiner Oberfläche, der
Oxidationszustand der Oberfläche,
die Glattheit und insbesondere die Benetzungseigenschaften der Oberfläche in Kombination
mit dem eingesetzten Lösungsmittel..
Von besonderer Bedeutung ist eine extreme Sauberkeit der Oberfläche, da
der MALDI-Prozess schon durch geringste Spuren von Verunreinigungen
empfindlich gestört
werden kann. Insbesondere dürfen
keine Alkaliionen aus der Oberfläche
in die gelöst
aufgebrachte Probe austreten. Für
die in der Regel metallischen Oberflächen der Probenträger lässt sich
eine reproduzierbar hergestellte Oberflächenstruktur mit vorgegebenen
Eigenschaften nur schwer erreichen.
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Werden
Flugzeitmassenspektrometer für
die Analyse eingesetzt, so kommt auf die Probenträgeroberflächen auch
noch die Forderung nach außerordentlicher
Ebenheit hinzu. Die Verwindung der Oberfläche darf einige Mikrometer
nicht überschreiten,
da sonst die präzise
Massen bestimmung, für
die heute Genauigkeiten von wenigen ppm (parts per million; Millionstel
der Masse) gefordert werden, aus den Flugzeiten wegen der verschiedenen
Fluglängen
erschwert wird. Bei einem Meter Fluglänge entspricht eine Flugbahnverlängerung
um ein Mikrometer bereits einer Flugzeitverlängerung um größenordnungsmäßig ein
Millionstel und einer scheinbaren Massenvergrößerung von zwei Millionsteln.
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Es
haben sich bisher nur wenige Arten von Probenträgermaterialien als einigermaßen universal benutzbar
herausgestellt. Dazu gehören
insbesondere (1) glattgewalztes, in besonderen Glühverfahren hergestelltes
etwa drei Millimeter starkes Edelstahlblech mit geschliffener oder
polierter Oberfläche,
(2) elektrisch leitend beschichtete Glasplatten, (3)
mit Nickel oder Gold beschichtete Aluminiumplatten und (4)
Siliziumwaferplatten. Da die Oberflächenbeschaffenheit von kritischer
Bedeutung für
die Kristallisation der Matrix ist und andererseits – je nach
Anwendung – unterschiedliche
Matrices zum Einsatz kommen, werden in der Praxis applikationsabhängig verschiedene
Probenträgerplatten
bevorzugt.
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Für den automatisierten
Umgang mit Probenträgerplatten
ist es günstig,
die als Industriestandard bekannt gewordene Form von Mikrotiterplatten auch
für die
Probenträgerplatten
einzuhalten. Nur Probenträgerplatten
in der ungefähren
Form von Mikrotiterplatten können
von handelsüblichen
Pipettierrobotern ver- und bearbeitet werden. Die Platten können von
standardisierten Greifern gegriffen und mit Hilfe von Vielfachpipettenköpfen mit
Probentröpfchen
belegt werden. Sie können
in „Plattenhotels" gestapelt oder schubladenförmig in
entsprechende Magazine eingeschoben werden. Die Form der Unterseite
der Mikrotiterplatten wirkt beim Stapeln als relativ dichter, zumindest
staubschützender
Deckel für
die darunterliegende Platte.
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Die
Probenträgerplatten
können
mit Barcodes an der Stirnfläche
oder auf der Oberseite versehen sein. Die Barcodes können von
einigen Industrierobotern gelesen werden. Es ist jedoch schwierig, einen
vakuum- und waschfesten Barcode-Aufdruck zu entwickeln. Es wurden
daher Probenträgerplatten mit
vakuum- und waschfesten Transpondern entwickelt, deren Code gelesen
werden kann; es ist sogar ein teilweises Beschreiben der Transponder
mit dem aktuellen Belegungsstand und anderen Informationen möglich.
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Die
Verwendung von MALDI-Probenträgern in
der Form von Mikrotiterplatten für
die Belegung mit Proben aus Vielfachpipettenköpfen ist bereits in der Patentschrift
DE 196 28 178 C2 (entsprechend
GB 2 315 329 oder
US 5,770,860 ) beschrieben.
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Aus
der europäischen
Patentanmeldung
EP 0
793 097 A2 ist ein MALDI-Probenträger bekannt, der aus einem
metallenem Träger
und einer darauf angeordneten Membran aus Kunststoff besteht, wobei
die Membran beispielsweise auf den Träger geklebt wird. Des Weiteren
ist der Patentschrift
US 6,071,610
A ist ein Träger
mit einem dünnen
Film aus Kunststoff zu entnehmen.
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Es
ist immer wieder versucht worden, Probenträgerplatten für den MALDI-Prozess
aus Kunststoff herzustellen. Es gibt eine sehr große Zahl
verschiedenartiger Kunststoffe. Sie lassen sich außerordentlich
preiswert formen und durch geeignete Füllung elektrisch leitend machen.
Es lassen sich sehr reproduzierbar gewünschte Oberflächentexturen herstellen.
Die Oberflächen
lassen sich metallisieren, kratzfest machen, in vielfältiger Weise
hydrophobisieren; kurzum, es gibt kaum ein Material mit so vielfältigen Möglichkeiten.
Kunststoffe haben aber einen entscheidenden Nachteil: sie sind nicht
formfest und verziehen sich insbesondere leicht nach ihrer Formung.
Auch die Lagerung verändert
ihre Form. Ebenheiten von wenigen Mikrometern auf größeren Flächen können nicht
einfach erreicht oder nicht langzeitstabil erhalten werden.
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Die
preiswerte Herstellung von MALDI-Probenträgerplatten ist aber immer noch
erstrebenswert. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen es auf höchste Nachweisempfindlichkeit
ankommt, ganz sicher aber für
diagnostische Anwendungen, kann bei wiederverwendbaren Probenträgern der
sog. Memoryeffekt die Messergebnisse negativ beeinflussen, denn
vielfach lassen sich die aufgebrachten Analytmoleküle auch
durch sorgfältiges
Waschen nicht quantitativ entfernen. Außerdem wird immer stärker eine
industrielle Vorbelegung der Probenorte mit geprüften Matrixsubstanzen garantierter
Reinheit und Funktion gewünscht.
Aber auch weitergehende Schritte der Probenpräparation auf Probenträgerplatten
wie enzymatischer Verdau, Reinigen der Probensubstanzen oder Markierungen
rücken
näher und
fordern einmalig verwendbare, preiswerte Probenträgerplatten.
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Aufgabe
der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einmalig verwendbare und preiswert
herzustellende MALDI-Probenträger
zu finden, insbesondere mit höchster
Oberflächenebenheit
im Bereich weniger Mikrometer. Die Probenträger sollen leicht zu handhaben sein.
Es soll möglich
sein, die Probenträger
mit Matrixsubstanzen oder anderen Oberflächenbelegungen so vorzufertigen,
dass sie versandt werden können
und vom Benutzer ohne weitere Vorbereitungen verwendet werden können.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale eines Probenträgers nach Anspruch 1 gelöst. Es ist
der Grundgedanke der Erfindung, die Probenträger als Kompositstruktur mit
einer wiederverwendbaren Unterstruktur aus einem mechanisch sehr
festen Material höchster
Maßgenauigkeit
und einer einmalig zu verwendenen Auflage aus Kunststoff auszubilden. Die
Unterstruktur kann beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein,
mit einer solch eben gestalteten Oberfläche und Maßhaltigkeit, wie es für MALDI-Probenträger erforderlich
ist. Die Einweg-Auflage ist eine aus relativ dünnem Kunststoffmaterial in
sehr gleichmäßiger Dicke
gefertigte Kunststoffplatte, die so aufgebracht wird, dass sie auf
der Unterstruktur großflächig bündig aufliegt.
Die Herstellung von Kunststoffplatten einer gleichmäßigen Dicke
mit Toleranzen von nur wenigen Mikrometern ist heute großtechnisch
möglich,
beispielsweise durch Spritzguss.
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Das
bündige
Aufliegen kann durch verschiedenartige Maßnahmen erreicht werden. Beispielsweise
kann eine Vielzahl von Noppen an der Kunststoffplatte in eine Vielzahl
von hinterfrästen
Löchern oder
Nuten in der Unterstruktur hineingedrückt werden. Günstiger
erscheint jedoch eine leicht konkave Ausführung einer unterseitig glatten
Platte, die am Rande fest auf die Unterstruktur aufgedrückt wird, wodurch
sie durch ihre Elastizität
großflächig bündig aufliegt.
Dabei muss jedoch ein Überschnappen
vermieden werden. Der Halt am Rande kann durch einen gesonderten
Rahmen, der an der Unterstruktur festgemacht wird, gegeben werden,
aber auch durch einen Halterand der Kunststoffplatte in Form einer geschlossen
oder durchbrochen umlaufenden Randleiste, die in entsprechende Rillen
oder Nuten greift. Die Nuten können
sich auf der Oberfläche
der Unterstruktur befinden oder vorzugsweise in deren Stirn- und
Seitenflächen.
Die genaue Form der Randleiste hängt
von der Härte
und der Elastizität
der Kunststoffplatte ab.
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Eine
umlaufende, geschlossene Randleiste an der Kunststoffplatte, die
die Randkante der Unterstruktur umfasst und sich hier in einer Nute
festhält, kann
auch einer etwas weicheren Kunststoffplatte bereits ohne Unterstruktur
eine erhöhte
Stabilität
geben, wie sie für
Versand und Handhabung von Vorteil ist. Bei härteren Kunststoffmaterialien
kann eine in einzelne elastische Zungen aufgeteilte Randleiste verwendet
werden.
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Die
Unterstruktur kann Durchbohrungen und gegebenenfalls feinste Rillen
auf der Oberfläche
tragen, um eine gute Evakuierung des Raums zwischen Kunststoffplatte
und Unterstruktur zu gewährleisten.
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Unterstruktur
wie auch Kunststoffplatte können
maschinenlesbaren Code tragen, etwa durch aufgedruckten Barcode
oder Punktcode. Die Unterstruktur kann insbesondere einen fest eingebauten Transponder
tragen, dessen Code von entsprechenden Lesestationen in Pipettierrobotern
und Massenspektrometern über
Entfernungen von einigen Zentimetern hinweg berührungslos gelesen werden kann. Dieser
Code im Transponder kann einen unveränderlichen Teilcode enthalten,
der den Probenträger
unlöschbar
kennzeichnet, und einen veränderlichen Teilcode,
der probenträgerbezogene
Daten, den aktuellen Belegungs- und Abarbeitungsstatus des Probenträgers und
Zeiger auf Dateien mit Daten zur Ablaufsteuerung der probenbezogenen
Analysenverfahren enthalten kann.
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Eine
Vorrichtung zur Befestigung der Kunststoffplatte auf die Unterstruktur
kann gleichzeitig auch den Code der Kunststoffplatte in den Transponder übertragen.
Es entfällt
dann der Zwang, gesonderte Lesestationen für diesen Code der Kunststoffplatte
in allen Geräten
zu haben.
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Enthält die Kunststoffplatte
keine eigene Kennung, so besteht ein Zwang zu einer einmaligen Verwendung,
wenn die Vorschriften der „Good
Laboratory Practice" (GLP)
eingehalten werden sollen. Die einmalige Verwendbarkeit kann durch
eine besondere Ausformung der Kunststoffplatte erzwungen werden,
beispielsweise durch das erzwungene Abbrechen eines wichtigen Teils
beim Abnehmen von der Unterstruktur oder durch eine andere Art der
Zerstörung
oder Knickung der Platte.
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Durch
die mechanische Stabilität
der Unterstruktur und eine entsprechende Elastizität der Kunststoffplatte
muss sichergestellt werden, dass leichte thermische Belastungen
keine Durchbiegung der Gesamtstruktur bewirken, die über wenige
Mikrometer hinausgehen.
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Die
Unterstruktur kann als Hohlkasten, aber auch als vollflächige Platte
ausgebildet werden. Ihre Bodenstruktur kann wieder als guter Deckel
für einen darunterliegenden
Probenträger
dienen. Die Unterstruktur kann an ihrem Rand weiterhin besondere
Löcher
oder Nuten für
ein kraftschlüssiges
Greifen durch Roboter enthalten. Auch Nuten für ein Einziehen in das Vakuumsystem
des Massenspektrometers können
hier untergebracht werden. Ferner kann hier eine Struktur für den Ansatz
eines Abwerfers für die
Kunststoffplatte vorhanden sein, beispielsweise ein Loch für den Einschub
eines Exzenterwerkzeugs, das durch Drehen die Kunststoffplatte aus
den Haltenuten drückt
und absprengt. Es kann auch die Unterstruktur selbst mit einem System,
beispielsweise einem Hebelsystem, zum Abdrücken der Kunststoffplatte versehen
sein.
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Die
Kunststoffplatte kann aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt oder
oberflächlich
metallisiert sein, um das Beschleunigungspotential der im MALDI-Prozess
gebildeten Ionen gut zu definieren.
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Die
Gesamtstruktur der Kompositeinheit kann vorzugsweise genau den Außenmaßen einer Mikrotiterplatte
entsprechen. Die Kompositeinheit kann dann leicht von handelsüblichen
Robotern gehandhabt werden.
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Die
Kunststoffplatte kann insbesondere ein Raster mit hydrophilen Ankern
in hydrophober Umgebung tragen. Optisch erkennbare Markierungen, die
in festem Abstand zum Raster angeordnet sind, können als Orientierungspunkte
dienen, um die Proben genau in den Ort des Laserfokus zu bewegen.
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Die
Kunststoffplatten können
bereits vorgefertigt mit Matrixsubstanzen auf den künftigen
Probenorten versehen sein. Die Kunststoffplatte kann auch Orte enthalten,
die gezielt chemisch funktionalisiert wurden (z.B. durch Affinitätssorbens,
C18 oder Ionenaustauscher). Die Funktionalisierung kann entweder
auf den zukünftigen
Probenorten oder auf beliebigen anderen Orten auf dem Probenträger aufgebracht
sein, auf denen die Analyttropfen temporär prozessiert werden.
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Eine
Hydrophobisierung der Kunststoffoberfläche kann durch oberflächliche
Perfluorierung erzeugt werden. Es gibt jedoch auch andere Arten
der Hydrophobisierung, beispielsweise durch Aufbringen und Einbrennen
von Perfluoroalkansilikaten.
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Besonders
preisgünstig
wird die Herstellung hydrophober Kunststoffprobenträger mit
hydrophilen Ankerflächen
dann, wenn ein Kunststoff mit hinreichender Hydrophobizität verwendet
wird (dann wird eine zusätzliche
Hydrophobierung überflüssig) oder wenn
die Matrixaufträge
selber als hydrophile Anker dienen.
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Für solche
Probenträger
kann die einmalige Verwendbarkeit auch dadurch sichergestellt werden, dass
der Matrixauftrag, die Hydrophobschicht, die Metallisierungsschicht
oder eine andere kritische Oberflächeneigenschaft beim Waschen
irreversibel geschädigt
oder entfernt wird.
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Beschreibung
der Bilder
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1 stellt
die Kunststoffplatte (1) vor dem Aufbringen dar. Sie ist
leicht konkav gekrümmt.
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2 zeigt
eine Kompositprobenträgerplatte
mit der nunmehr ebenen Kunststoffplatte (1) auf einer Unterstruktur
(3) mit Fuß (4)
und einem Boden (5), der als Deckel für darunterliegende Probenträger ausgebildet
ist. An der Stelle (6) greift die Randleiste in eine Nut
der Seitenwand der Unterstruktur (3) ein.
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3 gibt
eine Kompositplatte in Form einer Mikrotiterplatte wieder. Die Kunststoffplatte
(1) greift mit Zungen (2) in eine Nut der Unterstruktur
(3) ein. Die Unterstruktur enthält hier einen Barcode-Aufdruck
(7), einen eingeklebten Transponder (8) und eine
Vertiefung (9) zum Greifen für Roboterarme. Auf der Kunststoffplatte
(1) befinden sich die Probenorte (10), die bereits
mit Matrixsubstanz vorbelegt sein können.
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Besonders
günstige
Ausführungsformen
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Eine
besonders günstige
Ausführungsform der
Erfindung ist in den 1 bis 3 wiedergegeben.
Der Probenträger
ist als Kompositstruktur ausgeführt,
mit einer wiederverwendbaren Unterstruktur (3) aus einem
mechanisch sehr festen Material höchster Maßgenauigkeit wie beispielsweise Edelstahl,
Hartaluminium oder Titan, und einer einmalig zu verwendenden Kunststoffplatte
(1) aus einem elektrisch leitenden Spritzguss-Kunststoff.
Eine Unterstruktur (3) aus Edelstahl kann, wenn auch nur mit
einiger Kunst und Kenntnis, mit einer solch ebenen Oberfläche und
einer solchen Maßhaltigkeit
gefertigt werden, wie es für
MALDI-Probenträger
erforderlich ist. Die Einweg-Auflage (1) ist aus relativ
dünnem
Kunststoffmaterial gefertigt und besitzt im aufliegenden Plattenteil
eine sehr gleichmäßige Dicke.
Sie wird so aufgebracht, dass sie auf der Unterstruktur großflächig bündig aufliegt
und so nach außen
die Präzision
der Edelstahloberfläche
wiedergibt. Die Herstellung von Kunststoffplatten mit einer gleichmäßigen Dicke
bei Toleranzen von nur wenigen Mikrometern ist heute großtechnisch
sehr preiswert möglich.
Es ist ebenfalls möglich,
die Kunststoffplatte (1) sehr reproduzierbar mit gewünschten
Texturen zu versehen, sie oberflächlich
zu metallisieren, sie zu hydrophobisieren oder sonst mit gewünschten
Eigenschaften zu versehen.
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Die
Kompositstruktur hat in diesem Beispiel die Größe und Form einer Mikrotiterplatte.
Wenn die Kompositeinheit genau den Außenmaßen einer Mikrotiterplatte
entspricht, kann sie leicht von handelsüblichen Robotern gehandhabt
werden. Es sind natürlich
auch andere Formen denkbar, wie sie beispielsweise für kommerzielle
Massenspektrometer entwickelt wurden.
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Das
bündige
Aufliegen wird in diesem Beispiel durch eine leicht konkave Ausführung des
aufliegenden Teils der elastischen Kunststoffplatte erzeugt, wie
in 1 gezeigt. Die Durchbiegung der Platte beträgt im spannungsfreien
Zustand weniger als einen halben Millimeter. Die Kunststoffplatte
wird am Rande fest auf die Unterstruktur aufgedrückt, wodurch die Kunststoffplatte
durch ihre Elastizität
großflächig bündig aufliegt.
Durch eine aus Erfahrung festgelegte oder experimentell ermittelte
Formgebung wird ein Überschnappen
vermieden. Das Geradebiegen der konkaven Platte darf nicht dazu
führen, dass
vorgefertigt aufgebrachte Matrixkristallkonglomerate von der Platte
abspringen.
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Der
Halt am Rande kann beispielsweise durch einen gesonderten Rahmen
gegeben werden, der sich an der Unterstruktur festhakt. In der besonders
günstigen
Ausführungsform
nach 3 hat die Kunststoffplatte aber einen Halterand
in Form einer durchbrochen umlaufenden Randleiste, deren Zungen
(2) auf die Seiten- und Stirnflächen der Unterstruktur übergreifen
und dort mit erhabenen Kanten in entsprechenden Nuten so einrasten,
dass die Kunststoffplatte fest auf die Oberfläche der Unterstruktur gepresst
bleibt. Die genaue Form der Randleiste hängt von der Härte und
der Elastizität
der Kunststoffplatte ab.
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Die
Randleiste an der Kunststoffplatte kann bei weicheren Kunststoffen
auch geschlossen umlaufen; sie kann dann der Kunststoffplatte auch
ohne Unterstruktur eine erhöhte
Stabilität
geben, vorteilhaft für
Versand und Handhabung. Besonders in diesem Fall kann die Unterstruktur
Durchbohrungen und gegebenenfalls feinste Rillen auf der Oberfläche tragen,
um eine gute Evakuierung des Raums zwischen Kunststoffplatte und
Unterstruktur zu gewährleisten.
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Für die genaue
Verfolgung der Proben ist es günstig,
wenn Unterstruktur wie auch Kunststoffplatte einen maschinenlesbaren
Code tragen, etwa durch einen aufgedruckten Barcode oder einen platzsparenden
Punktcode. Da sich ein optisch lesbarer Code auf dem Metall der
Unterstruktur schlecht vakuum- und waschfest aufbringen lässt, ist
es günstig,
hier einen fest eingebauten Transponder zu verwenden. Es gibt sehr
einfache Lesestationen für
diese Transponder, und sie sind in Gehäusen erhältlich, die vakuum- und waschfest
sind. Die Codes der Transponder können damit von Pipettierstationen
wie auch von entsprechend ausgerüstetetn
Massenspektrometer gelesen werden.
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Der
Code im Transponder enthält
einen Codeteil, der nur gelesen, aber nicht überschrieben werden kann. Dieser
Codeteil kennzeichnet den Probenträger eindeutig. Ein weiterer
Teil des Codes ist nicht nur lesbar, sondern auch überschreibbar.
Dieser Teil kann Daten aufnehmen, die sich auf die individuellen Eigenschaften
der Probenträgerunterstruktur,
auf den aktuellen Stand der Bearbeitung der Proben auf dem Probenträger, oder
als Zeiger auf Dateien beziehen, in denen die Daten zur Ablaufsteuerung
der probenbezogenen Analysenverfahren enthalten sind. Die individuellen
Eigenschaften der Unterstruktur können Verschleißdaten,
Güteklassen,
Justierdaten für
den Ort im Massenspektrometer oder ähnliche Daten wie auch einen
Benutzungszähler
beinhalten. Der aktuelle Stand der Bearbeitung kann die abgeschlossene
Belegung, die Zahl der belegten Probenorte, den Stand der nachfolgenden
Behandlungsschritte wie Waschen, Rekristallisieren der Matrix, oder
der Analysenschritte umfassen. Insbesondere kann eine Adresse für eine Datei
enthalten sein, die alle Steuerungsdaten für die Behandlung und die Analyse
enthält,
wobei die Analysenverfahren für
die einzelnen Proben auf der Probenträgerplatte durchaus voneinander
verschieden sein können.
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Für die Einweg-Kunststoffplatte
der Einbau eines Transponders nicht. Es kann aber hier wohl während des
Herstellungsprozesses eine Individualkennung in Form eines Barcodes
oder Punktcodes aufgebracht werden. Da sich – bei Vorhandensein von Transponder-Lesestationen – eine gesonderte Lesestation
für diesen
Code in allen Behandlungsgeräten
nicht lohnt, kann eine Vorrichtung zur Befestigung der Kunststoffplatte
auf die Unterstruktur gleichzeitig auch den Code der Kunststoffplatte
in den Transponder übertragen.
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Enthält die Kunststoffplatte
keine eigene Kennung, so besteht ein Zwang zu einer einmaligen Verwendung
dieser Kunststoffplatte, wenn die Vorschriften der „Good Laboratory
Practice" (GLP)
eingehalten werden sollen. Die einmalige Verwendbarkeit kann durch
eine besondere Ausformung der Kunststoffplatte erzwungen werden,
beispielsweise durch eine gezielte Zerstörung oder Knickung der Kunststoffplatte,
die ein erneutes Aufbringen auf die Unterstruktur verhindert.
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Die
Unterstruktur soll so geformt sein, dass ihr Boden sich gut als
Deckel für
einen darunterliegenden Probenträger
eignet. Die belegten Probenträger
sind dann stapelbar und können
in entsprechenden Behältern
für den
Nachschub an weitere Behandlungsgeräte, beispielsweise an das Massenspektrometer,
zur Verfügung
stehen. Die Unterstruktur kann an ihrem Rand besondere Löcher oder
Nuten für
ein kraftschlüssiges
Greifen durch Roboter enthalten. Durch die mechanische Stabilität der Unterstruktur
und eine entsprechende Elastizität
der Kunststoffplatte muss sichergestellt werden, dass leichte thermische
Belastungen keine Durchbiegung der Gesamtstruktur bewirken.
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Die
Kunststoffplatte wird bevorzugt aus elektrisch leitfähigem Material
gefertigt oder oberflächlich metallisiert,
um das Beschleunigungspotential der im MALDI-Prozess gebildeten
Ionen gut zu definieren. Kunststoffe mit elektrischer Leitfähigkeit,
beispielsweise durch Graphitfüllung,
können
heute preiswert hergestellt werden.
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Wie
bereits im Stand der Technik geschildert, ist es vorteilhaft, wenn
die Probenträger
ein Raster mit hydrophilen Ankern in hydrophober Umgebung tragen.
Dieses Raster kann auf Kunststoffen viel einfacher erzeugt werden
als auf metallischen Oberflächen.
Da sich manchmal die Proben auf der Trägeroberfläche nicht optisch erkennen
lassen, ist es zweckmäßig, optisch
erkennbare Markierungen mit festem Abstand zum Raster auf die Oberfläche mit aufzubringen.
Diese Markierungspunkte können über Videokamera
und Mustererkennungssoftware als Orientierungspunkte dienen, um
die Proben genau in den Ort des Laserfokus zu bewegen.
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Die
Kunststoffplatten bieten eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem
Stande der Technik. Kunststoffoberflächen können in praktisch jeder Textur
und mit jedem Grad der Oberflächenspannung gegenüber Wasser
hergestellt werden. Die Herstellung ist preiswert. Die Verwendung
von Einweg-Kunststoffplaten das wiederholte Waschen und hilft gegen
den bei Proteinen zu beobachtenden so genannten Memoryeffekt, besonders
wenn an der Grenze zu höchster
Empfindlichkeit gearbeitet werden muss. Die Kunststoffplatten können bereits
vorgefertigt mit Matrixsubstanzen auf den künftigen Probenorten versehen
sein und sparen so die Belegungsapparaturen, die Beschaffung genügend sauberer
Matrixsubstanzen und deren reproduzierbare Präparation. Die Kunststoffe können insbesondere sehr
alkalifrei gehalten werden. Alkaliionen führen zu Addukten, damit zu
Verfälschungen
der Masse. Sie sind bei Verwendung von metallischen Probenträgern schwer
zu unterdrücken.
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Die
Kunststoffplatten können
leicht in die Rillen von entsprechenden Kunststoffmagazinen eingeschoben
werden, in Packungen von je etwa 200 oder 400 Stück. Ein Magazin für 400 Kunststoffplatten
hat eine Größe von etwa
25 × 25 × 12,5 Zentimetern.
Sie können
in diesen Magazinen leicht bis zur Verwendung unter Schutzgas gehalten
werden. Solche Magazine können
von Robotern bestückt
und geleert werden.
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Auch
Raster von kleinen Flecken mit substanzaffinen Schichten können bereits
aufgebracht sein. Diese dienen zum Fischen von korrespondierend
affinen Proteinen, beispielsweise über Antikörper. Die Proteine können dann
gewaschen, eluiert, und auf MALDI-Flecken überführt werden, die sich auf dem
gleichen Träger
befinden.
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Eine
Hydrophobisierung der Kunststoffoberfläche kann durch oberflächliche
Perfluorierung erzeugt werden. Es gibt jedoch auch andere Arten
der Hydrophobisierung, beispielsweise durch Aufbringen und Einbrennen
von Perfluoroalkansilikaten.