Ein derartiges Gehäuse ist
beispielsweise in dem Aufsatz „Miniature
Tools for Combinatorial Chemistry" von C. Gonzáles u.a., herausgegeben von
A. van den Berg u.a., in Micro Total Analysis Systems 2000, erschienen
bei Kluwer Academic Publishers, Niederlande 2000, Seiten 63 bis
66 beschrieben. Das in 3 gezeigte,
als „silicon
tea bags" bezeichnete Gehäuse
für Beads
besteht aus einem Stapel von taschenartigen Gehäuseteilen, die schubladenartig
ineinander geschoben werden können.
Die Gehäuseteile
weisen jeweils eine Siliziumschicht auf, welche zur Bildung von
Käfigen
für Beads
und zur Bildung von Eintrittsöffnungen
und Austrittsöffnungen
für eine Probe,
mit der die Beads beaufschlagt werden sollen, strukturiert ist.
Anschließend
wurde das Siliziumsubstrat auf ein Pyrexsubstrat aufgebracht, wobei
dieses den Boden der Käfige
und einen Teil der Eintrittsöffnungen
und Austrittsöffnungen
bildet. Das Pyrexsubstrat des im zusammengebauten Gehäuse jeweils benachbarten
Gehäuseteils
bildet den Deckel der Käfige.
Entsprechend der Angaben in dem Aufsatz ist
der Aufbau des beschriebenen Gehäuses
für eine verhältnismäßig geringe
An zahl verschiedener Beads bis zu 50 Komponenten technisch sinnvoll.
Diese Bead-Komponenten werden durch Zusammenfügen des Gehäuses in den Käfigen eingeschlossen,
danach erfolgt eine sequentielle Beaufschlagung der jeweils durch
zwei benachbarte Gehäuseteile
gebildeten Käfige.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Gehäuse zur
Probenbeaufschlagung von Beads anzugeben, mit dem sich eine vergleichsweise
große
Anzahl verschiedenartiger Beads in kurzer Zeit mit einer Probe beaufschlagen
lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem
Gehäuse
gelöst,
bei dem die Eintrittsöffnungen aller
Käfige
in einem einzigen plattenförmigen
Zuführ-Gehäuseteil
in fluidischer Parallelschaltung nebeneinander angeordnet sind.
Durch die Verwendung eines einzigen plattenförmigen Zuführ-Gehäuseteils ist es möglich, die
Probe in kurzer Zeit allen Käfigen
gleichzeitig zuzuführen.
Durch die fluidische Parallelschaltung der Eintrittsöffnungen
werden alle Käfige
direkt mit der Probe versorgt. Dies hat den Vorteil, dass bei einer
Steigerung der Anzahl der Käfige
eine Versorgung jedes Käfigs
mit der Probe sichergestellt werden kann, wobei zusätzlich vorteilhaft die
Durchlauf zeit der Probe durch das Gehäuse im Vergleich zu einer seriellen
Durchströmung
der Käfige
verringert werden kann. Insgesamt ist daher durch die starke Parallelisierung
der Strömung
in dem erfindungsgemäßen Gehäuse eine
sehr viel effizientere Beaufschlagung der Beads in dem Gehäuse möglich, als
dies bei Gehäusen
gemäß dem Stand
der Technik der Fall ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des
Gehäuses
sieht vor, dass dem Zuführ-Gehäuseteil
ein plattenförmiges
Käfig-Gehäuseteil
benachbart ist, welches ein Basissubstrat aufweist, auf des sen dem
Zuführ-Gehäuseteil
zugewandten Seite die Käfige
angeordnet sind. Diese Ausbildung des Käfig-Gehäuseteils hat den Vorteil, dass
die Käfige
in einem zweidimensionalen Array auf dem Gehäuseteil angeordnet werden können und
sich damit ein ähnlicher
Aufbau ergibt, wie dieser bei mit Spots versehenen Biochips allgemein
bekannt ist. Dabei lassen sich ohne weiteres ähnliche Arraygrößen wie
bei Biochips erreichen, so z. B. ein Array von 100 × 100 Käfigen auf
dem Käfig-Gehäuseteil.
Hierdurch lässt
sich vorteilhaft der beschriebene Effekt der Parallelisierung bei
der Beaufschlagung der Proben in besonderer Weise nutzen.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung sieht
vor, dass im Bereich einer Trennfuge zwischen dem Zuführ-Gehäuseteil
und dem Käfig-Gehäuseteil ein
Vakuumkanal in zumindest einem der Gehäuseteile ausgebildet ist. Dieser
Vakuumkanal gewährleistet
eine lösbare
Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen, die ein unproblematisches
Auswechseln des Käfig-Gehäuseteils
ermöglicht.
Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, das Zuführ-Gehäuseteil beispielsweise
fest in einem Reaktor zur Probenbeaufschlagung der Beads zu montieren,
wobei der Reaktor die notwendige Fluidik für die Zuleitung und Ableitung
der Probe sowie deren Speicherung zur Verfügung stellt. In diesem Reaktor
können
nacheinander mehrere Käfig-Gehäuseteile
zum Einsatz kommen, wobei während
der Beaufschlagung eines Käfig-Gehäuseteils
mit der Probe vorteilhafterweise bereits das nächste Käfig-Gehäuseteil für die Beaufschlagung vorbereitet
werden kann. Zur Vorbereitung gehört beispielsweise die Füllung der
Käfige
mit Beads. Hierdurch können
die Leerlaufzeiten des Reaktors minimiert werden, wodurch die Effizienz
bei dem Betrieb des Reaktors insgesamt steigt.
Eine andere Variante des Gehäuses sieht vor,
dass dieses zumindest teilweise derart transparent ausgebildet ist,
dass eine optische Verbindung zwischen den Beads in den Käfigen und
der Umgebung des Gehäuses
besteht. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine optische Untersuchung
der Beads mittels eines optischen Readers möglich, ohne das Gehäuse öffnen zu
müssen.
Es ist insbesondere auch eine optische Untersuchung während der
Beaufschlagung der Beads mit der Probe möglich, wodurch der Beaufschlagungsprozess
vorteilhafterweise überwacht
werden kann. Gleichzeitig kann eine Kontamination der teilweise
empfindlichen Proben vor der optischen Untersuchung vermieden werden, wenn
die Proben für
die optische Untersuchung im Gehäuse
verbleiben.
Es ist vorteilhaft, wenn mit dem
Gehäuse
ein optischer Reader zur optischen Untersuchung der Beads verbunden
ist. Der optische Reader kann damit fest in den Reaktor eingebaut
werden, der auch das Gehäuse
für die
Käfige
trägt,
so dass eine kompakte, mobile Baueinheit entsteht, welche sich vorteilhafterweise
gut gegen Umwelteinflüsse
abschirmen lässt.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin
auf ein plattenförmiges
Gehäuseteil
für ein
eine Vielzahl von Käfigen
zur Aufnahme von Beads enthaltendes Gehäuse zur Probenbeaufschlagung
dieser Beads, wobei die Käfige
jeweils Eintrittsöffnungen
und Austrittsöffnungen
für die
Probe aufweisen. Ein solches Gehäuseteil
ist in dem oben erwähnten
Aufsatz beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es damit
weiterhin, ein Gehäuseteil
anzugeben, welches bei Komplettierung zu einem Gehäuse zur
Probenbeaufschlagung von Beads die Beaufschlagung einer vergleichsweise
großen
Zahl verschiedenartiger Beads in kurzer Zeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Gehäuseteil
als Zuführ-Gehäuseteil
ausgestaltet ist, bei dem die Eintrittsöffnungen aller Käfige des
Gehäuses
in fluidischer Parallelschaltung nebeneinander angeordnet sind.
Die mit dieser Ausgestaltung des Gehäuseteils verbundenen Vorteile
sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse aufgeführt worden.
Gemäß einer Ausgestaltung dieser
Erfindung ist vorgesehen, dass die Eintrittsöffnungen durch in dem Zuführ-Gehäuseteil
ausgebildete Kanäle
mit mindestens einem Einlass für
die Probe verbunden sind. Hierdurch wird vorteilhafterweise in dem
Zuführ-Gehäuseteil
integral die gesamte Verteilung der Probe auf die einzelnen Eintrittsöffnungen gewährleistet.
Damit genügt
die Zuführung
der Probe zum Zuführgehäuseteil über einen
Einlass oder auch über
einige wenige Einlässe,
wodurch die Zahl der Schnittstellen zu dem bereits erwähnten Reaktor
zur Beaufschlagung der Beads mit der Probe vorteilhafterweise verringert
werden. Dadurch verringert sich auch die konstruktive Komplexität des Reaktors
und es wird der Ein- bzw. Ausbau des Zuführ-Gehäuseteils stark vereinfacht.
Es ist vorteilhaft, dass die Kanäle und Eintrittsöffnungen
in dem Zuführ-Gehäuseteil
durch Strukturierung eines Grundsubstrates gebildet sind, welches mittels
einer Abdeckplatte verschlossen ist. Hierdurch lässt sich das Zuführ-Gehäuseteil
vorteilhafterweise mittels bekannter mikrotechnischer Fertigungsverfahren
wie Ätzen
oder Mikrofräsen
auf einfache Weise herstellen.
Zuletzt bezieht sich die Erfindung
auf einen plattenförmiges
Käfig-Gehäuseteil
mit einer auf einem Basissubstrat angeord neten Vielzahl von Käfigen zur
Aufnahme von Beads für
ein Gehäuse
zur Probenbeaufschlagung dieser Beads, wobei die Käfige jeweils
Eintrittsöffnungen
und Austrittsöffnungen für die Probe
aufweisen. Ein solches Käfig-Gehäuseteil
ist ebenfalls in dem eingangs aufgeführten Aufsatz beschrieben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, ein plattenförmiges
Käfig-Gehäusebauteil
anzugeben, welches sich einfach und kostengünstig herstellen lässt.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt
erfindungsgemäß dadurch,
dass die Käfige
durch Strukturierung einer auf das Basissubstrat aufgebrachten Schicht
hergestellt sind. Hierdurch kann vorteilhafterweise die Schicht
zuerst auf das Basissubstrat aufgebracht und anschließend strukturiert
werden. Dies wird dadurch möglich,
dass eine Öffnung
zwischen dem Basissubstrat und der aufgebrachten Schicht nicht vorgesehen
werden muss, so dass eine Strukturierung der Schicht ausgehend von
der dem Substrat abgewandten Seite möglich ist. Hierdurch lässt sich
das Strukturierungsverfahren vorteilhafterweise einfacher durchführen; außerdem können Schichten verwendet
werden, die sich nur strukturieren lassen, wenn sie bereits auf
ein Basissubstrat aufgebracht wurden.
Vorteilhaft ist z. B. die Verwendung
von Fotolack, insbesondere so genannten SU8-Lacks, welcher in Schichtdicken
von 0 bis 100 μm
aufgebracht werden kann und in diesem gesamten Schichtdickenbereich
vorteilhafterweise eine unproblematische Strukturierung durch Belichten
und Entwickeln ermöglicht.
Hierdurch kann die im Bezug auf die Beadgröße geforderte Höhe der Käfige unproblematisch
erzeugt werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften
Ausgestaltung der letzten Erfindung ist jeder Käfig durch auf dem Basissubstrat
stehende Rippen gebildet, die speichenradartig im Kreis angeordnet
sind. Die Abstände
zwischen den Speichen sind selbstverständlich geringer als die verwendete
Beadgröße. Die speichenartigen
Rippen bilden einen Ring, der mit den Gitterstäben eines Käfigs vergleichbar ist. Die Speichenradstruktur
lässt sich
durch Strukturierung des Substrates vorteilhafterweise besonders
einfach erzeugen. Alternativ sind fototechnisch auch beliebige andere
gitterartige Strukturen im Fotolack ausbildbar, die einerseits für die Probe
durchlässig
sind und andererseits die Beads im Käfig zu halten vermögen.
Eine weitere Ausgestaltung der letzten
Erfindung sieht vor, dass das Basissubstrat transparent ist. Dieses
stellt damit einen bereits erwähnten,
transparenten Bereich des Gehäuses
zur Verfügung,
der sich, wie bereits erläutert,
für eine
optische Untersuchung der Beads im Gehäuse eignet.
Weitere Einzelheiten der Erfindung
werden anhand der Zeichnung erläutert.
Hierbei zeigen
1 einen
stark vereinfachten Aufbau eines Reaktors, der ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Gehäuses enthält,
2 den
Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Gehäuses und
3 den
Schnitt III-III gemäß 2.
Ein Reaktor 11, angedeutet
durch dessen Systemgrenzen, weist ein Gehäuse 12 auf, welches aus
einem Zuführ-Gehäuseteil 13 und
einem Käfig-Gehäuseteil 14 besteht.
In dem Käfig-Gehäuseteil 14 sind
durch Strukturierung Käfige 15 ausgeführt, in deren
Inneren sich Beads 16 befinden. Nach Einfül len der
Beads 16 in die Käfige 15 werden
diese mittels Auflegen des Zuführ-Gehäuseteils 14 verschlossen.
Die Fixierung der beiden Gehäuseteile
wird mittels eines Vakuumkanals 17 erreicht, der über einen Anschluss 18 mit
einer Vakuumpumpe 19 verbunden ist.
Eine flüssige Probe 20 ist
in einem Vorratsbehälter 21 gespeichert
und wird mittels einer Pumpe 22 durch einen Einlass 23 in
das Zuführ-Gehäuseteil 13 eingeleitet
und über
Kanäle 24 durch
Eintrittsöffnungen 25 in
die Käfige 15 gespült. Dort
werden die Beads 16 mit der Probe beaufschlagt. Gewöhnlich sind
auf der Oberfläche
der Beads 16 Wechselwirkungspartner immobilisiert, an denen
Bestandteile aus der Probe angelagert werden. Hierbei handelt es sich
sowohl bei den Wechselwirkungspartnern als auch bei den Bestandteilen
aus der Probe um korrespondierende Oligonukleotide, wodurch ein
Nachweis von bestimmten Oligonukleotiden mittels der auf den Beads
immobilisierten, passenden Gegenstücke gelingt. Die nachzuweisenden
Probenbestandteile können
beispielsweise mit sog. Fluoreszenzmarkern versehen sein, mit deren
Hilfe nach einer Fluoreszenzlichtanregung der Nachweis einer Anbindung
an die Wechselwirkungspartner durch optische Auswertung erfolgen
kann (vgl. auch 3).
Hierzu werden gewöhnlich
optische Reader verwendet.
Aus den Käfigen wird die Probe nach Beaufschlagung
der Beads durch Austrittsöffnungen 26, die
als Zwischenräume
zwischen Rippen 27 gebildet sind, in Ableitungskanäle 28 gespült und über eine Abflussleitung
einem Abfallbehälter 30 zugeführt.
Das Käfig-Gehäuseteil 14 ist transparent ausgeführt, so
dass ein Strahlengang 31, der durch eine Probenfluoreszenz
ausgelöst
wird, durch eine Optik (angedeutet durch eine Linse 32) geleitet
wird und in einer CCD-Kamera 33 ausgewertet werden kann.
In 2 ist
ein möglicher
Aufbau des erfindungsgemäßen Gehäuses konkreter
dargestellt. Soweit dieses Gehäuse 12a mit
dem Gehäuse
gemäß 1 übereinstimmt, sind die gleichen
Bezugszeichen verwendet, wobei deren nähere Erläuterung entfällt.
Das Zuführ-Gehäuseteil 13 besteht
aus einem Grundsubstrat 34, in dem die Kanäle 24 beispielsweise
mittels einer Ätzbehandlung
hergestellt sind. Der am Kanalgrund 35 verbleibende Teil
des Basissubstrats wird weiterhin mit den Eintrittsöffnungen 25 versehen.
Außerdem
kann eine Strukturierung der den Kanälen 24 gegenüberliegenden
Seite des Grundsubstrates 34 erfolgen, wodurch beispielsweise
Auflagen 36 für
das benachbart liegende Käfig-Gehäuseteil 14 gebildet
werden. Der nach oben offene Teil der Kanäle 24 wird durch eine
Abdeckplatte 37 verschlossen, in die auch der Einlass 23 integriert
ist.
Das Käfig-Gehäuseteil 14 besteht
aus einem Basissubstrat 38 aus Glas, auf das eine aus SU8-Lack
bestehende Schicht 39, welche zur Ausbildung der Rippen 27 sowie
Stützstegen 40,
die einerseits eine Abdichtung des Gehäuses nach außen, andererseits
einer Verbindung des Zuführ-Gehäuseteils 13 und
des Käfig-Gehäuseteils 14 ermöglichen, verwendet
wird. Durch die Stützstege 40 wird
weiterhin der Ableitungskanal 28 segmentiert, wobei sich
in jedem Segment eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende
Reihe von Käfigen
befindet, von denen jeweils einer in 2 im
Schnitt dargestellt ist.
In dem Querschnitt eines Käfigs gemäß 3 wird der speichenradartige
Aufbau dieses Käfigs
deutlich. Die Rippen 27 stehen auf dem Basissubstrat 38 und
sind ähnlich
den Speichen des Rades kreisringförmig angeordnet. Die Zwischenräume zwischen
den Speichen dienen als Austrittsöffnungen 26. Ein geeigneter
Innendurchmesser D für
den Käfig
beträgt
1000 μm
bei Wahl der Beads 16 mit einer entsprechenden Größe. An die
dargestellten Beads 16 ist an die bereits erwähnten Wechselwirkungspartner 41 bereits
ein spezielles Oligonukleotid 42 gebunden, welches mit
einem Fluoreszenzmarker 43 versehen ist.