DE10241099B3 - Reaktor zur Beaufschlagung einer Trägerplatte mit einer Probe - Google Patents

Reaktor zur Beaufschlagung einer Trägerplatte mit einer Probe Download PDF

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Abstract

Ein Reaktor (13) mit einer Reaktionskammer (11) ist zur Beaufschlagung einer Trägerplatte (12), z. B. eines gläsernen Slides, mit einem eine Probe enthaltenen Fluid durch einen Einlass (22) hindurch vorgesehen. In der Reaktionskammer sind erfindungsgemäß Kanäle (19) durch Kanalflanken (20) hergestellt, die die Strömung in der Reaktionskammer (11) stark vergleichmäßigen. Somit ist vorteilhafterweise eine gleichmäßige Beaufschlagung der Trägerplatte mit der Probe gewährleistet, so dass beispielsweise mittels parallel zu den Kanälen (19) verlaufender Reihen von Spots auf der Trägerplatte (12) eine Hybridisierung von Probenbestandteilen mittels immobilisierter Wechselwirkungspartner erfolgen kann. Die Probenplatte kann aufgrund der gleichmäßigen Verteilung der Proben auf der Trägerplatte vorteilhaft auch quantitativ ausgewertet werden. Hierzu werden die Slides beispielsweise in einen optischen Reader eingelegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Reaktor mit einer Reaktionskammer zur Beaufschlagung einer dort befindlichen Trägerplatte mit einer Probe, wobei parallel zur zu beaufschlagenden Trägerplatte eine Wandfläche der Reaktionskammer liegt und in die Reaktionskammer ein Zulauf und ein Ablauf für die Probe münden.
  • Ein solcher Reaktor ist beispielsweise auf der Internetseite www.apbiotech.com/application/microarray/ASP.htm am 28.11.2001 der Öffentlichkeit zugänglich gewesen. Der weiterführenden Seite ASP Discription.htm kann der Aufbau eines solchen Reaktors entnommen werden. Dieser enthält einen Heizblock, auf dem eine Trägerplatte, insbesondere ein als Slide bezeichnetes Standardbauteil, in einer dafür vorgesehenen Aufnahme arretiert wird. Mit der Trägerplatte wird ein Abdeckteil mit einer parallel zur Wandfläche ausgerichteten Wandfläche in Verbindung gebracht, welches mittels eines O-Rings zur Trägerplatte hin abgedichtet wird, wodurch eine Reaktionskammer oberhalb der Trägerplatte entsteht. Über einen Einlass und einen Auslass, welche in dem Abdeckteil ausgebildet sind, kann eine Trägerflüssigkeit für eine injizierte Probe durch die Reaktionskammer geleitet werden, wodurch die Trägerplatte mit der injizierten Probe beaufschlagt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reaktor zu Beaufschlagung einer Trägerplatte mit einer Probe anzugeben, bei dem die Beaufschlagung der Trägerplatte mit der Probe vergleichsweise gleichmäßig erfolgt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich in einer zur zu beaufschlagenden Seite der Trägerplatte parallel ausgerichteten Wandfläche der Reaktionskammer eine Vielzahl rinnenartiger Kanäle befindet, die sich zwischen der Einmündung des Zulaufes und der Einmündung des Ablaufes erstrecken. Die rinnenartigen Kanäle haben einen konstanten Abstand zur Trägerplatte, wodurch Leitstrukturen entstehen, die die Strömung entlang der Trägerplatte vergleichmäßigen. Hierdurch kann eine gleichmäßige Beaufschlagung der auf der Trägerplatte vorgesehenen Bereiche zur Anlagerung der Proben erfolgen. Diese Anlagerung der Proben kann z. B. durch eine Hybridisierungsreaktion der Probe an auf der Trägerplatte immobilisierten Wechselwirkungspartnern erfolgen. Die Wechselwirkungspartner können beispielsweise Oleonukleotide sein, an denen nachzuweisende DNS-Stränge nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip hybridisiert werden. Sind diese DNS-Stränge beispielsweise mit einem Fluoreszenzmarker versehen, können sie nach abgeschlossener Beaufschlagung der Reaktionskammer mittels Fluoreszenzlichtanregung optisch nachgewiesen werden.
  • Die gleichmäßige Beaufschlagung der Trägerplatte mit der Probe hat den wesentlichen Vorteil, dass an allen Stellen der Trägerplatte, wo die Probe angelagert werden soll, ein gleich großer Volumenfluss der Probe erzielt wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass in allen Aufnahmebereichen für die Probe auf der Trägerplatte, die z. B. durch so genannte Spots gebildet sein können, eine gleichmäßige Beaufschlagung mit der Probe erfolgt. Daher kann eine Auswertung der auf der Trägerplatte gebundenen Proben vorteilhaft auch quantitativ erfolgen, so z. B. durch Auswertung der Lichtintensität einer Fluoreszenzlichtanregung nach dem bereits beschriebenen Untersuchungsprinzip.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Tiefe der Kanäle größer als der Abstand der parallel ausgerichteten Wandfläche zur Trägerplatte. Die besagte Wandfläche bildet dabei die oberen, der Trägerplatte zugewandten Ränder der Kanäle. Wenn der Abstand dieser Ränder geringer als die Tiefe der Kanäle ist, so werden durch die Kanäle im Zusammenwirken mit der benachbarten Trägerplatte Kapillaren gebildet, welche einen gleichmäßigen Transport der Probe entlang der Trägerplatte durch die entstehenden Kapillarkräfte vorteilhaft zusätzlich begünstigen.
  • Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß verlaufen die Kanäle zumindest in einem Bereich gegenüber einem Probenbereich der Trägerplatte parallel zueinander. Hierdurch kann vorteilhafterweise ein besonders einheitliches Strömungsprofil über die Breite der Trägerplatte erreicht werden. In diesem Zusammenhang ist mit der Breite der Trägerplatte die Ausdehnung zumindest des Bereiches, in dem die Probe an die Trägerplatte angelagert werden soll, gemessen im rechten Winkel zum Verlauf der Kanäle gemeint.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Bereich der Einmündung des Zulaufes und des Ablaufes jeweils eine quer – nicht notwendigerweise rechtwinklig – zu den Kanälen verlaufende und mit diesen verbundene Verteilungsrinne vorhanden ist. Diese Verteilungsrinnen verbinden also die Einmündung des Zulaufes mit den Anfängen der Kanäle und die Enden der Kanäle mit der Einmündung des Ablaufes. Hierdurch kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass die jeweiligen Kanäle mit einer gleichmäßigen Menge der Probe versorgt werden, wodurch die Einheitlichkeit des Volumenstroms in den einzelnen Kanälen vorteilhafterweise weiter begünstigt wird.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung liegt vor, wenn die Breite der Kanäle so gewählt ist, dass sie genau der Breite einer Reihe oder mehrerer Reihen von Spots der als Biochip ausgeführten, zu beaufschlagenden Trägerplatte entspricht. Als Spots werden dabei ganz allgemein die Bereiche auf der Trägerplatte verstanden, die zur Aufnahme der Probe auf der Trägerplatte dienen. Die genaue geometrische Beziehung zwischen der Breite der Kanäle und den Reihen von Spots hat den Vorteil, dass im Bereich der Ränder der Kanäle keine Spots der Trägerplatte liegen, dass also mit anderen Worten die Ränder der Kanäle Bereichen der Trägerplatte benachbart sind, die zwischen den Reihen von Spots liegen. In diesen Bereichen ist die Strömung nämlich zwangsläufig uneinheitlicher, als in den gebildeten Kanälen selbst. Werden diese Bereiche also von den Spots auf der Trägerplatte ausgespart, so lässt sich hierdurch die Homogenität des Beaufschlagungsergebnisses vorteilhafterweise weiter verbessern.
  • Eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein die parallel ausgerichtete Wandfläche bildender Wandteil aus einem gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere Metall, besteht. Ein besonders gut wärmeleitfähiges Metall ist Kupfer, der Wandteil kann jedoch auch aus gut wärmeleitfähigen, nicht metallischen Materialien, wie z. B. Silizium oder Siliziumoxyd gebildet sein. Im Vergleich hierzu schlecht wärmeleitfähige Materialien sind z. B. Kunststoff oder Keramik. Die gute Wärmeleitfähigkeit des Wandteils kann vorteilhafterweise gezielt für einen die Reaktion im Reaktor begünstigenden Wärmedurchgang genutzt werden. Beispielsweise ist eine gute Wärmeabfuhr aus dem Reaktorinneren in die Umgebung möglich, soweit die Probe in dem Reaktor wärmer als die Umgebung ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der gut wärmeleitende Wandteil mit einer Heizvorrichtung versehen ist. In diesem Fall kann vorteilhafterweise eine die Reaktion begünstigende Erwärmung der Probe während der Reaktion erfolgen. Der Wärmeaustausch zwischen Wandteil und Probe wird vorteilhaft auch durch die Oberflächenvergrößerung begünstigt, die durch die Strukturierung der Wandfläche zur Bildung der Kanäle bewirkt wird.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die parallel ausgerichtete Wandfläche mit einer gegen die zu beaufschlagende Probe chemisch stabilen Schicht, insbesondere einem Edelmetall, wie Gold oder Platin, versehen ist. Hierdurch kann der Wandteil selbst aus einem kostengünstigen und hinsichtlich der Bildung der Rinnen einfach zu bearbeitenden Werkstoff hergestellt werden. Insbesondere kann ein gut wärmeleitfähiges Metall verwendet werden, welches ohne die chemisch stabile Schicht zu Korrosion neigen würde. Die Schicht kann beispielsweise mittels Sputtern aufgetragen werden.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
  • Hierbei zeigen
  • 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reaktionskammer schematisch als Querschnitt,
  • 2 einen Schnitt II-II gemäß 1,
  • 3 schematisch den Verlauf der Kanäle in dem Reaktor gemäß 1 als Aufsicht und
  • 4 einen alternativen geometrischen Verlauf der Kanäle in der erfindungsgemäßen Reaktionskammer als Aufsicht.
  • Eine Reaktionskammer 11 wird gebildet aus einer Trägerplatte 12 und einer parallel zur Trägerplatte 12 liegenden Wandfläche 13 einer unteren Gehäuseplatte 13a; mit einer oberen Gehäuseplatte 13b wird der Aufbau insoweit komplettiert. Die Trägerplatte ist ein gläsernes Slide, auf dem Spots 14 (vgl. 2) zur Aufnahme der Proben durch Immobilisierung von Wechselwirkungspartnern vorgesehen sind. Die Trägerplatte ist mittels einer Dichtung 15 zwischen den beiden Gehäuseplatten 13a, 13b eingeklemmt, wobei die Gehäuseplatten untereinander mittels eines O-Ringes 17 abgedichtet und mittels Halteklammern 18 aufeinander gehalten werden.
  • Die der Trennfuge zwischen den Gehäuseplatten 13a, 13b zugewandte Seite der Gehäuseplatte 13a verläuft parallel zur Trägerplatte 12, wobei die Reaktionskammer 11 durch Ätzen einer Kanalstruktur in diese parallele Seite gebildet ist. Der Schnitt gemäß 1 verläuft durch den Grund eines Kanals 19, wobei Kanalflanken 20 durch Grate gebildet sind, die einer Ätzbehandlung der Gehäuseplatte 13a beispielsweise mittels einer geeigneten Ätzmaske entzogen werden. Senkrecht zur Zeichenebene verlaufen Verteilungsrinnen 21, die den Kanal 19 und parallel zu diesem verlaufende Kanäle vor und hinter der Zeichenebene jeweils mit einem Zulauf 22 und einem Ablauf 23 für die Probe verbinden. Der Zulauf 22 und der Ablauf 23 sind in der oberen Gehäuseplatte 13b ausgebildet, wobei sich Einmündungen 24 von dem Zulauf 22 und dem Ablauf 23 in der Trennfuge zwischen den Gehäuseplatten 13a , b befinden.
  • Auf der Außenseite des Gehäuses, genauer gesagt auf der Gehäuseplatte 13a, sind Heizelemente 25, die aus einer Beschichtung mit hohen elektrischem Widerstand bestehen, ausgebildet, welche die aus Silizium bestehende Gehäuseplatte 13a erwärmen können, wobei die Wärme an die Probe in der Reakti onskammer abgegeben werden kann. Der 2 ist zu entnehmen, dass die Gehäuseplatte 13a zusätzlich mit einer Schicht 26 aus Platin versehen ist, welche eine hohe chemische Beständigkeit im Bezug auf die Probenflüssigkeit aufweist.
  • Weiterhin kann der 2 der Querschnitt der Kanäle 19 entnommen werden. Diese sind gemäß dem Ausführungsbeispiel näherungsweise halbkreisförmig, wobei auch beliebige andere Querschnitte denkbar sind. Die Flanken 20 der Kanäle 19 bilden Grate, welche Teil der eigentlichen Wandfläche 27 der Reaktionskammer im Sinne der Erfindung sind, da die Kanäle 19 in die Wandfläche hineinreichen. Diese Wandfläche weist im Verhältnis zur Tiefe der Kanäle 19 einen geringen Abstand zur Trägerplatte 12 auf, so dass die Kanäle 19 einzelne kapillare Strukturen bilden. Jedem Kanal ist eine Reihe der Spots 14 zugeordnet, wobei die Ausrichtung der Reihen senkrecht zur Bildebene verläuft. Alternativ könnten auch jedem Kanal 19 zwei oder mehr Reihen von Spots zugeordnet sein.
  • Die schematische Aufsicht auf die Kanalstruktur gemäß 3 zeigt mehrere Kanäle 19, die von den Kanalflanken 20 voneinander getrennt sind und parallel zwischen den beiden Verteilungsrinnen 21 verlaufen. Die Pfeile sollen andeuten, wie das mit der Probe versehene Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, vom Zulauf 22 gleichmäßig entlang der parallelen Kanäle 19 zum Ablauf 23 geleitet wird, wobei hierbei ebenfalls die Verteilungsrinnen 21 durchlaufen werden. In einem strichpunktiert angedeuteten Bereich 28 lässt sich auf die beschriebene Weise ein sehr homogenes Strömungsfeld erzeugen, so dass eine Probenplatte mit Spots, die diesem Bereich der Wandfläche der Reaktionskammer benachbart sind, angeordnet werden kann.
  • In 4 ist eine alternative geometrische Ausgestaltung der Kanäle 19 sowie der Kanalflanken 20 dargestellt. Diese sind an ihren Enden jeweils dem Zulauf 22 und dem Ablauf 23 entgegengerichtet, so dass ohne die Zuhilfenahme von Verteilungsrinnen eine gleichmäßige Verteilung des Fluides auf die einzelnen Kanäle 19 erfolgen kann. Hierdurch entsteht ein etwas kleinerer Bereich 28, in dem die Spots der Trägerplatte angeordnet werden können. Ansonsten entspricht ein Reaktor mit einem Kanalverlauf gemäß 4 der Darstellung gemäß 1.

Claims (8)

  1. Reaktor mit einer Reaktionskammer (11) zur Beaufschlagung einer dort befindlichen Trägerplatte (12) mit einer Probe, wobei parallel zur zu beaufschlagenden Seite der Trägerplatte (12) eine Wandfläche (27) der Reaktionskammer (11) liegt und in die Reaktionskammer (11) ein Zulauf (22) und ein Ablauf (23) für die Probe münden, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der parallel ausgerichteten Wandfläche eine Vielzahl rinnenartiger Kanäle (19) befindet, die sich zwischen der Einmündung des Zulaufes (22) und der Einmündung des Ablaufes (23) erstrecken.
  2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Kanäle (19) größer als der Abstand der parallel ausgerichteten Wandfläche (27) zur Trägerplatte (12) ist.
  3. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (19) zumindest in einem Bereich (28) gegenüber einem Probenbereich der Trägerplatte parallel zueinander verlaufen.
  4. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einmündung des Zulaufes (22) und des Ablaufes (23) jeweils eine quer zu den Kanälen verlaufende und mit diesen verbundene Verteilungsrinne (21) vorhanden ist.
  5. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Kanäle so gewählt ist, dass sie genau der Breite einer Reihe oder mehrerer Reihen von Spots (14) der als Biochip ausgeführten, zu beaufschlagenden Trägerplatte (12) entspricht.
  6. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die parallel ausgerichtete Wandfläche (27) bildender Wandteil aus einem gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere Metall, besteht.
  7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandteil mit einer Heizvorrichtung versehen ist.
  8. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel ausgerichtete Wandfläche (27) mit einer gegen die zu beaufschlagende Probe chemisch stabilen Schicht, insbesondere einem Edelmetall, versehen ist.
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