DE10322443A1

DE10322443A1 - Multifunktioneller Reader für Biochips

Info

Publication number: DE10322443A1
Application number: DE2003122443
Authority: DE
Inventors: Friedemann Seibert; Oliver Weinberg
Original assignee: PRO DESIGN GES fur PRODUKTENT; Pro Design Gesellschaft fur Produktentwicklung Mbh
Current assignee: WEINBERG, OLIVER, DIPL.-ING.(FH), 71065 SINDELFING
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-30
Also published as: WO2004104564A1

Abstract

Der Reader umfasst ein Bündel von Lichtwellenleitern, die zu einem Lichtleiterblock verbunden sind und derart mit einer Lichtquelle kombiniert sind, dass das von dieser Lichtquelle emittierte Licht in jeden Lichtwellenleiter einkoppelbar und in diesem zum Biochip leitbar ist, um dort vorhandene Fluoreszenzfarbstoffe zur Aussendung von Fluoreszenzlichtsignalen anzuregen. Jeder Lichtwellenleiter ist außerdem dazu geeignet, Fluoreszenzlichtsignale auf dem Biochip aufzunehmen und zu einem Detektor zu leiten, der dieses Signal erfasst. Die Lichtwellenleiter sind an ihrem einen Ende mit einer optischen Sende- und Empfangseinheit gekoppelt, deren Sendeelement mit der Lichtquelle verbunden ist, und deren Empfangselement mit dem optischen Detektor gekoppelt ist. An ihrem anderen Ende sind die Lichtwellenleiter derart in den Lichtleiterblock eingebettet, dass die Stirnflächen frei zugänglich sind. Die Sende- und Empfangseinheiten sind mit einer Steuerung gekoppelt, die zu ihrer Aktivierung und Deaktivierung geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reader für Biochips, der einen Lichtwellenleiter umfasst, welcher derart mit einer Lichtquelle kombiniert ist, dass das von dieser Lichtquelle emittierte Licht in den Lichtwellenleiter einkoppelbar und in diesem zum Biochip leitbar ist und dort vorhandene Fluoreszenzfarbstoffe zur Aussendung von Fluoreszenzlichtsignalen anregt, und wobei dieser Lichtwellenleiter dazu geeignet ist, Fluoreszenzlichtsignale auf dem Biochip aufzunehmen und zu einem Detektor zu leiten, der dieses Signal erfasst.

Für die medizinische Diagnostik, die Lebensmittelanalytik und viele Bereiche der Grundlagenforschung bieten Screening-Verfahren auf Basis der Biochip- bzw. DNS-Chip-Technologie ein großes Potential – insbesondere für Routineanalysen. Einsatzgebiete der Nukleinsäureanalytik sind u. a. die Detektion transgener Lebensmittel, die Blutanalytik und die Genexpression.

Das Prinzip einer Biochip- bzw. DNS-Chip-Analyse ist einfach: Auf der Oberfläche eines Trägers, beispielsweise eines Glas- oder Polymerträgers, des sogenannten Chips, werden Oligonukleotide (cDNA) bekannter Sequenz in einem geordneten Raster fixiert. Hierbei kann eine Vielzahl von Oligonukleotiden auf kleinstem Raum aufgebracht werden. Die Oligonukleotide dienen als sogenannte "Sonden".

Zu dieser Matrize wird als sogenannte "Probe" bzw. "Target" die zu untersuchende Nukleinsäure gegeben. Diese wird zuvor mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert. Eine Proben-Nukleinsäure (Target-Nukleinsäure) bleibt nur dann an einem Sonden- bzw. Sensor-Oligonukleotid haften und hybridisiert mit diesem, wenn ihre Nukleotidsequenz komplementär zu der Nukleotidsequenz des betreffenden Sonden- bzw. Sensor-Oligonukleotids ist. Aufgrund der Selektivität des Hybridisierungsvorgangs sind sehr genaue Analysen möglich. Eine Hybridisierung der Proben-Nukleinsäure an die chipgebundenen Sondenmoleküle passender Sequenz wird durch ein Fluoreszenzfarbsignal an der entsprechenden Rasterposition angezeigt, wobei die Signalintensität zusätzlich eine Aussage über die Anzahl gebundener Sondenmoleküle zulässt.

Mit Hilfe eines sogenannten Biochip-Readers wird die Hybridisierungsreaktion ausgewertet. Dazu regt eine in dem Reader integrierte Lichtquelle den bzw, die Fluoreszenzfarbstoff(e) der gebundenen Proben-Nukleinsäure zum Leuchten an und eine Kamera nimmt diese Lichtpunkte auf.

Bio-Chips bzw. DNS-Chips bzw. Mikroarrays können auf sehr unterschiedliche Art und Weise hergestellt werden, üblicherweise wird jedoch eine der drei folgenden Methoden zur Fixierung der Sonden-Moleküle auf dem Träger eingesetzt:

(1) Der Aufbau der Sonden-Oligonukleotide Base für Base direkt auf der Träger-Oberfläche.

Bei dieser Methode erfolgt die Oligonukleotid-Synthese in der Regel fotolithographisch. Das heißt durch das Einstrahlen von Licht an bestimmten Positionen der Chip-Oberfläche wird diese dort aktiviert bzw. werden Schutzgruppen an den Enden dort bereits vorliegender Oligonukleotide entfernt. In einer nachfolgenden chemischen Reaktion wird dann gezielt ein weiteres Nukleotid angehängt. Durch ein iteratives Durchlaufen des Prozesses unter Nutzung verschiedener Masken lassen sich so an verschiedenen Positionen unabhängige Oligonukleotidsequenzen als Sonden/Sensoren synthetisieren.

Anstatt fotolithographisch kann die Aktivierung der Chip-Oberfläche bzw. die Entfernung der Schutzgruppen an den Enden dort bereits vorliegender Oligonukleotide auch mittels (in einem Raster angeordneter) elektrischer Felder erfolgen.

(2) Das Aufbringen vorsynthetisierter Sondenmoleküle auf die Chip-Oberfläche

Bei dieser Methode werden vorsynthetisierte Oligonukleotide, zum Beispiel die PCR-Produkte aller Gene eines Organismus, mit speziellen Link-Molekülen, die reaktive Gruppen aufweisen, z.B. Amine oder Silanen versetzt und auf die Chip-Oberfläche aufgebracht. Die Bindung der Sonden-Oligonukleotide an die Chip-Oberfläche erfolgt vermittels der Link-Moleküle.

(3) Befestigung von vorsynthetisierten Sonden-Oligonukleotiden mit einem Volumenelement.

Bei dieser Methode werden die Sonden-Oligonukleotid-Moleküle in einem dreidimensionalen Gelpunkt fixiert (welcher mit den Sondenmolekülen wechselwirkt), anstatt auf einer Oberfläche.

Der Bereich bzw. Ort auf der Chipoberfläche, der für die Synthese oder Fixierung eines bestimmten Sonden-Oligonukleotids vorgesehen ist, wird im folgenden Reaktionsbereich genannt. Eine Ansammlung mehrerer solcher (Reaktions-)Bereiche bzw. Orte auf der Chipoberfläche, die für die Synthese oder Fixierung aller gewünschten Sonden-Oligonukleotide vorgesehen ist, wird im folgenden Reaktionsareal genannt.

Alle bekannten Methoden sind für die Chip-Herstellung im industriellen Maßstab geeignet und vorgesehen. Die daraus resultierenden und derzeit im Handel verfügbaren Biochips sind deshalb nur für ein begrenztes Anwendungsspektrum geeignet, nämlich für die geläufigsten und immer wiederkehrenden Fragestellungen, Für spezielle Fragestellungen, d.h. für eine spezielle Analyse eines bestimmten Probenmaterials sind diese Biochips nur eingeschränkt geeignet und liefern vielfach nur unvollständige Ergebnisse. Die Synthese eines Biochips mit einer vom Anwender frei wählbaren Sonden-Konfiguration direkt vor Ort ist derzeit nicht oder nur mit ökonomisch unvertretbar hohem Aufwand möglich.

Die zur Auswertung der Biochip-Analyse eingesetzten Reader arbeiten mit fluoreszenzspektroskopischen Meßmethoden. Eine in dem Reader integrierte Lichtquelle (z.B. Laser, UV-Strahler, etc.) regt den bzw. die Fluoreszenzfarbstoff(e) der gebundenen Proben-Nukleinsäuren zum Leuchten an und eine Kamera nimmt diese Lichtsignale auf.

Gemäß den neuesten Entwicklungen der Lasertechnik und der Hochfrequenz-Mikroelektronik wird als Lichtquelle ein Impuls-Laser eingesetzt, der ultrakurze und hochenergetische Impulse wahlweise vom ultravioletten bis zum infraroten Spektralbereich emittiert. Diese Strahlung wird in eine optische Lichtleitfaser, (den Lichtwellenleiter) eingekoppelt. Verwendung finden Fasern mit Durchmessern zwischen 50 und 1000 Mikrometern. Durch die Faser wird die Laserstrahlung zum Reaktionsbereich auf dem Biochip geleitet. Dort regt das Licht die Marker-Fluorophore der gegebenenfalls vorhandenen, an die Sonden-Oligonukleotide hybridisierten Proben-Nukleinsäuren zur Fluoreszenz an. Die induzierte Fluoreszenzstrahlung wird durch die optische Faser aufgenommen und zum Reader zurückgeführt. Nach der Auswahl der gewünschten Wellenlänge durch ein geeignetes Filter wird das Signal von einem optischen Detektor erfasst. Die spektrale Filterung erfolgt entweder bei fest vorgegebenen Wellenlängen oder beispielsweise mittels eines akustooptisch durchstimmbaren Filters bei beliebig einstellbarer Wellenlänge. Der zeitliche Verlauf des pulsförmigen Detektorsignals kann mit Hilfe einer speziellen zeitauflösenden Verstärkereinheit erfasst werden.

Das Problem bei allen diesen herkömmlichen Readern besteht unter anderem darin, eine maximal hohe Messempfindlichkeit zu erreichen, die auch die zuverlässige Analyse sehr geringer Signalstärken erlaubt.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Readers, der eine solch hohe Messempfindlichkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Reader der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist,
dass (a) er ein Bündel von Lichtwellenleitern umfasst, die zu einem Lichtleiterblock verbunden sind,
dass (b) diese Lichtwellenleiter an ihrem einen Ende einzeln und/oder gruppenweise (d.h. mehrere zu einer Gruppe zusammengefasst) mit je einer optischen Sende- und Empfangseinheit gekoppelt sind, deren Sendeelement mit der Lichtquelle verbunden ist, und deren Empfangselement mit dem optischen Detektor gekoppelt ist,
dass (c) die einzelnen Lichtwellenleiter an ihrem anderen, der Sende- und Empfangseinheit abgewandten Ende in den Lichtleiterblock eingebettet sind, wobei die Stirnflächen dieser Enden frei zugänglich an oder in oder oberhalb der Oberfläche des Lichtleiterblocks liegen,
und dass (d) jede Sende- und Empfangseinheit mit einer Steuerung gekoppelt ist, die zur Aktivierung und Deaktivierung der einzelnen Sende- und Empfangseinheiten geeignet ist.

Der Begriff Lichtleiterblock steht im vorliegenden Zusammenhang stellvertretend für ein Bündel von Lichtwellenleitern, die mittels geeigneter Vergussmasse oder anderer Bindemittel bzw. Verbindungselemente zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind.

Der Begriff Lichtwellenleiter steht im vorliegenden Zusammenhang stellvertretend für jede Struktur, die aufgrund ihrer lichtleitenden Eigenschaften dazu in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung entlang einer Achse zu führen, und die in Mehrzahl zu einem Feld bzw. Bündel bzw. Array angeordnet werden kann.

Der Begriff Licht steht im folgenden regelmäßig für jede Form elektromagnetischer Strahlung, insbesondere jede Wellenlänge dieser Strahlung und insbesondere nicht ausschließlich für den visuell sichtbaren Frequenzbereich dieser Strahlung.

Die Lichtwellenleiter können entlang ihrer Achse mit Koppelelementen zur Aufspaltung bzw. Zusammenführung der geführten optischen Strahlung (des Lichts) ausgestattet sein.

Die Lichtwellenleiter können jeweils mit einem (optischen) Schalter verbunden sein, der die Leitung der geführten optischen Strahlung (des Lichts) derart beeinflusst, dass über eine Steuerung der (optischen) Schalter bestimmt wird, ob diese Strahlung (dieses Licht) dem optischen Detektor zugeführt wird oder nicht.

Die Sende- und Empfangseinheit kann eine konstruktive Einheit sein, oder aus einer separaten (alle Sendeelemente umfassenden) Sendeeinheit und einer separaten (alle Empfangselemente umfassenden) Empfangseinheit bestehen.

Die Empfangselemente der Sende- und Empfangseinheit können spektrale Filter und/oder Verstärkereinheiten umfassen, die das empfangene Fluoreszenzsignal bearbeiten, bevor es dem optischen Detektor zugeführt wird. Außerdem können verschiedene Sendeelemente mit unterschiedlichen Sendefrequenzen zur Auslösung verschiedener Fluoreszenzsignale vorgesehen sein.

Der optische Detektor sollte eine Bilderkennungs- und Dokumentierungseinheit umfassen und vorzugsweise außerdem eine Datenauswerteeinheit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest der Bereich der Oberfläche des Lichtleiterblocks annähernd plan ausgebildet, in dem die Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter liegen.

In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Readers sind die Lichtwellenleiter in derart regelmäßiger Anordnung in dem Lichtleiterblock gebündelt, dass ihre freien Enden in diesem planen Oberflächenbereich des Lichtleiterblocks ein regelmäßiges, gitterförmiges Punktmuster erzeugen.

Das Punktmuster der freien Enden der Lichtwellenleiter im Lichtleiterblock kann deckungsgleich mit dem Spot- bzw. Punktmuster eines handelsüblichen Biochips bzw. Bio-Arrays sein, wobei dessen Spots bzw. Punkte den Synthese- bzw. Bindungspositionen der Sonden-Oligonukleotide, d.h. den Reaktionsbereichen entsprechen.

Eine Weiterbildung dieser Ausführungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass an der planen Oberfläche des Lichtleiterblocks Befestigungsmittel zur Verankerung des Biochips ausgebildet sind. Die Verankerung des Biochips erfolgt vorzugsweise in einer Position, in der das Punktmuster der freien Enden der Lichtwellenleiter im Lichtleiterblock mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche im Reaktionsareal des Biochips zur Deckung kommt.

Eine andere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Readers besteht in der baulichen Kombination des Readers mit einem selbstkonfigurierbaren Biochip. Dieser selbstkonfigurierbare Biochip weist Reaktionsbereiche auf, die im Punktmuster angeordnet sind und jeweils für die Synthese oder Fixierung eines bestimmten Sonden-Oligonukleotids und eine nachfolgende Analysereaktion vorgesehen sind, er weist Reagenzbehälter auf, die Reagenzien für die Sonden-Oligonukleotidsynthese und/oder die Analysereaktion(en) enthalten (können), und er kann einen oder mehrere Probenbehälter aufweisen, der/die zur Aufnahme, Bevorratung und Abgabe der Proben-Nukleinsäure(n) dient. Er ist ferner mit einem ersten und einem zweiten Transportleitungssystem ausgerüstet. Das erste Transportleitungssystem verbindet die Reaktionsbereiche, die Reagenzbehälter und den optionalen Probenbehälter untereinander und ist derart mit Pumpen und Ventilen gekoppelt, dass ein gezielter und gerichteter Transport von den Reagenzbehältern und dem/den optionalen Probenbehälter(n) zu den Reaktionsbereichen gewährleistet ist und in jedem beliebigen Reaktionsbereich jedes beliebige Sonden-Oligonukleotid erzeugt werden kann. Das zweite Transportleitungssystem umfasst Zu- und Ableitungen zu den Reaktionsbereichen, wobei diese Zu- und Ableitungen für die Zu- bzw. Abfuhr von Spülflüssigkeit im Verlauf der Sonden-Oligonukleotid-Synthesereaktionen vorgesehen sind. Der Biochip ist mit einer Steuerung gekoppelt, die eine gezielte Aktivierung und Deaktivierung der Pumpen und Ventile ermöglicht.

Biochip und Reader sind derart baulich kombiniert (verbunden), dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern des Readers mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche auf dem Biochip zur Deckung kommt und jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip die Stirnfläche des freien Endes je einer bestimmten Lichtleitfaser gegenüber liegt. Diese Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Readers hat den Vorteil, dass sie eine Konstruktionseinheit darstellt, die es dem Benutzer erlaubt, zunächst einen Biochip mit einer wunschgemäßen Sonden-Oligonukleotid-Ausstattung zu konfigurieren, diesen Biochip dann anschließend ohne Positionstransfer in dem geplanten Analyseverfahren einzusetzen und das Ergebnis der Analyse wiederum ohne Positionstransfer messen und auswerten zu können.

Die Stirnflächen an den freien Enden der Lichtwellenleiter können konkav geformt sein, so dass sie mit den Reaktionsbereichen des Biochips eine Art Reaktionskammer bilden, in der bzw. in denen die Sonden-Oligonukleotid-Synthese, die Proben-Analyse und die Erfassung der Analyseergebnisse erfolgt.

Die Stirnflächen können außerdem beschichtet sein, um die Sonden-Oligonukleotid-Synthese und/oder die Proben-Analyse förderlich zu beeinflussen.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Readers sind die Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter für die Anbindung von Sonden-Oligonukleotiden aufbereitet. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass die Sonden-Oligonukleotide direkt an den Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter fixiert oder synthetisiert werden können und infolgedessen auch die Hybridisierungsreaktion mit den Proben-Molekülen direkt an dieser Stirnfläche durchgeführt werden kann. Die Stirnflächen übernehmen hier die Funktion des herkömmlichen Biochips. Zur Aufbereitung der Stirnflächen für die Anbindung von Sonden-Oligonukleotiden sind alle Verfahren geeignet, die bei herkömmlichen Biochips, insbesondere solchen mit Glassubstrat, angewendet werden. Solche Verfahren sind dem Fachmann bekannt und geläufig.

Die Lichtwellenleiter des erfindungsgemäßen Readers sind vorzugsweise Glasfasern (Standard-Multimode-Quarz-Quarz-Lichtleitfasern). Damit geht unter anderem der Vorteil einher, dass alle bekannten Methoden der Fertigung herkömmlicher Biochips auch bei der Aufbereitung und Bearbeitung der Stirnflächen an den freien Enden dieser Lichtleitfasern angewendet werden können. Insbesondere diese Variante des erfindungsgemäßen Readers kann mit einer Transportvorrichtung, beispielsweise einem Industrieroboter, kombiniert sein, und zwar derart, dass der Reader bzw. dessen Lichtleiterblock mittels dieser Vorrichtung/dieses Roboters greifbar, transportierbar und plazierbar ist. Insbesondere kann der Reader bzw. dessen Lichtleiterblock mit Hilfe dieser Vorrichtung/dieses Roboters ergriffen, zu verschiedenen Vorratsbehältern transportiert, in diese eingetaucht und wieder aus diesen entnommen werden.

Die Steuerung für die Pumpen und Ventile des ersten Transportleitungssystems des Biochips und die Steuerung für die Sende- und Empfangseinheiten des Readers können kombiniert sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher beschrieben:
Es zeigen
1 die perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Readers,
2 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Readers,
3 eine Detailansicht der Oberfläche des Readers gemäß 1,
4 einen Schnitt von IV nach IV in 3.
Der Reader gemäß 1 und 2 besteht aus einem Bündel von Lichtwellenleitern 2, beispielsweise Standard-Multimode-Quarz-Quarz-Lichtleitfasern, die mittels einer geeigneten Vergussmasse 4 zu einem Lichtleiterblock 6 verbunden sind.
An ihrem einen Ende 8 sind die einzelnen Lichtwellenleitern 2 mit je einer optischen Sende- und Empfangseinheit 10 gekoppelt. – Falls gewünscht ist es eben so gut möglich, mehrere Lichtwellenleitern 2 zu Gruppen zusammenzufassen und jede Gruppe mit einer optischen Sende- und Empfangseinheit 10 zu koppeln. – Die Sende- und Empfangseinheit 10 umfasst Senderelemente 12, die mit der (hier nicht näher dargestellten) Lichtquelle, beispielsweise einem Laser, verbunden sind, und Empfangselemente 16, die mit einem (hier nicht näher dargestellten) optischen Detektor, beispielsweise einer PIN-Photodiode oder einer Avalanche-Photodiode (APD) gekoppelt sind.
An ihrem gegenüberliegenden anderen Ende 20 sind die einzelnen Lichtwellenleitern 2 in dem Lichtleiterblock 6 eingebettet, und zwar derart, dass die Stirnflächen 22 dieser Enden 20 frei zugänglich an bzw. in der Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 liegen (siehe 3 und 4). Zumindest dieser Bereich der Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 ist bei dieser Ausführungsvariante plan. Im übrigen hat der hier dargestellte Lichtleiterblock 6 die Form eines Quaders, dessen eine Seitenfläche mit der planen Oberfläche 24 identisch ist, welche die freien Lichtwellenleiterenden 20 präsentiert.
Die Lichtwellenleitern 2 sind in derart regelmäßiger Anordnung in dem Lichtleiterblock 6 gebündelt, dass ihre freien Enden 20 in der planen Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 ein regelmäßiges, gitterförmiges Punktmuster 26 erzeugen (siehe 1 und 3). Das Punktmuster 26 hat einen annähernd rechteckigen Umfang und liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa in der Mitte der planen Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 (1). Das Punktmuster 26 ist hier deckungsgleich mit dem Spot- bzw. Punktmuster eines handelsüblichen Biochips bzw. Bio-Arrays, wobei dessen Spots bzw. Punkte den Synthese- bzw. Bindungspositionen der Sonden-Oligonukleotide entsprechen, d.h. den Reaktionsbereichen entsprechen. Mit anderen Worten: Das Punktmuster 26 der freien Enden 20 der Lichtwellenleitern 2 im Lichtleiterblock 6 ist deckungsgleich mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche im Reaktionsareal des Biochips.
Die Stirnflächen 22 der freien Enden 20 der Lichtwellenleitern 2 können konkav geformt sein, d.h. eine muldenartige Vertiefung in Richtung Lichtwellenleiterlumen aufweisen.
Die Sende- und Empfangseinheiten 10 sind mit einer hier nicht näher dargestellten Steuerung gekoppelt, die dazu geeignet ist, die einzelnen Sende- und Empfangseinheiten 10 zu praktisch jedem beliebigen Zeitpunkt separat (individuell) zu aktivieren oder zu deaktivieren und Licht über die jeweils zugehörige Lichtwellenleitern 2 auszusenden oder zu empfangen.
An der planen Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 können Befestigungsmittel ausgebildet sein (hier nicht näher dargestellt), die dazu geeignet sind, den Biochip an dieser Oberfläche 24 zu verankern, und zwar derart, dass das Punktmuster 26 der freien Enden 22 der Lichtwellenleitern 2 im Lichtleiterblock 6 mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche im Reaktionsareal des Biochips zur Deckung kommt, d.h. dass jedem freien Stirnende 22 eines Lichtwellenleiterns 2 ein bestimmter Reaktionsbereich gegenüber liegt. Es entsteht auf diese Weise praktisch an jedem freien Lichtwellenleiterende 20 bzw. an jedem Reaktionsbereich eine Art Reaktionskammer, in der nicht nur die Detektion von Fluoreszenzlicht nach erfolgter Hybridisierung stattfinden kann, sondern auch die Analyse- bzw. Hybridisierungsreaktion an sich und ebenso die Synthese der Sonden-Oligonukleotide. Die Energie zur Aktivierung der Chipoberfläche kann dann vom Detektorsystem zugeführt werden.
Beispiel 1: Auswertung einer Biochip-Hybridisierung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Readers
Auf die mit Sonden-Oligonukleotiden bestückte Oberfläche eines handelsüblichen Biochips für DNA-Analysen wird die zu untersuchende Nukleinsäure gegeben, die zuvor mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert wurde. Eine Hybridisierung der Proben-Nukleinsäure an die chipgebundenen Sondenmoleküle erfolgt dort, wo die Nukleotidsequenz der Proben-Nukleinsäure komplementär zur Nukleotidsequenz des Sonden-Oligonukleotids ist. Infolge der Hybridisierung wird das betreffende Sonden- Oligonukleotid mit demselben Fluoreszenzfarbstoff markiert, den die anhybridisierte Proben-Nukleinsäure trägt.
Die Auswertung der Biochip-Analyse besteht zunächst in der Feststellung, welche Sonden-Oligonukleotid-Position bzw. welcher Reaktionsbereich eine Fluoreszenzmarkierung erhalten hat, und gegebenenfalls mit welchem Fluoreszenzfarbstoff die Markierung erfolgt ist. Aufgrund der Vorkenntnis, welche Proben-Nukleinsäure mit welchem Fluoreszenzfarbstoff markiert worden war, liefern die festgestellten Daten direkt die Information, welche Proben-Nukleinsäure zu welchem Sonden-Oligonukleotid eine komplementäre Nukleotidsequenz aufweist und wie diese Nukleotidsequenz lautet.
Zur Detektion der Fluoreszenzsignale werden der erfindungsgemäße Reader und der betreffende, in dem Analyseverfahren eingesetzte Biochip derart zueinander positioniert, dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern mit dem Punktmuster der Reaktionsbereichen auf dem Biochip zur Deckung kommt und jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip das Stirnende wenigstens einer bestimmten Lichtleitfaser gegenüber liegt. Wichtig ist, dass eine irgendwie geartete eindeutige Zuordnung eines bestimmten Reaktionsbereichs zu einer oder mehreren Lichtleitfasern möglich ist, um festzustellen, welches am Detektor gemessene Fluoreszenzsignal zu welchem Reaktionsbereich bzw. zu welcher Sonde-Oligonukleotid-Position auf dem Biochip gehört.
Diejenige Sende- und Empfangseinheit, die mit dieser Lichtleitfaser gekoppelt ist, kann nun mit Hilfe der Steuerung aktiviert werden, so dass Anregungslicht auf den zugeordneten Reaktionsbereich ausgesendet wird und die dort gegebenenfalls vorhandenen Fluoreszenzfarbstoffe zum Leuchten anregt. Die auf diese Weise (gegebenenfalls) erzeugte Fluoreszenzstrahlung fällt direkt in die Lichtleitfaser ein und wird in dieser zur Sende- und Empfangseinheit geleitet und dort zu den Empfangselementen gelenkt. Die Empfangselemente können spektrale Filter und/oder Verstärkereinheiten umfassen, die das empfangene Fluoreszenzsignal bearbeiten, bevor es dem optischen Detektor zugeführt wird. Der optische Detektor umfasst eine Bilderkennungs- und Dokumentierungseinheit, beispielsweise eine PIN-Fotodiode, und vorzugsweise außerdem eine Datenauswerteeinheit.
Beispiel 2: Verwendung des erfindungsgemäßen Readers als Energiequelle für die Synthese von Sonden-Oligonukleotiden auf einem Biochip
Zur Herstellung eines Biochips mit einer speziellen vorbestimmten Sondenkonfiguration werden auf der Oberfläche eines handelsüblichen Chips, beispielsweise eines Glas- oder Polymerträgers, die gewünschten Sonden-Oligonukleotide (cDNA) mit bekannter Sequenz in einem geordneten Raster synthetisiert. Die Syntheseorte der Sonden-Oligonukleotide sind die sogenannten Reaktionsbereiche, in denen später, im Zuge eines Nukleinsäure-Analyseverfahrens, gegebenenfalls auch die Hybridisierungsreaktion von Sonden-Oligonukleotid und Proben-Nukleinsäure stattfindet.
Die Synthese der Sonden-Oligonukleotide in den einzelnen Reaktionsbereichen erfolgt mit den im Stand der Technik bekannten Methoden. Die zur Synthese notwendige Energie wird von dem erfindungsgemäßen Reader geliefert. Zu diesem Zweck werden der Reader und der Biochip derart zueinander positioniert, dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche auf dem Biochip zur Deckung kommt und jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip das Stirnende einer bestimmten Lichtleitfaser zugeordnet ist, vorzugsweise gegenüber liegt. Diejenige Sende- und Empfangseinheit, die mit dieser Lichtleitfaser gekoppelt ist, wird mit Hilfe der Steuerung aktiviert, so dass Licht auf den zugeordneten Reaktionsbereich ausgesendet wird und diesem die Energie zuführt, die zum Ablauf der dort geplanten Synthesereaktion notwendig ist.
Beispiel 3: Kombination des erfindungsgemäßen Readers mit einem selbstkonfigurierbaren Biochip
Der erfindungsgemäße Reader wird derart an einen Biochip montiert (befestigt), dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche auf dem Biochip wenigstens soweit zur Deckung kommt, dass jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip das Stirnende einer bestimmten Lichtleitfaser gegenüber liegt oder zumindest insoweit eindeutig zugeordnet werden kann, dass feststellbar ist, welches am Detektor gemessene Fluoreszenzsignal zu welchem Reaktionsbereich auf dem Biochip gehört. Der Chip weist zusätzlich zu den Reaktionsbereichen, die jeweils für die Synthese oder Fixierung eines bestimmten Sonden-Oligonukleotids und eine nachfolgende Analysereaktion vorgesehen sind, Reagenzbehälter auf, die Reagenzien für die Sonden-Oligonukleotidsynthese und/oder die Analysereaktion(en) enthalten (können), und optional einen oder mehrere Probenbehälter, der/die zur Aufnahme, Bevorratung und Abgabe der Proben-Nukleinsäure(n) dient. Desweiteren ist ein erstes Transportleitungssystem ausgebildet, das die Reaktionsbereiche, die Reagenzbehälter und den optionalen Probenbehälter zumindest derart untereinander verbindet, dass in jedem beliebigen Reaktionsbereich jedes beliebige Sonden-Oligonukleotid erzeugt werden kann und dass die Proben-Nukleinsäure zu jedem beliebigen Reaktionsbereich befördert werden kann. Das Transportleitungssystem ist mit Pumpen und Ventilen (Mikroventilen) gekoppelt, um einen gezielten und gerichteten Transport zu gewährleisten. Es ist ferner ein zweites Transportleitungssystem ausgebildet, das Zu- und Ableitungen zu den Reaktionsbereichen umfasst und für die Zu- und Abfuhr von Spülflüssigkeit im Verlauf der Sonden-Oligonukleotid-Synthesereaktionen vorgesehen ist. Um eine gezielte Aktivierung und Deaktivierung der Pumpen und Ventile zwecks gezielter Beförderung von Reagenzien und Probenmaterial in dem ersten Transportsystem zu gewährleisten, ist der Chip mit einer Steuerung verbunden. Diese Steuerung ist beispielsweise als elektrische Steuerung realisiert, bestehend aus einer prozessorgesteuerten Recheneinheit mit wiederbeschreibbarem Speicher, die über elektrische Kontakte an den Träger gekoppelt ist. Mit Hilfe dieser Steuerung können sowohl die Synthese der Sonden-Oligonukleotide als auch die einzelnen Schritte des Analyseverfahrens, insbesondere die Probenaufbereitung und Hybridisierung, planmäßig geregelt und kontrolliert durchgeführt werden.
Die für die einzelnen Sonden-Oligonukleotid-Syntheseschritte und/oder Analyseschritte erforderliche Energie wird über die einzelnen Lichtleiterfasern des Readers geliefert, wobei wiederum jeder einzelne Reaktionsbereich gezielt angesteuert werden kann.
Die Stirnflächen der freien Enden der Lichtleitfasern sind vorzugsweise konkav geformt, (d.h. sie weisen eine muldenartige Vertiefung in Richtung Lichtleitfaserlumen auf) und bilden mit dem zugeordneten Reaktionsbereich eine Art Reaktionskammer, in der die Sonden-Oligonukleotidsynthese, die Analyse- bzw. Hybridisierungsreaktion und die Detektion des Fluoreszenzlichts nach erfolgter Hybridisierung abläuft bzw. durchgeführt wird.
Die einzelnen Syntheseschritte zur Erzeugung der Sonden-Oligonukleotide können bei dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Readers in vorteilhafter Weise derart durchgeführt werden, dass die Reaktionskammern und dort vorzugsweise die konkaven Vertiefungen der Stirnflächen der Lichtleitfasern mit den entsprechenden Reagenzien in der gewünschten Reihenfolge benetzt werden und die jeweils benötigte Reaktionsenergie über die Lichtleitfasern durch gezielte Ansteuerung und Aktivierung der Sende- und Empfangseinheit zugeführt wird.
Beispiel 4: Synthese von Sonden-Oligonukleotiden und Hybridisierung von Proben-DNA durch manuelle Anwendung eines erfindungsgemäßen Readers
Für die Synthese der Sonden-Oligonukleotide wird der erfindungsgemäße Reader bzw. dessen Lichtleiterblock zunächst mit im Stand der Technik bekannten und geläufigen Verfahren zur Aufbereitung von herkömmlichen Biochips mit Glasträger derart aufbereitet, dass die (sondenseitigen) freien Stirnflächen der Lichtwellenleiter zur Bindung von (Sonden-Oligo-)Nukleotiden geeignet sind (vgl. 4). Dazu wird der Reader bzw. Lichtleiterblock beispielsweise manuell oder mit einer geeigneten Vorrichtung ergriffen und Schritt für Schritt mit den im Stand der Technik hierfür vorgesehenen Substanzen unter Einhaltung der vorschriftsmäßigen Reihenfolge, Reaktionszeiten und Reaktionstemperaturen in Verbindung gebracht. Dies geschieht beispielsweise durch sukzessives Eintauchen in die betreffenden Substanzen, die zu diesem Zweck in geeigneten Gefäßen abgefüllt sind. Die Eintauchtiefe sollte dabei so gewählt werden, dass alle Stirnflächen, die als Träger der Sonden-Oligonukleotide vorgesehen, vollständig von den jeweiligen Substanzen bedeckt werden. Auf diese Weise wird auf den freien Stirnnflächen 22 und den freien Enden 20 der Lichtwellenleiter 2 eine Trägeschicht 28 erzeugt, die die Synthese und/oder Fixierung der Sonden-Oligonukleotide fördert bzw. gewährleistet (vgl. 4). Die Anordnung der Stirnflächen innerhalb des Lichtleiterblocks spielt indes bei dieser Ausführungsform und bei geeigneter Wahl der Eintauchtiefe keine wesentliche Rolle, da die Fixierung der Sonden-Oligonukleotide auf der Stirnfläche des Lichtwellenleiters selbstpositionierend stattfindet. Um die Reaktionsprozesse zu optimieren und die Detektionseigenschaften des Readers weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen. die Stirnfläche der Lichtwellenleiter bis zu einer wählbaren Eindringtiefe in den Lichtwellenleiter aufzurauen oder porös zumachen.
In dem folgenden Schritt findet dann die Synthese der Sonden-Oligonukleotide statt. Hierfür wird der Reader bzw. der Lichtleiterblock in die zur Hybridisierung von Proben-Nukleinsäuren notwendigen Substanzen eintaucht. Zu diesem Zweck sind diese Substanzen in geeigneten Gefäßen abgefüllt. Es können beispielsweise Gefäße mit je einer Art Nukleotid bereitgestellt sein.
Mittels der optischen Sende- und Empfangseinheit 10 kann die zuvor auf allen Stirnflächen 22 der Lichtwellenleiter gebildete Trägerschicht 28 durch optische Energiezufuhr gezielt bei denjenigen Lichtwellenleitern aktiviert werden, auf deren Stirnfläche dasjenige Nukleotid gebunden werden soll, welches sich in dem für den anschließenden Eintauchvorgang vorgesehenen Gefäß befindet. Die allen Lichtleitfasern immanente numerische Apertur der geführten und dann austretenden Strahlung gewährleistet, dass die Aktivierung der Trägersubstanz auf das Areal der Stirnfläche des betreffenden Lichtwellenleiters begrenzt bleibt und folglich eine Bindung mit dem Nukleotid (der Substanz) auch nur an diesem Ort auf der Oberfläche des gesamten Lichtleiterblocks stattfindet.
Nach erfolgter Aktivierung wird die Energiezufuhr durch die optische Sende- und Empfangseinheit wieder unterbrochen und der Lichtleiterblock wie oben beschrieben in das Gefäß mit dem Nukleotid eingetaucht. Die daraufhin ablaufende biochemische Reaktion ist identisch mit derjenigen, die beispielsweise bei der herkömmlichen Sonden-Oligonukleotid-Synthese auf den bekannten Biochips mit Glasträgerplättchen durch Photolithografie stattfindet. Nach Beendigung der Reaktion wird der Reader bzw. dessen Lichtleiterblock wieder aus dem Gefäß entnommen, ungebundene Nukleotide werden von dem Lichtleiterblock entfernt – beispielsweise durch Eintauchen desselben in eine Reinigungssubstanz –, und der Reader bzw. Lichtleiterblock ist bereit für einen erneuten Verfahrensdurchlauf zur Anbindung eines weiteren Nukleotids. Auf diese Weise wird so lange verfahren, bis die gewünschten Sonden-Oligonukleotide vollständig synthetisiert sind.
Für die Hybridisierung der synthetisierten Sonden-Oligonukleotide mit der Proben-Nukleinsäure wird der Reader bzw. der Lichtleiterblock sukzessive in Gefäße eingetaucht, die zur Hybridisierung benötigten Substanzen enthalten. Die Art der Substanzen und die Abfolge, irr der sie mit den Sonden-Oligonukleotiden auf der Stirnfläche der Lichtwellenleiter in Kontakt gebracht werden, können dabei weiterhin so gewählt werden, wie es im Stand der Technik für die Hybridisierung auf herkömmlichen Biochips bekannt und geläufig ist. Die Proben-Nukleinsäure, deren Nuleotidsequenz zu derjenigen eines Sonden-Oligonukleotids auf der Stirnfläche eines bestimmten Lichtwellenleiters komplementär ist, hybridisiert mit diesem Sonden-Oligonukleotid und wird infolgedessen an der Stirnfläche des betreffenden Lichtwellenleiters beziehungsweise an der darauf befindlichen Trägerbeschichtung/(-Substanz) gehalten/fixiert.
Für die Detektion, auf welchen Faserstirnflächen eine Hybridisierung stattgefunden hat, wird wie vorstehend beschrieben mittels der optischen Sende- und Empfangseinheit Energie zur Stirnfläche ausgewählter oder aller Lichtwellenleiter geleitet und damit die gegebenenfalls dort vorhandenen Fluoreszenzmarker aktiviert. Sofern sich eine Fluoreszenz-markierte Proben-Nukleinsäuren an dieser aktivierten Stirnfläche befindet, wird diese ein Fluoreszenzsignal aussenden, das durch den betreffende Lichtwellenleiter zur optischen Sende- und Empfangseinheit zurückgeführt wird. Diese wertet das Fluoreszenzsignal aus. Da die Nukleotidsequenz jedes einzelnen Sonden-Oligonukleotids auf jeder Lichtwellenleiter-Stirnfläche bekannt ist, kann aus einem positiven Fluoreszenzsignal die Nukleotidsequenz der Proben-Nukleinsäure abgeleitet werden.
Eine Analyse der Wellenlänge des Fluoreszenzsignals kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass man zwei optische Empfangseinheiten mit unterschiedlichem spektralen Empfindlichkeitsverlauf an jeweils eine Lichtleitfaser ankoppelt und, bei gegebenem Koppelverhältnis der geführten Strahlung, das Verhältnis der beiden gemessenen Signale ermittelt.
Die optische Sende- und Empfangseinheit wird vorzugsweise durch einen PC über eine geeignete Schnittstelle sowohl mit Energie versorgt als auch angesteuert (Die Schnittstellenverbindung kann dabei durchaus galvanischer Art sein, wenn die Wandlung der elektrischen Signale in optische und umgekehrt innerhalb der optischen Sende- und Empfangseinheit stattfindet.)
Der für diese Anwendung vorgesehene erfindungsgemäße Reader weist als Lichtwellenleiter vorzugsweise Lichtleitfasern auf, die zumindest mit einem Faserkern aus (Quarz-)Glas ausgerüstet sind.

2: Lichtwellenleiter
4: Vergussmasse
6: Lichtleiterblock
8: Ende
10: optische Sende- und Empfangseinheit
12: Senderelement
16: Empfangselement
20: freie Ende
22: Stirnfläche
24: Oberfläche
26: gitterförmiges Punktmuster
28: Trägerschicht

Claims

Reader für Biochips, der einen Lichtwellenleiter umfasst, welcher derart mit einer Lichtquelle kombiniert ist, dass das von dieser Lichtquelle emittierte Licht in den Lichtwellenleiter einkoppelbar und in diesem zum Biochip leitbar ist und dort vorhandene Fluoreszenzfarbstoffe zur Aussendung von Fluoreszenzlichtsignalen anregt, und wobei dieser Lichtwellenleiter dazu geeignet ist, Fluoreszenzlichtsignale auf dem Biochip aufzunehmen und zu einem Detektor zu leiten, der dieses Signal erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass (a) der Reader ein Bündel von Lichtwellenleitern umfasst, die zu einem Lichtleiterblock verbunden sind, dass (b) diese Lichtwellenleiter an ihrem einen Ende einzeln und/oder gruppenweise (d.h. mehrere zu einer Gruppe zusammengefasst) mit je einer optischen Sende- und Empfangseinheit gekoppelt sind, deren Sendeelement mit der Lichtquelle verbunden ist, und deren Empfangselement mit dem optischen Detektor gekoppelt ist, dass (c) die einzelnen Lichtwellenleiter an ihrem anderen, der Sende- und Empfangseinheit abgewandten Ende in den Lichtleiterblock eingebettet sind, wobei die Stirnflächen dieser Enden frei zugänglich an oder in oder oberhalb der Oberfläche des Lichtleiterblocks liegen, und dass (d) jede Sende- und Empfangseinheit mit einer Steuerung gekoppelt ist, die zur Aktivierung und Deaktivierung der einzelnen Sende- und Empfangseinheiten geeignet ist.
Reader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter entlang ihrer Achse mit Koppelelementen zur Aufspaltung bzw. Zusammenführung der geführten optischen Strahlung ausgestattet sind.
Reader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter einzeln oder in Gruppen mit je einem optischen Schalter verbunden sind.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit eine konstruktive Einheit ist.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit aus einer separaten (alle Sendeelemente umfassenden) Sendeeinheit und einer separaten (alle Empfangselemente umfassenden) Empfangseinheit besteht.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit spektrale Filter und/oder Verstärkereinheiten umfasst, die dazu geeignet sind, das empfangene Fluoreszenzsignal zu bearbeiten, bevor es dem optischen Detektor zugeführt wird.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit verschiedene Sendeelemente mit unterschiedlichen Sendefrequenzen zur Auslösung verschiedener Fluoreszenzsignale umfasst.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Detektor eine Bilderkennungs- und Dokumentierungseinheit umfasst und/oder eine Datenauswerteeinheit.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Bereich der Oberfläche des Lichtleiterblocks, in dem die Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter liegen, annähernd plan ausgebildet ist.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter in regelmäßiger Anordnung in dem Lichtleiterblock gebündelt sind, so dass ihre freien Enden in diesem planen Oberflächenbereich des Lichtleiterblocks ein regelmäßiges, gitterförmiges Punktmuster abbilden.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtwellenleiter im Lichtleiterblock deckungsgleich mit dem Spotmuster eines handelsüblichen Biochips ist, dessen Spots den Synthese- bzw. Bindungspositionen der Sonden-Oligonukleotide entsprechen.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 1 l , dadurch gekennzeichnet, dass an der planen Oberfläche des Lichtleiterblocks Befestigungsmittel zur Verankerung des Biochips ausgebildet sind.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reader mit einem selbstkonfigurierbaren Biochip baulich kombiniert ist, wobei dieser selbstkonfigurierbare Biochip folgende Strukturen aufweist: – Reaktionsbereiche, die im Punktmuster angeordnet sind und jeweils für die Synthese oder Fixierung eines bestimmten Sonden-Oligonukleotids und eine nachfolgende Analysereaktion vorgesehen sind, – Reagenzbehälter, die Reagenzien für die Sonden-Oligonukleotidsynthese und/oder die Analysereaktion(en) enthalten, – wahlweise einen oder mehrere Probenbehälter zur Aufnahme, Bevorratung und Abgabe der Proben-Nukleinsäure(n) – ein erstes Transportleitungssystem, das die Reaktionsbereiche, die Reagenzbehälter und den optionalen Probenbehälter untereinander verbindet und derart mit Pumpen und Ventilen gekoppelt ist, dass ein gezielter und gerichteter Transport von den Reagenzbehältern und dem/den optionalen Probenbehälter(n) zu den Reaktionsbereichen gewährleistet ist und in jedem beliebigen Reaktionsbereich jedes beliebige Sonden-Oligonukleotid erzeugbar ist, – ein zweites Transportleitungssystem, das Zu- und Ableitungen zu den Reaktionsbereichen umfasst, wobei diese Zu- und Ableitungen für die Zu- bzw. Abfuhr von Spülflüssigkeit im Verlauf der Sonden-Oligonukleotid-Synthesereaktionen vorgesehen sind, – wenigstens ein Kopplungselement für eine Steuerung, die eine gezielte Aktivierung und Deaktivierung der Pumpen und Ventile ermöglicht.
Reader nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Biochip und Reader derart baulich kombiniert sind, dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern des Readers mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche auf dem Biochip zur Deckung kommt und jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip die Stirnfläche des freien Endes je einer bestimmten Lichtleitfaser gegenüber liegt.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen an den freien Enden der Lichtwellenleiter konkav geformt sind, so dass sie mit den Reaktionsbereichen des Biochips eine Reaktionskammer bilden, in der die Sonden-Oligonukleotid-Synthese, die Proben-Analyse und die Erfassung der Analyseergebnisse erfolgt.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen mit einer die Sonden-Oligonukleotid-Synthese und/oder die Proben-Analyse fördernden Beschichtung versehen sind.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter für die Anbindung von Sonden-Oligonukleotiden aufbereitet sind, derart, dass die Sonden-Oligonukleotide direkt an den Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter synthetisierbar und/oder fixierbar sind und auch die Hybridisierungsreaktion mit den Proben-Molekülen direkt an dieser Stirnfläche durchführbar ist.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter als Glasfasern (Standard-Multimode-Quarz-Quarz-Lichtleitfasern) realisiert sind.
Reader nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung für die Pumpen und Ventile des ersten Transportleitungssystems des Biochips mit der Steuerung für die Sende- und Empfangseinheiten des Readers kombiniert ist.
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Transportvorrichtung derart kombiniert ist, dass der Reader und/oder dessen Lichtleiterblock mittels dieser Vorrichtung greifbar, transportierbar und plazierbar ist.