DE19830712A1 - Analysegerät und -verfahren für Elektrochemolumineszenz-Tests - Google Patents

Abstract

Analysegerät für Elektrochemolumineszenz-Tests, bei denen in einer Meßflüssigkeit (8) durch ein elektrisches Feld ein Elektrochemolumineszenz-Lichtsignal erzeugt und als Maß für die Analyse detektiert wird mit einer Meßzelle (1) zur Aufnahme der Meßflüssigkeit (8), mit einer Arbeitselektrode (7) und einer Gegenelektrode (14), einer steuerbaren Spannungsquelle (16), um zwischen den Elektroden eine elektrische Spannung und damit das zum Auslösen des Elektrochemolumineszenz-Lichtsignals erforderliche elektrische Feld zu erzeugen, und einem hinter einem optischen Fenster (20) der Meßzelle (1) angeordneten Lichtempfänger (21) zur Detektion des Elektrochemolumineszenz-Lichtsignals. DOLLAR A Eine erhöhte Analyseleistung wird dadurch erreicht, daß die Meßzelle (1) eine Öffnung (4) aufweist, durch die die Arbeitselektrode von oben in die Meßzelle (1) einführbar ist und die Arbeitselektrode (7) mittels einer Bewegungseinrichtung (22) derartig bewegbar ist, daß sie sich in einer ersten Position innerhalb der Meßzelle (1) und in einer zweiten Position außerhalb der Meßzelle (1) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Analysegerät, bei dem in einer Meßflüssigkeit durch einen elektrischen Strom ein Elek­ trochemolumineszenz ("ECL")-Signal erzeugt und als Maß für die Analyse detektiert wird. Auch ein Verfahren für Elektrochemolumineszenz-Tests mittels eines solchen Gerä­ tes ist Gegenstand der Erfindung.

Vorrichtungen und Verfahren zur Durchführung von ECL- Tests sind, beispielsweise aus der WO 89/10551 und der US-Patentschrift 5,538,687, bekannt. Die dort beschriebe­ nen Analysegeräte haben eine geschlossene Meßzelle zur Aufnahme der Meßflüssigkeit, in der eine Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode derartig angeordnet sind, daß sie in Kontakt zu der Meßflüssigkeit stehen. Die Arbeitselek­ trode und die Gegenelektrode sind als elektrisch leitende Schichten auf der Innenwand der Meßzelle ausgebildet. In der Regel ist zusätzlich eine Referenzelektrode vorhan­ den, die ebenfalls in Kontakt zu der Meßflüssigkeit steht, jedoch nicht in der Meßzelle selbst, sondern in dem für die Zuführung bzw. Ableitung der Meßflüssigkeit vorgesehenen Strömungskanal angeordnet ist.

Um in einem "ECL-Meßschritt" zwischen der Arbeitselek­ trode und der Gegenelektrode eine elektrische Spannung und damit den zum Auslösen des ECL-Signals erforderlichen elektrischen Strom zu erzeugen, ist eine steuerbare Span­ nungsquelle mit mindestens zwei Polen erforderlich, von denen einer an die Arbeitselektrode und ein zweiter an die Gegenelektrode angeschlossen ist. Die Meßzelle weist in mindestens einer ihrer Wände ein optisches Fenster auf, durch das das ECL-Lichtsignal austreten und zu einem hinter dem optischen Fenster angeordneten Lichtempfänger gelangen kann, der das Lichtsignal bei der ECL-Messung detektiert und in ein elektrisches Signal umwandelt.

In einem Auswerteschritt wird das bei dem ECL-Meßschritt gemessene Lichtsignal mittels einer elektronischen Si­ gnalverarbeitungseinheit in ein Maß für die gesuchte Kon­ zentration eines Analyten in der Meßflüssigkeit umge­ wandelt.

ECL-Analysegeräte und -verfahren können für zahlreiche analytische Zwecke verwendet werden. Von besonderem In­ teresse ist die medizinische Analyse von Körperflüssig­ keiten, wie beispielsweise Blut, Serum, Gewebsflüssigkeit und Urin. Diese Probenflüssigkeiten werden mit mindestens einer Reagenzflüssigkeit gemischt, die ein in der Regel aus mehreren Bestandteilen bestehendes Reagenzsystem ent­ hält. Die Reaktion führt dazu, daß sich die Konzentration einer Elektrochemolumineszenz-fähigen Spezies in der Nähe der Arbeitselektrode und damit die meßbare ECL-Intensität in einer Weise ändert, die für die gesuchte Analyse cha­ rakteristisch ist. Dabei sind mehrere unterschiedliche Verfahrensführungen möglich. Einige Beispiele werden in der zitierten US-Patentschrift 5,538,687 anhand von Fig. 2 erläutert. Die Erfindung ist für beliebige ECL-Testver­ fahren geeignet, bei denen eine Meßflüssigkeit (in freier oder - insbesondere auf der Oberfläche der Arbeitselek­ trode - festphasengebundener Form) eine zur Elektrochemo­ lumineszenz fähige Spezies enthält und die Verfahrensfüh­ rung dergestalt ist, daß die Intensität des ECL-Lichts für eine Analyse (d. h. eine quantitative oder qualitative Bestimmung der Gegenwart eines Analyten) charakteristisch ist.

Von besonderer Bedeutung sind Verfahren, die man zusam­ menfassend als Elektrochemolumineszenz-Bindungsreaktions- Analysen (electrochemoluminescence binding reaction ana­ lysis, EBA) bezeichnen kann. Bei EBA-Verfahren führt eine spezifische biochemische Bindungsreaktion zur Bildung ei­ nes für die Analyse charakteristischen Komplexes, der mit einer chemolumineszierenden Markersubstanz markiert ist. Um die für die Analyse charakteristische Konzentration dieses Komplexes selektiv bestimmen zu können, wird er an magnetische Mikropartikel gebunden, die vor dem eigentli­ chen ECL-Meßschritt im Magnetfeld eines hinter der Ar­ beitselektrode angeordneten Magneten auf die der Meßflüs­ sigkeit zugewandte Vorderfläche der Arbeitselektrode (Ablagerungsfläche) gezogen und dort abgelagert werden. Nach diesem Ablagerungsschritt werden in einem Wasch­ schritt störende Bestandteile der Meßflüssigkeit ab­ gewaschen (Trennung von gebundener und freier Phase; bound/free-Trennung). Danach wird in einem ECL-Meßschritt dwe zum Auslösen des Elektrochemolumineszenz-Lichtsignals erforderliche Stromfluß in der Meßflüssigkeit erzeugt und die Intensität des ECL-Lichts gemessen.

ECL-Analyseverfahren haben in der medizinischen Analytik eine große Bedeutung erlangt. Sie zeichnen sich durch hohe Selektivität, gute Genauigkeit, Linearität des Meß­ signals, universelle Anwendbarkeit für zahlreiche Test­ verfahren und Einfachheit der Testführung aus. Nachteilig ist jedoch, daß mit den bisher bekannten Geräten und Ver­ fahren nur eine verhältnismäßig geringe Analyseleistung (Anzahl der Analysen pro Stunde) erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt auf dieser Basis die Aufgabe zu­ grunde, ein Gerät und ein Verfahren für ECL-Tests zur Verfügung zu stellen, das ohne Verminderung der Ana­ lysequalität eine erhöhte Analyseleistung ermöglicht.

Die Aufgabe wird bei einem Gerät der vorstehend erläuter­ ten Art dadurch gelöst, daß die Meßzelle eine Öffnung aufweist, durch die die Arbeitselektrode von oben in die Meßzelle einführbar ist und die Arbeitselektrode mittels einer Bewegungseinrichtung derartig beweglich ist, daß sie sich in einer ersten Position innerhalb der Meßzelle und in einer zweiten Position außerhalb der Meßzelle be­ findet.

Bisher wurden in ECL-Analysegeräten ausschließlich Durch­ flußmeßzellen verwendet, die - wie beispielsweise in der US-Patentschrift 5,538,687 dargestellt - die Form eines flachen in der Regel horizontal durchströmten Strömungs­ kanals mit geringer Dicke (etwa 0,5 mm) und verhältnis­ mäßig großer Breite (beispielsweise 5 mm) haben. An bei­ den Enden des länglichen Strömungskanals befinden sich Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen. Insgesamt ist die Zelle so strömungsgünstig gestaltet, daß sie im Durchfluß mög­ lichst wirbelfrei durchströmt wird. Sie soll demzufolge keine Vertiefungen oder andere Strömungshindernisse auf­ weisen. Die Wände des Strömungskanals sind möglichst glatt. Insgesamt bilden sie ein allseitig abgeschlossenes Volumen, dessen Begrenzungswände zwar aus verschiedenen Einzelteilen bestehen können, im Betrieb des Gerätes je­ doch fest verbunden bleiben.

Diese starre Bauweise wurde für erforderlich gehalten, um die schwierigen elektrochemischen Anforderungen einer ECL-Messung zu erfüllen. Die Genauigkeit der Analyse hängt nämlich wesentlich davon ab, daß die Meßbedingungen von Messung zu Messung exakt reproduzierbar sind. Insbe­ sondere muß die lokale elektrische Feldstärke jeweils re­ produzierbar gleich sein. Auch im Hinblick auf die gleichmäßige Ablagerung magnetischer Mikropartikel bei EBA-Verfahren und die im Anschluß an die Messung erfor­ derliche Reinigung der Ablagerungsfläche wurde die be­ schriebene geschlossene Durchfluß-Zellgeometrie für er­ forderlich gehalten.

Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß die be­ sonderen Anforderungen des ECL-Nachweisverfahrens mit ei­ ner offenen Meßzelle mit beweglichen Elektroden trotz der damit in der Praxis verbundenen völlig anderen Verhält­ nisse (z. B. hinsichtlich der Flüssigkeitsströmung und der Geometrie des elektrischen Feldes) erfüllt werden können. Darüber hinaus hat dieses Konstruktionsprinzip wesentli­ che Vorteile. Insbesondere ist es möglich, mit einer sehr kurzen Ablagerungszeit (capturing time) zu arbeiten. In praktischen Versuchen wurde eine Reduktion der Ablage­ rungszeit der Beads auf etwa ein Viertel des Wertes einer geschlossenen Durchflußmeßzelle erreicht. Daraus resul­ tiert ein wesentlich höherer Probendurchsatz und damit eine erhöhte Analyseleistung. Eine weitere Vereinfachung und Erhöhung der Analyseleistung läßt sich dadurch errei­ chen, daß die Arbeitselektrode außerhalb der Meßzelle gereinigt werden kann. Außerdem ist die Abhängigkeit der Qualität der Ablagerung der Beads von dem jeweiligen Testparameter deutlich geringer.

Ein besonderes Problem bei den vorbekannten Meßzellen ist in der "Verschleppung" zu sehen, d. h. der Übertragung von an den Innenwänden der Meßzelle anhaftenden Resten von Reagenz- oder Probenbestandteilen von Messung zu Messung. Auch dieses Problem wird durch die Erfindung deutlich vermindert. Schließlich wurde festgestellt, daß bei eini­ gen Tests die Genauigkeit verbessert wird, insbesondere wenn die Arbeitselektrode während der ECL-Messung (d. h. während der zum Auslösen des ECL-Lichtsignals erforderli­ che elektrische Strom durch die Meßflüssigkeit fließt) leicht hin- und herbewegt wird.

Diese Vorteile werden in besonderem Maße durch bevorzugte Ausführungsformen erreicht, die Gegenstand der Unteran­ sprüche sind bzw. nachfolgend erläutert werden. Die Merk­ male der Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung können einzeln oder in Kombination verwendet werden.

Die Erfindung und die erwähnten bevorzugten Ausführungs­ formen werden nachfolgend anhand einer schematischen Dar­ stellung in den Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 Eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Analysegerätes mit einer Meßzelle in Seitenan­ sicht,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Teils einer ande­ ren Ausführungsform einer Meßzelle in Seitenan­ sicht,

Fig. 4 eine Seitenansicht - teilweise im Schnitt - von einer Meßapparatur zur praktischen Erprobung der Erfindung,

Fig. 5 eine Seitenansicht von einem Elektrodenstab der Meßapparatur gemäß Fig. 4,

Fig. 6 ein Zyklusschema zur Erläuterung der Betriebs­ weise einer bevorzugten Ausführungsform des er­ findungsgemäßen ECL-Analysegerätes.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Meßzelle 1 hat einen zylinderförmigen (vorzugsweise kreiszylinderförmi­ gen) Oberabschnitt 2 und einen kegelstumpfförmigen Un­ terabschnitt 3. Durch eine obere Öffnung 4 ragt in der dargestellten ersten Position (Meßposition) ein Elektro­ denstab 5 derartig in den Innenraum der Meßzelle 1 (Meß­ raum 6) hinein, daß sich eine am unteren Ende des Elek­ trodenstabes 5 angeordnete Arbeitselektrode 7 vollständig innerhalb der Meßzelle 1 befindet und mit einer in dem Meßraum 6 befindlichen ionisch leitenden Meßflüssigkeit 8 in Kontakt steht.

Am unteren Ende des konischen Unterabschnittes 3 ist eine Flüssigkeitstransferöffnung 10 vorgesehen, durch die der Meßraum 6 mit einer Leitung 11 verbunden ist. Durch die Leitung 11 kann Meßflüssigkeit mittels einer nicht darge­ stellten Pumpe in den Meßraum 6 hineingepumpt und aus diesem abgepumpt werden. An der Leitung 11 ist eine Refe­ renzelektrode 12 derartig angeordnet, daß sie in Kontakt zu in der Leitung befindlicher Meßflüssigkeit steht.

An der Wand 13 des zylindrischen Oberabschnittes 2 der Meßzelle 1 ist eine insgesamt mit 14 bezeichnete Gegen­ elektrode angeordnet, die im dargestellten Fall aus vier vertikal entlang der Wand 13 verlaufenden Stäben 15 be­ steht. Je ein Pol einer steuerbaren Spannungsquelle 16 ist an die Arbeitselektrode 7 und an die Gegenelektrode 14 elektrisch angeschlossen, um zwischen den Elektroden eine elektrische Spannung und damit den zum Auslösen des ECL-Lichtsignals erforderlichen elektrischen Strom, vor­ zugsweise mit elektronisch geregelter Stromstärke, zu er­ zeugen. Die Spannungsquelle 16 ist Teil einer elektroni­ schen Meß- und Auswerteschaltung 17, die auch mit der Re­ ferenzelektrode 12 elektrisch verbunden ist.

Zur Erzeugung eines ECL-Signals wird - unter Bezug auf das Potential der Referenzelektrode 12 - eine vorbe­ stimmte elektrische Spannung an die Elektroden 7, 14 ange­ legt. Durch den resultierenden elektrischen Strom wird eine in der Meßflüssigkeit 8 enthaltene ECL-fähige Spe­ zies zur Emission von Licht angeregt, das durch ein in der Wand 13 vorgesehenes optisches Fenster 20 auf einen dahinter angeordneten Lichtempfänger (Photomultiplier) 21 auftrifft. Der Lichtempfänger 21 erzeugt ein der Stärke des ECL-Lichts entsprechendes elektrisches Signal, das ebenfalls der Meß- und Auswerteschaltung 17 zugeführt wird.

Im Gegensatz zu vorbekannten Konstruktionen ist die Ar­ beitselektrode 7 nicht unbeweglich an einer Wand der Meß­ zelle 1 fixiert, sondern ragt frei von oben in die Öff­ nung 4 der Meßzelle 1 hinein und ist mittels einer Bewe­ gungseinrichtung 22 zwischen mindestens zwei Positionen bewegbar, nämlich der in Fig. 1 dargestellten ersten Po­ sition, bei der sich die Arbeitselektrode vollständig in der Meßzelle 1 befindet und in die Meßflüssigkeit 6 ein­ taucht und einer gestrichelt angedeuteten zweiten Posi­ tion, in der sich die Arbeitselektrode 7 außerhalb der Meßzelle 1 befindet. Da in der ersten Position die ECL- Messung stattfindet, wird sie auch als Meßposition be­ zeichnet. In der zweiten Position ist eine Bearbeitung der Arbeitselektrode, beispielsweise Reinigung, möglich. Sie wird deshalb auch als Bearbeitungsposition bezeich­ net.

Die Arbeitselektrode 7 kann unterschiedlich gestaltet sein. Insbesondere umfaßt die Erfindung auch Fälle, bei denen die Arbeitselektrode 7, wie in Fig. 3 dargestellt, an der unteren Stirnseite eines im übrigen ähnlich wie bei Fig. 1 stiftförmig ausgebildeten Elektrodenstabes 5 vorgesehen ist. Die der Meßflüssigkeit 8 zugewandte Elek­ trodenfläche kann dann beispielsweise eine ebene Kreis­ fläche sein. Eine weitere Besonderheit der Ausführungs­ form gemäß Fig. 3 besteht darin, daß sie statt einer einzigen Flüssigkeitstransferöffnung getrennte Einlaß- und Auslaßöffnungen 10a bzw. 10b für die Meßflüssigkeit aufweist.

Bevorzugt ist die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform einer Arbeitselektrode 7, bei der sie eine Mantelfläche 25 aufweist, die eine vertikale Achse A zylindrisch, vor­ zugsweise kreiszylindrisch, umgibt. Dabei kann die Ar­ beitselektrode zweckmäßig als auf den unteren Teilab­ schnitt des Elektrodenstabes 5 aufgesetzte zylindrische Metallhülse ausgebildet sein. Die Arbeitselektrode sollte bei dieser Ausführungsform - wie dargestellt - in verti­ kaler Richtung beweglich sein. Vorzugsweise ist die Man­ telfläche 25 der Elektrode 7 von der ebenfalls vertikal verlaufenden Wand 13 der Meßzelle 1 derartig parallel verlaufend umgeben, daß zwischen der Arbeitselektrode und der Wand ein vertikaler Ringspalt 26 von vorzugsweise gleichmäßiger Spaltbreite gebildet wird, der bei der Mes­ sung mit Meßflüssigkeit 8 gefüllt ist.

Auch hinsichtlich der Position der Gegenelektrode 14 sind unterschiedliche Gestaltungen möglich. Fig. 3 zeigt bei­ spielsweise eine Ausführungsform, bei der die Gegenelek­ trode 14 auf der gleichen Seite des Meßraumes 6 wie die Arbeitselektrode angeordnet ist. Im dargestellten Fall umgibt die Gegenelektrode 14 die Arbeitselektrode 7 ring­ förmig.

Bevorzugt ist auch hinsichtlich der Positionierung und Gestaltung der Gegenelektrode 14 die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform, bei der die Gegenelek­ trode auf der der Arbeitselektrode 7 gegenüberliegenden Seite des Meßraumes 6, somit an der Wand mit dem opti­ schen Fenster in diesem oder in dessen Umgebung, angeord­ net ist. Sie ist in diesem Fall so gestaltet, daß die Passage des Meßlichts aus dem Meßraum zu dem Lichtempfän­ ger 21 möglichst wenig behindert wird. Dabei ist es vor­ teilhaft, wenn die Gegenelektrode 7 allgemein mit 27 be­ zeichnete Elemente aus elektrisch leitendem Material (insbesondere Metall) aufweist, die in einer parallel zu der Oberfläche der Arbeitselektrode verlaufenden Ebene liegen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind dies die Metallstäbe 15. Geeignet ist jedoch auch eine Netz- oder Gitterstruktur, die sich - parallel zu der Oberflä­ che der Arbeitselektrode 7 - entlang der dieser gegen­ überliegenden Wand des Meßraumes 6 erstreckt und genügend Öffnungen zur Passage des Meßlichts aufweist.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gerät ist für ein EBA-Verfahren mit magnetischer Abtrennung von Mikroparti­ keln geeignet. Zu diesem Zweck muß auf der von der Meß­ flüssigkeit 8 abgewandten Seite der Arbeitselektrode 7 eine Magneteinheit 28 derart positioniert sein, daß sich in der Meßflüssigkeit 8 enthaltene Mikropartikel in der ersten Position der Arbeitselektrode 7 unter Einwirkung ihres Magnetfeldes auf einer der Probe zugewandten Abla­ gerungsfläche der Arbeitselektrode ablagern. Im darge­ stellten Fall wird die Ablagerungsfläche durch die äußere Mantelfläche 25 der Arbeitselektrode 7 gebildet.

Die Magneteinheit besteht dabei vorzugsweise aus einer Mehrzahl von sandwichartig parallel zu der vertikalen Achse gestapelten Magnetelementen 29 mit dazwischenlie­ genden Stahlplättchen. Die Magnetelemente sind derartig alternierend gepolt, daß jeweils zwei Nordpole bzw. Süd­ pole gegeneinander gerichtet sind. Sie sind vorzugsweise permanentmagnetisch, können jedoch auch elektromagnetisch sein.

Eine solche Magneteinheit ist aus der EP 0 687 505 A1 be­ kannt. Sie ist dort mit einer Schutzhülse aus Kunststoff überzogen und dient der Abtrennung einer Komponente von anderen Komponenten, insbesondere bei immunchemischen Analysereaktionen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, daß diese Art ei­ ner Magneteinheit sich trotz der bei dieser Konstruktion unvermeidlichen Inhomogenitäten des magnetischen Feldes gut für ein EBA-Verfahren eignet. Dabei ist es vorteil­ haft, wenn viele im Verhältnis zu ihrem Durchmesser fla­ che Magnetelemente verwendet werden. Bevorzugt beträgt die Dicke der Magnetelemente maximal 6 mm, besonders be­ vorzugt maximal 4 mm.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Apparatur, die zur prak­ tischen Erprobung der Erfindung verwendet wurde. Die Meß­ zelle wird dabei durch zwei rotationssymmetrische Körper 30 und 31 aus durchsichtigem Kunststoffmaterial gebildet, die eine Ausnehmung 32 zur Aufnahme eines in Fig. 5 iso­ liert dargestellten Elektrodenstabes 33 aufweisen. Der Elektrodenstab 33 hat einen im wesentlichen zylindrischen Unterabschnitt 34 mit kleinem Durchmesser und einen eben­ falls im wesentlichen zylindrischen Oberabschnitt 35 mit größerem Durchmesser. Die Arbeitselektrode 7 ist am unte­ ren Ende des Unterabschnittes 34 ausgebildet. Sie besteht aus einer dünnwandigen Hülse 36 aus Platin, die auf einen aus PMMA (Polymethylmethacrylat) hergestellten Elektro­ denstab 33 präzise aufgesetzt ist.

Die Ausnehmung 32 und der Elektrodenstab 33 sind derge­ stalt kongruent zueinander geformt, daß der Elektroden­ stab im Bereich des Oberabschnittes genau in die Ausneh­ mung 32 paßt und somit die Meßzelle in der Meßposition schließt. In dem Bereich der Arbeitselektrode 7 ist zwi­ schen deren äußerer Oberfläche und der umgebenden Wand ein enger ringspaltförmiger Meßraum 6 vorhanden. Bei den in der praktischen Erprobung eingesetzten Exemplaren be­ trug der Außendurchmesser der Arbeitselektrode 7 7 mm und der Innendurchmesser der Ausnehmung 32 in diesem Bereich 8 bis 10 mm, so daß ein Ringspalt mit einer Breite von 1 bis 1,5 mm resultierte. Jedenfalls sollte die Breite des Ringspaltes maximal 2,5 mm, bevorzugt maximal 1,5 mm be­ tragen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß ein enger Ringspalt auch im Hinblick auf eine gleichmäßige Verteilung der Beads auf der Oberfläche der Arbeitselek­ trode 7 vorteilhaft ist.

Für die Meßgenauigkeit ist ein sehr homogenes elektri­ sches Feld zwischen der Arbeitselektrode 7 und der Gegen­ elektrode 14 vorteilhaft. Deswegen sollte der Elektroden­ stab 33 sehr exakt in dem Meßraum 6 positioniert sein. Dies wird bei der dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, daß der Außendurchmesser des Elektrodenstabes 33 in dem Oberabschnitt 35 mit geringem Spiel mit dem entsprechenden Innendurchmesser der Ausnehmung 32 über­ einstimmt. Außerdem ist eine radialsymmetrische Anordnung der Elektroden für die Ausbildung eines homogenen elek­ trischen Feldes vorteilhaft.

Die Gegenelektrode 14 ist über durch den Kunststoffkörper 31 verlaufende Drähte 37 mit Außenkontakten verbunden, durch die sie an eine Spannungsquelle angeschlossen wer­ den können. Entsprechend verläuft in dem Elektrodenstab 33 ein Draht 38 zum Anschluß der Arbeitselektrode. Der Lichtempfänger 21 ist ein seitwärts an dem Kunststoffkör­ per 31 angeflanschter Photomultiplier.

Bei den vorbekannten EBA-Verfahren ist der hohe Zeitbe­ darf für die Durchführung jeder einzelnen Messung wesent­ lich dadurch verursacht, daß die im Rahmen eines solchen Verfahrens erforderlichen Nachweisschritte, nämlich das Ablagern der Beads auf der Ablagerungsfläche der Arbeits­ elektrode, die eigentliche ECL-Messung im elektrischen Feld der Elektroden und die anschließende Reinigung und Konditionierung der Arbeitselektrode nacheinander in der gleichen Meßzelle durchgeführt werden. Demgegenüber ist die Verfahrensführung bei der vorliegenden Erfindung da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der zusätzlich zu der ECL-Messung erforderlichen Nachweisschritte durch­ geführt wird, während sich die Arbeitselektrode außerhalb der Meßzelle in einer Bearbeitungsposition befindet. Be­ sonders effektiv ist eine Betriebsweise, bei der zwei Schritte des Nachweisverfahrens gleichzeitig durchgeführt werden, d. h. während die Messung des ECL-Lichtsignals an einer ersten in der Meßposition in einer Meßzelle befind­ lichen Arbeitselektrode durchgeführt wird, wird eine zweite Arbeitselektrode einem der anderen Nachweisschrit­ te (Ablagern, Konditionieren, Reinigen) unterworfen. Ge­ mäß einer besonders bevorzugten Verfahrensweise ist vor­ gesehen, daß eine Mehrzahl von Arbeitselektroden rollie­ rend derartig bewegt wird, daß sie jeweils nacheinander in die Meßzelle und in mindestens ein Gefäß eingetaucht werden, das mit einer zur Durchführung eines anderen Nachweisschrittes geeigneten Flüssigkeit gefüllt ist. Dies wird anhand von Fig. 6 näher erläutert.

Die in Fig. 6 dargestellte besonders bevorzugte Ausfüh­ rungsform verwendet drei Elektrodenstäbe 5a, 5b und 5c, die zyklisch in drei getrennten Gefäßen, nämlich einem Inkubationsgefäß 40, einer Meßzelle 41 und einem Reini­ gungsgefäß 42 bearbeitet werden. Mittels einer nicht dar­ gestellten Bewegungseinrichtung können die Elektroden­ stäbe 5a bis 5c mit ihren Arbeitselektroden 7 nacheinan­ der in die Gefäße 40, 41, 42 eingetaucht werden. Geeignete Bewegungseinrichtungen sind bekannt, beispielsweise in Form eines Laborroboters oder in der Art eines Portal­ krans. Es kann auch zweckmäßig sein, mit nur zwei oder mehr als drei Arbeitselektroden zu arbeiten, wobei jeden­ falls die Bewegungseinrichtung so ausgebildet ist, daß eine der Elektroden in einem der Gefäße 40, 42 bearbeitet wird, während sich eine andere Elektrode zur Durchführung der ECL-Messung in der Meßzelle 41 in der Meßposition be­ findet. Besonders effektiv ist die in Fig. 6 dargestell­ te EBA-Meßapparatur mit drei Elektroden und drei Gefäßen 40, 41, 42.

Ein EBA-Meßzyklus läuft mit der in Fig. 6 dargestellten Apparatur folgendermaßen ab.

Eine zuvor gereinigte und konditionierte Arbeitselektrode 7a wird in ein Inkubationsgefäß 40 eingetaucht, in dem sich eine Flüssigkeit 44 befindet, die mit einem ECL-Mar­ ker markierte Bead-Komplexe enthält, wobei die Konzentra­ tion des Markers für die gewünschte Analyse charakteri­ stisch ist. Die vorausgehenden Reaktionsschritte zur Bil­ dung der ECL-markierten Bead-Komplexe sind konventionell. Durch vollständiges Eintauchen der Arbeitselektrode, hin­ ter der sich eine Magneteinheit befindet, wandern die Beads in kurzer Zeit zu deren Ablagerungsfläche. Für eine kurze Ablagerungszeit ist eine geringe Breite des Spaltes zwischen der Arbeitselektrode und der gegenüberliegenden Wand vorteilhaft. Vorzugsweise beträgt sie weniger als 5 mm, besonders bevorzugt maximal 3 mm.

Zur Durchführung der ECL-Messung wird die mit den Beads beladene Arbeitselektrode aus dem Inkubationsgefäß 40 herausgenommen und in die Meßzelle 41 eingeführt, die mit einer für die Durchführung der Messung geeigneten Flüs­ sigkeit 45, beispielsweise dem Assay Buffer Procell® von Boehringer Mannheim GmbH, Mannheim, Deutschland, gefüllt ist. Durch Anlegen eines Spannungsprofils an die Elektro­ den 7, 14 wird die ECL-Reaktion gestartet. Das emittierte Licht wird durch einen in Fig. 6 nicht dargestellten Photomultiplier nachgewiesen.

Schließlich wird in einem dritten Schritt der Elektroden­ stab mit der Arbeitselektrode in das Reinigungsgefäß 42 eingetaucht, in dem sich eine Reinigungsflüssigkeit 46 befindet. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungs­ form ist an dem Reinigungsgefäß 42 ein Ultraschallkopf 47 angeordnet. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß die Elektrode besonders schonend und effektiv unter Einwirkung von Ultraschall von den Beads und sonstigen Verunreinigungen befreit werden kann. Ergänzend können jedoch auch andere bei EBA-Verfahren übliche Reinigungs­ methoden, insbesondere unter Anlegen eines Potentials an die Arbeitselektrode, durchgeführt werden. Nach der Rei­ nigung wird die Arbeitselektrode in dem Gefäß 42 durch Anlegen eines geeigneten Spannungsverlaufes zwischen der Arbeitselektrode und einer Gegenelektrode 43 konditio­ niert. Die gereinigte und konditionierte Arbeitselektrode kann erneut zur Ablagerung verwendet werden und wird zu diesem Zweck mittels der Bewegungseinrichtung in das In­ kubationsgefäß 40 eingetaucht.

Die in den Gefäßen 40, 41, 42 enthaltenen Flüssigkeiten werden jeweils nach Durchführung des entsprechenden Ar­ beitsschrittes an einer Arbeitselektrode ausgewechselt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Meßzelle 41 und das Reinigungsgefäß 42 - wie dargestellt - getrennte Einlaß- und Auslaßöffnungen 10a, 10b aufweisen. Dies gilt beson­ ders für das Reinigungsgefäß 42, dessen Funktion durch eine während der Reinigung strömende Reinigungsflüssig­ keit zusätzlich unterstützt wird.

Claims (18)

1. Analysegerät für Elektrochemolumineszenz-Tests, bei denen in einer Meßflüssigkeit (8) durch ein elektri­ sches Feld ein Elektrochemolumineszenz-Lichtsignal erzeugt und als Maß für die Analyse detektiert wird, mit
einer Meßzelle (1) zur Aufnahme der Meßflüssigkeit (8), mit einer Arbeitselektrode (7) und einer Gegen­ elektrode (14),
einer steuerbaren Spannungsquelle (16), von der ein Pol an die Arbeitselektrode (7) und ein zweiter Pol an die Gegenelektrode (14) angeschlossen ist, um zwi­ schen den Elektroden eine elektrische Spannung und damit den zum Auslösen des Elektrochemolumineszenz- Lichtsignals erforderlichen elektrischen Strom zur Verfügung zu stellen,
einem optischen Fenster (20) in einer Wand (13) der Meßzelle (1), durch das das Elektrochemolumineszenz- Lichtsignal aus der Meßzelle (1) austritt und einem hinter dem optischen Fenster (20) angeordneten Lichtempfänger (21) zur Detektion des Elektrochemo­ lumineszenz-Lichtsignals,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßzelle (1) eine Öffnung (4) aufweist, durch die die Arbeitselektrode (7) von oben in die Meßzelle einführbar ist und die Arbeitselektrode (7) mittels einer Bewegungseinrichtung (22) derartig bewegbar ist, daß sie sich in einer ersten Position innerhalb der Meßzelle (1) und in einer zweiten Position außer­ halb der Meßzelle (1) befindet.

2. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (1) getrennte Einlaß- und Auslaß­ öffnungen (10a, 10b) für die Meßflüssigkeit aufweist.

3. Analysegerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Arbeitselektrode (7) eine eine vertikale Achse (A) mindestens auf einem Teilumfang zylindrisch umgebende Mantelfläche (25) aufweist, die Arbeitselektrode (7) in vertikaler Richtung beweglich ist und die Mantelfläche (25) von einer vertikalen Wand (13) der Meßzelle (1) derartig parallelverlaufend umgeben ist, daß zwischen Arbeits­ elektrode (7) und Wand (13) ein vertikaler Ringspalt (26) gebildet wird, der bei der Messung mit Meßflüs­ sigkeit (8) gefüllt ist.

4. Analysegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (14) in einer Position gegenüber der Arbeitselektrode (7) positioniert und zur Passage des Elektrochemolumines­ zenz-Lichtsignals im Bereich des optischen Fensters (20) unterbrochen ist.

5. Analysegerät nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gegenelektrode (14) in einer parallel zu der Oberfläche der Arbeitselektrode (7) verlaufenden Ebene liegende Elemente (27) aus elek­ trisch leitendem Material aufweist.

6. Analysegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (27) parallel zu der Vertikalachse (A) verlaufende Stäbe (15) sind.

7. Analysegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (27) als Netz- oder Gitterstruktur ausgebildet sind.

8. Analysegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Durchführung eines Elektrochemolumineszenz-Bin­ dungsreaktions-Verfahrens, bei dem eine Reaktions­ folge abläuft, die zur Bildung eines eine chemolumi­ neszierende Markersubstanz enthaltenden für die Ana­ lyse charakteristischen Komplexes und Bindung des Komplexes an magnetische Mikropartikel führt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Meßflüssigkeit (8) abgewandten Seite der Arbeitselektrode (7) eine Magneteinheit (28) derart positioniert ist, daß sich die Mikropartikel unter Einwirkung ihres Magnetfeldes auf einer der Meßflüssigkeit (8) zugewandten Ablage­ rungsfläche der Arbeitselektrode ablagern.

9. Analysegerät nach Anspruch 8 in Verbindung mit einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinheit (28) aus einer Mehrzahl von sand­ wichartig parallel zu der vertikalen Achse (A) gesta­ pelten alternierend gepolten Magnetelementen (29) zu­ sammengesetzt ist.

10. Analysegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein von der Meßzelle getrenntes nach oben offenes Reinigungsgefäß (42) mit einem Einlaß für eine Reinigungsflüssigkeit (46) auf­ weist und die Bewegungseinrichtung so ausgebildet ist, daß die Arbeitselektrode (7) zur Reinigung in das Reinigungsgefäß (42) eingetaucht werden kann.

11. Analysegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Reinigungsgefäß (42) getrennte Einlaß- und Auslaßöffnungen (10a, 10b) für die Reinigungsflüs­ sigkeit aufweist.

12. Analysegerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an dem Reinigungsgefäß (42) ein Ul­ traschallkopf (47) zur Reinigung der Arbeitselektrode (7) mit Ultraschall angeordnet ist.

13. Analysegerät nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß es ein von der Meßzelle ge­ trenntes Inkubationsgefäß (40) zur Ablagerung der Mi­ kropartikel aufweist und die Bewegungseinrichtung so ausgebildet ist, daß die Arbeitselektrode (7) zur Ab­ lagerung der Mikropartikel auf der Ablagerungsfläche der Arbeitselektrode in das Inkubationsgefäß einge­ taucht werden kann.

14. Analysegerät nach einem der Ansprüche 12 oder 13, da­ durch gekennzeichnet, daß es mehrere Arbeitselektro­ den (7) aufweist, die derartig bewegbar sind, daß eine der Elektroden in dem Inkubationsgefäß (40) oder dem Reinigungsgefäß (42) bearbeitet wird, während eine andere Elektrode sich zur Durchführung der Elek­ trochemolumineszenz-Messung in der Meßzelle (41) in der Meßposition befindet.

15. Verfahren zur Durchführung einer Analyse mittels ei­ nes Analysegerätes nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messung des Elektrochemolumineszenz-Lichtsignals durchgeführt wird, während sich die Arbeitselektrode in der Meß­ zelle in der Meßposition befindet und mindestens ein anderer Schritt des Verfahrens durchgeführt wird, während sich die Arbeitselektrode außerhalb der Meß­ zelle befindet.

16. Verfahren nach Anspruch 15 zur Durchführung einer Analyse mittels eines Analysegerätes nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arbeitselektrode nacheinander in die Meßzelle (41) und in das Reini­ gungsgefäß (42) abgesenkt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 zur Durchführung einer Analyse mittels eines Analysegerätes nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arbeitselektrode nacheinander in das Inkubationsgefäß (40) und in die Meßzelle (41) abgesenkt wird.

18. Verfahren zur Durchführung einer Analyse mittels ei­ nes Analysegerätes nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Arbeitselektro­ den rollierend derart bewegt wird, daß sie jeweils nacheinander in das Inkubationsgefäß (40), die Meß­ zelle (41) und das Reinigungsgefäß (42) eintauchen.