DE202005007547U1 - Micro-titration plate contacts, for the study of living cell adhesion and confluence, comprises sprung contact pins under the sensors at each well for a rapid and non-reactive electronic measurement - Google Patents

Micro-titration plate contacts, for the study of living cell adhesion and confluence, comprises sprung contact pins under the sensors at each well for a rapid and non-reactive electronic measurement Download PDF

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Abstract

The contacts for a micro-titration plate (1) in a frame (2), with sensors under each well in a sensor carrier plate, comprises sprung contact pins (3) at the base for a contact with each sensor.

Description

Die Erfindung betrifft die Anordnung zur Kontaktierung für Multiwellplatten z.B. bei einer schnellen und rückwirkungsfreien elektronischen Konfluenz- / Adhäsionsmessung. Dabei geht es um die schnelle Erfassung zellphysiologischer Änderungen z.B. von Adhäsion/Konfluenz von lebenden Zellen mit mindestens einem Sensor.The The invention relates to the arrangement for contacting multiwell plates e.g. at a fast and non-reactive electronic confluence / adhesion measurement. It is about the rapid detection of cell physiological changes e.g. of adhesion / confluency of living cells with at least one sensor.

Stand der TechnikState of the art

In der Forschung (Pharma, Biotechnologie, Chemie) hat das Messen/Analysieren des Einflusses von Substanzen auf lebende Zellen einen hohen Stellenwert. Damit teuere Tests (z.B. klinischer Tests und Zulassungen) mit einem möglichst hohem Erfolg begonnen werden können sind im Vorfeld Versuche mit großen Durchsätzen erforderlich.In Research (pharmaceuticals, biotechnology, chemistry) has the measuring / analyzing the influence of substances on living cells a high priority. So that expensive tests (such as clinical tests and approvals) with a preferably high success can be started are in advance attempts with large throughputs required.

Hier hat sich die Nutzung von sogenannten Multiwell-Platten bzw. Mikrotiterplatten durchgesetzt. In den einzelnen Wells werden die Zellen kultiviert und mittels optischer Verfahren Fluoreszenz/Absorption/Photometrie oder Mikroskopie nach Zugabe der entsprechenden Testsubstanzen überwacht bzw. vermessen.Here has become the use of so-called multi-well plates or microtiter plates enforced. In the individual wells, the cells are cultured and by optical methods fluorescence / absorption / photometry or Microscopy monitored after addition of the appropriate test substances or measured.

Ferner sind Erfassungen von morphologischen Änderungen von kultivierten Zellen für die Entwicklung neuer Nährmedien, zur generellen Online-Beobachtung von Zellkulturbedingungen (z.B. Zelldichten) und zur Optimierung von Zelldifferenzierungen sehr wichtig. Da bei den bisher etablierten Fluoreszenzmethoden zusätzlich Substanzen (Fluoreszenzmarker) zugegeben werden müssen ist eine physiologische Beeinflussung nicht auszuschließen. Bei Verfahren in denen die Zellkulturen weiter verwendet werden, wie z.B.Further are observations of morphological changes of cultivated Cells for the development of new nutrient media, for general online observation of cell culture conditions (e.g., cell densities) and very important for optimizing cell differentiation. There at the previously established fluorescence methods additional substances (fluorescence marker) must be added is a physiological influence can not be excluded. at Processes in which the cell cultures continue to be used, such as e.g.

Differenzierungen von Zellen, schließt sich diese Art der Markierung komplett aus, da der Fluoreszenzmarker nachträglich nicht mehr entfernt werden kann.differentiations of cells, closes This type of label is completely absent because of the fluorescent marker later can not be removed.

Die Photometrie, als Alternativverfahren, ist derzeit sehr kostenintensiv.The Photometry, as an alternative method, is currently very expensive.

In der Patentschrift US 3890201 wird eine Multiraum-Modul-Kappenkombination vorgestellt, die für das Messen des Widerstands von Nährmittelproben angewendet werden. Das Modul enthält eine gedruckte Leiterplatte. Eine Mehrzahl von hohlen Zylindern sind auf einer Seite der Leiterplatte angebracht, so dass unter jedem der Zylinder ein Paar Leiter zur Verfügung gestellt werden, welche nach außen geführt als Messelektroden für jeden einzelnen Zylinder dienen.In the patent US 3890201 introduces a multi-chamber module cap combination used to measure the resistance of nutrient samples. The module contains a printed circuit board. A plurality of hollow cylinders are mounted on one side of the circuit board, so that under each of the cylinders a pair of conductors are provided, which are led outwards as measuring electrodes for each cylinder.

Aus der Patentschrift DE 10142393 C1 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erfassen bioelektrischer Signale aus Sphäroiden mit einer Messkammer bekannt, die ein zumindest einseitig offenes Volumen umschließt, aus elektrisch nicht leitendem Material besteht, mindestens einer Anzahl von Elektroden, die in einer gemeinsamen Ebene innerhalb der Messkammerwand angeordnet sind und jeweils eine zum Messbereich orientierte, frei zugängliche Elektrodenoberfläche aufweisen, sowie einer Impedanzmessanordnung, die mit den Elektroden über einen Multiplexer verbunden sind. Eine Vielzahl von Messkammern ist arrayförmig angeordnet und in planarer Halbleitersubstrattechnik ausgebildet.From the patent DE 10142393 C1 a device and a method for detecting bioelectric signals from spheroids with a measuring chamber is known, which encloses an open at least one side volume, made of electrically non-conductive material, at least a number of electrodes which are arranged in a common plane within the measuring chamber wall and respectively have a freely oriented to the measuring range oriented electrode surface, and an impedance measuring arrangement, which are connected to the electrodes via a multiplexer. A plurality of measuring chambers is arrayed and formed in a planar semiconductor substrate technique.

Alle diese Veröffentlichungen haben den Nachteil, dass sie nicht für handelsübliche Standard-Multiwell-Platten geeignet sind. Sie haben entweder eine besondere Form, um die Kontakte zu den Elektroden herstellen zu können oder sie werden über eine Steckleiste mit dem Aufnahmegerät verbunden.All these publications have the disadvantage that they are not for standard commercial multiwell plates are suitable. They either have a special shape to the contacts to be able to produce the electrodes or they will have one Header with the recording device connected.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und schnelle Kontaktierung für handelsübliche Multiwellplattenformate zu ermöglichen.task The invention is to provide a simple and fast contact for commercial multiwell plate formats to enable.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass sich die Multiwellplatte in einem Rahmen befindet und jeder Sensor auf der Rückseite der Sensorträgerplatte über eine federnde Kontaktierungseinheit mit einer entsprechenden Sensorelektronik verbunden ist.According to the invention Task solved by that the multiwell plate is in a frame and everyone Sensor on the back the sensor carrier plate over a resilient contacting unit connected to a corresponding sensor electronics is.

Die federnde Kontaktierungseinheit besteht aus Federkontaktstiften, aus Silikonmatten mit elektrisch leitenden Bereichen oder aus anderen federnden Kontaktierungen (z.B. Blattfedern).The resilient contacting unit consists of spring contact pins, made of silicone mats with electrically conductive areas or other resilient contacts (e.g., leaf springs).

Die Multiwellplatte ist im Rahmen selbsthaltend oder der Rahmen ist in die Kontaktierungseinheit integriert.The Multiwell plate is self-holding in the frame or the frame is integrated into the contacting unit.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung können die Sensoren schnell (<30s/96-Well-Platte) „gescannt" werden und Aussagen über zellphysiologische Änderungen wie z.B. die Anheftung (Adhäsion), die Ausbreitung (Konfluenz), das Wachstum (Proliferation), Änderungen des morphologischen Zustandes der Zellen (Adhäsion / Konfluenz) sowie Temperatur ermöglichen.By the inventive arrangement, the Sensors can be "scanned" quickly (<30s / 96-well plate) and statements about cell physiological changes such as. adhesion (adhesion), the spread (confluency), the growth (proliferation), changes the morphological state of the cells (adhesion / confluence) and temperature enable.

Als Vorteil der Erfindung hat sich ergeben, dass die Multiwellplatte gedeckelt in das Messsystem eingesetzt werden (steril) kann. Die Messung wird bei gedeckelten Multiwellplatten durchgeführt und während der Messung kann der Deckel abgenommen werden ohne die Messung zu beeinflussen (z.B. für die Zugabe von Zellen oder Substanzen). Es können mindestens 8 Wells parallel gemessen werden.As an advantage of the invention has been found that the multiwell plate can be used capped in the measuring system (sterile) can. The measurement is carried out with covered multiwell plates and during the measurement, the lid can be removed without affecting the measurement (eg for the addition of cells or substances). At least 8 wells can be measured in parallel.

Optional ist die Anordnung in ein Robotersystem integrierbar.optional the arrangement can be integrated into a robot system.

BeispieleExamples

Das Beispiel wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen:The Example will be explained in more detail with reference to drawings. Show:

1 beispielhafte Gesamtanordnung zur Kontaktierung mit Rahmen (Kontaktierungseinheit) 1 exemplary overall arrangement for contacting with frame (contacting unit)

2 Schnitt zu 1 2 Cut to 1

3 Ausschnitt Seitenansicht mit zwei Wells 3 Cutout side view with two wells

4 Multiwellplatte mit Sensoren 4 Multiwell plate with sensors

5 Beispielhafte Sensorträgerplatte 5 Exemplary sensor carrier plate

6 Kontaktseite des Sensorträgers 6 Contact side of the sensor carrier

Die Anordnung zur Kontaktierung besteht aus einer handelsüblichen Multiwellplatte 1, einer Sensorträgerplatte 5 mit Sensoren 6, welche leicht in handelsübliche Multiwellplatten integrierbar sind, einer Kontaktierungseinheit und einem Rahmen 2, wie sie in den 1 bis 3 gezeigt werden. Der Rahmen 2 mit der Multiwellplatte 1 wird in die Kontaktierungseinheit so eingesetzt, dass eine gleichmäßige Kraftverteilung erfolgt. Diese Anordnung wird für die schnelle Erfassung zellmorphologischer Änderungen z.B. von Adhäsion/Konfluenz von lebenden Zellen eingesetzt.The arrangement for contacting consists of a commercially available multiwell plate 1 , a sensor carrier plate 5 with sensors 6 , which are easy to integrate in commercially available multiwell plates, a contacting unit and a frame 2 as they are in the 1 to 3 to be shown. The frame 2 with the multiwell plate 1 is used in the contacting unit so that a uniform force distribution takes place. This arrangement is used for the rapid detection of cell morphological changes eg of adhesion / confluence of living cells.

Die Sensorträgerplatte 5 (Interdigitale Elektrodenstrukturen auf geeignetem Trägermaterial, vorzugsweise Keramik, z.B. AL203) ist so ausgelegt, dass sich beispielsweise mindestens ein Sensor 6 unter mindestens einem Well 4 befindet. Als Trägersubstrate können alle Materialien verwendet werden, die den Auftrag und die stabile Haftung von Leiterstrukturen (Edelmetalle) erlauben, wobei im Beispiel AL2O3 verwendet wird.The sensor carrier plate 5 (Interdigitale electrode structures on a suitable substrate, preferably ceramic, eg AL203) is designed so that, for example, at least one sensor 6 under at least one well 4 located. As carrier substrates, it is possible to use all materials which permit the application and the stable adhesion of conductor structures (precious metals), in which example AL 2 O 3 is used.

Die Kontaktierung der Sensoren 6 erfolgt auf der Rückseite (der Sensorseite abgewandt) der Sensorträgerplatte 5 über Kontaktflächen 8 (Kontaktpads), welche z.B. über Durchkontaktierungen 7 mit den Sensoranschlüssen auf der Sensorseite verbunden sind. (4 bis 6).The contacting of the sensors 6 takes place on the rear side (facing away from the sensor side) of the sensor carrier plate 5 over contact surfaces 8th (Contact pads), which, for example via vias 7 connected to the sensor terminals on the sensor side. ( 4 to 6 ).

Die Sensorträgerplatte 5 (Substrat mit Sensoren 6 und Kontaktflächen 8) wird auf die „Bodenseite" bodenloser handelsüblicher Multiwellplatten 1 dicht geklebt, so dass alle Well 4 abgedichtet sind. Hierzu ist biokompatiblen Kleber zu verwenden.The sensor carrier plate 5 (Substrate with sensors 6 and contact surfaces 8th ) is placed on the "bottom side" of bottomless commercially available multiwell plates 1 tightly glued, so that all well 4 are sealed. For this purpose, biocompatible adhesive should be used.

Die so entstandene Sensor-Multiwellplatte kann sterilisiert werden.The The resulting sensor multiwell plate can be sterilized.

Der Messplatz besteht aus einem PC mit Multifunktionskarte bzw. einem integrierten Messsystem, einer Kontaktierungseinheit und einer Mess- und Steuerelektronik sowie den entsprechenden Kabeln.Of the Measuring station consists of a PC with multifunction card or a integrated measuring system, a contacting unit and a measuring and Control electronics and the corresponding cables.

Die Kontaktierungseinheit stellt eine sichere Kontaktierung (mindestens 2 Kontakte je Sensor) zwischen Sensoren 6 und der Messelektronik her. Hierfür werden vorzugsweise Federkontakte bzw. Federkontaktstifte 3 verwendet, die entweder von unten an die Kontaktflächen 8 der Sensorträgerplatte 5 gedrückt werden oder auf die die Sensor-Multiwellplatte gedrückt wird. Weitere Kontaktierungsmöglichkeiten sind Silikonmatten mit elektrisch leitenden Bereichen (leitendes Silikon, Graphit,...).The contacting unit ensures safe contacting (at least 2 contacts per sensor) between sensors 6 and the measuring electronics ago. For this purpose, preferably spring contacts or spring contact pins 3 used, either from below to the contact surfaces 8th the sensor carrier plate 5 pressed or on which the sensor multiwell plate is pressed. Other contacting options are silicone mats with electrically conductive areas (conductive silicone, graphite, ...).

Die Kontaktierungseinheit muss die notwendige Kraft/Kontaktierung aufbringen.The Contacting unit must apply the necessary force / contact.

Damit die für die Kontaktierung aufgebrachte Kraft nicht zu Beschädigungen an der Multiwellplatte 1, der Sensorträgerplatte 5 oder der Verklebung führt, wird diese vorher in einen entsprechenden selbsthaltenden Rahmen 2 eingesetzt. Dieser Rahmen 2 verteilt die Andruckkraft gleichmäßig auf die Sensor-Multiwellplatte und lässt gleichzeitig die freie Verwendung von handelsüblichen Verschlussdeckeln für Multiwellplatten 1 zu. Ein selbsthaltender Rahmen 2 kann z.B. ein Einklickrahmen sein, der die Multiwellplatte 1 hält, indem z.B. federnd gelagerte Kugeln, die in den Rahmen 2 hineinreichen, sich beim Einsetzen der Multiwellplatte 1 in den Rahmen 2 drücken und nach dem die Multiwellplatte 1 ihre Endposition erreicht hat wieder in den Rahmeninnenraum reichen und damit ein Herausrutschen der Multiwellplatte 1 verhindern.Thus, the force applied for the contacting force does not damage the multiwell plate 1 , the sensor carrier plate 5 or the bonding leads, this is previously in a corresponding self-holding frame 2 used. This frame 2 evenly distributes the pressure force to the sensor multiwell plate, while at the same time allowing the free use of commercially available cover caps for multiwell plates 1 to. A self-retaining frame 2 For example, a snap-in frame may be the multiwell plate 1 Holds by, for example, spring-loaded balls in the frame 2 extend when inserting the multiwell plate 1 in the frame 2 Press and after that the multiwell plate 1 has reached its end position again rich in the frame interior and thus slipping out of the multiwell plate 1 prevent.

Der Rahmen 2 kann durch andere geeignete Haltemechanismen ersetzt werden (z.B. Klammern), welche die Andruckkraft ausreichend gleichmäßig verteilen.The frame 2 can be replaced by other suitable holding mechanisms (eg brackets), which distribute the pressure force sufficiently evenly.

Anstelle des Rahmens 2 zum Einsetzen der Multiwellplatte 1 können geeignete, in die Kontaktierungseinheit integrierte Rahmen/Halter vorgesehen werden.Instead of of the frame 2 for inserting the multiwell plate 1 can be suitable, provided in the contacting unit integrated frame / holder.

Die Messelektronik besteht vor allem aus einem Multiplexersystem, der Signalvorgabe und der Messsignalvorverarbeitung (-Verstärkung). Die Elektronik erlaubt das parallele Messen von mindestens 8 Sensoren. Die Messelektronik schützt die Messumgebung (Sensorumgebung) vor störenden bzw. beeinflussenden Strömen / Spannungen und Feldern und gibt eine stabiles Messsignal vor.The Measuring electronics consists mainly of a multiplexer system, the Signal specification and measurement signal preprocessing (amplification). The electronics allow the parallel measurement of at least 8 sensors. The measuring electronics protects the measuring environment (sensor environment) against disturbing or influencing Stream / Voltages and fields and provides a stable measurement signal.

Die Sensorsignale werden entweder über einen PC mit Multifunktionskarte aufgenommen, gespeichert und dargestellt oder in einem integrierten Messsystem vorverarbeitet (Analog-Digital-Wandlung / Steuerung) und über geeignete Übertragungswege (leitungsgebunden, Funk, Licht,...) an eine Darstellungseinheit weitergegeben und gespeichert.The Sensor signals are either over a PC with multifunction card was recorded, saved and displayed or preprocessed in an integrated measuring system (analog-to-digital conversion / Control) and over suitable transmission paths (wired, radio, light, ...) to a presentation unit passed on and saved.

Die Steuerung der Sensorelektronik und des Messablaufes erfolgt über eine entsprechende Software welche auch die sensorspezifische Aufbereitung, die Darstellung und die Speicherung der Messdaten organisiert.The Control of the sensor electronics and the measuring process takes place via a corresponding software which also includes sensor-specific processing, organized the presentation and storage of the measured data.

Mess – Beispiel „schnelle Konzentrationsreihe"Measuring example "fast concentration series"

Die Sensor-Multiwellplatte wird in den Rahmen 2 gesetzt, die Wells 4 mit Medium aufgefüllt und mit Zellen besiedelt. Die Sensor-Multiwellplatte wird mit einem Deckel oder ähnlichem abgedeckt.The sensor multiwell plate is placed in the frame 2 set, the wells 4 filled with medium and colonized with cells. The sensor multiwell plate is covered with a lid or the like.

Zur Kontrolle des Anwachsverhalten werden vor Ansiedelung der Zellen und über den Anwachszeitraum hinweg Messungen (scan's) mit dem Messsystem aufgezeichnet (kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen).to Control of growth behavior will be prior to colonization of the cells and over During the growing period, measurements (scan's) were recorded with the measuring system (continuously or at intervals).

Nachdem sich ein konfluenter Monolayer gebildet hat verbleibt die Sensor-Multiwellplatte in der Kontaktierungseinheit und wird kontinuierlich vermessen.After this If a confluent monolayer has formed, the sensor multiwell plate remains in the contacting unit and is measured continuously.

Die Zugabe der Wirkstoff-Konzentrationen erfolgt, nachdem der Deckel des Sensor-Multiwellplatte bei laufender Messung abgenommen wurde. Der Deckel kann anschließend wieder auf die Sensor-Multiwellplatte gesetzt werden.The Addition of the drug concentrations takes place after the lid of the sensor multiwell plate was removed while the measurement was in progress. Of the Lid can then be put back on the sensor multiwell plate.

Claims (7)

Anordnung zur Kontaktierung für Multiwellplatten, wobei sich am Boden der Multiwellplatte mindestens ein Sensor unter mindestens einem Well befindet dadurch gekennzeichnet, dass sich die Multiwellplatte 1 in einem Rahmen 2 befindet und jeder Sensor 6 auf der Rückseite der Sensorträgerplatte 5 über eine federnde Kontaktierungseinheit mit einer entsprechenden Sensorelektronik verbunden ist.Arrangement for contacting multiwell plates, wherein at the bottom of the multiwell plate at least one sensor is located under at least one well, characterized in that the multiwell plate 1 in a frame 2 located and every sensor 6 on the back of the sensor carrier plate 5 is connected via a resilient contacting unit with a corresponding sensor electronics. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Kontaktierungseinheit aus Federkontaktstiften 3 besteht.Arrangement according to claim 1, characterized in that the resilient contacting unit of spring contact pins 3 consists. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Kontaktierungseinheit aus Silikonmatten mit elektrisch leitenden Bereichen besteht.Arrangement according to claim 1, characterized that the resilient contacting unit of silicone mats with electric leading areas. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass andere federnde Kontaktierungen angewendet werden.Arrangement according to claim 1, characterized that other resilient contacts are applied. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Multiwellplatte 1 im Rahmen 2 selbsthaltend ist.Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the multiwell plate 1 as part of 2 is self-holding. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen 2 in die Kontaktierungseinheit integriert ist.Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the frame 2 is integrated in the contacting unit. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Rahmens andere geeignete Haltemechanismen, welche die Andruckkraft ausreichend gleichmäßig verteilen, angeordnet werden.Arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized that instead of the frame other suitable holding mechanisms, which the Distribute pressure force sufficiently evenly, arranged become.
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