DE202007007706U1 - Measuring device for the quantitative photometric detection of biomolecules in the low density range (low-density biochips) - Google Patents
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Abstract
Messvorrichtung
zum automatisierten quantitativen fotometrischen Nachweis von Biomolekülen im Low
Density Bereich, aufweisend
eine Nachweisreaktionsführungseinheit
(1) mit einem oder mehreren Behältern
(2) für
Hilfslösungen
und einem Behälter
(3) zur Aufnahme von Abfalllösungen
sowie Zu- (4) und Ableitungen
(5) zu den Behältern
(2, 3),
eine Messeinheit (6) mit einem Mittel (7) zur fotometrischen,
pixelorientierten Erfassung einer Farbreaktion mindestens einer
Reaktionslösung
mit mindestens einem zu detektierenden Biomolekül,
eine computergestützt arbeitende
Auswerteeinheit (13) zur Auswertung der Messergebnisse,
eine
Messkassette (9) enthaltend einen Low Density Biochip (14) mit einem
mit funktionalisierten Reaktionsarealen versehenen Glas- oder Kunststoffträger, wobei
die Messkassette (9) über
mindestens eine Einführöffnung (15)
für die
zu analysierende Probe (16) oder Proben verfügt,
wobei die Nachweisreaktionsführungseinheit
(1) mindestens einen Aufnahmebereich (8) zur passgenauen Aufnahme
einer Messkassette aufweist und dieser über Anschlüsse für die Zu- und Ableitungen der
Behälter
(2, 3) für
Hilfslösungen
und Abfalllösungen
verfügt,
wobei an der...Measuring device for the automated quantitative photometric detection of biomolecules in the low density range, comprising
a detection reaction management unit (1) with one or more auxiliary solution tanks (2) and a container (3) for receiving waste solutions and feed (4) and discharge lines (5) to the tanks (2, 3),
a measuring unit (6) having a means (7) for the photometric, pixel-oriented detection of a color reaction of at least one reaction solution with at least one biomolecule to be detected,
a computer-assisted evaluation unit (13) for evaluating the measurement results,
a measuring cassette (9) containing a low-density biochip (14) with a glass or plastic carrier provided with functionalized reaction areas, the measuring cassette (9) having at least one insertion opening (15) for the sample (16) or samples to be analyzed,
wherein the detection reaction guide unit (1) has at least one receiving area (8) for snugly receiving a measuring cassette and this has connections for the inlets and outlets of the containers (2, 3) for auxiliary solutions and waste solutions, wherein at the ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung mit einer Einweg-Messkassette zum automatisierten quantitativen fotometrischen Nachweis von Biomolekülen im Low Density Bereich.The The invention relates to a measuring device with a disposable measuring cassette for the automated quantitative photometric detection of biomolecules in low Density area.
Aus
der Patentschrift
Aus
der Gebrauchsmusterschrift
Nachteilig an den bekannten Biochips ist, dass diese manuell mit der Probe beladen, gespült und mit der farbreaktiven Markerlösung versetzt werden müssen. Die Handhabung unterliegt somit dem individuellen Vorgehen des Laboranten, wodurch nur Messergebnisse aus der Hand eines Laboranten als vergleichbar angesehen werden können, zudem selbst bei routiniert ausgeführter Arbeit mit nahezu identischen Hand griffen und Zeitmanagement Ungenauigkeiten durch Pipettierfehler und Raumbedingungen auftreten.adversely At the known biochips is that these manually with the sample loaded, rinsed and with the color-reactive marker solution need to be offset. The handling is thus subject to the individual procedure of the laboratory technician, making only measurement results from the hand of a lab assistant as comparable can be viewed even with routine work done with almost identical Hand gripped and time management inaccuracies due to pipetting errors and room conditions occur.
Ferner sind die Reaktionsoberflächen der bekannten Biochips ungeschützt gegenüber äußeren mechanischen und chemischen Einflüssen wie Berührungen durch Finger oder Laborgeräte sowie durch in der Luft enthaltene Verbindungen oder Partikel, die ebenfalls zu einer Verfälschung und Ungenauigkeit der Messergebnisse führen.Further are the reaction surfaces the well-known biochips unprotected towards external mechanical and chemical influences like touches through fingers or laboratory equipment and by airborne compounds or particles which also a distortion and inaccuracy of the measurement results.
Die gewonnen Messergebnisse sind daher nur mit entsprechend hoher Fehlerrate vergleichbar.The obtained measurement results are therefore only with a correspondingly high error rate comparable.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Biochips ist, dass nur ein Biomolekül pro Chip nachgewiesen werden kann.One Another disadvantage of the known biochips is that only one biomolecule per chip can be detected.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Nachweise von Biomolekülen mittels Low Density Biochips auf der Basis fotometrischer, pixelorientierter quantitativer Erfassung von Messergebnissen zu automatisieren und die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Nachweise zu erhöhen.task The present invention is therefore, by means of detection of biomolecules Low Density Biochips based on photometric, pixel-oriented to automate the quantitative acquisition of measurement results and to increase the reproducibility and accuracy of the evidence.
Die Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung zum automatisierten quantitativen fotometrischen Nachweis von Biomolekülen im Low Density Bereich gelöst, die eine Nachweisreaktionsführungseinheit mit einem oder mehreren Behältern für Hilfslösungen und einen Behälter zur Aufnahme von Abfalllösungen sowie Zu- und Ableitungen zu den Behältern, eine Messeinheit mit einem Mittel zur fotometrischen, pixelorientierten Erfassung einer Farbreaktion einer Reaktionslösung mit einem zu detektierenden Biomolekül, eine computergestützt arbeitende Auswerteeinheit zur Auswertung der Messergebnisse und eine Messkassette enthaltend einen Low Density Biochip mit einem mit funktionalisierten Reaktions arealen versehenen Glas- oder Kunststoffträger aufweist. In der Reaktionsführungseinheit ist mindestens ein Aufnahmebereich zur passgenauen Aufnahme einer Messkassette eingerichtet, die über Anschlüsse für die Zu- und Ableitungen der Behälter für Hilfslösungen verfügt. An der Messkassette selbst sind zu den Anschlüssen im Aufnahmebereich korrespondierende Anschlüsse eingerichtet, wobei die zueinander korrespondierenden Anschlüsse nach dem Einlegen der Messkassette eine lösbare dichte Verbindung eingehen. Mindestens das Beladen und Spülen der Messkassette mit Reaktions- und Hilfslösungen, die Reaktionsführung sowie die Auswertung der Farbreaktion erfolgt prozessorgesteuert und vorzugsweise vollautomatisch.The Task is performed by a measuring device for automated quantitative photometric detection of biomolecules in the low density range solved, the one detection reaction control unit with one or more containers for auxiliary solutions and a container for receiving waste solutions as well as supply and discharge lines to the containers, a measuring unit with a means for photometric, pixel-oriented detection of a Color reaction of a reaction solution with a biomolecule to be detected, a computer-assisted evaluation unit for evaluating the measurement results and containing a measuring cassette a low-density biochip with a functionalized reaction area having provided glass or plastic carrier. In the reaction control unit is at least one receiving area for accurately recording a Measuring cassette set up over connections for the Inlets and outlets of the containers for auxiliary solutions. At the Measuring cassette itself are corresponding to the terminals in the receiving area connections set up, wherein the mutually corresponding connections after Insert a detachable tight connection when inserting the measuring cassette. At least the loading and rinsing the measuring cassette with reaction and Auxiliary solutions, the reaction procedure as well as the evaluation of the color reaction is processor-controlled and preferably fully automatic.
Die Hilfslösungen können je nach Assay aus einem Puffer beispielsweise einer Elektrolytlösung mit einem bestimmten pH-Wert sein, welcher in einer besonderen Ausführungsform Eiweisse, Detergenzien (z.B. Tween) zugesetzt sind.The auxiliary solutions can depending on the assay from a buffer, for example, an electrolyte solution with be a certain pH, which in a particular embodiment Eggs, detergents (e.g., Tween) are added.
Die Nachweisreaktionsführungseinheit dient zur Steuerung und Regelung und der Durchführung der Nachweisreaktion auf dem Low Density Biochips. Hierzu wird eine Messkassette enthaltend einen Low Density Biochip in eine hierfür vorgesehenen Aufnahmebereich, der vorzugsweise als Einschubfach ausgebildet ist, eingeführt. Hierbei werden die korrespondierenden Anschlüsse an der Messkassette und an der Nachweisreaktionsführungseinheit miteinander verbunden. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Anschlüsse der Art „male" und „female", die passformgerecht ineinandersteckbar sind. In einer besonderen Ausführungsform weist die Messkassette in den Anschlüssen ein Septum auf. Die Anschlüsse an der Nachweisreaktionsführungseinheit sind dagegen mit einer Kanüle oder holen Anstechnadel ausgestattet, so dass beim Einlegen der Messkassette und dem gleichzeitigen Ver binden der Anschlüsse die Septen von den Kanülen oder holen Anstechnadeln durchstochen werden. Die Einrichtung von mit Septen versehenen Anschlüssen an der Messkassette hat den Vorteil, die Messkassette vor der Verwendung staub- und feuchtigkeitsdicht lagern zu können. Weiter garantieren sie den erneuten Verschluss bzw. eine Abdichtung bei Entnahme der Kassette aus der Nachweisreaktionsführungseinheit.The detection reaction control unit is used for controlling and regulating and performing the detection reaction on the low density biochip. For this purpose, a measuring cassette containing a low-density biochip is introduced into a receiving area provided for this purpose, which is preferably designed as a slot-in compartment. In this case, the corresponding connections to the measuring cassette and to the detection reaction guidance unit are connected to one another. These are preferably connections of the type "male" and "female", which can be inserted into one another in the correct manner. In a particular embodiment, the measuring cassette has a septum in the connections. The connections to the detection reaction management unit, however, are equipped with a cannula or pick-up needle, so that when inserting the measuring cassette and the simultaneous Ver bind the connections, the septa are pierced by the cannulas or picking needles. The provision of septa-mounted connections to the measuring cassette has the advantage of being able to store the measuring cassette in a dustproof and moisture-proof manner before use. Next they guarantee the re-closure or a seal upon removal of the cassette from the detection reaction guide unit.
Die Messkassette ist mit einer Pumpe, vorzugsweise einer oszillierenden Membran- oder Ballon-Pumpe ausgestattet, die durch einen Antrieb, der in der Nachweisreaktionsführungseinheit eingerichtet ist, angetrieben wird. Diese Pumpe dient sowohl der Homogenisierung und gleichmäßigen Verteilung der Probe, der Hilfslösungen als auch der Farbreagenz in der Messkammer der Messkassette. Der Antrieb, beispielsweise ein Elektromotor, der Membranpumpe ist derart in der Nachweisreaktionsführungseinheit eingerichtet, dass beim Einlegen der Messkassette der Antrieb mit der Pumpeinrichtung in der Kassette gekoppelt wird, vorzugsweise mit einem Stößel oder einer Pleuelstange in einen in der Messkassette eingerichteten Führungskanal zur Führung des Stößels oder der Pleuelstange eingreift, wobei der Stößel oder die Pleuelstange an der Membran der Pumpe endet. Bei Antrieb wird die Membran durch den Stößel oder die Pleuelstange oszillierend auf und niederbewegt und bewirkt so eine Durchmischung in der an die Pumpe anschließenden Messkammer. Die Nachweisreaktionsführungseinheit selbst ist mit Pumpen zur Förderung von Hilfslösungen aus den Vorratsbehältern in die Messkassette und zum Absaugen von Probe, Hilfslösungen oder Farbreagenz aus der Messkassette in einen entsprechenden Auffangbehälter ausgestattet.The Measuring cassette is with a pump, preferably an oscillating Membrane or balloon pump equipped by a drive, in the detection reaction control unit is set up, is driven. This pump is used both for homogenization and even distribution the sample, the auxiliary solutions as well as the color reagent in the measuring chamber of the measuring cassette. Of the Drive, for example, an electric motor, the diaphragm pump is such in the detection reaction control unit set up that when inserting the measuring cassette with the drive the pumping device is coupled in the cassette, preferably with a pestle or a connecting rod in an established in the measuring cassette guide channel to the leadership the plunger or engages the connecting rod, wherein the plunger or the connecting rod to the diaphragm of the pump ends. When driving the membrane through the pestle or the connecting rod oscillates up and down and causes so a mixing in the subsequent to the pump measuring chamber. The detection reaction control unit itself is with pumps for promotion of auxiliary solutions from the storage containers into the measuring cassette and to aspirate sample, auxiliary solutions or Color reagent from the measuring cassette fitted in a corresponding collecting container.
In der Nachweisreaktionsführungseinheit sind vorzugsweise mehrere Aufnahmebereiche zur Aufnahme von Messkassetten vorgesehen. Jede Nachweisreaktion kann separat und unabhängig von parallel laufenden Nachweisreaktionen in weiteren Messkassetten durch die Auswerteeinheit gesteuert werden. Vorteilhaft hieran ist, dass mehrere Nachweisreaktionen gleichzeitig durchgeführt werden können.In the detection reaction control unit preferably provided a plurality of receiving areas for receiving measuring cassettes. Each detection reaction can be done separately and independently of parallel Detection reactions in further measuring cassettes by the evaluation unit to be controlled. An advantage of this is that several detection reactions performed simultaneously can be.
In einer besonderen Ausführungsform ist die Nachweisreaktionsführungseinheit temperier- und klimatisierbar, so dass die Nachweisreaktion unter optimalen Reaktionsbedingungen ablaufen kann. Die Reaktionsbedingungen sind im Nachweisprogramm gespeichert oder separat manuell einstellbar. Vorzugsweise ist jeder Aufnahmebereich für eine Messkassette separat temperier- und klimatisierbar.In a particular embodiment is the detection reaction control unit tempered and air-conditioned, so that the detection reaction under optimal Reaction conditions can expire. The reaction conditions are stored in the detection program or separately manually adjustable. Preferably, each receiving area for a measuring cassette is separate tempered and air-conditioned.
Die Messeinheit dient der fotometrischen, pixelorientierten Erfassung einer Farbreaktion einer Reaktionslösung mit einem zu detektierenden Biomolekül. Der Low Density Biochip der Messkassette ist ein Biochip mit vorzugsweise 2–8 mm2 große Reaktionsareale (Spots), die auf der Glasoberfläche eines handelsüblichen Glas- oder Kunststoffobjektträgers aufgebracht sind. Die Spots sind derart funktionalisiert, dass der Biochip als Assay unter Verwendung eines markierten Biomoleküls (Sonde) einsetzbar ist. Der Umsatz des eingesetzten Farbsubstrats wird bewertet, indem die Farbpunkte auf den Spots sowohl in optischer Dichte als auch in relativer Anzahl pro Spot erfaßt werden. Zur Detektion der Farbintensität der Farben Rot, Grün und Blau (RGB) aller Pixel ist die Messeinheit vorzugsweise mit einer CCD-Kamera, einer Kamera mit CMOS-Technologie oder einem Scanner mit Streulicht zur Erzeugung von Daten in Dateiformaten für Rastergrafiken ausgestattet. Die Aufzählung ist nicht abschließend zu betrachten. Grundsätzlich ist jede Kameratechnologie einsetzbar, mit welcher Farbintensitäten auswertbar aufgezeichnet werden kann. Nach Ende der Nachweis reaktion wird die Messkassette der Nachweisreaktionsführungseinheit entnommen und in die Messeinheit eingeführt, wobei diese über eine entsprechende Halterung zur Aufnahme der Messkassette verfügt. In einer besonderen Ausführungsform kann die Messeinheit auch in die Nachweisreaktionsführungseinheit integriert sein, so dass die Messung der Spots direkt nach Beendigung der Nachweisreaktion erfolgen kann, ohne dass die Messkassette der Messeinheit separat zugeführt werden muss. Die Erfassung der Farbintensitäten der einzelnen Spots erfolgt mittels Beleuchtung der Messkammer von unten und Aufnahme eines Bildes mit dem Scanner oder der CCD-Kamera von oben. Das Bildformat ist ein Dateiformat für Rastergrafiken, vorzugsweise ein Tif-Format oder bmp-Format.The measuring unit is used for the photometric, pixel-oriented detection of a color reaction of a reaction solution with a biomolecule to be detected. The Low Density Biochip of the measuring cassette is a biochip with preferably 2-8 mm 2 large reaction areas (spots), which are applied to the glass surface of a commercially available glass or plastic Objektträgers. The spots are functionalized such that the biochip can be used as an assay using a labeled biomolecule (probe). The conversion of the color substrate used is evaluated by detecting the color spots on the spots in both optical density and relative number per spot. To detect the color intensity of the colors red, green and blue (RGB) of all pixels, the measuring unit is preferably equipped with a CCD camera, a camera with CMOS technology or a scanner with scattered light for generating data in file formats for raster graphics. The list is not exhaustive. Basically, any camera technology can be used, with which color intensities can be recorded evaluable. After the end of the detection reaction, the measuring cassette of the detection reaction guide unit is removed and introduced into the measuring unit, which has a corresponding holder for receiving the measuring cassette. In a particular embodiment, the measuring unit can also be integrated in the detection reaction control unit, so that the measurement of the spots can be made directly after completion of the detection reaction, without the measuring cassette of the measuring unit must be supplied separately. The color intensities of the individual spots are detected by illuminating the measuring chamber from below and taking an image with the scanner or the CCD camera from above. The image format is a raster graphics file format, preferably a tif format or bmp format.
Die CCD-Kamera ist vorzugsweise eine 12 Bit CCD-Kamera. Hiermit können 1024 Farbwerte pro Farbe erzeugt werden. Mit handelsüblichen 8 Bit CCD-Kameras sind hingegen nur 256 Farbwerte pro Farbe darstellbar. Durch die hohe Anzahl an Farbwerten bei einer 12 Bit CCD-Kamera wird eine wesentlich höhere Empfindlichkeit gegenüber Scannern oder 8 Bit CCD-Kameras erreicht. Bei der Auswertung der Farbintensitäten der Spots, die von der Anzahl gebundener Biomoleküle pro Spot abhängt, führt die Verwendung einer 12 Bit CCD-Kamera zu einer höheren Genauigkeit der Messergebnisse bei gleichzeitigem Absenken der Nachweisgrenze. Bei einer Farbintensität eines Spots von 0 % sind keine Biomoleküle an den Bindungsstellen gebunden, hingegen sind bei einer Farbintensität von 100 % alle Bindungsstellen belegt. Die 12 Bit CCD-Kamera ermöglicht nun eine 4-fach höhere Stufenzahl (eine Stufen ist die kleinste Einheit, der eine Konzentration der in der Probe enthaltenen Biomoleküle zugeordnet werden kann) als gegenüber einer 8 Bit CCD-Kamera. Die Stufen hier liegen bei ca. 0,5 % auf der Farbintensitätswerteskala. Die 8 Bit CCD-Kamera kann maximal Stufenabstände von 3 % der Farbintensitätswerte darstellen. Dies macht den Vorteil und die höhere Messgenauigkeit einer 12 Bit CCD-Kamera deutlich. Hieraus resultiert, dass Proben kleinster Volumina auswertbar werden. Entsprechend sinkt die Nachweisgrenze nach unten, so dass auch geringe Konzentrationen des Biomoleküls in der Probe nachgewiesen werden können. Auch kann die Größe der Spots verringert und so eine deutlich höhere Anzahl an Spots auf dem Biochip platziert werden, als der Stand der Technik angibt.The CCD camera is preferably a 12-bit CCD camera. This can generate 1024 color values per color. With commercially available 8-bit CCD cameras, however, only 256 color values per color can be displayed. Due to the high number of color values with a 12-bit CCD camera, a significantly higher sensitivity compared to scanners or 8-bit CCD cameras is achieved. When evaluating the color intensities of the spots, which depends on the number of bound biomolecules per spot, the use of a 12-bit CCD camera leads to a higher accuracy of the measurement results while at the same time lowering the detection limit. At a color intensity of a spot of 0%, no biomolecules are bound to the binding sites, whereas at a color intensity of 100%, all binding sites are occupied. The 12-bit CCD camera now allows a 4-fold higher number of steps (one step is the smallest unit to which a concentration of the biomolecules contained in the sample can be assigned) compared to an 8-bit CCD camera. The levels here are around 0.5% on the color intensity scale. The 8-bit CCD camera can display a maximum of 3% of the color intensity values. This clearly demonstrates the advantage and higher accuracy of a 12-bit CCD camera. As a result, samples of very small volumes can be evaluated. Accordingly, the detection limit drops down so that even low concentrations of the biomolecule in the sample after can be shown. Also, the size of the spots can be reduced and so a significantly higher number of spots placed on the biochip, as the prior art indicates.
Gleichzeitig werden mit der Kamera softwaregesteuert Nullpunktswerte aufgenommen. Hierzu werden um jeden Spot vorzugsweise bis zu vier Farbwerte ermittelt, die im Mittelwert einer Farbintensität von 0 % entsprechen, eine sogenannte „Shading-Korrektur". Diese Bereiche liegen außerhalb des zu messenden Spots. Diese vier Nullpunktswerte werden für jeden Spot einzeln bestimmt und bei der Berechnung der Farbintensität des zugehörigen Spots zu Grunde gelegt. Hierdurch können Fehler oder Abweichungen in der Beleuchtung der Messkassette herausgerechnet werden. Darüber hinaus können Spots, die nur teilweise belegt sind, sei es durch lückenhafte Belegung des Spots mit Bindungsstellen oder durch unzulängliche Benetzung mit der Farbreagenz, mit in die Auswertung einbezogen werden, da Farbbereiche mit 0 % Farbintensität herausgerechnet und nicht in die Mittelwertsberechnung der Farbwerteberechnung des Spots einbezogen werden.simultaneously software-controlled zero values are recorded with the camera. For this purpose, preferably up to four color values are determined for each spot, which correspond to a mean color intensity of 0%, one so-called "shading correction." These areas lie outside of the spot to be measured. These four zero values will be for each Spot determined individually and when calculating the color intensity of the associated spot based on. This allows Errors or deviations in the illumination of the measuring cassette excluded become. About that can out Spots that are only partially occupied, be it through patchy Occupation of the spot with binding sites or inadequate Wetting with the color reagent, included in the evaluation because color ranges are calculated out with 0% color intensity and not included in the mean calculation of the color value calculation of the spot become.
Die Erfassung der Farbintensitätswerte erfolgt auf Basis von Bayerfilter-Werten, mit welchem unverfälschte Farbwerte ermittelt werden können.The Acquisition of color intensity values is based on Bayer filter values, with which unadulterated color values can be determined.
Das von der CCD-Kamera aufgenommene digitale Bild wird anschließend an die Auswerteinheit übermittelt, wo dieses auf einem Bildschirm darstellbar ist. Die Auswertung der Farbintensitäten sowie die Zuordnung zu bestimmten Konzentrationen des Biomoleküls erfolgt softwaregestützt. In der Auswerteeinheit sind vorzugsweise Farbreferenzwerte als Kalibrier- oder Eichungswerte gespeichert. Auch können Kalibrier- und Eichungswerte mittels einer zweiten Messkassette, die eine entsprechende Konditionierung der Spots aufweist, eingelesen und die Werte zur Grundlage nachfolgender Nachweisreaktionen herangezogen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform können manuell Spots aus der Berechnung, beispielsweise aufgrund fehlerhafter Belegung, Kratzer oder Defekte in der Messkassette herausgenommen werden. Hierzu werden diese Spots über die Auswertesoftware markiert. Zusätzlich ist vorgesehen, bestimmte Spots eines Biochips als Referenzfarbwerte zu definieren.The The digital image taken by the CCD camera is then turned on the evaluation unit transmits, where this can be displayed on a screen. The evaluation of the color intensities and the assignment to certain concentrations of the biomolecule takes place software support. In the evaluation unit, color reference values are preferably used as calibration or calibration values stored. Also, calibration and calibration values by means of a second measuring cassette, the corresponding conditioning of the spots, read in and the values based on the following Detection reactions are used. In a preferred embodiment can manually spots from the calculation, for example, due to faulty Occupancy, scratches or defects removed in the measuring cassette become. For this purpose, these spots are marked by the evaluation software. additionally is provided, certain spots of a biochip as reference color values define.
Die Messvorrichtung besteht somit aus vier Einzelkomponenten, die in einem Gehäuse integriert sein können oder auch als separate Komponenten, sogenannte Stand-Alone-Komponenten, verbunden über Datenübertragungsleitungen gefertigt sein können.The Measuring device thus consists of four individual components, in a housing can be integrated or as separate components, so-called stand-alone components, connected via data transmission lines can be made.
Die computergestützte Auswerteeinheit verfügt über Steuer- und Regeleinheiten zur Steuerung und Regelung sowohl der Nachweisreaktionsführungseinheit als auch der Messeinheit, wobei es sich insbesondere um einen PC oder MAC handelt. In der computergestützte Auswerteeinheit ist eine Speichereinheit eingerichtet, in der Farbreferenzwerte und/oder Nullwerte zur Auswertung der Messergebnisse gespeichert und abrufbar sind. Darüber hinaus sind in der Speichereinheit der computergestützten Auswerteeinheit Programme zur Steuerung der Nachweisreaktionsführungseinheit für definierte Nach weisreaktionen verschiedenartig konditionierter Low Density Biochips zum Nachweis unterschiedlicher Biomoleküle gespeichert und abrufbar. Zusätzlich kann ein Bedienpaneel zur Eingabe und/oder Starten von Programmen zur Steuerung definierter Nachweisreaktionen und eine Ausgabe- und/oder Anzeigeeinheit für Messergebnisse eingerichtet sein.The computerized Evaluation unit has control and regulation units for controlling and regulating both the detection reaction guidance unit as well as the measuring unit, which is in particular a PC or MAC. In the computer-aided evaluation unit is a Storage unit established in the color reference values and / or Zero values for evaluation of the measurement results stored and retrievable are. About that In addition, in the memory unit of the computer-aided evaluation unit Programs for controlling the detection reaction management unit for defined detection reactions variously conditioned low density biochips for detection different biomolecules stored and retrievable. additionally can be a control panel for entering and / or starting programs for the control of defined detection reactions and an output and / or display unit for measurement results be furnished.
Die Nachweisreaktionsführungseinheit kann im Aufnahmebereich zur passgenauen Aufnahme einer Messkassette mit einer Lese- und/oder Entschlüsselungseinheit von auf der Messkassette gespeicherten codierten Informationen ausgestattet sein.The Proof reaction unit can be used in the recording area for a precise recording of a measuring cassette with a reading and / or decrypting unit be equipped by coded information stored on the measuring cassette.
Ebenso kann die Messkassette mit einer Speichereinheit und Ausleseeinheit enthaltend codierte Information, vorzugsweise eine oder mehrere Informationen ausgewählt aus der Gruppe „Art und Konditionierung des Biochips, Nachweisreaktion, Chargennummer, Programm zur Steuerung der Nachweisreaktion, gebrauchte Messkassette, neue Messkassette, Sicherheitscode", ausgestattet sein.As well can the measuring cassette with a storage unit and readout unit containing coded information, preferably one or more information selected from the group "Art and conditioning the biochip, detection reaction, lot number, Program for controlling the detection reaction, used measuring cassette, new measuring cassette, security code ".
Die Lese- und/oder Entschlüsselungseinheit der Nachweisreaktionsführungseinheit und die Speichereinheit und Ausleseeinheit der Messkassette sind jeweils derart auf oder in den Komponenten angeordnet, dass beim Einlegen der Messkassette in die Nachweisreaktionsführungseinheit diese Daten ausgetauscht werden können. Vorzugsweise sind auf der Speichereinheit und Ausleseeinheit der Messkassette Daten gespeichert, die die Art und Konditionierung des Biochips, beispielsweise zum Nachweis von Mykotoxinen oder Eicosanoiden, und welche Nachweisreaktion zu laden und starten ist, gespeichert und abrufbar. Zusätzlich können die Chargennummer, das für die Nachweisreaktion notwendige Programm zur Steuerung der Nachweisreaktion hinterlegt sein. Auch können Informationen über den Zustand der Messkassette gespeichert sein, insbesondere ob es eine bereits gebrauchte Messkassette oder eine neue Messkassette ist. Vorzugsweise wird hier nach erstmaligen Gebrauch einer Messkassette in der Nachweisreaktionsführungseinheit von der Lese- und/oder Entschlüsselungseinheit eine Information auf die Speichereinheit und Ausleseeinheit übertragen, welche bei einer zweiten Verwendung der Messkassette ein Signal auslöst, welches darauf hinweist oder verhindert, dass die Messkassette ein weiteres Mal verwendet wird. Auch kann ein Sicherheitscode gespeichert sein, der durch die Nachweisreaktionsführungseinheit verifiziert wird. Erst nach Gültigkeit des Sicherheitscodes wird die Messkassette zur Analyse von Biomolekülen in der Nachweisreaktionsführungseinheit freigegeben und das Nachweisprogramm gestartet. Darüber hinaus sind die Speicherung weiterer Informationen sowohl in der Speichereinheit und Ausleseeinheit als auch in der Lese- und/oder Entschlüsselungseinheit möglich.The read and / or decryption unit of the detection reaction management unit and the storage unit and readout unit of the measurement cassette are respectively arranged on or in the components such that these data can be exchanged when inserting the measurement cassette into the detection reaction guidance unit. Preferably, data are stored on the storage unit and read-out unit of the measuring cassette, which is the nature and conditioning of the biochip, for example, for the detection of mycotoxins or eicosanoids, and which detection reaction to load and start, stored and retrievable. In addition, the batch number, the program necessary for the detection reaction for controlling the detection reaction can be stored. Also, information about the condition of the measuring cassette may be stored, in particular whether it is an already used measuring cassette or a new measuring cassette. Preferably, after the first use of a measuring cassette in the detection reaction guidance unit, information is transferred from the reading and / or decrypting unit to the memory unit and readout unit which, in the case of a second use of the measuring cassette, triggers a signal which indicates or prevents the measuring cassette from becoming white teres time is used. Also, a security code may be stored which is verified by the detection reaction management unit. Only after the validity of the security code, the measuring cassette for the analysis of biomolecules in the detection reaction management unit is released and the detection program started. In addition, the storage of further information in both the memory unit and readout unit and in the reading and / or decrypting unit are possible.
Zur Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems schlägt die Erfindung auch eine Messkassette vor.to solution The problem underlying the invention proposes the invention also a measuring cassette in front.
Die Messkassette ist zur einmaligen Verwendung in der erfinderischen Messvorrichtung hergerichtet. Sie besteht aus einem lichtdurchlässigen Kassettengehäuse, in dem eine Messkammer, in der ein Low Density Biochip mit einem mit funktionalisierten Reaktionsarealen versehenen Glas- oder Kunststoffträger einsetzbar ist, eine Überlaufkammer, eine Probenzufuhr, ggf. mit Probenfilter, und einer Probenleitung zur Messkammer, einer Kammer, in die ein Vorratsbehälter mit einer Reaktionslösung eines farbreaktiven Markers einführbar ist, sowie einem Aktivierungsstempel oder Aktivierungsvorrichtung zur Öffnung des Vorratsbehälters eingerichtet ist. Zusätzlich ist eine Zuleitung für die Reakti onslösung des farbreaktiven Markers aus dem Vorratsbehälter zur Messkammer, mindestens einem Zuleitungsanschluss und einer Zuleitung für eine erste Hilfslösung, mindestens einer Ableitung und einem Ableitungsanschluss für Abfalllösungen vorhanden. Die Messkassette ist mit einer Mischeinrichtung zum Homogenisieren der Probe und der genannten Lösungen in der Messkammer und eine gasdurchlässige Dichtung und/oder ein Ventil und/oder eine Membran zum Druckausgleich im Kassettengehäuse ausgestattet.The Measuring cassette is for single use in the inventive Prepared measuring device. It consists of a translucent cassette housing, in a measuring chamber in which a low density biochip with a functionalized reaction areas provided glass or plastic carrier used is, an overflow chamber, a sample supply, if necessary with sample filter, and a sample line to the measuring chamber, a chamber into which a reservoir with a reaction solution a color-reactive marker insertable is as well as an activation stamp or activation device to the opening of the storage container is set up. additionally is a supply line for the reaction solution the color-reactive marker from the reservoir to the measuring chamber, at least a supply connection and a supply line for a first auxiliary solution, at least a discharge and a discharge connection for waste solutions available. The measuring cassette is with a mixing device for homogenizing the sample and the solutions mentioned in the measuring chamber and a gas-permeable seal and / or a Valve and / or a membrane equipped for pressure equalization in the cassette housing.
Vorzugsweise ist das Messkassettengehäuse aus einem Kunststoff gefertigt.Preferably is the measuring cassette housing made of a plastic.
Die Mischeinrichtung kann eine Ballon-Pumpe oder eine oszillierende Membranpumpe sein. In diesem Fall ist an der Unterseite der Messkassette ein Führungskanal zur Führung des Stößels oder der Pleuelstange zum Antrieb der Pumpe eingerichtet, wobei der Führungskanal derart ausgestaltet ist, dass der Stößel oder die Pleuelstange an der Membran der Pumpe endet.The Mixing device can be a balloon pump or an oscillating one Be a diaphragm pump. In this case, at the bottom of the measuring cassette is a guide channel to the leadership the plunger or the connecting rod is set up to drive the pump, the guide channel is configured such that the plunger or the connecting rod to the diaphragm of the pump ends.
Der in die Kammer der Messkassette einführbare Vorratsbehälter enthält die Reaktionslösung eines farbreaktiven Markers, vorzugsweise eine Tetramethylbenzidin-Lösung (TMB-Lösung). Vorzugsweise ist die Kammer zylinderförmig ausgestaltet, an deren messkammerseitigen Ende ein hohler dornartige Spitzkegel zentrisch eingerichtet ist. In diese Kammer wir der geschlossene Vorratsbehälter eingeführt und mittels eines zylinderförmigen Stempels, der anschließend in die Kammer eingeführt wird und der mit der Innenwand der Kammer gleitend dicht abschließt, gegen den hohlen dornartigen Spitzkegel gedrückt. Hierdurch wird der Vorratsbehälter geöffnet und die Reaktionslösung freigesetzt. Durch weiteres Drücken des Stempels in Richtung des dornartigen Spitzke gels wird die Reaktionslösung in die Messkammer gedrückt. Dies kann manuell oder automatisch erfolgen.Of the into the chamber of the measuring cassette insertable reservoir containing the reaction solution of a color-reactive marker, preferably a tetramethylbenzidine solution (TMB solution). Preferably, the Chamber cylindrical designed, at the Meßkammerseitigen end a hollow thorn-like Pointed cone is centrally arranged. In this chamber we closed reservoir introduced and by means of a cylindrical Stamp, which subsequently introduced into the chamber and closing with the inner wall of the chamber slidingly close, against pressed the hollow thorn-like cone. As a result, the reservoir is opened and the reaction solution released. By further pressing the punch in the direction of the thorn-like Spitzke gels, the reaction solution in pressed the measuring chamber. This can be done manually or automatically.
Die Messkassette kann eine Einweg-Kassette sein, wobei nach Konditionierung und Einlegen des Low-Density Biochips in die Messkammer der Messkassette, die Messkassette versiegelt wurde. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Messkammer mit dem Low Density Biochip verschlossen. Hierzu wird der Low Density Biochip mit den funktionalisierten Reaktionsarealen auf Messkammer wie ein Deckel aufgelegt und der Biochip anschließend fest und luft- und feuchtigkeitsundurchlässig mit dem Messkassettengehäuse verbunden. Vorteilhaft ist hieran, dass die Messkassette nur aus einem Formteil und einem Biochip besteht, und nicht aus zwei Formteilen, die den Biochip umhüllen. Dies senkt Kosten in der Herstellung der Formteile und vereinfacht den Zusammenbau der Messkassette.The Measuring cassette may be a disposable cassette, after conditioning and inserting the low-density biochip into the measuring chamber of the measuring cassette, the measuring cassette was sealed. In a preferred embodiment the measuring chamber is closed with the Low Density Biochip. For this becomes the Low Density Biochip with the functionalized reaction areas placed on the measuring chamber like a lid and the biochip then fixed and air and moisture impermeable connected to the measuring cassette housing. The advantage of this is that the measuring cassette only from a molded part and a biochip, and not two moldings containing the Cover the biochip. This reduces costs in the production of moldings and simplifies the assembly of the measuring cassette.
Der Low Density Biochip kann für den Nachweis oder Bestimmung von Biomolekülen ausgewählt aus der Gruppe „Mykotoxine, Eicosanoide, Lungenmarker, Anti-IgE-IgE" hergerichtet sein. Das Prinzip der Messkassette ist jedoch auf alle Nachweise von Biomolekülen in einem Assay übertragbar und soll hier nicht auf die genannten Nachweise begrenzt sein.Of the Low Density Biochip can for the detection or determination of biomolecules selected from the group "mycotoxins, Eicosanoids, lung markers, anti-IgE IgE " However, measuring cassette is all evidence of biomolecules in one Assay transferable and should not be limited to the above proofs.
Der Low Density Biochip kann für den gleichzeitigen Nachweis von verschiedenen Biomolekülen hergerichtet sein, wobei die Reaktionsareale eines Low Density Biochips unterschiedlich funktionalisiert sind. Somit ist es möglich mehrere Biomoleküle einer Probe mit einem Biochip nachzuweisen, beispielsweise diverse Mycotoxine enthaltend in einer Getreideprobe.Of the Low Density Biochip can for prepared for the simultaneous detection of different biomolecules be, with the reaction areas of a low density biochip different functionalized. Thus, it is possible to have several biomolecules of a sample detect with a biochip, for example, various mycotoxins containing in a cereal sample.
Durch unterschiedliche Konzentrationen der Nachweismoleküle auf den Spots kann zusätzlich erreicht werden, dass der Biochip einen extrem weiten Messbereich abdecken kann. Das ist insbesondere dafür sinnvoll, bei unbekannten Proben mit sehr niedriger bzw. sehr hoher Konzentration des Analyten eine Analyse durchführen zu können, ohne eine neue Kalibrierkurve aufnehmen zu müssen.By different concentrations of the detection molecules on the Spots may additionally be achieved that the biochip an extremely wide measuring range can cover. This is especially useful for unknown Samples with very low or very high concentration of the analyte Perform analysis to be able to without having to record a new calibration curve.
Vorzugsweise ist die Messkassette mit einer Speichereinheit und/oder Ausleseeinheit enthaltend codierte Information, vorzugsweise eine oder mehrere Informationen ausgewählt aus der Gruppe „Art und Konditionierung des Biochips, Nachweisreaktion, Chargennummer, Programm zur Steuerung der Nachweisreaktion, gebrauchte Messkassette, neue Messkassette, Sicherheitscode", ausgestattet. Die Speicher- und/oder Ausleseeinheit kann dabei ein Barcode oder ein Speicherchip sein. Darüber hinaus sind alle weiteren Systeme zur Abfrage und Überprüfung von gespeicherten codierten Informationen einsetzbar.Preferably, the measuring cassette with a storage unit and / or read-out unit containing encoded information, preferably one or more information selected from the group "type and conditioning of the biochip, detection reaction, Batch number, program for controlling the detection reaction, used measuring cassette, new measuring cassette, security code. "The storage and / or readout unit can be a barcode or a memory chip in addition, all other systems can be used to query and check stored coded information ,
Vorteilhaft an der erfinderischen Messkassette ist, dass der eingesetzte Low Density Biochip geschützt vor Umwelteinflüssen oder mechanischen wie chemischen Einflüssen in der Messkassette eingeschlossen ist. Dies erleichtert die Handhabung der empfindlichen Biochips in der Anwendung erheblich. Durch die abgeschlossene Atmosphäre in der Messkassette kann diese auch über längere Zeit gelagert werden, ohne dass der Biochip an Funktionalität verliert. Somit können Messkassetten auf Vorrat hergestellt werden. Ebenso können die Reaktionslösung und Messkassette nach Maßgabe ihrer notwendigen Lagerbedingungen getrennt voneinander aufbewahrt werden und müssen erst kurz vor Gebrauch zusammengesetzt werden. Die Messkassette ist unter geringen Herstellungskosten einfach herzustellen.Advantageous on the inventive measuring cassette is that the low used Density biochip protected before environmental influences or mechanical or chemical influences in the measuring cassette is. This facilitates the handling of sensitive biochips considerably in use. By the enclosed atmosphere in the Measuring cassette can also over this longer Be stored without the Biochip loses functionality. Thus, you can Cassettes are made in stock. Likewise, the Reaction solution and Measuring cassette according to specification their necessary storage conditions are kept separate from each other and must be assembled just before use. The measuring cassette is easy to manufacture with low production costs.
Ein Austrocknen des Low Density Biochip vor der Erfassung der Messdaten, wie es bei den bekannten offenen Biochips auftreten kann, führt zwangsläufig zu einer Verfälschung der Messergebnisse. Dies kann bei der erfinderischen Messkassette nicht auftreten, da sich der Biochip in der Messkassette während und nach der Nachweisreaktion in seiner eigenen abgeschlossenen und optimierten Atmosphäre befindet und aufgrund der Versiegelung der Messkassette nicht austrocknen kann.One Drying out the low density biochip before acquiring the measurement data, as it can occur in the known open biochips, inevitably leads to a falsification the measurement results. This can not be done with the inventive measuring cassette occur because the biochip in the measuring cassette while and after the detection reaction in its own completed and optimized atmosphere and does not dry out due to the sealing of the measuring cassette can.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:below the invention is explained in more detail with reference to an embodiment:
Die
Die
Messkassette
Die
Nachweisreaktionsführungseinheit
Nach
Beendigung der Nachweisreaktion wird die Messkassette
Das
von der CCD-Kamera erstellte digitale Bild sowie die ermittelten
Nullpunktswerte der einzelnen Reaktionsareale werden über das
Datenverbindungskabel
Die
Hinter
der Messkammer
Die
- 11
- NachweisreaktionsführungseinheitProof reaction unit
- 22
- Behälter für HilfslösungContainer for auxiliary solution
- 33
- Behälter zur Aufnahme von AbfalllösungenContainer for Inclusion of waste solutions
- 44
- Zuleitungsupply
- 55
- Ableitungderivation
- 66
- Messeinheitmeasuring unit
- 77
- CCD-KameraCCD camera
- 88th
- Einschub/Aufnahmebereich für MesskassetteTray / reception area for measuring cassette
- 99
- Messkassettemeasuring tape
- 1010
- Beleuchtunglighting
- 1111
- DatenübertragungskabelData transmission cable
- 1212
- DatenübertragungskabelData transmission cable
- 1313
- Auswerteeinheitevaluation
- 1414
- Low Density Biochiplow Density biochip
- 1515
- Einführungsöffnung für die ProbeIntroduction opening for the sample
- 1616
- Probesample
- 1717
- abc Aufnahmebereiche für MesskassettenABC Recording areas for measuring tapes
- 1818
- Anschlüsseconnections
- 1919
- lichtdurchlässiges Messkassettengehäusetranslucent measuring cassette housing
- 2020
- Messkammermeasuring chamber
- 2121
- ÜberlaufkammerOverflow chamber
- 2222
- Probenzufuhrsample supply
- 2323
- Probenfiltersample filter
- 2424
- Probenleitungsample line
- 2525
- Kammer für Vorratsbehälterchamber for storage tank
- 2626
- Vorratsbehälterreservoir
- 2727
- Aktivierungsstempelactivation stamp
- 2828
- Zuleitungsanschlusssupply connection
- 2929
- Ableitungsanschlussexhaust port
- 3030
- Mischeinrichtungmixing device
- 3131
- gasdurchlässige Dichtunggas permeable seal
- 3232
- digitales Bild des Low Density Biochipsdigital Image of the Low Density Biochip
- 3333
- MessergebnisseMeasurement results
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200720007706 DE202007007706U1 (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | Measuring device for the quantitative photometric detection of biomolecules in the low density range (low-density biochips) |
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---|---|
DE202007007706U1 true DE202007007706U1 (en) | 2007-09-20 |
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DE200720007706 Expired - Lifetime DE202007007706U1 (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | Measuring device for the quantitative photometric detection of biomolecules in the low density range (low-density biochips) |
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DE (1) | DE202007007706U1 (en) |
-
2007
- 2007-05-30 DE DE200720007706 patent/DE202007007706U1/en not_active Expired - Lifetime
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