DE60120829T2

DE60120829T2 - Bodenabfluss für Filtermembran

Info

Publication number: DE60120829T2
Application number: DE60120829T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey S. Billerica Busnach; Brian Westford Foley; Phillip Wakefield Clark; Joseph E. Arlington Gabriels
Original assignee: Millipore Corp
Current assignee: EMD Millipore Corp
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2021-04-24
Also published as: US6893562B2; JP4092085B2; US6989099B2; EP1151794B1; JP2002040016A; DE60120829D1; ES2266118T3; EP1151794A3; EP1151794A2; US7112281B2; US20050145581A1; US20060131237A1; US20030132162A1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Testplatten für chemische oder biochemische Analysen, die mehrere einzelne Wells (Kammern) oder Reaktionskammern aufweisen, sind weit verbreitete Laborgeräte. Derartige Vorrichtungen werden für vielerlei Zwecke und Untersuchungen eingesetzt und werden beispielsweise in US-Patentschrift 4,734,192 und 5,009,780 beschrieben. Mikroporöse Membranfilter und Filtervorrichtungen, die derartige Vorrichtungen enthalten, haben sich bei vielen der jüngst entwickelten Verfahren und Untersuchungen von Zell- und Gewebekulturen als besonders nützlich gezeigt, hier vor allem in den Bereichen Virologie und Immunologie. Multiwell-Platten, die in Untersuchungen verwendet werden, nutzen oft ein Vakuum an der Unterseite der Membran, um dafür zu sorgen, dass die Flüssigkeit durch die Membran fließt.
Für gewöhnlich wird eine 96-Well-Filterplatte zur gleichzeitigen Durchführung mehrerer Untersuchungen verwendet. Bei Multiwell-Produkten ist eine effektive Abwicklung von Flüssigkeitssammlung, -entfernung und -gewinnung erforderlich. Besonders für Applikationen mit einem hohen Durchsatz, wie DNS-Sequenzierung, Aufreinigung von PCR-Produkten, Plasmidherstellung, Drogenscreening und Probenbindung und -elution, sind Produkte erforderlich, die zuverlässig und effektiv sind. Befinden sich Tröpfchen länger als notwendig in der Nähe der gereinigten Probe, kann das eine schädliche Wirkung nach sich ziehen, unter anderem eine Kontaminierung der gereinigten Probe.
Eine der von der Millipore Corporation gewerblich erhältlichen Filtervorrichtungen nennt sich „MultiScreen" und ist eine 96-Well-Filterplatte, die mit adsorptiven Materialien, Filterstoffen oder -partikeln beladen werden kann. Der MultiScreen-Ablauf wurde mit einem phobischen Spray behandelt, um die Freigabe von Tröpfchen zu erleichtern.
Genauer gesagt weist MultiScreen ein Ablaufsystem mit einem Ablaufröhrchen für die Filtratsammlung auf. Dieses Ablaufröhrchen leitet die Tröpfchen nicht nur an einen bestimmten Ort, sondern kontrolliert auch die Größe der Tropfen. Fehlt das Ablaufsystem, bilden sich an der gesamten Unterseite der Membran sehr große Tropfen. Das Tropfenvolumen ohne ein derartiges Ablaufsystem kann viel größer werden, als jenes mit einem derartigen Ablaufsystem. Das Ablaufröhrchen ist hydrophobisch behandelt, um die Tröpfchenfreigabe für die quantitative Sammlung zu verbessern.
Es wäre daher wünschenswert, ein effektives Hilfsmittel zur Flüssigkeitssammlung in Probenaufbereitungsvorrichtungen, wie beispielsweise Multiwell-Arrays, bereitzustellen.
Es wäre ferner wünschenswert, ein effektives Hilfsmittel zur Entfernung von Filtrattröpfchen von der Unterseite einer Membran ohne zusätzlich erforderliches Ablaufsystem bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung versteht sich gemäß den Patentansprüchen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Flüssigkeitsentfernung von der unteren Seite einer Membran oder Well, wie beispielsweise eine Well einer Multiwell-Platte. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Dochtstruktur, die Flüssigkeitströpfchen von einer Membran oder Well, vorzugsweise mehreren Wells, wegleitet. In der bevorzugten Ausführungsart befindet sich die Dochtstruktur in einer Vakuumverteilervorrichtung nahe der Unterseite der Membran, bzw. kann sie in die Verteilervorrichtung integriert sein.
Da die Filtrattröpfchen durch die vorhandene Dochtstruktur unterhalb der unteren Seite der Membran effektiv entfernt werden, werden Schmutzstoffe in diesen Tröpfchen von der Membran weggeleitet, und die Wahrscheinlichkeit, dass die Probe erneut durch beispielsweise Diffusion oder Osmose kontaminiert wird, verringert sich. Eine Kontaminierung von zugehörigen Geräten, wie beispielsweise der automatische Träger, auf dem die Proben bearbeitet werden, wird ebenfalls unwahrscheinlicher bzw. ist auszuschließen. Ferner werden durch eine Dochtstruktur aufeinander folgende Probenauswaschungen auf der oberen Seite der Membran wirkungsvoller, da Schmutzstoffe von der Unterseite der Membran weggeleitet werden. Die Dochtstruktur wird vorzugsweise verwendet, wenn eine quantitative Filtratsammlung nicht erwünscht ist.
Im Folgenden werden nun an Hand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsarten der Erfindung ausschließlich beispielhaft beschrieben, wobei
1a eine schematische Sicht einer herkömmlichen Multiwell-Platte und einer Verteilervorrichtung nach der Filtration ist;
1b eine schematische Sicht einer Multiwell-Platte und einer Verteilervorrichtung mit einer Dochtmatrix während der Filtration ist, die nicht der Erfindung entspricht, jedoch zu ihrem Verständnis beiträgt;
1c eine schematische Sicht der Multiwell-Platte und der Verteilervorrichtung mit einer Dochtmatrix gemäß Figur
1b nach der Filtration ist.
2a eine schematische Sicht einer Multiwell-Platte und einer Verteilervorrichtung während der Filtration gemäß der Erfindung ist, wobei der Docht in die Verteilervorrichtung integriert ist; und
2b eine schematische Sicht der Multiwell-Platte und der Verteilervorrichtung gemäß 2a nach der Filtration ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wir wenden uns zunächst 1a zu, die eine herkömmliche Platte und eine Verteilervorrichtung zeigt. Die Platte 10 weist mehrere Wells 12 auf, an die eine Membran 11 z.B. durch Heißsiegeln, Versiegeln mit Ultraschall, Lösemitteln, Klebstoffen oder durch Diffusionskontaktierung usw. dicht gebunden ist. Für die Art von geeigneter Membran gibt es keine besonderen Einschränkungen, und es kann sich um mikroporöse Membranen aus Nitrozellulose, Zelluloseacetat, Polycarbonat, Polypropylen und Polyvinylidenfluourid oder Ultrafiltrationsmembranen, wie jene aus Polysulfon, Polyvinylidenflourid, Zellulose oder ähnlichem handeln. Es kann eine einfache Membran verwendet werden oder, wenn die Probenaufbereitungsvorrichtung mehrere Wells aufweist, kann jede Well ihre eigene Membran aufweisen oder damit in Verbindung stehen, die der Membran, die mit einer oder mehreren der anderen Wells in Verbindung steht, entsprechen kann oder davon verschieden ist. Die Platte 10 ist mit einer Verteilervorrichtung 15 verbunden, die einen Auffangbehälter zur Sammlung des Filtrats 14 aufweist. Die antreibende Quelle für die Filtration kann eine Vakuumquelle (nicht dargestellt) sein, die über Kanal 16 verbunden ist. Eine Überdruckquelle (nicht dargestellt) könnte ebenfalls als antreibende Quelle verwendet werden und würde an dem Flüssigkeitsboden über dem Filter angebracht werden.
Es wird ein Flüssigkeitströpfchen 17 dargestellt, das sich von der Membran 11 aus erstreckt. Die Entfernung dieses Flüssigkeitströpfchens 17 von der unteren Seite der Membran 11 soll die Kontaminierung weiterer Proben in dem Array sowie die Kontaminierung des automatischen Trägers, auf dem die Proben bearbeitet werden, verhindern.
In 1b wird eine ähnliche Vorrichtung mit einer Dochtstruktur 20 dargestellt. Die Vorrichtung wird während des Filtrationsprozesses dargestellt. Daher befindet sich die zu filternde Probe 21 in den Wells 21' und fließt auf Grund der Gravitationskraft, einer Überdruckquelle und/oder einer Vakuumquelle in Verbindung mit Kanal 16' durch die Membran 11'. Während sich ein Flüssigkeitströpfchen 17' des Filtrats bildet, hat es Kontakt mit der Dochtstruktur 20 und wird von der Dochtstruktur 20 abgezogen. Der Kontakt mit der unteren Seite der Membran 11' wird also gelöst. Das Filtrat wird dann für gewöhnlich abgetrennt.
1c zeigt die Vorrichtung von 1b nach Abschluss der Filtration. Nur wenige Tröpfchen, wenn überhaupt, bleiben an der Membran 11' zurück. Das Filtrat 14' tropft von der Dochtstruktur 20 oder wird durch das Vakuum davon abgezogen und gelangt in die Filtratkammer, wo es je nach Anwendung abgetrennt oder wieder verwendet werden kann.
Die Dochtstruktur 20 ist eine Leitvorrichtung für die von der Membran abzuziehende und wegzuleitende Flüssigkeit. In einer bevorzugten Ausführungsart besteht die Dochtstruktur 20 aus einem Absorptionsmaterial oder einer Absorptionsmatrix, wie beispielsweise absorbierendes elastomeres Material, Zellulose- oder Kunststoffmaterial, einschließlich Papier- und Fließstoffe. Ein besonders geeignetes Material ist Scotch Brite^TM. Die Dochtstruktur 20 kann auch ein nicht absorbierendes Material sein, wie beispielsweise eine Metallrippe, die sich unterhalb der Membran befindet. Die Struktur 20 kann dauerhaft in der Vorrichtung befestigt sein, oder zur Reinigung und Wiederverwendung oder zum Auswaschen herausgenommen werden, oder es kann sich um eine Einwegstruktur handeln. Die Dochtstruktur 20 kann des Weiteren aus Schichten aus demselben Material oder verschiedenen Absorptionsmaterialien bestehen.
An Stellen, an denen die Dochtstruktur oder -matrix 20 nicht mit der Membranoberfläche in Kontakt steht, muss der Abstand zwischen der Dochtstruktur 20 und der Membran 11' ausreichend klein sein, um einen Kontakt zwischen den Filtrattröpfchen, die durch die Membran 11' fließen, und der Struktur 20 zu ermöglichen. Fachleuten wird es problemlos möglich sein, die Dochtstruktur 20 an eine geeignete Stelle zu positionieren, teilweise abhängig von dem verwendeten Probenvolumen und der Oberflächenspannung dieser Probe. In Anwendungen wie PCR, bei denen das gesamte Arrayvolumen sehr klein ist (10–100 μm), müssen die Dochtstruktur 20 und die Unterseite der Membran 11' beispielsweise nahe beieinander stehen, so dass sich sogar die kleinsten Volumen von der Membran 11' lösen. Ein geeigneter Abstand für diese Anwendung ist 0,5 mm, da hier gewährleistet ist, dass keine Kontaminanten migrieren, da die Flüssigkeit vorzugsweise in die Struktur 20 abgezogen wird, wobei ein Abstand, der sich mit Luft füllt, zurückgelassen wird. In einigen Anwendungen kann die Struktur 20 in Verbindung mit der Membran 11' stehen, was einem Abstand von Null entspricht.
Für den Aufbau der Dochtstruktur gibt es keine besonderen Einschränkungen. In 2A wird eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Dochtstruktur 20' ein Array beabstandeter Rippen 30 umfasst, die sich in der Auffangkammer der Verteilervorrichtung 15' befinden. Die Rippen 30 erstrecken sich von der Membran aus in Richtung Auffangkammer und können wie dargestellt an ihrem losen Ende spitz zulaufen. Die Rippen 30 stehen in Kontakt mit den Tröpfchen 17' der Flüssigkeit und leiten sie von der Membran 11' weg in die Auffangkammer (als Filtrat 14'), wie in 2B dargestellt. Vorzugsweise sind die Rippen 30 jeweils unterhalb der Mitte einer Well 12 angebracht und besitzen eine Tiefe von jeweils 1 mm.
Um die Übergabe des Filtrattröpfchens von der Oberfläche der Membran 11' an die Dochtstruktur 20, 20' zu erleichtern, kann die Membran 11' so behandelt werden, dass sie hydrophob ist, zum Beispiel durch Behandlung mit einem hydrophoben Stoff, wie einem Spray oder ähnlichem. Dies unterstützt die Trennung der Tröpfchen voneinander, wodurch ein beständigerer Kontaktpunkt mit dem Träger entsteht, und eine Freigabe der Tröpfchen an die hydrophilere Oberfläche der Dochtstruktur 20, 20' erreicht wird, was dazu führt, dass weniger Rückstand an der Membran bleibt.
Ungeachtet der speziellen verwendeten Dochtstruktur, werden durch die Dochtstruktur der vorliegenden Erfindung Tröpfchen, die aus mehreren Probenwells gebildet werden, in eine einzige oder gemeinsame Auffangkammer geleitet. Eine Trennung der Tröpfchen, die sich aus den einzelnen Wells bilden, und damit ein quantitatives Auffangen des Filtrats, ist nicht erforderlich. Tröpfchen aus allen Wells können zusammengeführt und gemeinsam aufgefangen werden. Der besondere Aufbau der gemeinsamen Auffangkammer hat keine besonderen Einschränkungen.

Claims

Probenaufbereitungsvorrichtung zur Aufbereitung einer Flüssigprobe mit mehreren Probenbehältern (12), einer Filtratauffangkammer, einer Membran (11) zwischen jedem der mehreren Probenbehälter und der genannten Filtratauffangkammer, und einer Dochtstruktur, die mehrere beabstandete Rippen, die sich in Richtung der Membran erstrecken, und/oder ein Absorbens für die Flüssigprobe umfasst, und die mit der Auffangkammer verbunden ist, um Tröpfchen, die sich an der Membran dadurch bilden, dass die Flüssigprobe von den mehreren Probenbehältern durch die Membran fließt, zu entfernen und/oder zu absorbieren.
Probenaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Membran eine Oberfläche aufweist, die wasserabweisend ist.
Probenaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die genannte Dochtstruktur mit der Membran verbunden ist.
Probenaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Membran eine erste Seite aufweist, die dem Probenbehälter zugewandt ist, und eine zweite Seite, die der Filtratauffangkammer zugewandt ist, und wobei sich der Docht in einem Abstand zur zweiten Seite der Membran befindet.
Probenaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei sich der Docht in einem festen Abstand, wahlweise einem Abstand von kleiner als 5 mm, zur zweiten Seite der Membran befindet.
Probenaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Docht mehrere Stifte aufweist.
Probenaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Vakuumverteilervorrichtung, die mit jedem der Behälter verbunden ist und die Flüssigprobe durch die Membran in jeden der Probenbehälter führt, um so entsprechende Probenfiltrate zu bilden, die auf der Membranoberfläche Filtrattröpfchen formen; wobei sich die Dochtstruktur in der Vakuumverteilervorrichtung befindet, um die Filtrattröpfchen in eine gemeinsame Auffangkammer zu leiten.
Verfahren für das Filtern einer Flüssigprobe, die sich in mehreren Probenbehältern befindet, das bewirkt, dass die Probe eine Membran durchdringt, die sich am Boden der mehreren Probenbehälter befindet, um mehrere entsprechende Filtrate zu bilden, wobei die Membran eine Membranoberfläche aufweist und jedes der mehreren entsprechenden Filtrate mindestens ein Tröpfchen auf der Membranoberfläche ausbildet; das jedes der mindestens ein Tröpfchen von der Membranoberfläche in eine Auffangkammer leitet, indem das Tröpfchen von mindestens einer Rippe, die sich in Richtung der Membran befindet, entfernt wird oder, indem das Tröpfchen durch ein Absorbens für die Flüssigprobe von der Membranoberfläche absorbiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das des Weiteren die Bereitstellung einer Auffangkammer für die mehreren Filtrate und die Bereitstellung von Mitteln in der Auffangkammer für die Ableitung des mindestens einen Tröpfchens von der Membranoberfläche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei jedes der mindestens ein Tröpfchen durch mehrere Stifte von der Membran abgeleitet wird.