DE69719782T2

DE69719782T2 - Vorrichtung und verfahren zum durchfuehren von assays

Info

Publication number: DE69719782T2
Application number: DE69719782T
Authority: DE
Inventors: Francis John GORDON
Original assignee: Burstein Technologies Inc
Current assignee: Nagaoka Co Ltd; Burstein Technologies Inc
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: EP1188482A3; IL130042A0; GB9620934D0; EP0938382B1; US7387898B1; ATE234154T1; CN1239905A; CN1108874C; DE69719782D1; NZ335863A; WO1998015356A1; AU4564297A; EP1188482A2; EP0938382A1; US20090068064A1; AU724660B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung von Assays, und insbesondere Multiwell-Plattenstrukturen, die in einzelnen Vertiefungen Flüssigkeitsvolumina aufnehmen und halten, chemische oder biochemische Assays durchzuführen. Multiwell-Tabletts oder -Platten mit einer zweidimensionalen Anordnung von kleinen Vertiefungen werden allgemein in Medizin und Wissenschaft verwendet, um die Untersuchung von flüssigen Analyten zu erleichtern. Ein spezielles Anwendungsgebiet sind Blutuntersuchungen, bzw. Blood Screening, wo Blut oder Blutprodukte in die Vertiefungen eingebracht werden, um sie auf Viren, wie HIV, Hepatitis usw. zu untersuchen.
Diese Tests (Immunoassays) beinhalten typischerweise eine Antigen-Antikörper-Wechselwirkung, wo die Oberflächen der Vertiefungen selbst mit spezifischen Antigenen bedeckt sind. Durch diesen Versuch werden zirkulierende Antikörper für das spezifische Antigen nachgewiesen. Alternativ dazu können die Vertiefungen auch mit einem spezifischen Antikörper bedeckt werden, der ein zirkulierendes Antigen bindet, das seinerseits durch einen zweiten Antikörper identifiziert wird, der gegen ein zweites Epitop auf dem gebundenen Antigen gerichtet ist. Diese beiden Versuche stellen lediglich zwei aus einer großen Zahl von Varianten dar, die für Immunoassays entwickelt wurden (siehe Principles and Practice of Immunoassay, Price & Newman 1997, ISBN 1-56159-145-0).
In einem Immuoassay müssen Proben aufgebracht werden, und in den meisten Fällen müssen anschließend Reagentien oder Waschpufferlösungen zugegeben werden. Typischerweise läßt man Blut oder ein Blutprodukt auf die Vertiefung einwirken, dann wird die Vertiefung sauber ausgespült und ein weiterer Reaktant, der sich entweder an die exponierten Antikörper oder an die gebundenen Antigene bindet, wird in die Vertiefungen eingeführt, um eine beobachtbare Reaktion hervorzurufen. Diese Reaktionen können eine Verfärbung oder eine andere sichtbare Veränderung hervorrufen. Dadurch können die Vertiefungen, die spezifische Antigen-Antikörper- Reaktionen enthalten, identifiziert werden, und das Maß dieser Reaktionen kann quantifiziert werden.
Häufig ist es notwendig, jede Vertiefung einer Multiwell-Platte mit einem genau festgelegten Analytvolumen zu füllen. Dies wird normalerweise unter Verwendung von Pipetten mit einem oder mehreren Pipettierköpfen erreicht. Diese Vorgehensweise ist jedoch häufig zeitaufwendig und kann, besonders wenn eine große Zahl von Vertiefungen befüllt werden müssen, dazu führen, daß einige Vertiefungen übersehen werden.
Unter bestimmten Umständen ist es notwendig, daß sich die Vertiefungen einer Platte in einem im wesentlichen geschlossenen Behälter befinden, z. B. um die Gefahr einer Verunreinigung der Vertiefungen und des Auslaufens von kontaminiertem Material zu vermeiden. Mit solchen Platten kann es schwierig oder unmöglich sein, die Vertiefungen zu erreichen, damit sie unter Verwendung einer Mikropipette befüllt werden können.
Es ist Augabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten Multiwell-Platten zu überwinden oder wenigstens zu mildern.
Dies wird durch Bereitstellen einer Multiwell-Assayplattenstruktur erreicht, die einen relativ flachen, im wesentlichen abgeschlossenen Raum über einer Vielzahl von Vertiefungen definiert, wobei dieser abgeschlosse Raum einen Einlaß sowie einen vom Einlaß getrennten Auslaß aufweist. Ein Fluid, das durch den Einlaß eingeführt wird, strömt in den Raum und bedeckt die Vertiefungen, indem es die Luft verdrängt. Nach Entfernen des Fluids aus dem Raum durch den Einlaß oder den Auslaß bleibt Fluid in den Vertiefungen zurück, und man kann verschiedene Tests durchführen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Multiwell-Assayplattenstruktur bereitgestellt, die eine obere Fläche sowie in geringem Abstand zu dieser eine gegenüberliegende untere Fläche aufweist, die zwischen sich einen relativ flachen Raum definieren, wobei die untere Fläche eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, sowie mindestens zwei voneinander beabstandete Öffnungen, die einen Zugang von außen zu diesem Raum ermöglichen, wobei ein Fluid, das durch eine dieser Öffnungen in den Raum eingeführt wird, diesen Raum im Wesentlichen ausfüllt und sämtliche Vertiefungen bedeckt, wobei die Vertiefungen so proportioniert und dimensioniert sind, daß das Fluid, wenn es anschließend aus der gleichen oder der anderen Öffnung entnommen wird, die Vertiefungen im Wesentlichen mit Flüssigkeit gefüllt zurückläßt, und wobei der Abstand zwischen den oberen und der unteren Fläche ausreichend gering ist, um den Fluidstrom in dem Raum durch Kapillarwirkung zu unterstützen.
Vorzugsweise ist die Kammer flach genug, damit Fluid die Vertiefungen und die Kammer füllen kann. Die Vertiefungen sind tief genug, um nach der Entfernung des Fluids aus dem Raum über den Vertiefungen ein Fluidvolumen zurückzuhalten.
Die Plattenstruktur kann beliebig geformt sein, ist jedoch vorzugsweise sektorförmig mit einem abnehmbaren Griff am längeren Bogenabschnitt, um die Anordnung des Sektors auf einem Teller zu erleichtern. Günstigerweise werden eine Vielzahl von sektorförmigen Strukturen auf dem Teller angeordnet.
Günstigerweise bestehen die Sektoren und Teller außerdem aus Kunststoff, und die Sektoren können in die Teller eingeschnappt werden. Die Sektoren und der Teller umfassen Nut- und Federabschnitte, um ein Einschnappen der Sektoren nur in der richtigen Position zu erlauben.
Alternativ dazu kann ein Teller mit einer Vielzahl von separaten Abschnitten hergestellt werden oder kann in einem Stück geformt werden und nicht als Einschnapp-Sektoren.
Die zusammengesetzte Struktur kann auf eine CD eingeschanppt werden.
Die Plattenstrukturen können eine umlaufende Ablaufrinne aufweisen, um das Auffangen von Fluid im Anschluß an das Einführen/Entfernen von Fluid in die Kammer bzw. aus der Kammer zu ermöglichen.
Die Vertiefungen sind so dimensioniert und weisen solche Proportionen auf, was Durchmesser und Tiefe betrifft, daß sie während des Tests Fluid, das den Analyten enthält, oder einen Teil des Reaktionsmittels aufnehmen und halten können. Die genauen Abmessungen sind Ermessenssache und hängen von einer Reihe von Parametern ab, wie der Art des Materials der Oberflächen der Kammer und der Vertiefungen; der Viskosität des Fluids und der Tiefe (Höhe) des Raums zwischen der ersten und der zweiten Fläche.
Günstigerweise ist die Struktur so dimensioniert, daß die Vertiefungen so weit gefüllt werden, daß sie genügend Fluid zurückhalten, wenn der Raum geflutet und geleert wird, um eine meßbare Reaktion in den einzelnen Vertiefungen zu ermöglichen, ohne daß die benachbarten Vertiefungen dazu beitragen. Das allgemeine Verfahren der aufeinanderfolgenden Schritte des Flutens und Füllens ist insofern vorteilhaft, als es sowohl getrennte Messungen innerhalb von individuellen Vertiefungen erlaubt, wenn sie gefüllt sind, als auch ein wirksames Spülen einer Anordnung von Vertiefungen (Fluten), was in Mehrschittverfahren, beispielsweise Immunoassays, von Vorteil ist, wo das aufeinanderfolgende Aufbringen von Reagentien zwischen gründlichen Spülschritten erforderlich ist. Dadurch können die Vertiefungen auf die gleiche Weise gereinigt oder gespült werden wie sie gefüllt werden, wodurch aufeinanderfolgende Tests in einer bestimmten Vertiefung durchgeführt werden können, und gleichzeitig eine gegenseitige Verunreinigung zwischen benachbarten Vertiefungen vermieden werden kann.
Die Struktur besteht vorzugsweise aus transparentem oder anderweitig optisch durchlässigem Kunststoff, um ein Ablesen der Vertiefungen für die Bestimmung der Testergebnisse zu erleichtern. Günstigerweise ist an die Struktur eine automatische Fluidhandhabungs-Vorrichtung und eine optische Bewertungsvorrichtung für die Reaktionsergebnisse angeschlossen. Alternativ dazu kann die Fluidhandhabung manuell gesteuert werden, und die Ergebnisse der Reaktionen innerhalb der Struktur können anhand eines optischen Lesegeräts oder durch visuelle Beurteilung bestimmt werden.
Das Fluidvolumen, das in jede Vertiefung eingeführt wird, wenn die Struktur der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird im wesentlichen vom Volumen der Vertiefung bestimmt. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit, mit der die Vertiefungen gefüllt werden können, wird daher von der Genauigkeit und Zuverlässigkeit definiert, mit der die Vertiefungen hergestellt werden können, wobei diese im allgemeinen hoch ist. Außerdem können die Vielzahl von Vertiefungen mit einer einzigen Injektion oder einer einzigen Entziehung des Fluids durch eine Öffnung im Raum, der die Vertiefungen enthält, gefüllt werden, so daß die Vertiefungen äußerst schnell gefüllt werden können.
Die Struktur der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Befüllung einer Vielzahl von Vertiefungen in einer im wesentlichen geschlossenen Kammer, wobei die einzigen Öffnungen zu diesem Behälter die Fluid-Einspritzöffnung und eine zweite „Entlüftungsöffnung" sind.
Die Struktur der vorliegenden Erfindung vereinfacht das Verfahren des Reinigens oder Spülens von zuvor gefüllten Vertiefungen, da dies durch wiederholtes Einspritzen und Abziehen von Fluid durch eine dieser Öffnungen vorgenommen werden kann.
Günstigerweise ist der Abstand zwischen der oberen und der unteren Fläche ausreichend gering, um den Fluidstrom in dem Raum durch Kapillarwirkung oder ein kapillarähnliche Wirkung zu unterstützen. Typischerweise beträgt der Abstand weniger als 1 mm und vorzugsweise weniger als 0,5 mm.
Vorzugsweise sind die obere und die untere Fläche im wesentlichen plan.
Die Vertiefungen können geeignete Abmessungen aufweisen. Beispielsweise können die Vertiefungen in der unteren Fläche durch kreisrunde Blindlöcher mit einem halbkreisförmigen Abschluß vorgesehen sein. Alternativ dazu können die Vertiefungen im Wesentlichen gerade Seitenwände aufweisen, z. B. so, daß die Seitenwände im Wesentlichen vertikal verlaufen und einen flachen Boden abschließen. Vertikale Seitenwände unterstützen die Vermeidung der Übertragung von Fluid zwischen benachbarten Vertiefungen.
Die Flächen können jeweils durch obere und untere Platten bereitgestellt werden, die durch eine oder mehrere Abstandhalterwände getrennt sind.
Vorzugsweise ist die Öffnung, durch die Fluid in den Raum eingeführt wird, entweder in der oberen oder in der unteren Fläche bereitgestellt und stärker bevorzugt in der oberen Fläche. Die zusätzliche Öffnung kann in der oberen oder der unteren Fläche oder in einer seitlichen Fläche bereitgestellt sein.
Vorzugsweise umfaßt die Öffnung zur Einführung eines Fluids eine relativ kleine Öffnung, die so ausgelegt ist, daß sie das Ende einer Spritze oder einer ähnlichen Flüssigkeits-Injektionsvorrichtung aufnimmt, wo die Öffnung einen im wesentlichen luftdichten Abschluß um das Ende bildet.
Vorzugsweise wird die untere Fläche des Behälters behandelt, um die Hydrophobizität und damit ein ungehindertes Strömen der Flüssigkeit über den Sektor zu erleichtern, sowie die Hydrophilie zu erhöhen, damit die Flüssigkeit leichter an den gewünschten Ort, z. B. die Vertiefungen, gelangen kann. Das trägt zur Vermeidung von Lufteinschlüssen im Raum bei und unterstützt die Befüllung der Vertiefungen. Die Behandlung kann beispielsweise das Einwirken lassen eines Benetzungsmittels, z. B. Poly-1-lysin, auf die Oberfläche oder das Einwirken lassen von Gasplasma auf die Oberfläche umfassen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Multiwell-Struktur als Teller ausgeführt. Der Teller umfaßt wirksam obere und untere kreisförmige Platten, deren Innenflächen jeweils die einander gegenüberliegenden oberen und unteren Flächen definieren. Vorzugsweise besteht die Öffnung zur Einführung von Flüssigkeit in den Raum aus einem Loch durch die obere kreisförmige Platte. Vorzugsweise ist die zweite Öffnung am umlaufenden Rand der Platte vorgesehen. Der Raum zwischen der oberen und unteren Platte ist durch eine oder mehrere Trennwände unterteilt, um eine Vielzahl von Multiwell-Platten bereitzustellen, in welchem Fall jeder Raum mit einer Öffnung und einer Entlüftung ausgestattet ist, damit jeder Raum unabhängig befüllt werden kann. Die Trennwände können radial verlaufen und/oder zueinander konzentrisch angeordnet sein.
Vorzugsweise ist mindestens eine der oberen und unteren Platten transparent, um eine optische Untersuchung der Vertiefungen von außerhalb des Behälters zu ermöglichen. Die jeweils andere der oberen und unteren Platten kann eine reflektierende Oberfläche umfassen, so daß ein Strahl, der durch die transparente Platte in den Behälter tritt, den Behälter in beiden Richtungen durchquert, was eine bessere Signalerfassung für die optische Untersuchung zur Folge hat.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Teller bereitgestellt, der so ausgelegt ist, daß er eine Vielzahl von Sektor-(Tortenstück-) förmigen Einsätzen aufnehmen kann, die jeweils eine im allgemeinen plane obere Fläche aufweisen, in denen eine Vielzahl von Vertiefungen ausgebildet sind. Für jeden Einsatz umfaßt der Teller eine im wesentlichen plane Oberfläche, die im Gebrauch so angeordnet wird, daß sie der im wesentlichen planen Einsatz-Oberfläche gegenüber liegt, sowie Mittel, um den Einsatz an Ort und Stelle zu halten, so daß die jeweiligen planen Flächen einander mit geringem Abstand gegenüber liegen, und die mindestens zwei Öffnungen.
Vorzugsweise ist die Öffnung zum Befüllen des Behälters durch die plane Oberfläche des Tellers ausgebildet. Die Entlüftungsöffnung ist vorzugsweise am umlaufenden Rand des Tellers oder nahe daran ausgebildet.
Vorzugsweise umfaßt der Teller obere und untere kreisförmige Platten, die durch radial verlaufende Abstandhalter getrennt sind. Die Abstandhalter definieren Schlitze zwischen den Platten, um die Einsätze aufzunehmen. Vorzugsweise umfaßt die plane Oberfläche jedes Einsatzes stehende Wände um zumindest einen Teil seines Umfangs, um die Innenränder des Einsatzes gegen die gegenüberliegende plane Fläche des Tellers abzuschließen, und dadurch ein Lecken der Flüssigkeit um den Einsatz herum zu verhindern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Assay-Plattenstruktur bereitgestellt zur Verwendung bei der Durchführung von optischen Assays eines fluiden Analyten, wobei die Plattenstruktur folgendes umfaßt:
einen Teller, der sich um eine zentrale Achse dreht, wobei der Teller eine obere und eine untere Platte aufweist, die einen ausreichend geringen Abstand zueinander haben, um durch Kapillarwirkung einen Fluidstrom zwischen den Platten zu unterstützen, sowie eine Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Wänden, die zwischen den Platten angeordnet sind, wobei die Wände den Teller in eine Vielzahl von Tellersektoren teilen; und
eine Vielzahl von Tellereinsätzen, die so ausgelegt sind, daß sie von den jeweiligen Tellersektoren aufgenommen werden und darin gehalten werden können,
wobei die Struktur weiter eine Vielzahl von Öffnungen durch die obere Fläche aufweist, mindestens eine Öffnung über jedem Tellersektor, um einen flüssigen Analyten in den Sektorraum zwischen der Platte und dem Tellereinsatz einführen zu können, worin die obere Fläche jedes Tellereinsatzes und die gegenüberliegende Fläche der Platte im wesentlichen plan sind, und der Fluidstrom zwischen der oberen Platte und dem Tellereinsatz durch Kapillarwirkung unterstützt wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Befüllen der Vertiefungen der Multiwell-Struktur des oben ausgeführten ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Einführen eines Fluids in die Kammer durch eine der Öffnungen, um die Kammer im wesentlichen zu fluten,
und anschließendes Entfernen der Fluids aus der Kammer durch die gleiche oder eine andere Öffnung, damit Flüssigkeit in den Vertiefungen zurückbleibt.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren weiter den Schritt des Bildens eines luftdichten Abschlusses zwischen dem Fluideinlaß und dem Endbereich einer Spritze oder einer ähnlichen Flüssigkeits-Einspritzvorrichtung, sowie das Einspritzen von Fluid durch die Öffnung in die Kammer und das anschließende Absaugen von Flüssigkeit aus dem Raum durch die Öffnung hindurch.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, um einen chemischen oder biochemischen Assay bereitzustellen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellen einer Fläche innerhalb einer im wesentlichen geschlossenen, relativ flachen Kammer, die eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, welche ausreichend voneinander beabstandet sind, damit die Reaktion in jeder einzelnen Vertiefung beobachtet werden kann, wobei die Vertiefungen so proportioniert und dimensioniert sind, daß sie nach der Einführung und Entziehung eines Fluids aus der Kammer ein Fluidvolumen in jeder Vertiefung zurückhalten können, und wobei die Kammer ausreichend flach ist, um den Fluidstrom in der Kammer durch Kapillarwirkung zu unterstützen,
Behandeln jeder Vertiefung mit einem ersten Reagens, Fluten der geschlossenen Kammer und Bedecken der Vertiefungen mit einem Fluid, das mindestens ein zweites Reagens trägt,
Entfernen von überschüssigem Fluid aus der Kammer, wodurch eine Mischung des ersten und zweiten Reagens in jeder Vertiefung zurückbleibt, und
optisches Bewerten jeder Vertiefung und Bestimmen, ob eine Reaktion stattgefunden hat, sowie Korrelieren der Reaktionsergebnisse, um einen Assay der chemischen und biochemischen Reaktionen während des Tests bereitzustellen.
Vorzugsweise wird der Schritt der optischen Bewertung automatisch unter Verwendung eines optischen Lesegeräts durchgeführt.
Ebenfalls vorzugsweise werden die Flächen mit den Vertiefungen, welche ein erstes Fluid aufweisen, das Reagentien trägt, vor der Ladung in die Struktur präpariert.
Bequemerweise wird das Fluid, das mindestens ein zweites Reagens trägt, unter Verwendung einer geeigneten Fluid-Handhabungsvorrichtung in die Struktur eingeführt und wieder daraus entfernt.
Ebenfalls bequemerweise wird nach der optischen Bewertung der Assay-Ergebnisse die automatische Fluid-Handhabungsvorrichtung verwendet, um ein Spülfluid in einer festgelegten Anzahl von Wiederholungen in das Tablett einzuspritzen und aus diesem zu entfernen, um die Vertiefungen zu reinigen, damit sie anschließend Proben für eine Assay aufnehmen können.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine chemisch biochemische Assay-Vorrichtung bereitgestellt, welche eine Assay-Plattenstruktur umfaßt, die im ersten Aspekt der Erfindung definiert wurde, und die eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, um Proben für die Analyse aufzunehmen, sowie
ein Mittel zur Handhabung von Fluid, um Fluidreagentien in die Assay-Plattenstruktur einzuführen und daraus zu entfernen, damit eine Fluidreagensmischung in jeder Vertiefung zurückgehalten werden kann, und
eine Mittel zur optischen Bewertung, um die optischen Ergebnisse der Reaktionen in jeder Vertiefung zu messen.
Vorzugsweise sind das Mittel zur Fluidhandhabung und das Mittel zur optischen Bewertung automatisiert.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Durchführung eines Assays unter Verwendung einer Multiproben-Assayplattenstruktur bereitgestellt, welche umfaßt:
eine erste, im wesentlichen plane Fläche,
eine zweite, im wesentlichen plane Fläche, die von der oberen Fläche mittels Wänden beabstandet ist, um eine Kammer zu definieren, wobei die obere und die untere Fläche einen festgelegten Abstand aufweisen, der so ausgelegt ist, daß der Abstand ausreichend gering ist, um den Fluidstrom zwischen den Flächen durch Kapillarwirkung zu unterstützen,
wobei die Kammer einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, wobei der Einlaß und der Auslaß das Einführen von Fluid in die Kammer und die Entnahme von Fluid aus der Kammer ermöglichen, wobei die untere Fläche so ausgelegt ist, daß sie Spots aus einem unlöslichen Substrats aufnehmen kann, die ein erstes Reagens tragen, oder kein Reagens, wenn es sich um Kontrollspots handelt, um einen Vielzahl von getrennten Reaktionsstellen zu erzeugen, so daß mindestens ein Reagens in dem Fluid vorhanden ist, um mit dem ersten Reagens zu reagieren, um eine beobachtbare Reaktion in der Kammer zu erzeugen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Aufbringen einer Vielzahl von Spots aus einem unlöslichen Substrat auf der unteren Fläche in ausreichendem Abstand zueinander, um eine Vielzahl von Reaktionsstellen zu erzeugen, wobei die Spots ein erstes Reagens tragen, oder kein Reagens, wenn es sich um Kontrollspots handelt,
Fluten der Kammer mit Fluid, das mindestens ein zweites Reagens trägt, Entfernen des Fluids aus der Kammer, wodurch genügend Fluidspots in Kontakt mit den Substratspots zurückbleiben, und
optische Überwachung jeder Spotstelle, um eine Reaktion nachzuweisen.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erklärt, worin:
1 eine Skizze ist, die eine Multiwell-Assayplattenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2a bis 2c die Schritte zeigen, welche das Befüllen der Vertiefungen des Behälters von 1 umfaßt;
2d ein vergrößertes Detail eines Teils der Struktur der 2a bis 2c ist;
3 eine Multiwell-Assayplattenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4a eine dritte Ausführungsform einer tellerartigen Struktur für die Durchführung von Mehrfachtests zeigt;
4b ein vergrößertes Querschnitts-Detail von 4a zeigt, wodurch das Einschnappen der Platten in die Tellersektoren ermöglicht wird;
4c eine vierte Ausführungsform einer tellerartigen Struktur für die Durchführung von Mehrfachtests ist;
4d eine Modifizierung des äußeren Tellers mit eingehängten Sektoren zeigt, die für die vorliegenden Ausführungsformen verwendet werden kann;
5 eine chemische biochemische Assay-Vorrichtung für die Durchführung eines Assays von Reaktionen ist, die unter Verwendung der in den 3 oder 4a, b, c und d gezeigten Multiwell-Assayplattenstrukturen durchgeführt werden können, und
6a und 6b die Daten bzw. Graphen von biochemischen Antigen/Antikörper-Assays zeigen, die unter Verwendung der Vorrichtung von 5 mit der Assayplatte, die in den 4a, b c und d gezeigt ist, durchgeführt wurden.
1 zeigt eine Multiwell-Assayplatte, allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet, die eine schachtelähnliche Struktur mit rechteckigem Querschnitt aufweist. Die Assayplatte 10 umfaßt eine obere Platte 12, eine untere Platte 14 und seitliche und hintere Abstandhalter 16, 18, 20, die alle aus transparentem Polycarbonat bestehen. Die Vorderseite der Schachtel, allgemein durch die Bezugszahl 22 bezeichnet, ist zum Umgebung hin offen.
Die Abstandhalter 16, 18, 20 sind so dimensioniert, daß sie einen Raum 21 mit gleichmäßigem Abstand d zwischen den einander gegenüberliegenden Innenflächen 12a, 14a der oberen und unteren Platten 12, 14 schaffen. Der Abstand d wird so gewählt, daß eine gewählte Flüssigkeit auf kontrollierte Weise durch den Abstand 21 zwischen den oberen und unteren Platten 12, 14 durch Kapillarwirkung oder eine kapillarähnliche Wirkung strömen kann. Im allgemeinen liegt d unter 0,5 mm.
Eine kleine Öffnung 23 erstreckt sich durch die obere Platte 12, um den Innenraum 21 mit dem Außenraum, der den Behälter umgibt, zu verbinden. Die Öffnung 23 ist nahe an der Rückwand 20 angeordnet, um zu verhindern, daß sich während des Befüllens Lufteinschlüsse im Container bilden, was nachstehend detaillierter beschrieben wird.
Eine regelmäßige Anordnung von Vertiefungen oder Mulden 24 ist in der oberen Fläche 14a der unteren Platte 14 ausgebildet. Typischerweise wird die Polycarbonat-Assayplatte mit Vertiefungen 24 durch geeignetes Formen einer unteren Platte 14 oder Ätzen oder Eindrücken hergestellt. Die Vertiefungen 24 weisen einen Durchmesser von 2 mm und eine Tiefe von 1 mm auf und weisen typischerweise ein Volumen von 5 μl auf und es kann jede geeignete Zahl von Vertiefungen bereitgestellt werden. Die Vertiefungen haben einen Abstand von 4 mm (von Mittelpunkt zu Mittelpunkt).
Die 2a bis 2c erläutern das Verfahren, durch das die Vertiefungen 24 der Assayplatte 10 mit einem flüssigen Analyten 25 gefüllt werden. Das Ende 26 einer Spritze 28, welche den flüssigen Analyten enthält, wird in die Öffnung 23 gedrückt, die in der oberen Platte 12 des Behälters 10 so vorgesehen ist (2a), daß sei einen luftdichten Abschluß zwischen der Umgebung der Spritze und der Innenfläche der Öffnung 23 bildet. Der Kolben 30 der Spritze 28 wird dann niedergedrückt, um die Flüssigkeit 25 durch die Öffnung 23 in den Raum 21 innerhalb der Platte 10 zu treiben. Wie am besten aus 2b ersichtlich, wird durch die Kapillar- oder kapillarähnliche Strömung der Flüssigkeit durch den Raum 21 der gesamte Raum 21 ausgefüllt, und die Vertiefungen 24 werden bedeckt, bevor die Flüssigkeit 25 durch die offene Vorderseite 22 des Behälters 25 zu strömen beginnt. Wenn beobachtet wird, daß der ganze Raum 21 ausgefüllt ist und die Vertiefungen 24 mit Flüssigkeit bedeckt sind, und vorzugsweise bevor Flüssigkeit durch die Vorderseite 22 hinausströmt, wird der Kolben 30 der Spritze 28 zurückgezogen. Durch diese Aktion wird die Flüssigkeit aus dem Raum 21 entfernt, aber dies hat auch zur Folge, daß die Vertiefungen 24 mit Flüssigkeit gefüllt sind, wie in 2c gezeigt. 2d zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht durch einen Teil der Assay-Plattenstruktur und zweigt, wie Flüssigkeit in den Vertiefungen 24 bis zum Meniskus zurückgehalten wird. Wie während des Befüllens strömt die Flüssigkeit auf kontrollierte Weise aus dem Raum 21 hinaus. Keine Pfützen oder Tropfen der Flüssigkeit bleiben im Raum 22 zurück, anders als in den Vertiefungen 24.
Natürlich können vor der Einführung des flüssigen Analyten 25 in den Raum 21, beispielsweise während der Herstellung der Assayplatte 10, die Vertiefungen 24 der Platte 10 mit einem geeigneten Reaktionsmittel überzogen werden. Wenn es beispielsweise gewünscht ist, Antigen-Antikörper-Reaktionen durchzuführen, werden die Vertiefungen 24 mit einem Antigen überzogen. Die übrige Fläche 1a wird mit einem Blocking-Agens überzogen, um zu verhindern, daß sich das Antigen und die Antikörper an die Oberfläche 14a binden. Sobald die Vertiefungen 24 mit dem flüssigen Analyten 25 gefüllt wurden, binden sich die im flüssigen Analyten vorhandenen Antikörper an die in den Vertiefungen vorhandenen Antigene. Eine Bindung der Antikörper an die Oberfläche 14a findet nicht statt. Fall es notwendig ist, eine weitere Reaktion in den Vertiefungen 24 durchzuführen, beispielsweise einen gefärbten oder fluoreszierenden Marker an die gebundenen Antikörper oder an die exponierten Antigene zu binden, können die Schritte der 2a bis 2c wiederholt werden, um die markierten Komponenten in die Vertiefungen 24 einzubringen. Falls es vor dem Einbringen der markierten Bestandteile notwendig ist, die Vertiefungen 24 und die Innenflächen 12a, 14a der Platte 10 zu spülen, kann dies wiederum durch Wiederholen der Schritte 2a bis 2c leicht durchgeführt werden, wobei die Spritze 28 beispielsweise destilliertes Wasser enthält.
In 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die eine Multiwell-Assayplatte in Form eines Tellers 32 zeigt, die für die Verwendung mit einer rotierenden Abtastvorrichtung ausgelegt ist, welche ein CD-Spieler-ähnliches Format aufweist. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in WO96/09548 beschrieben. Der in 3 gezeigte Teller 32 umfaßt ein Paar oberer und unterer kreisförmiger Platten 34, 36, die so übereinandergelegt sind, daß zwischen ihnen ein zylindrischer Raum 38 gebildet wird. Dieser Raum 38 wird durch radial verlaufende Abstandhalter 42 in acht Sektoren 40 unterteilt. Dadurch daß die obere Fläche 36a der unteren kreisförmigen Platte 36 wie mit Bezug auf 1 beschrieben ausgebildet wird, wird eine Vielzahl von Vertiefungen 44 in jedem Sektor 40 bereitgestellt (von denen eine Gruppe durch unterbrochene Linien dargestellt ist). Die Vertiefungen 44 haben die gleiche Größe und die gleichen Abstände wie in 1.
Jeder Sektor 40 stellt eine Kammer oder einen Abstand 46 bereit, der unabhängig über Öffnungen 48 befüllt werden kann, die in der oberen Fläche jedes Sektors 40 vorgesehen sind. Der umlaufende Rand jedes Sektors 40 ist zum ungebenden Raum hin offen, um eine Entlüftung für den Sektor 40 bereitzustellen, damit Flüssigkeit durch den Raum oder die Kammer 46 strömen kann, wenn die Luft daraus verdrängt wird.
Damit der Teller 32 mit Abtastvorrichtungen, wie der, die in WO 96/09548 beschrieben ist, kompatibel ist, werden die obere Platte 34 und/oder die untere Platte 36 aus transparentem Polycarbonat hergestellt, damit ein Lichtstrahl die Telleroberfläche abtasten kann. Der Teller 32 ist mit einer Mittelbohrung 52 ausgestattet, damit der Teller 32 auf einer drehbaren Welle befestigt werden kann.
Wie in WO 96/09548 beschrieben, kann eine der Flächen der oberen Platte 34 oder der unteren Platte 36 mit einer digital verschlüsselten Adreßinformation ausgestattet sein, die vom Scanner-Lichtstrahl gelesen werden kann. Diese Informationen können als „Pits" und „Lands" verschlüsselt und in eine der Platten gedrückt oder darin ausgeformt werden. Diese Adreßinformationen können verwendet werden, um genaue Informationen über den Ort des Tellerteils zu erhalten, an dem der Lichtstrahl sein Abtasten beginnt.
In 4 ist eine dritte Ausführungsform einer tellerförmigen Assayplatte gezeigt, die obere und untere kreisförmige, transparente Polycarbonatplatten 56, 58 umfaßt, die durch eine Anzahl von radial verlaufenden Abstandshalterwänden 60 beabstandet sind, um eine Vielzahl von Tellersektoren 62 zu erzeugen. Die Innenflächen 56a, 58a der kreisförmigen Platten 56, 58 sind jeweils plan.
Jeder Tellersektor 62 ist so ausgelegt, daß er einen Sektorplatteneinsatz 64 aufnehmen kann, bei dem es sich um eine transparente Polycarbonatplatte handelt, die an der Außenseite einen abnehmbaren Griff 66 aufweist, um das Einbringen und Herausnehmen des Platteneinsatzes 64 in und aus dem Sektor 62 zu erleichtern. Der Platteneinsatz 64 und die Abstandshalterwand 60 weisen jeweils Aussparungen/Vorsprünge auf (die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind), die es ermöglichen, daß die Assayplatte 64 nur in der korrekten Ausrichtung eingesetzt wird. Die Platte 64 weist eine Nut 68 auf, wie beispielsweise in 4b gezeigt, die es ermöglicht, daß der Einsatz über einem Vorsprung 70, der von der Platte 58 in den Sektor hineinragt, eingeschnappt wird. Die Dicke der Sektoreinsatzplatte 64 ist geringfügig geringer als der Abstand, der zwischen den oberen und unteren Platten 56, 58 vorgesehen ist, so daß der Platteneinsatz 64 in einen der Tellersektoren 62 eingeschnappt werden kann, um eine Flüssigkeitsaufnahmekammer oder einen Flüssigkeitsaufnahmeraum 73 zwischen der oberen Fläche 64a der Einsatzplatte 64 und der unteren Fläche 56a der oberen Tellerplatte 56 zu bilden. Öffnungen 72 durch die obere Platte 56 sind in jedem Tellersektor 64 vorgesehen, während der Abstand 70 zwischen dem radial äußersten umlaufenden Rand 74 der Einsatzplatte 64 und der oberen Platte 56 eine weitere Entlüftungs- oder Befüllungsöffnung für den Tellersektor 64 bereitstellt.
Die Fläche 64a der Einsatzplatte 64 ist mit einer Vielzahl von Vertiefungen ausgestattet, wie mit Bezug auf 1 beschrieben. Die Vertiefungen weisen einen Durchmesser von 2 mm, eine Tiefe von 1 mm und einen Abstand von 4 mm (zwischen ihren Mittelpunkten) auf. Diese Vertiefungen werden befüllt, indem man Flüssigkeit durch die obere Öffnung 72 in den Tellersektor 64 einführt, um den Raum 70 zu füllen, und die Flüssigkeit anschließend durch die gleiche Öffnung entfernt, wie zuvor beschrieben.
5 der Zeichnungen zeigt eine Assay-Vorrichtung zur Durchführung eines Assays von Reaktionen, die unter Verwendung der Assay-Plattenstrukturen der bereits beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Aus Gründen der Einfachheit wird die Assay-Vorrichtung jedoch in Kombination mit der in den 4a, b gezeigten bevorzugten Ausführungsform beschrieben, wobei ähnliche Bezugszahlen ähnliche Elemente bezeichnen.
In diesem Fall ist die Platte 54 auf einer Welle 74 befestigt, die von einem Drehtisch 77 getragen wird. Die Vorrichtung umfaßt ein geeignetes automatisches Fluid-Einfüllungs/Enfernungs-System, das allgemein durch die Bezugszahl 80 bezeichnet ist und das eine Spritze 82 betätigt, so daß sie ein Fluid aus dem Vorratsbehälter 84 über die Öffnungen 72 in den Raum 70 zwischen der Plattenoberfläche 56a und der Oberfläche 64a jeder Sektorplatte 64 abgibt oder aus diesem herausholt. Selbstverständlich kann das Fluid auch manuell eingebracht und herausgeholt werden, falls gewünscht. Dies wird für jeden Sektor durchgeführt, dadurch daß die Tellerplatte 54 in eine geeignete Position gedreht wird, damit Fluid eingefüllt/entfernt werden kann. Natürlich können die Platten zuvor mit verschiedenen Reagentien präpariert werden, z. B . mit Antigenen, und sie werden in die geeigneten Vertiefungen 76 eingebracht wie mit Bezug auf die 4a, 4b beschrieben. Die Platten werden zuerst mit Fluid geflutet, das Antikörper trägt, und das Entfernen des Fluids läßt die Antikörper/Antigen-Reagentien, die die Vertiefungen 76 füllen, zurück, was eine Reaktion zur Folge hat.
Das folgende Beispiel für einen Assay innerhalb der in 4b gezeigten Ausführungsform wird beschrieben, um ein besseres Verständnis der eingeschlossenen Schritte zu ermöglichen:
Multi-Antigen-ELISA unter Verwendung von Sektoren

1. Die Unterseite der oberen Fläche (56a) wird mit Silikonspray beschichtet, um das Strömen des Fluids zu unterstützen. Die Sektorplatten 64 werden ebenfalls beschichtet, einschließlich der Vertiefungen 76. Überschüssiges Silikon wird entfernt.
2. In die Sektorvertiefungen 76 wird von Hand ein Panel mit sieben Antigenen eingebracht – Humanserum Albumin, Antitrypsin, Macroglobulin, Antithrombin III, Catalyse, Antichymotrypsin und Plasminogen bei einer Konzentration von 20 μg/ml in PBS und einem Volumen von 2 μl/Vertiefung. Kontrollvertiefungen enthalten nur PBS. Die Antigene können in Blöcken auf der Sektorplatte 64 angeordnet werden, und zwar hintereinander, so daß so daß sich ein Testpanel ergibt, das gleichmäßig über den Sektor verteilt ist. Man inkubiert 15 Minuten lang bei Raumtemperatur.
3. Man spült mit 0,05%-igem PBS-Tween unter Anwendung einer Flut/Füll-Technik – die Sektorplatte wird mittels einer 1 ml-Pipette durch die Löcher 72 im oberen Teil der Platte mit 1 ml geflutet. Die Flüssigkeit wird dreimal auf- und abpipettiert, dann entnommen und die Spülflüssigkeit wird verworfen. Dies wird weitere drei Mal wiederholt, um ein vollständiges Spülen zu gewährleisten.
4. Ein Blockieren wird mit 50 mg/ml Rinderserum Albumin (BSA) (in PBS) durchgeführt, um zu verhindem, daß Reaktionen außerhalb der Vertiefungsstellen stattfinden, und zwar durch Fluten/Füllen. Der Sektor wird mit 1 ml BSA/PBS geflutet, die Flüssigkeit wird dreimal auf- und abpipettiert, entfernt und verworfen. Dadurch können sämtliche Vertiefungen 76 gleichzeitig gefüllt werden. Man inkubiert 15 Minuten lang bei Raumtemperatur.
5. Man spült wie zuvor.
6. Primäre Antikörper werden als Mischung mittels Fluten/Füllen auf die Sektorplatte 64 aufgebracht, wobei die Antikörper jeweils die folgenden Konzentrationen aufweisen: Anti-Humanserum Albumin 1/1000, Anti-Antitrypsin 1/2000, Anti-Macroglobulin 1/2000, Anti-Antithrombin III 1/1000, Anti-Catalase 1,1000, Anti-Antichymotrypsin 1/1000, Anti-Plasminogen 1/1000. Die Antikörper werden in 0,5 mg/ml BSA/PBS verdünnt. Man inkubiert 10 Minuten lang bei Raumtemperatur.
7. Man spült wie zuvor.
8. Der zweite Antikörper ist Amdex Anti-IgG (Peroxidase-Konjugat) bei einer Konzentration von 1/1000 in 0,5 mg/ml BSA/PBS. Nach dem Spülen wird dieser mittels Fluten/Füllen auf den Sektor aufgebracht. Man inkubiert 10 Minuten lang bei Raumtemperatur.
9. Man spült wie zuvor.
10. Das Substrat ist unlösliches Tetramethylbenzidin (TMB). Dies reagiert mit der Peroxidase auf dem zweiten Antikörper, wodurch eine intensiv blaue Färbung erzeugt wird. Nach dem Spülen wird sie durch Fluten/Füllen auf die Sektorplatte 64 aufgebracht, bleibt aber über die Sektorplatte 64 geflutet, nachdem mehrmals auf- und abpipettiert wurde. Man inkubiert 10 Minuten lang bei Raumtemperatur.
11. Man entfernt und verwirft das TMB . Man spült die Vertiefungen viermal mit destilliertem Wasser durch Fluten/Füllen. Ein blaues Präzipitat zeigt sich bei einer positiven Reaktion in den Vertiefungen. In negativen Vertiefungen kommt es zu keiner Verfärbung. Man bewahrt die Abschnitte dunkel auf, da TMB in Tageslicht leicht ausbleicht.

Die Daten für den obigen Assay sind in 6a angegeben und in 6b graphisch dargestellt, wobei sie reproduzierbar sind und eine große Zahl von Versuchen darstellen (712).
Es wird deutlich, daß bei jeder Antikörper/Antigen-Reaktion im Vergleich zum Hintergrundpegel eine erhebliche meßbare Veränderung auftritt. Die Reaktion hat eine optische Veränderung von transparent zu farbig (blau) zur Folge, die mittels eines optischen Sensors gemessen wird, der die Lichtdurchlässigkeit durch den Teller und die Vertiefungen mißt. In diesem Fall wurde die optische Bewertung mittels der in 5 gezeigten Vorrichtung durchgeführt, und zwar durch Plazieren der Platte 64 in einem Lichttransmissionsmikroskop 80 (Zeiss Axiophot, ausgestattet mit einer JVC-Videokamera 83 (Modell Nr. TK-1280E)) und durch erfassen der Veränderung eines optischen Signals. Der Ausgang der Videokamera wird mit einem Macintosh IICx 85 mit Video Frame Capture. Die Ergebnisse können über das Mac-Display 97 oder eine vom Drucker 86 ausgegebene Hard Copy dargestellt werden. Die Analyse wurde durch Messen der mittleren Grauwerte in der Mitte der Vertiefungen durchgeführt, die von einer NIH Image-Software quantifiziert wurden. Die Hintergrundpegel, die von Sektoren genommen worden waren, die keinen Immunochemikalien oder Chromogenen ausgesetzt worden waren, wurden von allen Versuchs-Vertiefungen subtrahiert. Die Versuchs-Vertiefungen enthielten eine Anordnung von sieben getrennten Antigenen, die oben angegeben sind. Darüber hinaus wurden experimentelle Kontrollen durchgeführt, worin die spezifischen Antigene in den Vertiefungen weggelassen wurden, und die Vertiefungen dem gleichen Schema aus Blockieren, Antikörperbindung und Einwirken lassen eines chromogenen Substrats unterzogen wurden. Die durchschnittlichen Ablesungen dieser experimentellen Kontrollen minus der durchschnittlichen Ablesung des Sektors allein wurden als Hintergrund-Verfärbungspegel definiert. Experimentelle Ablesungen der sieben spezifischen Antigene liefern Signale, die etwa fünf- bis siebenmal größer sind als dieser Hintergrund. Es ist ersichtlich, daß es zu keiner gegenseitigen Verunreinigung zwischen den Vertiefungen 76 kommt, daß die Entfernung wirkungsvoll ist und da das Substrat in diesem Fall unlöslich ist. Dieser Assay würde jedoch auch zufriedenstellend für lösliche Substrate funktionieren, da wegen der Flüssigkeitsentfernung aus der Sektorplatte 64 Fluid nur in den Vertiefungen 76 und nicht auf der Oberfläche 64a zurückbleibt.
Falls es unnötig wäre, sämtliche Flüssigkeit zu entfernen, um einen Film auf der Oberfläche 64 zurückzulassen, würde in einer Modifizierung der Assay trotzdem mit einem unlöslichen Substrat in jeder Vertiefung funktionieren, und es würde immer noch zu keiner gegenseitigen Verunreinigung kommen. Diese Anordnung wäre jedoch für lösliche Substrate in den Vertiefungen nicht zufriedenstellend, da der Film eine Verteilung auf andere Orte und eine Verunreinigung anderer Vertiefungen bewirken könnte.
Mit der in 4a, 4b gezeigten Ausführungsform ist die Sektorplatte 54 stärker geeignet, um ein Reihe von verschiedenen Assays durchzuführen, z. B. Antigen/Antikörper-Assays für verschiedene Patienten, d. h. ein Patient/Sektor.
Selbstverständlich können Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Öffnung, durch die der flüssige Analyt eingeführt wird, durch die untere Platte des Multiwell-Behälters verlaufen. Für ein schnelleres Fluten kann mehr als eine Öffnung verwendet werden. Diese Öffnung kann so ausgelegt sein, daß sie die Spitze einer Spritzennadel aufnimmt. Die Entlüftungsöffnung kann ebenfalls in einer der Wände des Behälters vorgesehen sein, obwohl es bevorzugt ist, daß sie im Umfang vorgesehen ist. Die Öffnung 22 kann aus einer einzelnen Öffnung oder einer Reihe von Öffnungen oder Entlüftungen bereitgestellt werden, wie beispielsweise in 4 gezeigt. Die obere Platte in der Ausführungsform der 3 und 4 kann in die untere Platte eingeschnappt werden und kann auf einer CD-Grundplatte eingeschnappt werden, die Abschnitte aufnimmt und den Vorteil einer örtlichen Information bietet. Wie in 4c gezeigt, kann die obere plane Fläche 56 Sektorendeckel, aufweisen, die mit einem Scharnier mit einer unteren Fläche oder einer Mittelnabe verbunden sind, beispielsweise mit einem Filmscharnier (living hinge) 90 am Innenradius, um zu ermöglichen, daß jeder Tellersektor 62 schwenkbar angehoben und gesenkt werden kann, und damit die Sektorplatten 64 in jeden Sektor eingesetzt werden können. Die Größe und der Abstand der Vertiefungen können je nach Bedarf geändert werden, beispielsweise könnten die Vertiefungen einen Durchmesser von 3 mm, eine Breite von 1,5 mm und einen Abstand von Mitte zu Mitte von 5,5 mm aufweisen. Die exakte Größe und der exakte Abstand sind Ermessenssache und hängen von dem Fluid ab, das nach dem oben beschriebenen Entfernen in den Vertiefungen zurückbleibt. Die Vertiefungen könnten jedoch auch während des Flutens des Raums gefüllt werden, je nach Vertiefungsgröße, Art des Kunststoffs und Fluideigenschaften.
Jedoch bleibt nach dem Entfernen von Flüssigkeit immer noch Flüssigkeit in den Vertiefungen zurück. Die Struktur und die Einsätze können weiter aus jedem geeigneten optisch durchlässigen Kunststoff hergestellt werden, beispielsweise Polystyrol oder Perspex^TM. Der Griff 66 kann baulich integral mit der Platte 64 oder abnehmbar ausgestaltet sein. Wie in 4a gezeigt, können die radial verlaufenden Rippen Radialstege 92 aufweisen, die eine Vertiefung 94 bilden, um die Platte 64 aufzunehmen, wodurch auch die Höhe des Abstands zwischen der Oberfläche 64a der Platte 64 und der Unterseite 56a für die Aufnahme der Flüssigkeit definiert wird. Geeignete Materialien können verwendet werden, um das innere der Sektoren zu überziehen, um das Strömen des Fluids zu unterstützen, wie oben mit Bezug auf das Silicon beschreiben. Dies kann auf die Unterseite der oberen Fläche und auf die obere Fläche der Platte aufgebracht werden, wie für die anderen Ausführungsformen beschrieben. Geeignete Materialien können verwendet werden, um die Hydrophobizität der Flüssigkeit über dem Sektor zu erhöhen, sowie die Hydrophilie der Flüssigkeit für die gewünschten Stellen, z. B. die Vertiefungen, zu erhöhen und ihre Bewegung dorthin zu unterstützen. Die Vertiefungen können mit einem geeigneten reflektierenden Material beschichtet sein, um die Reflexion von Licht zu verstärken und um die Reaktionen, die in den Vertiefungen ablaufen, besser beobachten zu können, und entsprechend können Linsen in der obere oder unteren lichtdurchlässigen Platten angeordnet werden, um die optische Bewertung der Reaktion zu verbessern. Diese Linsen können während der Herstellung in die oberen oder unteren Platten eingeformt werden, wie für Kunststoff-Formverfahren bekannt. Statt dessen können auch separate optische Bauteile verwendet werden, falls geeignet.
In einer Modifikation der beschriebenen Ausführungsformen weist die obere Fläche der Platte keine Vertiefungen auf, sondern diese Platte behält ihre plane Oberfläche, damit eine dünne, gleichmäßige Flüssigkeitsschicht in den Raum zwischen der oberen Tellerplatte und der Einsatzplatte eingeführt werden kann. Ein unlösliches Substrat mit einem Reagens oder mit Reagentien (z. B. mit einem Antigen) kann direkt auf die plane Oberfläche der Einsatzplatte aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufbringen von Reaktionsmittel-Spots.
Für bestimmte Zwecke kann es geboten sein, jeden Einsatz mit einem Deckel auszustatten, der in den Raum zwischen dem Einsatz und der oberen Platte des Tellers geschoben werden kann, nachdem die Vertiefungen befüllt wurden. Die untere Fläche des Deckels kann so ausgelegt sein, daß sie bündig mit der Oberfläche des Einsatzes abschließt, damit jede Vertiefung abgeschlossen werden kann. Dies verhindert, daß Flüssigkeit beim Drehen des Tellers während der automatisierten Ablesung und Analyse aus den Vertiefungen geschleudert wird. Die Erfindung ist nützlich für Immunoassay-Anwendungen, einschließlich von Tests auf sexuell übertragbare Krankheiten, Parasiten, Allergene, Krebsmarker und cardiale Marker, entweder in Labors oder für die Behandlung eines Patienten an Ort und Stelle, beispielsweise für Arztpraxen und dergleichen. Andere Anwendungsgebiete der Erfindung liegen bei den chemischen und biochemischen Assays. Beispiele für solche Assays schließen Immunoassays, klinischbiochemische Tests, Nucleinsäureanalysen und Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen ein. Beispiele für die Anwendung in der klinischen Biochemie wären Messungen von Serumanalyten, wie Glucose, Harnstoff, Creatinin und Enzyme, wie alkalische Phosphatase. Immunoassay-Anwendungen schließen Tests ein, die ausgelegt sind, um infektiöse Organismen, Viren, Parasiten sowie endogene Analyten, wie zirkulierende Hormonpegel und Krebsmarker, nachzuweisen. Beispiele für chemische Analysen schließen die Messung von Phosphat- und Nitrat-Pegeln in Wasser, die Überwachung von Umwelt und Industrie, einschließlich von Trink- und Abwasser, sowie das Verfahrens-Monitoring ein. Das System könnte in einer Reihe von Einrichtungen verwendet werden, beispielsweise in Kliniklabors, bei der Human- und Veterinärchirurgie, ebenso wie in Industrie- und Forschungslabors.

Claims

Multiwell-Assayplattenstruktur (10), eine obere Fläche (12) und eine dieser mit geringem Abstand gegenüberliegende untere Fläche (14) umfassend, wobei die obere (12) und die untere Fläche (14) zwischen sich einen relativ flachen Raum (21) definieren, wobei die untere Fläche (14) eine Vielzahl von Vertiefungen (24) aufweist, wobei mindestens zwei voneinander beabstandete Öffnungen (22, 23) einen Zugang von außen in den Zwischenraum ermöglichen, worin ein Fluid, das durch eine der Öffnungen in den Raum eingeführt wurde, den Zwischenraum im wesentlichen ausfüllt und sämtliche Vertiefungen bedeckt, wobei die Vertiefungen so proportioniert und dimensioniert sind, daß das Fluid, wenn es anschießend durch die gleiche oder die andere Öffnung entnommen wird, die Vertiefungen im wesentlichen mit Flüssigkeit gefüllt zurückläßt, und wobei der Abstand (21) zwischen der oberen und der unteren Fläche ausreichend klein ist, um den Fluidstrom in dem Zwischenraum durch Kapillarwirkung zu unterstützen.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 1, wobei der Abstand weniger als 1 mm beträgt.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 2, wobei der Abstand weniger als 0,5 mm beträgt.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Flächen von einer oberen Platte (12) bzw. einer unteren Platte (14) gebildet werden, die durch eine oder mehrere Abstandshalter-Wände (18) voneinander beabstandet sind.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Offnung (23), durch die Fluid in den Zwischenraum eingeführt wird, entweder in der oberen oder der unteren Fläche ausgebildet ist.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 5, wobei die Öffnung (23) in der oberen Fläche ausgebildet ist.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Öffnung zum Einführen eines Fluids eine relativ kleine Öffnung (23) ist, die so ausgelegt ist, daß sie das Ende einer Injektionsspritze oder einer ähnlichen Vorrichtung zum Einspritzen von Flüssigkeiten aufnehmen kann, wobei die Öffnung um das Ende herum eine im wesentlichen luftundurchlässige Abdichtung bildet.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Unterseite der oberen Fläche des Behälters und die Oberfläche der Platte so behandelt werden, daß das wasserabweisende Verhalten dieser Flächen erhöht wird.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Multiwell-Struktur ein Teller (32) ist, der obere und untere kreisförmige Platten (34, 36) umfaßt, deren Innenflächen jeweils die einander gegenüberliegenden oberen und unteren Flächen definieren.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 9, wobei die zweite Öffnung (50) am Außenrand des Tellers ausgebildet wurde.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei der Raum zwischen der oberen und der unteren Platte durch eine oder mehrere Trennwände (42) unterteilt ist, wodurch eine Vielzahl von Multiwell-Platten bereitgestellt wird, in welchem Fall jeder Zwischenraum mit einer Offnung (48) und einem Auslaß (50) ausgestattet ist, um die unabhängige Befüllung jedes Zwischenraums zu ermöglichen.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 11, wobei die Trennwände (42) radial verlaufen.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei mindestens eine der oberen und unteren Platten, welche die Struktur bilden, transparent ist, um eine optische Prüfung der Vertiefungen von außerhalb der Struktur zu ermöglichen.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 13, wobei die andere der oberen und unteren Platten eine reflektierende Oberfläche umfassen kann, so daß Strahlung, die durch die transparente Platte hindurch in die Struktur eintritt, die Struktur in beiden Richtungen durchqueren kann, um für eine bessere Signalerfassung zu sorgen.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Teller (54) bereitgestellt wird, der so angeordnet ist, daß er eine Vielzahl von sektorförmigen Einsätzen (64) aufnehmen kann, von denen jeder eine im allgemeinen ebene Fläche umfaßt, in der eine Vielzahl von Vertiefungen (76) ausgebildet sind, wobei der Teller für jeden Einsatz eine im wesentlichen ebene Fläche (56a) aufweist, die während des Gebrauchs so angeordnet wird, daß sie sich gegenüber der im wesentlichen ebenen Fläche des Einsatzes befindet, sowie eine Vorrichtung (68, 70), um den Einsatz so positioniert zu halten, daß die zugehörigen ebenen Flächen mit geringem Abstand zueinander angeordnet werden und den Raum zwischen sich definieren.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 15, wobei die Öffnung (72) zum Befüllen des Zwischenraums in der ebenen Fläche des Tellers ausgebildet wurde.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die Auslaßöffnung am Außenrand oder in der Nähe des Außenrandes des Tellers ausgebildet wurde.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Teller obere (56) und untere (58) kreisförmige Platten umfaßt, die durch radial verlaufende Abstandshalter (60) getrennt sind.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 18, wobei die ebene Fläche jedes Einsatzes an ihrem Rand wenigstens teilweise von aufrechten Wänden umgeben ist, die den Zweck haben, die Innenkanten der Einsätze zu der gegenüberliegenden ebenen Fläche des Tellers hin abzuschließen und dadurch ein Austreten der Flüssigkeit um den Einsatz herum zu verhindem.
Assayplattenstruktur (64) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Plattenstruktur (64) die Form von Sektoren aufweist, mit einem Handgriff (66) am längeren Bogenabschnitt, um die Ausrichtung des Sektors auf einem Teller zu erleichtern.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 20, wobei eine Vielzahl von sektorförmigen Plattenstrukturen (64) von einem Teller (54) getragen werden.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 21, wobei sowohl die Sektoren (64) als auch die Teller (54) aus Kunststoff hergestellt sind und die Sektoren auf dem Teller schnappbefestigt werden können.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 21 oder 22, wobei die Sektoren und der Teller Nut- (68) und Feder- (70) Abschnitte einschließen, um zu ermöglichen, daß die Sektoren nur in der korrekten Ausrichtung eingeschnappt werden können.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Assayplattenstruktur ein Teller (32) ist, der in einem Stück mit einer Vielzahl von Vertiefungen geformt wurde.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 24, wobei die Struktur einen oberen Teller (56) mit einer Vielzahl von drehbar gelagerten Sektoren (72) einschließt, um zu ermöglichen, daß der Sektor sich aus der Ebene des Tellers heraus und wieder zurück drehen kann, um das Einsetzen der Assayplatten in den Sektorzwischenraum bzw. das Herausnehmen der Assayplatten aus dem Sektorzwischenraum zu erleichtern.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei die Tellerstruktur eine Umfangsrinne aufweist, die um ihren Rand herum verläuft, um das Sammeln von Fluid im Anschluß an die Fluidentnahme aus der Kammer zu erleichtern.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei die Plattenstruktur und die Sektoreinsätze aus lichtdurchlässigem Kunststoff hergestellt sind.
Multiwell-Assayplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Plattenstruktur digital verschlüsselte Adreßinformationen enthält.
Multiwell-Assayplattenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Plattenstruktur für die Verwendung mit einem Gerät geeignet ist, das ein Format von der Art eines CD-Abspielgeräts aufweist.
Assayplattenstruktur (54) zur Verwendung bei der Durchführung optischer Assays eines fluiden Analyten, wobei die Plattenstruktur umfaßt: einen Teller, der sich um eine zentrale Achse drehen kann, wobei der Teller obere und untere Platten (56, 58) aufweist, die zueinander einen Abstand aufweisen, der gering genug ist, daß der Strom eines Fluids zwischen den Platten durch Kapillarwirkung unterstützt wird, sowie eine Vielzahl von im wesentlichen radial verlaufenden Wänden (60), die zwischen den Platten (56, 58) angeordnet sind, wobei die Wände (60) den Teller in eine Vielzahl von Tellersektoren (62) aufteilen; und eine Vielzahl von Tellereinsätzen (64), die so ausgelegt sind, daß sie von entsprechenden Tellersektoren (62) aufgenommen werden und dort festgehalten werden können, wobei die Struktur außerdem umfaßt: ein Vielzahl von Öffnungen (72) in der oberen Fläche (56), mindestens eine Öffnung über jedem Tellersektor (62), um einen flüssigen Analyten in den Sektorraum zwischen den Platten (56) und dem Tellereinsatz (64) einführen zu können, wobei die obere Fläche jedes Tellereinsatzes (64) und die gegenüberliegende Fläche (58) der Platte im wesentlichen eben sind, und der Fluidstrom zwischen der oberen Platte (56) und dem Tellereinsatz (64) durch Kapillarwirkung unterstützt wird.
Assayplattenstruktur nach Anspruch 30, wobei um ihren Außenrand herum zwischen der radial äußeren Kante der oberen Platte und jedem Tellereinsatz für jedes Tellersegment eine Auslaßöffnung ausgebildet ist.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 30 bis 31, wobei die Plattenstruktur digital verschlüsselte Adreßinformationen enthält.
Assayplattenstruktur nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die Plattenstruktur für die Verwendung mit einem Gerät ausgelegt ist, das ein Format vom Typ eines CD-Abspielgeräts aufweist.
Chemisch biochemische Assayvorrichtung, umfassend eine Assayplattenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29 mit einer Vielzahl von Vertiefungen, um Proben, die untersucht werden sollen, aufzunehmen, eine Fluid-Handhabungsvorrichtung (80), um fluide Reagentien in die Assayplattenstruktur einzuführen und aus dieser zu entnehmen, um zu ermöglichen, daß in jeder Vertiefung eine fluide Reagensmischung zurückbleibt, und eine optische Bestimmungsvorrichtung (54), um das optische Ergebnis der Reaktion in jeder Vertiefung zu messen.
Verfahren zum Füllen der Vertiefungen einer Multiwell-Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Einführen eines Fluids in die Kammer durch eine der Öffnungen, um die Kammer im wesentlichen zu fluten; und anschließendes Entnehmen des Fluids aus der Kammer durch die gleiche oder eine andere Öffnung, so daß Flüssigkeit in den Vertiefungen zurückbleibt.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Verfahren außerdem folgenden Schritt umfaßt: Bilden einer luftundurchlässigen Abdichtung zwischen dem Fluideinlaß und dem Endbereich einer Injektionsspritze oder einer ähnlichen Flüssigkeits-Einspritzvorrichtung und Einspritzen von Fluid durch die Öffnung in die Kammer und anschließendes Absaugen der Flüssigkeit aus dem Raum durch die Öffnungen hindurch.
Verfahren zur Durchführung eines chemischen oder biochemischen Assays, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Bereitstellen einer Fläche innerhalb einer im wesentlichen geschlossenen, relativ flachen Kammer mit einer Vielzahl von Vertiefungen an Stellen, die ausreichend weit voneinander entfernt sind, um die Beobachtung einer Reaktion in jeder Vertiefungsstelle zu ermöglichen, wobei die Vertiefungen so proportioniert und dimensioniert sind, daß sie im Anschluß an die Einführung und Entnahme eines Fluids in die Kammer bzw. aus der Kammer in jeder Vertiefung ein Volumen an Fluid zurückhalten, und wobei die Kammer ausreichend flach ist, um den Strom eines Fluids in der Kammer durch Kapillarwirkung zu unterstützen; Behandeln jeder Vertiefung mit einem ersten Reagens, Fluten der geschlossenen Kammer und Bedecken der Vertiefungen mit einem Fluid, das mindestens ein zweites Reagens trägt, Entfernen von überschüssigem Fluid aus der Kammer, wodurch in jeder Vertiefung eine Mischung aus dem ersten und zweiten Reagens zurückbleibt, und optisches Bewerten jeder Vertiefung und Bestimmen, ob eine Reaktion stattgefunden hat, sowie Korrelieren der Reaktionsergebnisse, um einen Assay der chemischen oder biochemischen Reaktionen während des Versuchs bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei der Schritt der optischen Bestimmung automatisch unter Verwendung eines optischen Lesegeräts durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 37 oder 38, wobei die Flächen mit Vertiefungen, die das erste Reagentien-tragende Fluid aufweisen, bereits vorbereitet werden, bevor sie in die Struktur geladen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 39, wobei nach der optischen Bestimmung der Ergebnisse des Assays die automatische Fluid-Handhabungsvorrichtung verwendet wird, um so oft wie zuvor festgelegt Spülfluid in die Vertiefungsschale einzuspritzen und aus dieser abzuziehen, um die Vertiefungen zu reinigen, damit sie anschließend wieder Proben für den Assay aufnehmen können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 40, wobei die Kammerstruktur digital verschlüsselte Adreßinformationen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 41, wobei die Kammerstruktur für die Verwendung mit einem Gerät, das ein Format von der Art eines CD-Abspielgeräts aufweist, ausgelegt ist.
Verfahren zur Durchführung eines Assays unter Verwendung einer Multiproben-Assayplattenstruktur, umfassend: eine erste, im wesentlichen ebene obere Fläche, eine zweite, im wesentlichen ebene untere Fläche, die mittels Wandungsvorrichtungen von der oberen Fläche beabstandet ist, um eine Kammer zu definieren, wobei die obere und untere Fläche einen vorgegebenen Abstand aufweisen, wobei der Abstand ausreichend gering ist, um den Strom eines Fluids zwischen den Flächen durch Kapillarwirkung zu unterstützen; wobei die Kammer einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, wobei der Einlaß und der Auslaß ermöglichen, daß Fluid in die Kammer eingeführt und aus dieser entnommen wird, wobei die untere Fläche Spots eines unlöslichen Substrats aufnehmen kann, das ein erstes Reagens trägt, oder das, wenn es sich um einen Kontrollspot handelt, kein Reagens trägt, wodurch eine Vielzahl von getrennten Reaktionsstellen erzeugt werden, wobei mindesten ein Reagens im Fluid vorhanden ist, das mit dem ersten Reagens reagieren kann, so daß eine erkennbare Reaktion in der Kammer erzeugt wird; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Anordnen einer Vielzahl von Spots aus einem unlöslichen Substrat in einem vorgegebenen Abstand zueinander auf der unteren Fläche, wodurch eine Vielzahl von Reaktionsstellen erzeugt werden, wobei die Spots ein erstes Reagens, oder, wenn es sich um einen Kontrollspot handelt, keines tragen, Fluten der Kammer mit Fluid, das mindestens ein zweites Reagens trägt, Entfernen des Fluids aus der Kammer, so daß genügend Fluidspots in Kontakt mit den Substratspots zurückbleiben, und optisches Überwachen jeder Spotstelle, um eine Reaktion zu entdecken.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei die Assayplattenstruktur digital verschlüsselte Adreßinformationen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 44, wobei die Plattenstruktur für die Verwendung mit einer Vorrichtung, die ein Format vom Typ eines CD-Abspielgeräts aufweist, ausgelegt ist.