EP1510254A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Analyten in einer Flüssigkeit - Google Patents

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EP1510254A2
EP1510254A2 EP20040020359 EP04020359A EP1510254A2 EP 1510254 A2 EP1510254 A2 EP 1510254A2 EP 20040020359 EP20040020359 EP 20040020359 EP 04020359 A EP04020359 A EP 04020359A EP 1510254 A2 EP1510254 A2 EP 1510254A2
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EP
European Patent Office
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analyte
liquid
detection
transport plane
substrate
Prior art date
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Withdrawn
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EP20040020359
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Hans-Peter Wahl
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F Hoffmann La Roche AG
Roche Diagnostics GmbH
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F Hoffmann La Roche AG
Roche Diagnostics GmbH
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Publication date
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Publication of EP1510254A3 publication Critical patent/EP1510254A3/de
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    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B01L7/525—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones

Definitions

  • the application relates to a method for the determination of an analyte in a liquid and a device for determining an analyte in a liquid accordingly the inventive method.
  • SAW Surface Acustic Waves
  • the determination of analytes in microanalytical systems is usually carried out by means of Sensors integrated into the channels of the chips.
  • the measuring methods of the used Sensors are based in particular on the previously used microanalytical methods on spectroscopic methods such as fluorescence or Absorption measurements, electrochemical methods, conductivity measurements, luminescence or electrochemiluminescence method and detection method by means of Optic sensors.
  • biosensors have ion-selective electrodes and other sensors which are widely used in routine macroscopic diagnostics are previously proven in microanalytical systems not routinetauglich.
  • microstructured Sensors and electrodes are in particular protein arrays and arrays for the determination of nucleic acids.
  • sensor modules which in clinical and / or chemical analyzers are installed. These are above all Modules for the determination of electrolytes and other analytes such as Glucose or lactate.
  • these methods established in laboratories usually work with significantly larger sample volumes.
  • microfluidic channels are a few microns wide and deep, but usually very long, so the volume of these channels relative to whose cross-section is large. This can be a significant proportion in these systems the sample volume is not used to determine the analyte in the sensory areas used by the system, but represents not usable dead volume. So are a further reduction of the required sample quantity in these channel systems principle limits set. Furthermore, such channels have the great disadvantage that the surface in direct contact with the sample in relation to the Volume is very large.
  • Ion-selective electrodes are currently used mainly in macroscopic analysis systems, especially in clinical and chemical electrolyte analysis modules Analysis systems, used. Such macroscopic detection systems have considerable Disadvantages. So require such modules and systems in addition to the clear larger sample volumes numerous hoses, valves and pumps that flow control the fluids within these systems. For example, have air segments be introduced into the liquid flow to the hoses and the sensors between the individual measurements and calibrations. For the controller the liquid streams are other sensors, in particular light barriers or Conductivity sensors, needed to ensure that the air segments are correctly or be discharged.
  • microarrays are understood as analytical systems which on a carrier many have sensory elements, usually arranged at regular intervals, so that these used for many simultaneously or temporally offset expiring provisions can be.
  • microarrays are used to analyze proteins and nucleic acids used. Such arrays are difficult to regenerate, so that Such systems, for the reasons described above also not for a multiple Use are suitable.
  • microarrays for protein determination work with planar surfaces. These Arrays, however, require relatively large volumes. So must in such systems For example, incubate with about 50 microliters of sample liquid to bind allow the analyte with the detection molecules. To a depletion of To prevent analytes, the sample must be mixed, which is a large represents technical problem.
  • German patent application DE 10117771 A1 describes methods and devices for the manipulation of small quantities of liquid by means of surface acoustic waves.
  • the object of this patent application described in the published patent application is to locate liquids on a solid state chip and, where appropriate to mix.
  • devices and methods are described, which liquids by means of surface acoustic waves on a flat substrate to move to so-called functionalized areas. In such functionalized For example, a chemical or biological reaction may take place in areas.
  • DE 10117771 A1 describes for this purpose devices in which at certain Make functionalized directly in / on the surface of the solid-state chip Areas are used which, among other things, used as sensors in analytical procedures can be.
  • the functionalized areas for analyzing the liquid are integrated directly into the substrate of the solid-state chip, on which the transport the liquid takes place, i. the relevant devices for liquid transport and the devices relevant to the determination of the analyte in the fluid are combined in a single plane, the transport plane.
  • the sensors integrated into the surface of the carrier chip introduce inhomogeneities the surface of the carrier substrate, for example by different surface wetting properties or spatial elevations or depressions.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art remove.
  • it is an object of the present invention to provide microanalytical To provide methods and devices that meet the needs of a cost-effective and user-friendly routine analytics and which become one multiple reuse.
  • the inventive solution of the disadvantages described in the prior art microanalytical methods and devices and subject of the invention are methods and devices for the determination of analytes in liquids, the characterized in that the liquid to be examined on a substrate is applied and the liquid volume to be examined on the flat surface of the substrate, the so-called transport plane, at the location of the investigation is moved, the liquid during transport exclusively with the Substrate of the transport plane is in contact.
  • the movement can be done in particular by Procedures such as surface acoustic waves or Elektrowetting be effected.
  • the methods and devices according to the invention are characterized in that that they have at least one sensory element and optionally further analytical Have units which are separated from the substrate of the transport plane in one second plane opposite the substrate, the so-called detection level, are located.
  • This detection level is designed such that the liquid volumes during their movement to the place of investigation or away from there with the Be in contact or disturbed by it in their movement.
  • the evidence level indicates where the location of the Investigation reveals special formations or devices which only on This defined location of the investigation, a contact with the examined Make liquid and thus allow determination of analytes in the liquid.
  • This contact surface may in particular be formed such that it has a Permanent reduction of the distance of the sensory element or the Has evidence of the transport level at the locations of the investigation, or that the sensory element or the detection plane is designed to be movable is, so that the sensory element then temporarily with the liquid volume to be examined can be contacted if this is at the site of the investigation located.
  • the transport level and the proof level can become a device be connected, which can be placed in an external device.
  • the external device can in particular to control the movements of the liquid volumes to be examined serve, electrical and / or fluidic contacts to the invention Produce device and is possibly able to part of the analytical Unit.
  • a preferred embodiment consists of a closed device, which the Substrate of the transport plane includes as a bottom surface and a lid, which preferably Having side walls, so that a closed device are constructed can.
  • the lid may further have openings for liquid application, which with a cover, in particular a pierceable septum, are closed.
  • a cover in particular a pierceable septum
  • the lid corresponds thus in most cases the detection level of the device.
  • the sensory Element can hereby directly on the site of the investigation in / on the transport plane facing Surface of the lid integrated / applied.
  • the movably formed sensory element on Place of examination for the determination of the analyte for a short time from a transport position moved to a measuring position.
  • the transport position corresponds to a spatial position of sensory element in which it is not in contact with the liquid volume, so that the transport of the liquid volume over the transport plane not from the sensory Element is affected.
  • the measuring position corresponds to a spatial position of the sensory element, in which the distance to the transport plane compared to the transport position is reduced and the sensory element in contact with the fluid volume so that the determination of the analyte by means of the sensory element can be carried out.
  • the substrate of the transport plane may further devices to generate a movement of the liquid volumes to be examined, in particular interdigital electrodes for generating surface acoustic waves or Electrodes as used in electrowetting processes.
  • the Devices which generate the forces required for fluid movement in the case of transportation by surface acoustic waves, they do not necessarily have to be mounted directly on the substrate of the transport plane, but it is also possible the devices for generating these forces are located outside the substrate, for example, as part of an external drive device. In this case will be the externally generated forces then coupled into the transport plane, for example by means of electric fields or mechanical vibrations. This is particularly advantageous if disposable devices are to be used, because then on expensive devices to dispense with generating a movement on the transport plane itself can, which causes a significant production cost reduction.
  • the subdivision of the devices according to the invention in a plane, which of the movement the liquid volume to be examined (transport plane), and a plane, which serves for the analytical examination of the liquid volumes (detection level), allows on the one hand an undisturbed movement of the liquid volumes on the substrate of the Transport level and, on the other hand, the production of these two levels into two distinct Processes. These two manufacturing processes do not have to be compatible. So for example, the transport level can be created independently of the verification level become. Only in the final assembly, these two are critical in each case in the production Elements brought together, preferably in the form of a closed device.
  • liquid to be examined Through openings in the housing, different volumes of liquid to be examined, but also calibration solutions, reference solutions, rinsing or cleaning solutions, Solutions with standardized analyte concentrations, so-called standards, or reagents, be applied to the transport plane, for example by means of pipetting or Injection.
  • the liquid volumes can also be coupled by means of fluidic Systems, such as capillaries and dispensers, applied to the transport plane become.
  • the device according to the invention additionally has in a preferred embodiment a waste container, which is connected via a panel with the device and thus belongs to the closed area of the device.
  • the fluids passing through The panel can be transported in the waste container, by this of Transportund Detection level can be separated, allowing a return to the sensory area and thus an impairment of subsequent measurements is avoided.
  • advantageous embodiments of the invention are the sensory Areas or the entire device against such external interference shielded, preferably by means of a Faraday cage, to remove the signals from interfering electrical influences to keep free or by means of a radiation-reducing envelope, to keep away direct light or stray light from optical detectors.
  • Analytes containing a method according to the invention or the corresponding Devices can be determined are all within the meaning of the present application Particles of interest in analytics, especially in clinical diagnostics.
  • the term "analytes” includes atoms, ions, molecules and macromolecules, in particular biological macromolecules such as nucleic acids, peptides and proteins, lipids, Metabolites, cells and cell fragments.
  • the analytes can be both free and on Particles, in particular artificially produced particles such as so-called "beads", bound.
  • liquids can be pure liquids and homogeneous or heterogeneous mixtures such as dispersions, emulsions or Be suspensions.
  • atoms, ions, molecules and Macromolecules in particular biological macromolecules such as nucleic acids, peptides and Proteins, lipids, metabolites or biological cells or cell fragments may be included.
  • biological fluids of interest are blood, plasma, serum, Urine, cerebrospinal fluid, tear fluid, cell suspensions, cell supernatants, Cell extracts, tissue digestions or the like.
  • Liquids can also be calibration solutions, Reference solutions, rinsing or cleaning solutions, reagent solutions or Solutions with standardized analyte concentrations, so-called standards.
  • liquid volumes For the purposes of the present application, in principle, any form and However, they are preferably in the form of round or flattened drops Volumes in the range of 100 nl to 10 ul before. In particular, liquid volumes are also in elongated form possible, the multiple juxtaposed sensory elements can cover.
  • Sensory elements in the sense of the present application are all systems for determination of analytes containing analyte-specific chemical, biochemical, biological or physical Determine sizes and their changes.
  • the term sensory Element is not in the context of the present application to a purely technical definition of a sensor, but is fully applicable to all systems, which can enable the detection of an analyte in a direct or indirect manner.
  • binding partners of the analyte in particular labeled Binding partner, which allows the detection of the analyte through a specific interaction enable with it (e.g., antibodies, nucleic acids with complementary Sequences, complexing agents) or specific reaction partners of the analyte, which with this one specific reaction and so by means of evidence of the corresponding Reaction products or -ucts indirectly to determine the analyte (e.g. Substrates, enzymes), as sensory elements.
  • These sensory elements are located According to the invention, at the site of the examination, preferably in immobilized form and allow the specific detection of the analyte there.
  • the reagents required for the determination of the analyte in dry chemical Form bound present.
  • the physical location of the evidence by means of a physical or chemical sensor not necessarily with the sensory Elements at the site of the investigation, especially indirect ones Detection methods.
  • the detection of peptidic analytes by fluorescence-labeled Antibody the detection of the resulting fluorescence radiation by an optical sensor, which in a suitable embodiment of the invention also outside may lie the actual device according to the invention, while the proof of Analytes by the antibodies as sensory elements only at the site of the investigation takes place.
  • sensor elements can also be conventional sensors, in particular electrochemical sensors, biosensors, optical sensors such as absorption or Fluorescence detectors and immunological sensors such as optodes, waveguide sensors and evanescent field laser spectrometry sensors.
  • sensors are included, which can determine physical quantities, such as sensors, which determine the viscosity, the density or the mass of a liquid. This is included Reactions that exhibit these properties in the course of an analyte-specific reaction the fluid changes, especially of interest. Examples are coagulation reactions or methods which allow the attachment of analyte molecules by means of them detected, called mass change.
  • Sensors can be present in all possible geometric embodiments, in particular as pointed sensors, as area sensors or as thick-film sensors. Especially preferred are pointed sensors, as in the case of moving away the sensor only one minimal residual volume of the liquid to be examined adheres to this and thus Carryover artifacts can be largely avoided.
  • Such methods are characterized in particular by the fact that the determination of the Analytes indirectly by the detection of a specific interaction with a binding partner, in particular a labeled binding partner in the form of immunoassays or detection methods using polymerase chain reactions, or a specific Reaction of the analyte with detection reagents, in particular in the form of chemical or enzymatic reactions, or a specific change in a physical or chemical size, in particular the viscosity occurs.
  • a binding partner in particular a labeled binding partner in the form of immunoassays or detection methods using polymerase chain reactions, or a specific Reaction of the analyte with detection reagents, in particular in the form of chemical or enzymatic reactions, or a specific change in a physical or chemical size, in particular the viscosity occurs.
  • the analyte For the determination of the analyte For example, you bring a volume of the liquid to be examined and a volume the reagent solution in contact by these volumes of liquid, for example by suitably controlled acoustic surface acoustic waves, to move towards each other, so that they eventually merge into a common fluid volume. Especially It is advantageous if the combined liquid volumes are subsequently mixed To ensure a rapid and complete reaction of the analyte with the reagents and thus to allow the most accurate determination of the analyte. to Blending can in particular suitably controlled surface acoustic waves be used. The contacting and mixing of the liquid volumes can be done directly at the site of the investigation or previously in another area of the Device, so that in the latter case, possibly after a certain reaction time, this mixture is moved to the site of the investigation.
  • Analyte concentrations may be introduced through special openings in the device especially through an already existing sample application septum or through a specially designed septum.
  • the above-described application of the solutions does not necessarily have to be done by pipetting or injection through a septum, but rather In other embodiments of the invention, liquids may be contained in containers be kept ready inside or outside the housing, which at given times for example, with the help of a microdispenser or piezodispenser in the Housing brought or released there.
  • the liquid volumes are preferably in the form of round or flattened drops before, but there are also volumes in elongated form possible, the several side by side lying sensory elements can cover.
  • This embodiment can then be used particularly well if several sensory elements simultaneously with the need to be in contact with the liquid volume to be examined, as for example in the electrochemical measurement of electrolytes is necessary.
  • the general one or more measuring electrodes and a reference electrode with a reference electrolyte Moving a volume of liquid to be examined and a Volume of a reference electrolyte solution toward each other and brings them into contact, it takes place the mixing of the two volumes of liquid without additional mixing Forces initially purely diffusive and thus very slow.
  • the two Partial volumes are located in an electrically conductive connection without interfering effectively mix thoroughly.
  • the liquid volume is the one to be examined Liquid in contact with one or more measuring electrodes and the reference electrolyte containing liquid volume in contact with the reference electrode, so that after the transient oscillation of the measurement signals can be an exact determination of the analyte.
  • the device according to the invention is preferably installed in a closed housing, which is suitable for multiple use.
  • a closed Design becomes an evaporation of liquids and thus a falsification of the concentration prevents the analyte.
  • a Waste container into which already examined liquids as well as reagent solutions, Calibration solutions, reference solutions, rinsing or cleaning solutions and solutions with standardized analyte concentrations are transported after their use.
  • Waste containers may in particular be designed so that these already used liquids can no longer get to the places of investigation and / or other analyte determinations can falsify. This can be done for example by a mechanical Aperture can be achieved.
  • the already used samples can be adsorbed, for example by means of a fleece or sponge. This ensures that the Humidity kept constant high in the device according to the invention and so the Evaporation of small volumes of liquid is prevented without subsequent Determinations of analytes are influenced by previous provisions.
  • the devices or parts according to the invention are the devices are designed in such a way that the devices or parts of the devices, In particular, sensory elements are provided for a single use. This embodiment is particularly suitable for the determination of analytes in which Carryover problems can occur.
  • the present invention includes embodiments which are modular Modular system for simple as well as multiple and multiple determinations of Analytes in liquids are suitable. Particularly advantageous for these embodiments it is that the transport level and the evidence level with different materials and methods can be produced and only to carry out the determination of Analytes must be merged. Furthermore, transport level and Detection level not be directly connected to each other, for example by spacers or a common housing, but can initially independently present and only for the actual determination of the analyte in common contact be brought to the liquid volume to be examined.
  • embodiments are advantageous in which the substrate of the transport plane as a multipurpose usable Substrate is used, which is the transport of many liquid volumes to the corresponding locations of the investigation causes, and the evidence level for a one-time Use is provided, especially in sensory elements, which are not on are based on reversible reactions and thus can only be used once.
  • Examples of this are optical detection based glucose sensors or sensors which based on immunological methods or DNA hybridization.
  • the proof level be designed so that it contains only one sensory element and to each Determination is exchanged while the transport plane to move many volumes of liquid can be used for many analyte determinations.
  • the evidence level but can also be designed so that it contains several sensory elements, which each can be used only once and which are different from each other separate locations of the determination, so that for each analyte determination another sensory element is used.
  • This embodiment has the advantage that with it several analyte determinations with only once usable sensory elements can be performed sequentially in the same device.
  • the device according to the invention is configured in such a way, in that methods are used for the determination of analytes in liquids, which include one or more dry chemical steps.
  • An example of this is the reflectometric glucose determination on test strips.
  • Dry chemical processes are methods which contain at least one reagent in dry form. This must be ensured that the lowest possible humidity prevails in the device. This can be achieved in particular by the fact that in the device or in it in Connecting components such as a waste container, a moisture and / or liquid-absorbing agent such as silica gel, wherein the moisture and / or liquid-absorbing agent through a membrane or a Fleece can be wrapped.
  • Such in dry Form present reagents can be used in particular in the form of a spot spot Provision or, in the case of indirect participation in the determination of the Analytes may be fixed to other locations of the device. Should such devices, which work with dry chemical reagents, used for several determinations For example, multiple spots may be at different locations in the device be attached, which independently with different to be examined Liquid volumes can be brought into contact. That is how you are in the Able to accommodate dry chemical reagents even in reusable devices, without the dry chemical reagents for further determinations damaged by the liquid volumes used in the preceding determinations become.
  • various embodiments are included.
  • a job site be provided on which several to be examined liquid samples be applied, and several spatially separated locations of the Investigation, which all apply the same detection method, so that at the different Places of investigation Analyte determinations carried out in an identical manner become.
  • multiple job locations and multiple locations of investigation which all use the same detection method should be included. This is especially true advantageous if on a device several identical analyte determinations simultaneously to be carried out.
  • a job site and several locations of the investigation, demonstrating the different Analytes allow to be included. This is especially advantageous when from a Sample several different analytes should be determined. This is the sample preferably first divided into several liquid segments, which then subsequently can be transported to the different locations of the investigation.
  • multiple order locations and multiple locations may also be used Investigation, which allow the detection of different analytes included be.
  • the contact of the sensory element or the detection level to investigating fluid volume is carried out according to the invention only at the site of the investigation.
  • the evidence level may be shaped in this area to be a permanent one Reducing the distance of the sensory element from the transport plane at Has the place of examination, or that the sensory element or the Detection level is designed to be movable, so that the sensory element only with the liquid volume to be examined is brought into contact, if this on Place of investigation is located.
  • the device may be formed such that the distance between the detection plane and transport level at the site of the investigation is permanently reduced, preferably in that the sensory elements from the actual detection plane in the direction protrude the transport plane.
  • the distance between the verification level and transport plane outside the sensory area greater than the vertical extent the volumes of liquid, within the sensory area, i. at the place of Examination, smaller or equal to the vertical extent of the liquid volumes.
  • This is a movement of the liquid volumes outside the sensory areas possible, which is not influenced by the sensory elements or the detection level becomes.
  • An interaction of the liquid volumes with the sensory elements occurs on the other hand, only at the constrictions in the places of investigation.
  • the actual determination of the analytes takes place, whereby the respective liquid volume preferably does not change its position during the determination.
  • the device may further be formed such that the distance between the sensory element or the detection level and the transport level locally the examination can be temporarily reduced.
  • the detection level and the transport level temporarily be moved toward each other, for example by means of an electric drive.
  • not the whole level of evidence is at the transport level moved, but only the sensory areas, for example, by movably mounted Sensor electrodes for determining the analyte by external drives be brought into contact with the liquid volume to be examined. This matches with the previously described measuring position.
  • the Detection level or the sensory element again from the liquid volume moved into the transport position and forces are applied, which the liquid volume Move away from the places of investigation, for example, in a waste container or to another place of investigation, with the movement after leaving the investigation, in turn, takes place exclusively in contact with the transport level.
  • the methods and devices of the invention may further be used for determination of analytes by measuring physical and physico-chemical parameters be used. For example, they can be used to determine global coagulation parameters used as the prothrombin time or the activated partial thromboplastin time become. This measurement can on the one hand via electrochemical reactions with the corresponding electrochemical sensors, as described for example in US Pat US 6,352,630 are described. On the other hand, the determination can also be made via a viscosity measurement respectively. This can, in addition to the known methods, such as optical Method or method with magnetic particles, in particular with sensors which are based on surface acoustic waves.
  • the device can be used several times, if after reaching the necessary measurement signal, the device is regenerated, preferably with the aid of reagents known to those skilled in the art, which prevent the formation of complete coagulation.
  • reagents can in liquid form also with the inventive methods and devices at the transport level, in particular by means of surface acoustic waves, to the reaction mixture be transported and transported after mixing with this in a waste container become.
  • the methods and devices according to the invention can furthermore be carried out homogeneous or heterogeneous immunoassays can be used.
  • the reaction in particular on the measurement of turbidity or the optical density by means of optical sensors.
  • the sensor as Waveguide be formed, in particular in the case of a measurement of the reaction means Evanescent field laser spectrometric method.
  • heterogeneous immunoassays can In particular, specific antibodies are used which, for example, to magnetic Particles are bound. The assays are then in a manner known to those skilled in the art Manner performed.
  • the device can furthermore be designed in such a way that analyte-specific detection reactions carried out with one or more separation steps or washing steps can be.
  • one or more substances to be separated with a specific label or probe for example by binding to magnetic particles or labeled antibodies.
  • Bound-free separation takes place in the case of a magnetic marking in that at a certain location of the device from outside a magnetic field is applied, which the magnetic particles with the substances bound thereto holds and thus allows a washing of the particles or a media change.
  • These Reagents and media may also be in liquid form at the transport level, in particular by means of surface acoustic waves.
  • the measurement can there with the known sensors (fluorescence sensors, luminescence sensors or others). This allows in particular the Perform a complete immunoassay in a single closed device.
  • the device can be used several times if, after reaching the necessary Measuring signal cleaned the device analogously to the above method or regenerated.
  • the spent reagents can be placed in a waste container be transferred.
  • the methods and devices according to the invention can furthermore be used in methods for Determination of analytes which are based on biological or chemical Reproduction reactions are based.
  • methods for genetic engineering or DNA comparisons Of living things are often only traces of cellular material available, which is why For determining these molecules methods are needed which nucleic acids in vitro reproduce in sufficient quantities.
  • Polymerase chain reaction Polymerase chain reaction, PCR
  • One cycle of a PCR consists of three discrete temperature steps: 1. Denaturation: When heated to about 95 ° C, the DNA to be amplified melts and gives single strands. 2.
  • Annealing By rapid cooling to about 55 ° C, the reassociation of the single strands prevented and the primer (2 different oligonucleotides with gegensinniger Orientation) attach to corresponding complementary strand sections of the DNA.
  • Third Extension The DNA polymerase prolongs the strand at about 72 ° C starting from primer and thus completes the single strand to the double strand by the incorporation of nucleotides. These new molecules will serve as a template in the next cycle. It comes to an exponential multiplication of the starting DNA and in several, usually 20 to 50, Cycles, the material is often copied identically.
  • the devices according to the invention can be designed in such a way that they are suitable for Performing such a PCR test are suitable.
  • the implementation of the Temperature control can be implemented in the device in various ways.
  • the device is particularly suitable because of its microscopic size, volumes in the micro and nanoliter range to adjust to the desired temperature in the shortest possible time, which shortens the cycle times of the duplication steps. With such small volumes of liquid
  • Various measures are suitable for this purpose.
  • the aqueous phase (the actual PCR reaction mixture) with a with this aqueous phase immiscible medium, which has a higher boiling point than water has, for example mineral oil, are overcoated.
  • the Reaction is carried out at very high humidity or vapor saturation.
  • the cyclical Controlling and adjusting the temperature of the reaction mixture can be different Species take place.
  • the entire device or certain parts of the device, which contain the reaction mixture are heated or cooled from the outside.
  • the devices according to the invention make very rapid temperature changes achieved, since preferably the volume of the liquid to be tempered very can be small and the device can be made of materials which are very high Have thermal conductivity.
  • thermoelectric generation and regulation can be achieved by methods known in the art.
  • Heating or cooling elements may be installed in the detection level. These will externally driven such that the required for the PCR amplification various Temperatures at different locations of the device permanently or temporarily are set. These set to a certain temperature ranges or the heating elements apply in the sense of the invention as places of investigation or sensory elements, because only in these places by the tempering elements the specific amplification reaction may take place to detect the analyte.
  • the heating elements or the detection level in all before be executed described embodiments.
  • the different temperature zones by reductions the distance between the transport plane and the lid are defined, wherein the Heating elements located at these locations at a reduced distance and the reaction mixture at these points in direct contact with the lid or to be there located heating elements is located.
  • the transport plane can now be carried out DNA amplification, the reaction mixture to the respective preheated Areas are moved in the device.
  • the heat dissipation is preferably carried out on the lid side by direct liquid contact with additional mixing of the reaction mixture for example, by surface acoustic waves or by electrowetting, but also embodiments are conceivable without additional mixing the reaction mixture or with non-direct heat transfer or with lateral or bottom-side heat supply work.
  • Detection of analytes using PCR methods can be done in different ways. In particular, this can be performed by so-called "real time PCR” method in a person skilled in the known manner with the measurement of fluorescence used in these methods Choice of a material that is as transparent as possible, either from the side of the transport plane or the side of the evidence level.
  • a so-called End-point PCR can be carried out in a manner known to the skilled worker, in the end the reaction, the product is moved in a detection area, where the corresponding Nucleic acid sequences are present there as specific template probes have been immobilized. This area can advantageously also be tempered, to ensure a specific hybridization. The detection then takes place with known in the art, wherein in general any known post-PCR detection method suitable.

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Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Analyten in einer Flüssigkeit, wobei das zu untersuchende Flüssigkeitsvolumen (19,20) auf ein Substrat (1) einer Transportebene aufgebracht wird, das zu untersuchende Flüssigkeitsvolumen (19,20) auf diesem Substrat (1) an den Ort der Untersuchung bewegt wird, wobei die Flüssigkeit ausschließlich mit dem Substrat der Transportebene in Kontakt ist, die zu untersuchende Flüssigkeit am Ort der Untersuchung zusätzlich mit einem sensorischen Element (21) in Kontakt gebracht wird, welches sich in einer dem Substrat gegenüberliegenden Nachweisebene befindet, und der Analyt im zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen direkt oder indirekt durch das sensorische Element bestimmt wird. Die Anmeldung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Analyten in einer Flüssigkeit entsprechend den erfindungsgemäßen Verfahren. <IMAGE>

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Analyten in einer Flüssigkeit sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Analyten in einer Flüssigkeit entsprechend den erfindungsgemäßen Verfahren.
Stand der Technik
Der analytische Nachweis und die Konzentrationsbestimmung bestimmter biologisch und medizinisch relevanter Substanzen aus komplexen Proben stellt eine wichtige Grundlage der modernen medizinischen Diagnostik dar. In den letzten Jahren wurden Methoden und Verfahren entwickelt, mit immer kleiner werdenden Probenvolumina exakte analytische Ergebnisse zu erreichen, vor allem durch die Einführung mikroanalytischer Verfahren. Die in zunehmendem Maße eingesetzten "Lab-on-a-chip"-Systeme arbeiten mit Flüssigkeitsmengen im Mikro- bis Nanoliterbereich, welche in diesen Systemen an einen räumlich definierten analytischen Bereich, den Ort der Untersuchung, bewegt werden müssen. An diesen Orten erfolgt dann die eigentliche Bestimmung des Analyten, meist mit spezifischen Sensoren.
Herkömmliche "Lab-on-a-chip"-Systeme bestehen im allgemeinen aus mikrostrukturierten geschlossenen Kanälen, welche den Flüssigkeitstransport zu den eigentlichen sensorischen Elementen bewirken. Zur Bewegung der Flüssigkeiten werden zumeist mechanische Mikropumpen oder elektrokinetische Verfahren eingesetzt. So können Flüssigkeiten in diesen Kanälen beispielsweise durch Elektroosmose, hydrostatische Druckunterschiede, Kapillarkräfte oder Zentrifugalkräfte bewegt werden. Weitere Methoden, kleinste Flüssigkeitsmengen zu transportieren, sind das "Elektrowetting", wie es beispielsweise in "Electrostatic Actuation of Liquid Droplets for Microreactor Applications" (Washizu M. in IEEE Transactions of Industry Applications 34(4):732-737, 1998), "Creating, Transporting, Cutting, and Merging Liquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Digital Microfluidic Circuits" (Cho S.K., Moon H. Kim C.J. in Journal of Microelectromechanical Systems 12(1):70-80, 2003) oder "Micropumping by Electrowetting" (Kim C.J. in Proceedings of 2001 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, November 11-16, 2001, New York, NY) beschrieben ist, und der Transport von Flüssigkeiten auf Oberflächen mit Hilfe von akustischen Oberflächenwellen, sogenannten Surface Acustic Waves (SAW), wie es beispielsweise in "Flatland fluidics" (Wixforth A., Scriba J. und Gauer C. in mstnews 5/02, Seite 42-43) beschrieben ist.
Die Bestimmung von Analyten in mikroanalytischen Systemen erfolgt meist mittels Sensoren, die in die Kanäle der Chips integriert sind. Die Messmethoden der eingesetzten Sensoren beruhen in den bisher eingesetzten mikroanalytischen Verfahren insbesondere auf spektroskopischen Methoden wie beispielsweise Fluoreszenz- oder Absorptionsmessungen, elektrochemischen Methoden, Leitfähigkeitsmessungen, Lumineszenz- oder Elektrochemilumineszenzverfahren sowie Nachweisverfahren mittels Wellenleiter-Sensoren. Dahingegen haben sich Biosensoren, ionenselektive Elektroden und andere Sensoren, welche in der makroskopischen Routinediagnostik verbreitet eingesetzt werden, bisher in mikroanalytischen Systemen als nicht routinetauglich erwiesen. Gründe hierfür sind insbesondere die hohen Herstellungskosten solcher mikrostrukturierter Sensoren und Elektroden sowie die bisher unbefriedigenden Möglichkeiten, Flüssigkeiten durch aktives Pumpen von außen in diesen Systemen zu bewegen. Weitere mikroanalytische Vorrichtungen sind insbesondere Proteinarrays und Arrays zur Bestimmung von Nukleinsäuren. Weiterhin gibt es Sensor-Module, welche in klinischen und/oder chemischen Analysengeräten eingebaut sind. Dieses sind vor allem Module für die Bestimmung von Elektrolyten und anderen Analyten wie beispielsweise Glukose oder Laktat. Diese in Laboratorien etablierten Verfahren arbeiten jedoch meist mit deutlich größeren Probevolumina.
Die üblicherweise eingesetzten mikroanalytischen Vorrichtungen sind, mit Ausnahme von Arrays für die Protein- bzw. Nukleinsäureanalytik, fast ausschließlich aus mikrofluidischen Kanälen aufgebaut. Diese geschlossenen Kanäle sind wenige Mikrometer breit und tief, aber meist sehr lang, so dass das Volumen dieser Kanäle relativ zu deren Querschnitt groß ist. Hierdurch kann in diesen Systemen ein erheblicher Anteil des Probenvolumens nicht zur Bestimmung des Analyten in den sensorischen Bereichen des Systems genutzt werden, sondern stellt nicht nutzbares Totvolumen dar. Damit sind einer weiteren Verringerung der benötigten Probenmenge in diesen Kanalsysternen prinzipielle Grenzen gesetzt. Weiterhin besitzen derartige Kanäle den großen Nachteil, dass die mit der Probe in direktem Kontakt stehende Oberfläche im Verhältnis zum Volumen sehr groß ist. Dadurch ergibt sich eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Bestandteile der Flüssigkeit an der Oberfläche der Kanäle zurückbleiben und damit Proben, welche für spätere Messungen in dem selben Kanälen bewegt werden, verunreinigen können. Derartige Systeme können somit aufgrund der genannten Verschleppungsproblematik oft nur als Einwegartikel eingesetzt werden. Solche mikroanalytischen Systeme besitzen weiterhin den Nachteil, dass sich in Mikrokanälen Flüssigkeiten nicht oder nur sehr aufwändig miteinander mischen lassen und eventuell auftretende Luftblasen den Fluss in den Kanälen leicht zum Stillstand bringen können. Dadurch werden solche Systeme relativ störanfällig und in der Herstellung teuer, so dass sie aus Kostengründen im Routinebetrieb mehrfach benutzt werden müssten, was aber aus obengenannten Gründen (Verschleppungsproblematik) derzeit nicht realisierbar ist.
Ionenselektive Elektroden werden zur Zeit vor allem in makroskopischen Analysesystemen, insbesondere in Elektrolyt-Analyse-Modulen klinischer und chemischer Analysesysteme, eingesetzt. Derartige makroskopische Nachweissysteme weisen erhebliche Nachteile auf. So benötigen derartige Module und Systeme neben den deutlich größeren Probenvolumina zahlreiche Schläuche, Ventile und Pumpen, welche den Fluss der Flüssigkeiten innerhalb dieser Systeme steuern. Beispielsweise müssen Luftsegmente in den Flüssigkeitsstrom eingebracht werden, um die Schläuche und die Sensoren zwischen den einzelnen Messungen und Kalibrierungen zu reinigen. Für die Steuerung der Flüssigkeitsströme werden weitere Sensoren, insbesondere Lichtschranken oder Leitfähigkeitssensoren, benötigt, um sicherzustellen, dass die Luftsegmente korrekt ein- bzw. ausgeschleust werden. Obwohl, ähnlich wie bei mikroanalytischen Systemen mit mikrofluidischen Kanälen, nur ein relativ geringes Volumen für die eigentliche Bestimmung des Analyten benötigt wird, muss in den derzeitigen Systemen ein ungefähr zwanzigmal größeres Flüssigkeitsvolumen eingesetzt werden, um eine verschleppungsfreie Messung sicherzustellen. Solche Systeme sind daher oft sehr störanfällig und wartungsintensiv. Durch die oben beschriebenen Bauweise ist es nicht möglich, handliche und mobil einsetzbare Geräte zu bauen, welche idealerweise für das Arztlabor oder eine patientennahe Diagnostik einsetzbar wären. Ein weiterer Nachteil der oben beschriebenen Geräte sind die hohen Produktionskosten, da alle Systeme und Module aus vielen unterschiedlichen Komponenten zusammengesetzt werden müssen. Im Gegensatz zu makroskopischen Analysesystemen gibt es für mikroanalytische Verfahren und Vorrichtungen bisher keine ionenselektiven Elektroden, die sich wie ihre makroskopischen Analoga im Routinebetrieb für Vielfachmessungen eignen.
Einen Spezialfall von mikroanalytischen Systemen stellen die Microarrays dar. Unter Microarrays versteht man analytische Systeme, welche auf einer Trägersubstanz viele sensorische Elemente, meist in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet, besitzen, so dass diese für viele simultan oder zeitlich versetzt ablaufende Bestimmungen eingesetzt werden können. Insbesondere werden Microarrays zur Analyse von Proteinen und Nukleinsäuren eingesetzt. Solche Arrays lassen sich nur schwer regenerieren, so dass derartige Systeme aus den oben beschriebenen Gründen ebenfalls nicht für einen mehrfachen Gebrauch geeignet sind.
Manche Mikroarrays zur Proteinbestimmung arbeiten mit planaren Oberflächen. Diese Arrays erfordern allerdings relativ große Volumina. So muss in derartigen Systemen beispielsweise mit circa 50 Mikrolitern Probenflüssigkeit inkubiert werden, um die Bindung der Analyten mit den Nachweismolekülen zu gestatten. Um eine Verarmung der Analyten zu verhindern, muss die Probe hierbei durchmischt werden, was ein großes technisches Problem darstellt.
Diese Arrays sind alle zum einmaligen Gebrauch bestimmt. Man setzt meist flächige Arrays mit großen Volumina ein, bei denen das Mischen während der Inkubationen ebenfalls eine technische Herausforderung darstellt. Der eigentliche Nachweis der Analyten erfolgt meist über optische Verfahren, wobei teure und komplexe optische Nachweissysteme benötigt werden, so dass diese Nachweisverfahren nur in wenigen technisch hochwertig ausgerüsteten Speziallaboratorien durchgeführt werden können.
Zur Lösung dieser technischen Probleme wurden Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, welche einen Transport von Flüssigkeiten insbesondere in mikroanalytischen Systemen, bewirken können.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10117771 A1 beschreibt Verfahren und Vorrichtungen zur Manipulation kleiner Flüssigkeitsmengen mit Hilfe akustischer Oberflächenwellen. Die in der Offenlegungsschrift beschriebene Aufgabe dieser Patentanmeldung ist es, Flüssigkeiten auf einem Festkörperchip zu lokalisieren und gegebenenfalls zu durchmischen. Hierzu werden Vorrichtungen und Verfahren beschrieben, welche Flüssigkeiten mittels akustischer Oberflächenwellen über ein ebenes Substrat hin zu sogenannten funktionalisierten Bereichen bewegen können. In solchen funktionalisierten Bereichen kann beispielsweise eine chemische oder biologische Reaktion stattfinden. DE 10117771 A1 beschreibt hierzu Vorrichtungen, bei welchen sich an bestimmten Stellen direkt in/an der Oberfläche des Festkörperchips solche funktionalisierten Bereiche befinden, welche unter anderem als Sensoren in analytischen Verfahren eingesetzt werden können. Die funktionalisierten Bereiche zur Analyse der Flüssigkeit sind hierbei direkt in das Substrat des Festkörperchips integriert, auf welchem der Transport der Flüssigkeit erfolgt, d.h. die für den Flüssigkeitstransport maßgeblichen Vorrichtungen und die für die Bestimmung des Analyten in der Flüssigkeit maßgeblichen Vorrichtungen befinden sich kombiniert in einer einzigen Ebene, der Transportebene. Die Herstellung und auch die Reinigung solcher multifunktionaler Oberflächen ist jedoch nur mit großem finanziellen und technischem Aufwand möglich, so dass derartige Systeme weder als Einwegartikel noch in der Routineanalytik eingesetzt werden. Weiterhin stellen die in die Oberfläche des Trägerchips integrierten Sensoren Inhomogenitäten in der Oberfläche des Trägersubstrats dar, beispielsweise durch unterschiedliche Oberflächenbenetzungseigenschaften oder räumliche Erhebungen beziehungsweise Vertiefungen. Hierdurch wird ein gleichförmiger Transport von Flüssigkeiten über die Oberfläche des Trägersubstrats stark eingeschränkt, so dass komplexe Steuerungen und/oder zusätzliche Kräfte nötig sind, um diese Inhomogenitäten auszugleichen und ein gleichmäßigen und effektiven Transport der Flüssigkeit zu ermöglichen. Weiterhin beschreibt DE 10117771 A1 Anordnungen, bei welchen sich zwei Festkörperoberflächen gegenüberstehen und zwischen denen sich die zu untersuchende Flüssigkeit befindet und in Kontakt zu beiden Oberflächen steht. Hierbei können sich die Vorrichtungen zur Erzeugung der akustischen Oberflächenwellen und die funktionalisierten Bereiche auf den beiden unterschiedlichen Oberflächen befinden. Allerdings findet auch in derartigen Anordnungen der Transport der Flüssigkeit auf dem Substrat der Transportebene nicht unabhängig von den funktionalisierten Bereichen statt, da das Flüssigkeitsvolumen stets mit beiden Oberflächen in Kontakt steht. Bei derartigen Anordnungen treten zusätzliche Wechselwirkungen, insbesondere Oberflächeneffekte, Grenzflächeneffekte und Kapillareffekte, zwischen der Flüssigkeit und den beiden kontaktierten Oberflächen auf, so dass sich solche Anordnungen in der Regel nicht zum Transport von Flüssigkeiten über das Substrat eignen, sondern vor allem zur Durchmischung einer Flüssigkeit eingesetzt werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mikroanalytische Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, die den Bedürfnissen einer kostengünstigen und benutzerfreundlichen Routineanalytik gerecht werden und welche sich zu einer mehrmaligen Wiederverwendung eignen.
Erfindungsgemäße Lösung
Die erfindungsgemäße Lösung der im Stand der Technik beschriebenen Nachteile bisheriger mikroanalytischer Verfahren und Vorrichtungen und Gegenstand der Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von Analyten in Flüssigkeiten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die zu untersuchende Flüssigkeit auf ein Substrat aufgebracht wird und das zu untersuchende Flüssigkeitsvolumen auf der ebenen Oberfläche des Substrats, der sogenannten Transportebene, an der Ort der Untersuchung bewegt wird, wobei die Flüssigkeit während des Transportes ausschließlich mit dem Substrat der Transportebene in Kontakt steht. Die Bewegung kann insbesondere durch Verfahren wie akustische Oberflächenwellen oder Elektrowetting bewirkt werden. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein sensorisches Element und optional weitere analytische Einheiten besitzen, welche sich getrennt vom Substrat der Transportebene in einer zweiten dem Substrat gegenüberliegenden Ebene, der sogenannten Nachweisebene, befinden. Diese Nachweisebene ist derartig ausgebildet, dass die Flüssigkeitsvolumina während ihrer Bewegung an den Ort der Untersuchung oder von dort weg nicht mit der Nachweisebene in Kontakt stehen oder von dieser in ihrer Bewegung gestört werden. Somit kann mit den erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen eine gleichförmige und ungestörte Bewegung des Flüssigkeitsvolumens auf der Transportebene gewährleistet werden. Die Nachweisebene weist an der Stelle, welche den Ort der Untersuchung darstellt, spezielle Ausformungen oder Vorrichtungen auf, welche nur an diesem definierten Ort der Untersuchung einen Kontakt zu der zu untersuchenden Flüssigkeit herstellen und so eine Bestimmung von Analyten in der Flüssigkeit ermöglichen. Dieses Kontaktfläche kann insbesondere derartig ausgeformt sein, dass sie eine permanente Verringerung des Abstands des sensorischen Elements beziehungsweise der Nachweisebene von der Transportebene an den Orten der Untersuchung besitzt, oder dass das sensorische Element beziehungsweise die Nachweisebene beweglich ausgebildet ist, so dass das sensorische Element dann temporär mit dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen in Kontakt gebracht werden kann, wenn sich dieses am Ort der Untersuchung befindet.
Weiterhin können die Transportebene und die Nachweisebene zu einer Vorrichtung verbunden sein, welches in ein externes Gerät gegeben werden kann. Das externe Gerät kann insbesondere zur Ansteuerung der Bewegungen der zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumina dienen, elektrische und/oder fluidische Kontakte zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellen und ist gegebenenfalls in der Lage, einen Teil der analytischen Einheit aufzunehmen.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht aus einer geschlossenen Vorrichtung, welche das Substrat der Transportebene als Bodenfläche beinhaltet und einem Deckel, welcher vorzugsweise Seitenwände aufweist, so dass eine geschlossene Vorrichtung aufgebaut werden kann. Der Deckel kann weiterhin Öffnungen zur Flüssigkeitsapplikation aufweisen, die mit einer Abdeckung, insbesondere einem durchstechbaren Septum, verschlossen sind. In den Deckel des Gehäuses ist mindestens ein sensorisches Element integriert. Der Deckel entspricht somit in den meisten Fällen der Nachweisebene der Vorrichtung. Das sensorische Element kann hierbei direkt am Ort der Untersuchung in/an der der Transportebene zugewandten Oberfläche des Deckels integriert/aufgebracht sein.
In anderen Ausführungsformen wird der beweglich ausgebildete sensorische Element am Ort der Untersuchung zur Bestimmung des Analyten kurzzeitig aus einer Transportposition in eine Messposition bewegt. Die Transportposition entspricht einer räumlichen Lage des sensorischen Elements, in welcher es nicht in Kontakt mit dem Flüssigkeitsvolumen steht, so dass der Transport des Flüssigkeitsvolumens über die Transportebene nicht vom sensorischen Element beeinflusst wird. Die Messposition entspricht einer räumlichen Lage des sensorischen Elements, in welcher der Abstand zur Transportebene im Vergleich zur Transportposition verringert ist und das sensorische Element in Kontakt mit dem Flüssigkeitsvolumen steht, so dass die Bestimmung des Analyten mittels des sensorischen Elements durchgeführt werden kann. Das Substrat der Transportebene kann weiterhin Vorrichtungen zur Erzeugung einer Bewegung der zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumina besitzen, insbesondere interdigitale Elektroden zur Erzeugung akustischer Oberflächenwellen oder Elektroden, wie sie bei auf Elektrowetting beruhenden Verfahren verwendet werden. Die Vorrichtungen, welche die für eine Flüssigkeitsbewegung erforderlichen Kräfte erzeugen, müssen jedoch im Fall des Transports durch akustische Oberflächenwellen nicht unbedingt direkt auf dem Substrat der Transportebene angebracht sein, sondern es ist auch möglich, dass die Vorrichtungen zur Erzeugung dieser Kräfte sich außerhalb des Substrats befinden, beispielsweise als Bestandteil einer externen Ansteuerungsvorrichtung. In diesem Fall werden die extern erzeugten Kräfte dann in die Transportebene eingekoppelt, beispielsweise mittels elektrischer Felder oder mechanischer Schwingungen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn Einweg-Vorrichtungen eingesetzt werden sollen, weil dann auf aufwändige Vorrichtungen zur Erzeugung einer Bewegung auf der Transportebene selbst verzichtet werden kann, was eine deutliche Produktionskostensenkung bewirkt.
Das Unterteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen in eine Ebene, welche der Bewegung der zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen dient (Transportebene), und eine Ebene, welche der analytischen Untersuchung der Flüssigkeitsvolumen dient (Nachweisebene), erlaubt einerseits eine ungestörte Bewegung der Flüssigkeitsvolumina auf dem Substrat der Transportebene und andererseits die Herstellung dieser beiden Ebenen in zwei unterschiedliche Prozessen. Diese beiden Herstellverfahren müssen hierbei nicht kompatibel sein. So kann beispielsweise die Transportebene unabhängig von der Nachweisebene hergestellt werden. Erst bei der Endmontage werden diese beiden in der Herstellung jeweils kritischen Elemente zusammengebracht, vorzugsweise in Form einer geschlossenen Vorrichtung. Durch Öffnungen im Gehäuse können verschiedene zu untersuchende Flüssigkeitsvolumina, aber auch Kalibrationslösungen, Referenzlösungen, Spül- oder Reinigungslösungen, Lösungen mit standardisierten Analytkonzentrationen, sogenannte Standards, oder Reagenzien, auf die Transportebene aufgebracht werden, beispielsweise mittels Pipettieren oder Injektion. Weiterhin können die Flüssigkeitsvolumina auch mittels angekoppelter fluidischer Systeme, beispielsweise Kapillaren und Dispenser, auf die Transportebene aufgebracht werden. Durch entsprechende Ansteuerung der Vorrichtungen, welche die zur Bewegung der Flüssigkeitsvolumina nötigen Kräfte erzeugen, ist man in der Lage, die Flüssigkeitsvolumina an jedem beliebigen vordefinierten Ort auf dem Substrat der Transportebene, insbesondere zum Ort der Untersuchung, zu transportieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt in einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich einen Abfallbehälter, der über eine Blende mit der Vorrichtung verbunden ist und damit zum geschlossenen Bereich der Vorrichtung gehört. Die Flüssigkeiten, die über durch die Blende in den Abfallbehälter transportiert werden, können durch diese von Transportund Nachweisebene getrennt werden, so dass ein Rückfluss in den sensorischen Bereich und somit eine Beeinträchtigung nachfolgender Messungen vermieden wird.
Bei der Bestimmung von Analyten in Flüssigkeiten werden oft sehr kleine Mess-Signale erzeugt, welche durch umgebende Einflüsse und Störgrößen leicht verfälscht werden können. Deshalb sind in vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung die sensorischen Bereiche beziehungsweise die gesamte Vorrichtung gegen solche externen Störeinflüsse abgeschirmt, vorzugsweise mittels eines Faradayschen Käfigs, um die Signale von störenden elektrischen Einflüssen frei zu halten oder mittels einer strahlungsverringernden Umhüllung, um direktes Licht beziehungsweise Streulicht von optischen Detektoren fern zu halten.
Analyte, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise den entsprechenden Vorrichtungen bestimmt werden können, sind im Sinne der vorliegenden Anmeldung alle Teilchen, die in der Analytik von Interesse sind, insbesondere in der klinischen Diagnostik. Insbesondere umfasst der Begriff "Analyte" Atome, Ionen, Moleküle und Makromoleküle, insbesondere biologische Makromoleküle wie Nukleinsäuren, Peptide und Proteine, Lipide, Metabolite, Zellen und Zellfragmente. Die Analyten können hierbei sowohl frei als auch an Teilchen, insbesondere künstlich hergestellte Teilchen wie beispielsweise sogenannte "beads", gebunden vorliegen.
Flüssigkeiten im Sinne der vorliegenden Anmeldung können reine Flüssigkeiten und homogene oder heterogene Mischungen wie beispielsweise Dispersionen, Emulsionen oder Suspensionen sein. Insbesondere können in den Flüssigkeiten Atome, Ionen, Moleküle und Makromoleküle, insbesondere biologische Makromoleküle wie Nukleinsäuren, Peptide und Proteine, Lipide, Metabolite oder auch biologische Zellen oder Zellfragmente enthalten sein. Bevorzugte zu untersuchende Flüssigkeiten biologischer Herkunft sind Blut, Plasma, Serum, Urin, cerebrospinale Flüssigkeit, Tränenflüssigkeit, Zellensuspensionen, Zellüberstände, Zellextrakte, Gewebeaufschlüsse oder ähnliches. Flüssigkeiten können aber auch Kalibrationslösungen, Referenzlösungen, Spül- oder Reinigungslösungen, Reagenzlösungen oder Lösungen mit standardisierten Analytkonzentrationen, sogenannte Standards, sein. Flüssigkeitsvolumina im Sinne der vorliegenden Anmeldung können prinzipiell jede Form und Größe aufweisen, liegen vorzugsweise jedoch in Form runder oder abgeflachter Tropfen mit Volumina im Bereich von 100 nl bis 10 µl vor. Insbesondere sind auch Flüssigkeitsvolumina in länglicher Form möglich, die mehrere nebeneinander liegende sensorische Elemente überdecken können.
Sensorische Elemente im Sinne vorliegenden Anmeldung sind alle Systeme zur Bestimmung von Analyten, welche analytspezifische chemische, biochemische, biologische oder physikalische Größen bzw. deren Veränderungen bestimmen können. Der Begriff sensorisches Element ist in Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht auf eine rein technische Definition eines Sensors zu beschränken, sondern ist umfassend auf alle Systeme zu beziehen, welche den Nachweis eines Analyten auf direkte oder indirekte Weise ermöglichen können.
So sind insbesondere auch spezifische Bindungspartner des Analyten, insbesondere markierte Bindungspartner, welche den Nachweis des Analyten durch eine spezifische Wechselwirkung mit diesem ermöglichen (z.B. Antikörper, Nukleinsäuren mit komplementären Sequenzen, Komplexbildner) oder spezifische Reaktionspartner des Analyten, welche mit diesem eine spezifische Reaktion eingehen und so mittels Nachweis der entsprechenden Reaktionsprodukte oder -edukte indirekt zur Bestimmung des Analyten dienen (z.B. Substrate, Enzyme), als sensorische Elemente aufzufassen. Diese sensorischen Elemente liegen erfindungsgemäß am Ort der Untersuchung, vorzugsweise in immobilisierter Form, vor und ermöglichen dort den spezifischen Nachweis des Analyten. Es ist auch möglich, dass dort die für die Bestimmung des Analyten benötigten Reagenzien in trockenchemischer Form gebunden vorliegen. Es ist zu beachten, dass der physikalische Ort des Nachweises mittels eines physikalischen oder chemischen Sensors nicht unbedingt mit den sensorischen Elementen am Ort der Untersuchung übereinstimmen muss, insbesondere bei indirekten Nachweisverfahren. So erfolgt beim Nachweis von peptidischen Analyten mittels fluoreszenzmarkierter Antikörper der Nachweis der entstehenden Fluoreszenzstrahlung durch einen optischen Sensor, der bei geeigneter Ausführungsform der Erfindung auch außerhalb der eigentlichen erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen kann, während der Nachweis des Analyten durch die Antikörper als sensorische Elemente nur am Ort der Untersuchung stattfindet. Sensorische Elemente können jedoch auch herkömmliche Sensoren, insbesondere elektrochemische Sensoren, Biosensoren, optische Sensoren wie Absorptions- oder Fluoreszenzdetektoren sowie immunologische Sensoren wie Optoden, Wellenleitersensoren und Evaneszenzfeld-Laserspektrometrie-Sensoren, sein. Weiterhin sind Sensoren eingeschlossen, welche physikalische Größen bestimmen können, wie beispielsweise Sensoren, welche die Viskosität, die Dichte oder die Masse einer Flüssigkeit bestimmen. Dies ist bei Reaktionen, bei denen sich im Verlauf einer analytspezifischen Reaktion diese Eigenschaften der Flüssigkeit ändert, besonders von Interesse. Als Beispiele sind hier Gerinnungsreaktionen oder Methoden, welche die Anlagerung von Analytmolekülen mittels der dadurch hervorgerufenen Massenänderung detektieren, zu nennen.
Sensoren können in allen möglichen geometrischen Ausführungsformen vorliegen, insbesondere als spitze Sensoren, als flächige Sensoren oder als Dickschichtsensoren. Besonders bevorzugt sind spitze Sensoren, da bei diesen beim Wegbewegen des Sensors lediglich ein minimales Restvolumen der zu untersuchenden Flüssigkeit an diesem anhaftet und somit Verschleppungsartefakte weitgehend vermieden werden können.
Im Falle von Analyten, die direkt in dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen mit sensorischen Elementen bestimmt werden können, bewegt man erfindungsgemäß das Flüssigkeitsvolumen zum Ort der Untersuchung. Dies kann vorzugsweise dadurch geschehen, dass man zunächst einzelne Flüssigkeitsvolumina erzeugt und diese Flüssigkeitsvolumina zum Ort der Untersuchung bewegt. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Vielfachmessungen und einen Einsatz im Routinebetrieb. In diesem Fall werden mehrere zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumina nacheinander an den jeweiligen Ort der Untersuchung bewegt. Ist eine einzelne Bestimmung beendet, so wird das bereits untersuchte Flüssigkeitsvolumen vom Ort der Untersuchung wegbewegt und kann für weitere Untersuchungen zur Verfügung stehen oder in einen Abfallbehälter gesammelt werden. An den freigewordenen Ort der Untersuchung kann nun ein anderes Flüssigkeitsvolumen bewegt werden, wobei der Wegtransport des bereits untersuchten Flüssigkeitsvolumens und der Hintransport des zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumens gleichzeitig oder zeitlich nacheinander erfolgen können. Entsprechende Verfahrensschritte können ebenfalls mit Kalibrationslösungen, Referenzlösungen, Spül- oder Reinigungslösungen, Reagenzlösungen oder Lösungen mit standardisierten Analytkonzentrationen durchgeführt werden.
Im Falle von Analyten, die nicht direkt in der zu untersuchenden Flüssigkeit mit Sensoren bestimmt werden können, benötigt man oft noch zusätzliche Reagenzien, um die Analyten bestimmen zu können.
Solche Verfahren sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Analyten indirekt durch den Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung mit einem Bindungspartner, insbesondere einem markierten Bindungspartner in Form von Immunoassays oder Nachweisverfahren mittels Polymerasen-Kettenreaktionen, oder einer spezifische Reaktion des Analyten mit Nachweisreagenzien, insbesondere in Form chemischer oder enzymatischer Reaktionen, oder einer spezifischen Veränderung einer physikalischen oder chemischen Größe, insbesondere der Viskosität, erfolgt. Zur Bestimmung des Analyten bringt man beispielsweise ein Volumen der zu untersuchenden Flüssigkeit und ein Volumen der Reagenzlösung in Kontakt, indem man diese Flüssigkeitsvolumina, beispielsweise durch geeignet angesteuerte akustische Antriebs-Oberflächenwellen, aufeinanderzubewegt, so dass sie sich letztendlich zu einem gemeinsamen Flüssigkeitsvolumen vereinigen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vereinten Flüssigkeitsvolumina anschließend durchmischt werden, um eine möglichst rasche und vollständige Reaktion des Analyten mit den Reagenzien und somit eine möglichst genaue Bestimmung des Analyten zu ermöglichen. Zur Durchmischung können insbesondere geeignet angesteuerte akustische Oberflächenwellen eingesetzt werden. Die Kontaktierung und Vermischung der Flüssigkeitsvolumina kann direkt am Ort der Untersuchung erfolgen oder auch zuvor in einem anderen Bereich der Vorrichtung, so dass in letzterem Fall, eventuell nach Einhaltung einer bestimmten Reaktionszeit, diese Mischung zum Ort der Untersuchung bewegt wird.
Zur Bestimmung des Analyten benötigte Reagenzlösungen sowie Kalibrationslösungen, Referenzlösungen, Spül- oder Reinigungslösungen oder Lösungen mit standardisierten Analytkonzentrationen können durch spezielle Öffnungen in die Vorrichtung gegeben werden, insbesondere durch ein bereits vorhandenes Probenauftrags-Septum oder durch ein eigens dafür vorgesehenes Septum. Die oben beschrieben Auftragung der Lösungen muss nicht zwangsläufig durch Pipettieren oder Injektion durch ein Septum erfolgen, sondern es können in weiteren Ausführungsformen der Erfindung Flüssigkeiten in Behältern innerhalb oder außerhalb des Gehäuses bereit gehalten werden, welche zu gegebenen Zeitpunkten beispielsweise mit Hilfe eines Mikrodispensers oder Piezodispensers in das Gehäuse gebracht oder dort freigesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass alle Flüssigkeiten, die zur Bestimmung des Analyten benötigt werden, bereits in einer Vorrichtung vorhanden sein können und nur noch die zu untersuchende Flüssigkeit zugeführt werden muss. Insbesondere kann das Aufbringen zusätzlicher Reagenzlösungen über einen auf dem Deckel des Gehäuses angebrachten Behälter erfolgen, der mittels eines Dispensers mit der Kammer verbunden ist.
Die Flüssigkeitsvolumina liegen vorzugsweise in Form runder oder abgeflachter Tropfen vor, aber es sind auch Volumina in länglicher Form möglich, die mehrere nebeneinander liegende sensorische Elemente überdecken können. Diese Ausgestaltungsform kann dann besonders gut eingesetzt werden, wenn mehrere sensorische Elemente gleichzeitig mit dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen in Kontakt stehen müssen, wie dies beispielsweise bei der elektrochemischen Messung von Elektrolyten nötig ist. Hierzu verwendet man im allgemeinen eine oder mehrere Messelektroden und eine Referenzelektrode mit einem Referenzelektrolyten. Bewegt man ein Volumen der zu untersuchenden Flüssigkeit und ein Volumen eines Referenzelektrolytlösung aufeinander zu und bringt sie in Kontakt, so erfolgt die Durchmischung der beiden Flüssigkeitsvolumina ohne zusätzliche durchmischende Kräfte zunächst rein diffusiv und somit sehr langsam. Dies ist besonders vorteilhaft, weil sich zu diesem Zeitpunkt direkt nach dem Kontaktieren der Flüssigkeitsvolumina die beiden Teilvolumina in einer elektrischen leitenden Verbindung befinden, ohne sich effektiv zu durchmischen. Vorzugsweise befindet sich das Flüssigkeitsvolumen der zur untersuchenden Flüssigkeit in Kontakt zu einer oder mehreren Messelektroden und das den Referenzelektrolyten enthaltende Flüssigkeitsvolumen in Kontakt zur Referenzelektrode, so dass nach dem Einschwingen der Mess-Signale eine exakte Bestimmung des Analyten erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise in ein geschlossenes Gehäuse eingebaut, welches für einen mehrfachen Gebrauch geeignet ist. Durch diese geschlossene Bauform wird ein Verdampfen von Flüssigkeiten und somit eine Verfälschung der Konzentration des Analyten verhindert. Des weiteren ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Abfallgefäß enthalten, in welches bereits untersuchte Flüssigkeiten sowie Reagenzlösungen, Kalibrationslösungen, Referenzlösungen, Spül- oder Reinigungslösungen und Lösungen mit standardisierten Analytkonzentrationen nach ihrem Gebrauch transportiert werden. Der Abfallbehälter kann insbesondere so ausgebildet sein, dass diese bereits genutzten Flüssigkeiten nicht mehr an die Orte der Untersuchung gelangen können und/oder andere Analytbestimmungen verfälschen können. Dies kann beispielsweise durch eine mechanische Blende erreicht werden. Weiterhin können die bereits genutzten Proben adsorbiert werden, beispielsweise mittels eines Vlieses oder Schwammes. Dadurch ist sichergestellt, dass die Luftfeuchte in der erfindungsgemäßen Vorrichtung konstant hoch gehalten und so die Verdampfung der kleinen Flüssigkeitsvolumina verhindert wird, ohne dass nachfolgende Bestimmungen von Analyten durch vorhergehenden Bestimmungen beeinflusst werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die erfindungsgemäße Vorrichtungen oder Teile der Vorrichtungen derartig ausgestaltet, dass die Vorrichtungen oder Teile der Vorrichtungen, insbesondere sensorische Elemente, für einen einmaligen Einsatz vorgesehen sind. Diese Ausführungsform eignet sich besonders zur Bestimmung von Analyten, bei denen Verschleppungsprobleme auftreten können.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung Ausführungsformen, welche als modulares Baukastensystems sowohl für einfache als auch mehr- und vielfache Bestimmungen von Analyten in Flüssigkeiten geeignet sind. Besonders vorteilhaft für diese Ausführungsformen ist es, dass die Transportebene und die Nachweisebene mit unterschiedlichen Materialien und Methoden hergestellt werden können und erst zur Durchführung der Bestimmung von Analyten zusammengeführt werden müssen. Weiterhin müssen Transportebene und Nachweisebene nicht direkt miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Abstandshalter oder ein gemeinsames Gehäuse, sondern können zunächst unabhängig voneinander vorliegen und erst zur eigentlichen Bestimmung des Analyten in gemeinsamen Kontakt zu dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen gebracht werden. Insbesondere sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen das Substrat der Transportebene als vielfach verwendbares Substrat eingesetzt wird, welches den Transport vieler Flüssigkeitsvolumen zu den entsprechenden Orten der Untersuchung bewirkt, und die Nachweisebene für einen einmaligen Gebrauch vorgesehen ist, insbesondere bei sensorischen Elementen, welche auf nicht reversiblen Reaktionen beruhen und somit nur einmal zu benutzen sind. Beispiele hierfür sind auf optischen Nachweisverfahren beruhende Glukosesensoren oder Sensoren, welche auf immunologischen Methoden oder DNA-Hybridisierung beruhen. Hier kann die Nachweisebene so ausgebildet sein, dass sie nur ein sensorisches Element enthält und zu jeder Bestimmung ausgetauscht wird, während die Transportebene zur Bewegung vieler Flüssigkeitsvolumina für viele Analytbestimmungen eingesetzt werden kann. Die Nachweisebene kann aber auch so ausgebildet sein, dass sie mehrere sensorischen Elemente enthält, welche jedes für sich nur einmal eingesetzt werden können und welche sich an verschiedenen voneinander getrennten Orten der Bestimmung befinden, so dass zu jeder Analytbestimmung ein anderes sensorisches Element genutzt wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass damit mehrere Analytbestimmungen mit nur einmal nutzbaren sensorischen Elementen nacheinander in der gleichen Vorrichtung durchgeführt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derartig ausgestaltet, dass Verfahren zur Bestimmung von Analyten in Flüssigkeiten eingesetzt werden, welchen einen oder mehrere trockenchemische Schritte beinhalten. Ein Beispiel hierfür ist die reflektrometrische Glukosebestimmung auf Teststreifen. Trockenchemische Verfahren sind Verfahren, welche mindestens ein Reagenz in trockener Form enthalten. Hierbei muss gewährleistet sein, dass eine möglichst geringe Feuchtigkeit in der Vorrichtung herrscht. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass in der Vorrichtung oder in damit in Verbindung stehenden Bauteilen wie beispielsweise einem Abfallbehälter, ein feuchtigkeitsund/oder flüssigkeitsabsorbierendes Mittel, wie beispielsweise Silicagel, enthalten ist, wobei das feuchtigkeits- und/oder flüssigkeitsabsorbierende Mittel durch eine Membran oder ein Vlies umhüllt sein kann. Dadurch ist man in der Lage, auch feuchtigkeitsempfindliche Reagenzien zur Bestimmung von Analyten in Flüssigkeiten einzusetzen. Solche in trockener Form vorliegenden Reagenzien können insbesondere in Form eines Spots am Ort der Bestimmung vorliegen oder im Falle einer indirekten Beteiligung an der Bestimmung des Analyten an anderen Orten der Vorrichtung fixiert sein. Sollen solche Vorrichtungen, welche mit trockenchemischen Reagenzien arbeiten, für mehrere Bestimmungen eingesetzt werden, können beispielsweise mehrere Spots an unterschiedlichen Stellen in der Vorrichtung angebracht werden, welche unabhängig voneinander mit verschiedenen zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumina in Kontakt gebracht werden können. So ist man in der Lage, trockenchemische Reagenzien auch in mehrfach nutzbaren Vorrichtungen unterzubringen, ohne dass die trockenchemischen Reagenzien für die weiteren Bestimmungen durch die in den vorhergehenden Bestimmungen eingesetzten Flüssigkeitsvolumina geschädigt werden. Hierbei sind verschiedene Ausführungsformen eingeschlossen. So kann beispielsweise ein Auftragsort vorgesehen sein, an welchem mehrere zu untersuchende Flüssigkeitsproben aufgebracht werden, und mehrere räumlich voreinander getrennte Orte der Untersuchung, welche alle die gleiche Nachweismethode anwenden, so dass an den verschiedenen Orten der Untersuchung Analytbestimmungen in identischer Weise durchgeführt werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn auf einer Vorrichtung mehrere identische Analytbestimmungen hintereinander durchgeführt werden sollen. In einer weiteren Ausführungsform können mehrere Auftragsorte und mehrere Orte der Untersuchung, welche alle die gleiche Nachweismethode anwenden, enthalten sein. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn auf einer Vorrichtung mehrere identische Analytbestimmungen gleichzeitig durchgeführt werden sollen. In einer weiteren Ausführungsform können ein Auftragsort und mehrere Orte der Untersuchung, welche den Nachweis unterschiedlicher Analyten ermöglichen, enthalten sein. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn aus einer Probe mehrere unterschiedliche Analyten bestimmt werden sollen. Hierbei wird die Probe vorzugsweise zunächst in mehrere Flüssigkeitssegmente aufgeteilt, welche dann anschließend an die verschiedenen Orte der Untersuchung transportiert werden können. In einer weiteren Ausführungsform können auch mehrere Auftragsorte und mehrere Orte der Untersuchung, welche den Nachweis unterschiedlicher Analyten ermöglichen, enthalten sein.
Der Kontakt des sensorischen Elements beziehungsweise der Nachweisebene zum zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen erfolgt erfindungsgemäß nur am Ort der Untersuchung. Die Nachweisebene kann in diesem Bereich so ausgeformt sein, dass sie eine permanente Verringerung des Abstands des sensorischen Elements von der Transportebene am Ort der Untersuchung besitzt, oder dass das sensorische Element beziehungsweise die Nachweisebene beweglich ausgebildet ist, so dass das sensorische Element nur dann mit dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen in Kontakt gebracht wird, wenn sich dieses am Ort der Untersuchung befindet. Hierzu sind insbesondere folgende Lösungen möglich.
Die Vorrichtung kann derartig ausgeformt sein, dass der Abstand zwischen Nachweisebene und Transportebene am Ort der Untersuchung permanent verringert ist, vorzugsweise dadurch, dass die sensorischen Elemente aus der eigentlichen Nachweisebene in Richtung der Transportebene herausragen. Insbesondere ist der Abstand zwischen Nachweisebene und Transportebene außerhalb des sensorischen Bereichs größer als die vertikale Ausdehnung der Flüssigkeitsvolumina, innerhalb des sensorischen Bereichs, d.h. am Ort der Untersuchung, kleiner oder gleich der vertikalen Ausdehnung der Flüssigkeitsvolumina. Hierdurch ist eine Bewegung der Flüssigkeitsvolumina außerhalb der sensorischen Bereiche möglich, welche nicht von den sensorischen Elementen oder der Nachweisebene beeinflusst wird. Eine Wechselwirkung der Flüssigkeitsvolumina mit den sensorischen Elementen tritt hingegen ausschließlich an den Verengungen an den Orten der Untersuchung auf. Hier erfolgt die eigentliche Bestimmung der Analyten, wobei das jeweilige Flüssigkeitsvolumen seine Position während der Bestimmung vorzugsweise nicht verändert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass während der Analytbestimmung die Vorrichtungen zur Erzeugung der Kräfte, welche die Bewegung der Flüssigkeitsvolumina hervorrufen, ausgeschaltet werden. Nach Beendigung der Bestimmung des Analyten können nun wieder Kräfte angelegt werden, welche die Flüssigkeitsvolumina von den Orten der Untersuchung wegbewegen, beispielsweise in einen Abfallbehälter oder zu einen weiteren Ort der Untersuchung, wobei die Bewegung nach Verlassen der Untersuchung wieder ausschließlich in Kontakt mit der Transportebene erfolgt. Vorteilhaft im Rahmen dieser Ausführungsform ist, dass solche permanenten Verengungen des Abstands von Nachweisebene und Transportebene ohne zusätzlichen technischen Aufwand und damit kostengünstig durch geeignete Topologien der Nachweis- und/oder Transportebene erzeugt werden können. Solche Topologien können Spitzen, Erhebungen, Rampen und ähnliche sein.
Die Vorrichtung kann weiterhin derartig ausgeformt sein, dass der Abstand zwischen dem sensorischen Element beziehungsweise der Nachweisebene und der Transportebene am Ort der Untersuchung temporär verringert werden kann. Hierzu befindet sich das sensorische Element beziehungsweise die Nachweisebene zunächst während der Bewegung der Flüssigkeitsvolumina über die Transportebene in einem Abstand von dieser, der größer als die vertikale Ausdehnung der Flüssigkeitsvolumina ist. Dies entspricht der zuvor beschriebenen Transportposition. Dadurch ist eine nicht von den sensorischen Elementen oder der Nachweisebene beeinflusste Bewegung der Flüssigkeitsvolumina an den Ort der Untersuchung möglich ist. Befindet sich das zu untersuchende Flüssigkeitsvolumen am Ort der Untersuchung, wird die Bewegung des Flüssigkeitsvolumens beendet und durch geeignete Verfahren der Abstand des sensorischen Elements beziehungsweise der Nachweisebene zum zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen derartig verkürzt, dass es zum unmittelbaren Kontakt zwischen Flüssigkeitsvolumen und sensorischem Element kommt. Insbesondere können hierbei zur Verringerung des Abstands die Nachweisebene und die Transportebene zeitweise aufeinander zubewegt werden, beispielsweise mittels eines elektrischen Antriebes. In anderen Ausführungsformen wird nicht die ganze Nachweisebene auf die Transportebene zubewegt, sondern lediglich die sensorischen Bereiche, beispielsweise durch beweglich angebrachte Sensorelektroden, welchen zur Bestimmung des Analyten durch externe Antriebe mit dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen in Kontakt gebracht werden. Dies entspricht der zuvor beschriebenen Messposition. Nach der Analytbestimmung wird die Nachweisebene beziehungsweise das sensorische Element wieder vom Flüssigkeitsvolumen in die Transportposition wegbewegt und es werden Kräfte angelegt, welche das Flüssigkeitsvolumen von den Orten der Untersuchung wegbewegen, beispielsweise in einen Abfallbehälter oder zu einen weiteren Ort der Untersuchung, wobei die Bewegung nach Verlassen der Untersuchung wiederum ausschließlich in Kontakt mit der Transportebene erfolgt.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen können weiterhin zur Bestimmung von Analyten durch die Messung physikalischer und physikalisch-chemischer Parameter eingesetzt werden. Beispielsweise können sie zur Bestimmung globaler Gerinnungsparameter wie der Prothrombinzeit oder der aktivierten partiellen Thromboplastinzeit eingesetzt werden. Diese Messung kann einerseits über elektrochemische Reaktionen mit den entsprechenden elektrochemischen Sensoren erfolgen, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift US 6,352,630 beschrieben sind. Andererseits kann die Bestimmung auch über eine Viskositätsmessung erfolgen. Dieses kann neben den bekannten Verfahren, beispielsweise optischen Verfahren oder Verfahren mit magnetischen Partikeln, insbesondere auch mit Sensoren erfolgen, welche auf akustischen Oberflächenwellen basieren. Die Vorrichtung kann mehrmals verwendet werden, wenn nach Erreichen des notwendigen Mess-Signals die Vorrichtung regeneriert wird, vorzugsweise mit Hilfe von dem Fachmann bekannten Reagenzien, welche das Ausbilden der vollständigen Gerinnung verhindern. Diese Reagenzien können in flüssiger Form ebenfalls mit den erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen auf der Transportebene, insbesondere mittels akustischer Oberflächenwellen, zu dem Reaktionsgemisch befördert werden und nach Mischen mit diesem in einen Abfallbehälter transportiert werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen können weiterhin zur Durchführung homogener oder heterogener Immunoassays eingesetzt werden. Bei homogenen Immunoassays kann die Reaktion insbesondere über die Messung der Trübung bzw. der optischen Dichte mittels optischer Sensoren erfolgen. Weiterhin kann der Sensor als Wellenleiter ausgebildet sein, insbesondere im Falle einer Messung der Reaktion mittels Evaneszenzfeld-laserspektrometrischer Verfahren. Bei heterogenen Immunoassays können insbesondere spezifische Antikörper eingesetzt werden, welche beispielsweise an magnetische Partikel gebunden sind. Die Assays werden dann in einer dem Fachmann bekannten Weise durchgeführt.
Die Vorrichtung kann weiterhin derartig ausgeformt sein, dass analytspezifische Nachweisreaktionen mit einem oder mehreren Separationsschritten oder Waschschritten durchgeführt werden können. Hierzu werden ein oder mehrere zu trennende Substanzen mit einer spezifischen Markierung oder Sonde versehen, beispielsweise durch Bindung an Magnetpartikel oder markierte Antikörper. Die hierbei nötige Trennung der Substanzen, beispielsweise von gebundenem und ungebundenem Analyten im Rahmen einer sogenannten bound-free-separation, erfolgt im Falle einer magnetischen Markierung insbesondere dadurch, dass an einem bestimmten Ort der Vorrichtung von aussen einen Magnetfeld angelegt wird, welches die magnetischen Partikel mit den daran gebundenen Substanzen festhält und damit ein Waschen der Partikel bzw. einem Medienwechsel ermöglicht. Diese Reagenzien und Medien können ebenfalls in flüssiger Form auf der Transportebene, insbesondere mittels akustischer Oberflächenwellen, befördert werden. Insbesondere können sie zunächst an den Ort der bound-free-Trennung transportiert und nach erfolgten Waschschritten entweder am gleichen Ort oder einem anderen Ort der Messung zugeführt werden. Die Messung kann dort mit den bekannten Sensoren (Fluoreszenzsensoren, Lumineszenzsensoren oder anderen) durchgeführt werden. Dies ermöglicht insbesondere die Durchführung eines kompletten Immunoassays in einer einzigen geschlossenen Vorrichtung. Die Vorrichtung kann mehrmals verwendet werden, wenn nach Erreichen des notwendigen Messsignals die Vorrichtung analog den oben genannten Verfahren gereinigt beziehungsweise regeneriert wird. Die verbrauchten Reagenzien können in einen Abfallbehälter überführt werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen können weiterhin in Methoden zur Bestimmung von Analyten eingesetzt werden, welche auf biologischen oder chemischen Vervielfältigungsreaktionen beruhen. Für gentechnische Bestimmungen oder DNA-Vergleiche von Lebewesen stehen oft nur Spuren von zellulärem Material zur Verfügung, weshalb zur Bestimmung dieser Moleküle Methoden nötig sind, welche Nukleinsäuren in vitro in ausreichenden Mengen vervielfältigen. Hier ist insbesondere die Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction, PCR) zu nennen, mit der man DNA-Fragmente aus winzigen Spuren des Ausgangsmaterials beliebig oft und in kurzer Zeit vervielfältigen kann. Ein Zyklus einer PCR besteht aus drei diskreten Temperatur-Schritten: 1. Denaturierung: Beim Erhitzen auf ca. 95°C schmilzt die zu amplifizierende DNA auf und man erhält Einzel-Stränge. 2. Annealing: Durch rasches Abkühlen auf ca. 55°C wird die Reassoziation der Einzel-Stränge verhindert und die Primer (2 verschiedene Oligonukleotide mit gegensinniger Orientierung) lagern sich an entsprechend komplementäre Strangabschnitte der DNA. 3. Extension: Die DNA-Polymerase verlängert bei ca. 72°C von Primer ausgehend den Strang und vervollständigt so durch den Einbau von Nukleotiden den Einzelstrang zum Doppelstrang. Diese neuen Moleküle dienen im nächsten Zyklus wieder als Vorlage. Es kommt zu einer exponentiellen Vermehrung der Ausgangs-DNA und in mehreren, meist 20 bis 50, Zyklen wird das Material vielfach identisch kopiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtungen können derartig ausgebildet sein, dass sie sich zur Durchführung eines derartigen PCR-Testes eignen. Insbesondere die Durchführung der Temperatursteuerung kann in der Vorrichtung auf verschiedene Arten umgesetzt werden. Die Vorrichtung ist aufgrund ihrer mikroskopischen Größe besonders geeignet, Volumina im Mikro- und Nanoliterbereich in kürzester Zeit auf die gewünschte Temperatur einzustellen, was die Zykluszeiten der Vervielfältigungsschritte verkürzt. Bei solch kleinen Flüssigkeitsvolumina ist es insbesondere notwendig, die vorliegenden flüssigen Reaktionsgemische am Verdampfen zu hindern. Dazu sind verschiedene Massnahmen geeignet. Insbesondere kann die wässrige Phase (das eigentliche PCR-Reaktionsgemisch) mit einem mit dieser wässrigen Phase nicht mischbaren Medium, welches eine höheren Siedepunkt als Wasser hat, beispielsweise Mineralöl, überschichtet werden. In anderen Ausführungsformen kann durch eine geeignete Wahl des inneren Volumens der Vorrichtung erreicht werden, dass sich schnell ein entsprechender Dampfdruck aufbaut, welcher ein weiteres Verdampfen der Reaktionslösung verhindert, insbesondere wenn das die Flüssigkeit umgebende Volumen sehr klein ist. In anderen Ausführungsformen kann dies dadurch erreicht werden, dass die Reaktion bei sehr hoher Luftfeuchte bzw. Dampfsättigung durchgeführt wird. Das zyklische Ansteuern und Anpassen der Temperatur des Reaktionsgemisches kann auf verschiedene Arten erfolgen. Insbesondere kann die gesamte Vorrichtung oder bestimmte Teile der Vorrichtung, welche das Reaktionsgemisch enthalten, von außen erwärmt oder abgekühlt werden. Hierbei werden durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sehr schnelle Temperaturwechsel erreicht, da vorzugsweise das Volumen der zu temperierenden Flüssigkeit sehr klein sein kann und die Vorrichtung aus Materialien bestehen kann, welche eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen. In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind in der Vorrichtung verschieden temperierte Zonen enthalten, wobei die Temperaturerzeugung und -regulation mit dem Fachmann bekannten Methoden erzielt werden kann. Insbesondere können in der Nachweisebene Heiz- oder Kühlelemente angebracht sein. Diese werden von aussen derartig angesteuert, dass die für die PCR-Amplifikation benötigten verschiedenen Temperaturen an verschiedenen Orten der Vorrichtung permanent oder temporär eingestellt sind. Diese auf eine bestimmte Temperatur eingestellten Bereiche beziehungsweise die Heizelemente gelten im Sinne der Erfindung als Orte der Untersuchung beziehungsweise sensorische Elemente, da nur an diesen Orten durch die temperierenden Elemente die spezifische Amplifikationsreaktion zum Nachweis des Analyten stattfinden kann. Somit können auch die Heizelemente beziehungsweise die Nachweisebene in allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt sein. Besonders bevorzugt sind hierbei Ausführungsformen, bei welchen die unterschiedlichen Temperaturzonen durch Verringerungen des Abstandes zwischen Transportebene und Deckel definiert sind, wobei sich die Heizelemente an diesen Stellen mit reduziertem Abstand befinden und das Reaktionsgemisch an diesen Stellen in direkten Kontakt zum Deckel beziehungsweise zu den sich dort befindlichen Heizelementen befindet. Mit Hilfe der Transportebene kann nun zur Durchführung der DNA-Amplifikation das Reaktionsgemisch an die jeweiligen vortemperierten Bereiche in der Vorrichtung bewegt werden. Die Wärmeabgabe erfolgt vorzugsweise deckelseitig durch direkten Flüssigkeitskontakt mit zusätzlicher Durchmischung des Reaktionsgemisches beispielsweise durch akustische Oberflächenwellen oder durch Elektrowetting, doch sind auch Ausführungsformen denkbar, die ohne zusätzliche Durchmischung des Reaktionsgemisches oder mit nicht direkter Wärmeübertragung oder mit seitlicher oder bodenseitiger Wärmeeinspeisung arbeiten. Der Nachweis von Analyten mittels PCR-Methoden kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden. Insbesondere kann dies durch sogenannte "real time PCR"-Verfahren in einem Fachmann bekannter Weise durchgeführt werden, wobei die in diesen Verfahren eingesetzte Messung der Fluoreszenz bei Wahl eines möglichst transparenten Materials entweder von der Seite der Transportebene oder der Seite der Nachweisebene erfolgen kann. Weiterhin kann auch eine sogenannte Endpunkt-PCR in einem Fachmann bekannter Weise durchgeführt werden, wobei am Ende der Reaktion das Produkt in einem Detektionsbereich bewegt wird, an dem die entsprechenden Nukleinsäuresequenzen vorliegen, welche dort als spezifische Templatesonden immobilisiert worden sind. Dieser Bereich kann vorteilhafterweise ebenfalls temperiert werden, um eine spezifische Hybridisierung sicher zu stellen. Die Detektion erfolgt dann mit dem Fachmann bekannten Verfahren, wobei sich generell jede bekannte post-PCR-Detektionsmethode eignet.
Die Erfindung wird durch die nachfolgend beschriebenen, beispielhaften Figuren näher erläutert.
Die Bezugszeichen in den Figuren bedeuten:
1
Substrat der Transportebene
2
Deckel
3
elastischer Bereich des Deckels
4
Abfallbehälter
5
Saugvlies
6
Abfalltropfen
7
Transducer-Elemente
8
Magnet
9
Heizelement
10
Lüfter
11
Septum
12
Elektrischer Kontakt der Transducer-Elemente
13
Verschluss
14
Ionenselektive Elektrode
15
Referenzelektrode
16
Blende
17
Elektrischer Kontakt der ionenselektiven Elektrode
18
bevorzugte Bewegungsbahnen
19
zu untersuchende Flüssigkeitsprobe
20
Referenzelektrolytlösung
21
Ort der Untersuchung
22
Reagenzbehälter
23
Elektrischer Kontakt der Referenzelektrode
24
Dosiereinrichtung
25
Düse
26
Welle
27
Anregungslicht
28
Fluoreszenzlicht
29
Schrittmotor
30
Sensorische Elektroden zur Viskositätsbestimmung
  • Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zur Bestimmung von Analyten, beispielsweise Ionen, mit Hilfe von integrierten ionenselektiven Elektroden geeignet ist.
  • Figur 2 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung aus Figur 1 entlang der dort gezeigten Linie A-A.
  • Figur 3 zeigt eine Explosionszeichnung einer Vorrichtung entsprechend Figuren 1 und 2.
  • Figur 4 zeigt eine erweitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in Figur 1 und 2 dargestellt ist.
  • Figur 5 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zur Bestimmung von Analyten, beispielsweise Ionen, mit Hilfe von Dickschichtelektroden (thick film electrodes) geeignet ist.
  • Figur 6 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zur Durchführung von PCR-Reaktionen, insbesondere zur Bestimmung von Analyten mittels real time-PCR, geeignet ist.
  • Figur 7 zeigt eine erweiterte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Beispiel einer Erweiterung von Figur 6, mit welcher die Durchführung von Waschschritten in einer geschlossenen Vorrichtung möglich ist.
  • Figur 8 zeigt eine Aufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zur Bestimmung von Analyten mittels einer Viskositätsmessung geeignet ist.
Beschreibung der Figuren
Figur 1:
Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zur Bestimmung von Analyten, beispielsweise Ionen, mit Hilfe von integrierten ionenselektiven Elektroden geeignet ist. Die Transportebene wird durch ein ebenes Substrat (1) verwirklicht. In der dargestellten Ausführungsform wird der Flüssigkeitstransport durch akustische Oberflächenwellen bewirkt. Hierzu sind in den Randbereichen des Substrates (1) mehrere interdigitale Transducer-Elemente (7) auf einem piezoelektrischen Element angeordnet, welche mittels der zugehörigen elektrischen Kontakte (12) angesteuert werden und die zum Transport notwendigen akustischen Oberflächenwellen erzeugen. Weiterhin enthält die Vorrichtung einen Deckel (2), welcher sich in einem bestimmten Abstand vom Substrat (1) befindet und am Ort der Untersuchung (21) die sensorischen Elemente, im vorliegenden Beispiel drei ionenselektiven Elektroden (14) und die Referenzelektrode (15), enthält und somit der Nachweisebene entspricht. Der Abstand der beiden Ebenen wird im vorliegenden Fall durch die Verschlüsse (13) festgelegt. Die Flüssigkeitsvolumina (im vorliegenden Beispiel die zu untersuchende Flüssigkeitsprobe (19) und eine Referenzelektrolytlösung (20)) können nach Aufgabe durch eines der dargestellten Septen (11) an den Ort der Untersuchung (21) bewegt werden. Der Ort der Untersuchung ist im vorliegenden Falle derartig ausgestaltet, dass in diesem Bereich der Abstand zwischen dem Substrat (1) der Transportebene und dem Deckel (2) durch eine lokale Absenkung des Deckels verringert ist. Am Ort der Untersuchung gelangt so die zu untersuchende Flüssigkeit (19) bzw. die Referenzlösung (20) mit ionenselektiven Elektroden (14) und der Referenzelektrode (15) in Kontakt. Die Signale der Elektroden werden mittels der zugehörigen elektrischen Kontakte (17) und (23) einer Auswerteeinheit zugeführt. Nach der Bestimmung der Potentiale zwischen den ionenselektiven Elektroden (14) und der Referenzelektrode (15) werden nun die vereinten Flüssigkeitsvolumina (19) und (20) mittels akustischer Oberflächenwellen in den Abfallbehälter (4) bewegt, welcher im vorliegenden Fall mit einem Saugvlies (5) zur Flüssigkeitsaufnahme ausgestattet ist und durch eine Blende (16) von der Transportebene getrennt ist. Zur Veranschaulichung der Bewegungswege der Flüssigkeitsvolumina sind bevorzugte Bewegungsbahnen (18) dargestellt.
Figur 2:
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung aus Figur 1 entlang der dort gezeigten Linie A-A. Die zu untersuchende Flüssigkeitsprobe (19) wird durch ein Septum (11) auf das Substrat (1) der Transportebene gegeben. Mittels durch Transducer-Elemente (7) erzeugter akustischer Oberflächenwellen wird die zu untersuchende Flüssigkeit an den Ort der Untersuchung (21) bewegt, welcher sich durch eine Absenkung des Deckels (2) in Richtung des Substrates (1) der Transportebene auszeichnet. Dort sind im vorliegenden Beispiel drei ionenselektiven Elektroden (14) als sensorische Elemente angebracht, welche zur Herstellung eines direkten Kontakts zur zu untersuchenden Flüssigkeit zusätzlich aus dem Deckel (2) hervorstehen. Die Referenzelektrolytlösung (20) wird in gleicher Weise durch ein anderes Septum auf das Substrat der Transportebene gebracht und unter die Referenzelektrode (15) bewegt. Beide Flüssigkeitsvolumina (19) und (20) kommen am Ort der Untersuchung in Kontakt und sind somit leitend verbunden, ohne das es zunächst zu einer Durchmischung kommt. Nach erfolgter Messung wird das vereinte Flüssigkeitsvolumen durch eine Blende (16) in einen Abfallbehälter (4) bewegt und dort in Form eines Abfalltropfens (6) von einem Saugvlies (5) aufgenommen.
Figur 3:
Figur 3 zeigt eine Explosionszeichnung einer Vorrichtung entsprechend Figuren 1 und 2. Zu besseren Illustration wurde in dieser Zeichnung das Substrat (1) der Transportebene vom Deckel (2) getrennt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die im Deckel integrierten Elektroden am Ort der Untersuchung (21) und die zugehörigen Leiterbahnen und Kontakte nicht dargestellt. In dieser Figur ist deutlich zu sehen, dass das Substrat (1) die Transportebene darstellt, auf welcher die Flüssigkeitsvolumina bewegt werden und welches die Transducer-Elemente (7) enthält, welche die Kräfte zum Transport der Flüssigkeitsvolumina (19) bzw. (20) erzeugen. Funktionell davon getrennt ist der Deckel (2) welcher die sensorischen Elemente am Ort der Untersuchung (21) enthält. Die beiden funktionell unterschiedlichen Teile (1) und (2) der Vorrichtung werden durch Verschlüsse (13) miteinander verbunden. Diese Verschlüsse gewährleisten, dass das Substrat der Transportebene und der Deckel funktionell voneinander getrennt sind, d.h. sich in einem Abstand voneinander befinden, in dem sie sich nicht maßgeblich in ihren jeweiligen Funktionen gegenseitig beeinflussen. Insbesondere ist der Abstand außerhalb des Ortes der Untersuchung so groß, dass die Flüssigkeitsvolumina nur mit dem Substrat der Transportebene in Kontakt stehen und sich auf diesem unbeeinflusst von den sensorischen Elementen im Deckel bewegen können. Andererseits befinden sich die Flüssigkeitsvolumina an den Orten der Untersuchung mit den sensorischen Elementen in engem Kontakt, ohne dass ein Transport gewünscht wird. Dieser Kontakt kann sowohl durch permanente als auch temporäre Verringerungen des Abstands zwischen Deckel bzw. den sensorischen Elementen am Ort der Untersuchung hervorgerufen werden.
Figur 4:
Figur 4 zeigt eine erweitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in Figur 1 und 2 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform ist zusätzlich ein Reagenzbehälter (22) enthalten, welcher die Referenzelektrolytlösung enthält. Über eine Dosiereinrichtung (24), beispielsweise einen piezoelektrischen Mikrodispenser, kann das entsprechende Volumen der Referenzelektrolytlösung durch eine Düse (25) in die geschlossene Vorrichtung eingebracht werden. Analog können auch andere Flüssigkeiten, beispielsweise Kalibrierlösungen oder Reinigungslösungen in die Vorrichtung eingebracht werden. Hierzu können auch mehrere Reagenzbehälter mit der Vorrichtung verbunden sein.
Figur 5:
Figur 5 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zur Bestimmung von Analyten, beispielsweise Ionen, mit Hilfe von Dickschichtelektroden (thick film electrodes) geeignet ist. Der prinzipielle Aufbau der Vorrichtung entspricht Figuren 1 und 2. Die Sensorelektroden (14) und (15) sind in dieser Ausführungsform nicht als stiftförmige Elektroden ausgebildet, sondern in Form von Dickschichtelektroden mit einer Dicke im Mikrometerbereich auf die Unterseite des Deckels (2) aufgebracht. Die Kontaktierung der Dickschichtelektroden (14) mit der zu untersuchenden Flüssigkeitsprobe (19) beziehungsweise die Kontaktierung der Dickschichtelektrode (15) mit der Referenzelektrolytlösung (20) erfolgt in dieser Ausführungsform insbesondere durch ein räumlich begrenztes Absenken des Deckels im Bereich des Ortes der Untersuchung (21). Hierzu sind in der vorliegenden Ausführungsform bestimmte Bereiche (3) des Deckels elastisch ausgebildet, so dass der Bereich des Deckels, der die sensorischen Elektroden enthält, zur Bestimmung des Analyten auf das Substrat (1) der Transportebene zubewegt werden kann und die Kontaktierung zwischen den Dickschichtelektroden und den Flüssigkeitsvolumina erfolgen kann. Solche elastischen Bereiche können beispielsweise durch sogenannte Hart-/Weich-Spritzgießverfahren, wie sie in der Europäischen Patentschrift EP 0 779 226 beschrieben sind, erhalten werden. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt das Absenken des sensorischen Bereiches (21) durch einen Schrittmotor (29), welcher über eine Welle (26) im Bereich der sensorischen Elektroden mit der Oberseite des Deckels verbunden ist und so den sensorischen Bereich auf das Substrat der Transportebene hin- beziehungsweise davon wegbewegen kann. Dieser Bereich kann nach der Messung wieder vom Substrat der Transportebene wegbewegt werden, um so einen Abtransport der Flüssigkeiten in den Abfallbehälter (4) zu ermöglichen. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen kann auch der ganze Deckel auf die andere Ebene zur Bestimmung des Analyten zubewegt werden oder die Dickschichtelektroden befinden sich an Bereichen des Deckels, die permanent einen verringerten Abstand zum Substrat der Transportebene aufweisen.
Figur 6:
Figur 6 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zur Durchführung von PCR-Reaktionen, insbesondere zur Bestimmung von Analyten mittels real time-PCR, geeignet ist. Der prinzipielle Aufbau der Vorrichtung entspricht Figuren 1 und 2, allerdings können aufgrund der unterschiedlichen Nachweistechniken sensorische Elektroden und die entsprechenden Kontaktierungen in dieser Ausführungsform entfallen. Stattdessen befinden sich im Deckel (2) mehrere Heizelemente (9), welche auf unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden können und welche die darunter befindliche PCR-Reaktionsgemische auf die Temperatur einregeln, die für den entsprechenden Reaktionsschritt der PCR benötigt wird. Überschüssige Wärme kann mittels Kühleinrichtungen, hier durch einen Lüfter (10) verwirklicht, abgeführt werden. Die Wärmeabgabe erfolgt vorzugsweise deckelseitig durch direkten Flüssigkeitskontakt mit zusätzlicher Durchmischung des Reaktionsgemisches, doch sind auch Ausführungsformen denkbar, die ohne zusätzliche Durchmischung des Reaktionsgemisches oder mit nicht direkter Wärmeübertragung oder mit seitlicher oder bodenseitiger Wärmeeinspeisung arbeiten. In der dargelegten Ausführungsform befinden sich die Heizelemente (9) in permanent abgesenkten Bereichen (21) des Deckels, so dass der direkte Kontakt zum Reaktionsgemisch und damit ein sehr schneller Temperaturaustausch nur an diesen spezifischen Stellen erfolgen kann, ohne dass andere Bereiche der Vorrichtung dadurch übermäßig erwärmt werden. Analog zu den zuvor genannten Ausführungen sind jedoch die dort genannten Variationen der Bauweise der Vorrichtung, insbesondere temporär absenkbare Heizelemente, ebenfalls möglich. Das Reaktionsgemisch wird zur Durchführung der PCR in einer bestimmten Reihenfolge über die Transportebene bewegt und kommt in den Bereichen der Heizelemente mit diesen in Kontakt, so dass dort die für den jeweiligen Reaktionsschritt nötige Temperatur erreicht wird. Für den nächsten PCR-Zyklus wird das Reaktionsgemisch wieder in die Anfangsposition transportiert und die Schritte der unterschiedlichen Temperaturen werden erneut durchlaufen. Der Nachweis des Analyten, insbesondere einer spezifischen Nukleinsäure, erfolgt in einer dem Fachmann bekannten Weise. In der dargestellten Vorrichtung erfolgt der Nachweis der Nukleinsäuren mittels fluoreszenzoptischer Verfahren. Hierbei wird das Anregungslicht (27) für die real time-PCR-Sonden von unten eingestrahlt und das emittierte Fluoreszenzlicht (28) wird auch von unten wieder vermessen. Dies ist durch die vorliegende Bauform bedingt und insbesondere bei anderen Anordnungen der Heizelemente oder indirekter Temperaturübertragung oder dem Einsatz transparenter Materialien können die Strahlengänge auch anders verlaufen. Es ist weiterhin auch möglich, die Heizelemente ringförmig zu gestalten, so dass die optische Bestimmung durch die Öffnung in der Ringmitte erfolgen kann.
Figur 7:
Figur 7 zeigt eine erweiterte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Beispiel einer Erweiterung von Figur 6, mit welcher die Durchführung von Waschschritten in einer geschlossenen Vorrichtung möglich ist. Hierzu werden die Stoffe, insbesondere die Analyten, für welche ein Medienwechsel durchgeführt werden soll, zunächst in dem Fachmann bekannter Weise an magnetische Partikel gebunden. Anschließend wird das Flüssigkeitsvolumen mit den derartig behandelten Stoffen an einen bestimmten Ort innerhalb der Vorrichtung bewegt, welcher sich unterhalb eines horizontal beweglichen Magneten (8) befindet. Wird der Magnet nun abgesenkt (in der Figur dargestellt), erfahren die magnetischen Partikel und an die gebundenen Stoffe eine Anziehungskraft und werden durch den Magneten an der Unterseite des Deckels festgehalten. Das Flüssigkeitsvolumen kann nun wegtransportiert werden, ohne dass die an die Magnetpartikel gebundenen Stoffe ebenfalls wegtransportiert werden. Anschließend kann ein anderes Flüssigkeitsvolumen anderer Zusammensetzung an diese Stelle bewegt werden. Wird nun der Magnet wieder nach oben bewegt, nimmt die magnetische Anziehungskraft zwischen Magnet und den magnetischen Partikeln mit den gebundenen Stoffen ab, so dass sich die Stoffe wieder im neuen Flüssigkeitsvolumen verteilen können. Nach diesem Waschschritt kann nun das Flüssigkeitssegment weitere Reaktionsschritte durchlaufen, insbesondere wie sie im Zusammenhang mit der Beschreibung von Figur 6 ausgeführt sind.
Figur 8:
Figur 8 zeigt eine Aufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zur Bestimmung von Analyten mittels einer Viskositätsmessung geeignet ist. Der prinzipielle Aufbau der Vorrichtung entspricht Figur 1. Die Veränderung der Viskosität des sich in Position (21) befindenden Reaktionsgemisches kann über die Zeit mit Hilfe der Elektroden (30) mittels einer Bestimmung der Beeinflussung akustischer Oberflächenwellen verfolgt werden, wie es beispielsweise in WO 01/20781 beschrieben wird. Hieraus kann die Gerinnungszeit einer Probe bestimmt werden. Nach der Reaktion wird ein Regenerationsreagenz über die bevorzugten Bewegungsbahnen (18) geschickt. Auch dieses wird in den Abfallbehälter transportiert. Die Vorrichtung ist so bereit für eine weitere Messung.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Bestimmung eines Analyten in einer Flüssigkeit, wobei
    a) ein zu untersuchendes Flüssigkeitsvolumen auf ein Substrat einer Transportebene aufgebracht wird,
    b) das zu untersuchende Flüssigkeitsvolumen auf dem Substrat der Transportebene an einen Ort der Untersuchung bewegt wird,
    c) das zu untersuchende Flüssigkeitsvolumen am Ort der Untersuchung zusätzlich mit einem sensorischen Element in Kontakt gebracht wird, welches sich in einer dem Substrat der Transportebene gegenüberliegenden Nachweisebene befindet,
    d) der Analyt im zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen durch das sensorische Element bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsvolumen in Schritt b) ausschließlich mit dem Substrat der Transportebene in Kontakt steht.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Analyt direkt durch ein spezifisches sensorisches Element bestimmt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Analyt indirekt durch eine spezifische Nachweisreaktion oder Wechselwirkung am Ort der Untersuchung bestimmt wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Analyten durch Einsatz analytspezifischer Elektroden, insbesondere ionenselektiver Elektroden oder Gaselektroden, durch amperometrische oder potentiometrische Sensorelektroden oder durch direkte optische Verfahren erfolgt.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Analyten indirekt durch den Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung mit einem Bindungspartner oder einer spezifische Reaktion des Analyten mit Nachweisreagenzien erfolgt.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsvolumen mittels Verfahren, welche auf akustischen Oberflächenwellen oder Elektrowetting beruhen, bewegt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt des sensorischen Elements mit dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen durch eine permanent vorhandene Veränderung des Abstands des sensorischen Elements oder der Nachweisebene von der Transportebene am Ort der Untersuchung erzielt wird.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Analyten der Kontakt des sensorischen Elements mit dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen durch eine temporäre Veränderung des Abstands des sensorischen Elements oder der Nachweisebene von der Transportebene.
  9. Vorrichtung zur Bestimmung von Analyten in einer Flüssigkeit, welche ein Substrat einer Transportebene, über welches das zu untersuchende Flüssigkeitsvolumen von einer Probenauftragsstelle an einen Ort der Untersuchung bewegt wird, und mindestens ein sensorisches Element zu Bestimmung des Analyten, welches sich in einer der Transportebene gegenüberliegenden Nachweisebene befindet, enthält,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsvolumen während der Bewegung zum Ort der Untersuchung ausschließlich mit dem Substrat der Transportebene in Kontakt steht und nur zur Bestimmung des Analyten zusätzlich mit dem sensorischen Element in Kontakt gebracht wird.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung zusätzliche Elemente integriert sind, welche die für die Bewegung der Flüssigkeitsvolumen nötigen Kräfte erzeugen und auf das Flüssigkeitsvolumen übertragen können.
  11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einer geschlossenen Bauform ausgeführt ist, welche zusätzlich eine oder mehrere Proben- oder Reagenzauftragezonen und/oder einen Abfallbehälter aufweist.
  12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt des sensorischen Elements mit dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen durch eine permanent vorhandene Veränderung des Abstands des sensorischen Elements oder der Nachweisebene von der Transportebene am Ort der Untersuchung erzielt wird.
  13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Analyten der Kontakt des sensorischen Elements mit dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen durch eine temporäre Veränderung des Abstands des sensorischen Elements oder der Nachweisebene von der Transportebene, insbesondere am Ort der Untersuchung, erzielt wird, vorzugsweise durch temporäre Annäherung des sensorischen Elements an das Substrat der Transportebene.
  14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Nachweis des Analyten mittels molekularbiologsicher Amplifikationsverfahren zusätzliche temperierbare Bereiche in die Nachweisebene integriert sind und diese temperierten Bereiche derartig ausgestaltet sind, dass zur Temperaturanpassung des Reaktionsgemisches der Kontakt des temperierten Bereichs mit dem Reaktionsgemisch durch
    a) eine permanent vorhandene Veränderung des Abstands der Nachweisebene von der Transportebene in den temperierten Bereichen oder
    b) eine temporäre Veränderung des Abstands des temperierten Bereiches oder der gesamten Nachweisebene von der Transportebene erzielt wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006124458A2 (en) 2005-05-11 2006-11-23 Nanolytics, Inc. Method and device for conducting biochemical or chemical reactions at multiple temperatures
DE102007036060A1 (de) * 2006-08-03 2008-02-07 Yokogawa Electric Corp., Musashino Prüfvorrichtung
WO2009153189A1 (de) * 2008-06-17 2009-12-23 Biosensor Gmbh Kartusche mit integriertem saw-sensor
US9513253B2 (en) 2011-07-11 2016-12-06 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuators and techniques for droplet-based enzymatic assays

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4517160A (en) * 1979-04-14 1985-05-14 Olympus Optical Company Limited Automatic analyzing apparatus
WO2000051720A2 (en) * 1999-03-03 2000-09-08 Symyx Technologies, Inc. Chemical processing microsystems and methods for preparing and using same
WO2002018785A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-07 Advanced Sensor Technologies Micro-fluidic system
US20020187564A1 (en) * 2001-06-08 2002-12-12 Caliper Technologies Corp. Microfluidic library analysis
WO2004101152A1 (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Caliper Life Sciences, Inc. Automated sample analysis

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4517160A (en) * 1979-04-14 1985-05-14 Olympus Optical Company Limited Automatic analyzing apparatus
WO2000051720A2 (en) * 1999-03-03 2000-09-08 Symyx Technologies, Inc. Chemical processing microsystems and methods for preparing and using same
WO2002018785A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-07 Advanced Sensor Technologies Micro-fluidic system
US20020187564A1 (en) * 2001-06-08 2002-12-12 Caliper Technologies Corp. Microfluidic library analysis
WO2004101152A1 (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Caliper Life Sciences, Inc. Automated sample analysis

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006124458A2 (en) 2005-05-11 2006-11-23 Nanolytics, Inc. Method and device for conducting biochemical or chemical reactions at multiple temperatures
EP1885885A2 (de) * 2005-05-11 2008-02-13 Nanolytics, Inc. Verfahren und vorrichtung zur ausführung biochemischer oder chemischer reaktionen bei mehreren temperaturen
EP1885885A4 (de) * 2005-05-11 2008-08-27 Nanolytics Inc Verfahren und vorrichtung zur ausführung biochemischer oder chemischer reaktionen bei mehreren temperaturen
AU2006247752B2 (en) * 2005-05-11 2012-04-12 Advanced Liquid Logic, Inc. Method and device for conducting biochemical or chemical reactions at multiple temperatures
US9452433B2 (en) 2005-05-11 2016-09-27 Advanced Liquid Logic, Inc. Method and device for conducting biochemical or chemical reactions at multiple temperatures
US9517469B2 (en) 2005-05-11 2016-12-13 Advanced Liquid Logic, Inc. Method and device for conducting biochemical or chemical reactions at multiple temperatures
DE102007036060A1 (de) * 2006-08-03 2008-02-07 Yokogawa Electric Corp., Musashino Prüfvorrichtung
DE102007036060B4 (de) * 2006-08-03 2009-01-08 Yokogawa Electric Corp., Musashino Prüfvorrichtung
WO2009153189A1 (de) * 2008-06-17 2009-12-23 Biosensor Gmbh Kartusche mit integriertem saw-sensor
US9513253B2 (en) 2011-07-11 2016-12-06 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuators and techniques for droplet-based enzymatic assays

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