EP2501475A1 - System and a method for detecting analyte molecules contained in liquid samples - Google Patents

System and a method for detecting analyte molecules contained in liquid samples

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EP2501475A1
EP2501475A1 EP10816365A EP10816365A EP2501475A1 EP 2501475 A1 EP2501475 A1 EP 2501475A1 EP 10816365 A EP10816365 A EP 10816365A EP 10816365 A EP10816365 A EP 10816365A EP 2501475 A1 EP2501475 A1 EP 2501475A1
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EP
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measuring channel
analyte molecules
permanent magnets
susceptibility
bound
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EP10816365A
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Frank Sonntag
Udo Klotzbach
Niels Schilling
Mathias Gruchow
Markus Henke
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Definitions

  • the invention relates to a system and a method for detecting analyte molecules contained in liquid samples. These may in particular be proteins or DNA. Particularly advantageous use is possible with very small molecules.
  • the procedure is such that a liquid sample flows through a measuring channel in which ligands specific for the respective analyte molecules are immobilized on measuring surfaces to which the
  • analyte molecules can bind analyte molecules. After binding, a detection is carried out in which it can be determined whether the respective analyte molecules are contained in the sample or not. A quantitative determination can also be made.
  • the analyte molecules are more or less evenly distributed in the liquid sample and the measurement channel has a certain required volume. As a result, the liquid sample flows through the measuring channel with a minimum layer thickness. However, a complete filling of measuring channels is preferred.
  • the transport of analyte molecules to the immobilized ligands takes place essentially by convection and diffusion. In the vicinity of the surface of measuring surfaces on which ligands are immobilized, a layer is formed in which essentially diffusion occurs. This is called Nernstsche diffusion boundary layer. The transport of analyte molecules to ligands is thereby hindered, whereby this effect increases with increasing thickness of the
  • AI proposed to lead through a flow channel formed with an inert liquid main stream.
  • main streams free of analyte molecules, a feed for liquid sample should then be arranged in front of the actual measuring surfaces.
  • Main flow can be achieved displacement of the liquid sample in the direction of the measuring surfaces with the ligands immobilized there.
  • the liquid sample can thus flow as a thin film over the measuring surfaces.
  • Sample can not be avoided. Besides, can not be influenced specifically or selectively on the binding behavior of certain analyte molecules.
  • Nanoparticles or biomolecules is possible.
  • a suitable device is described in the unpublished DE 10 2008 062 620. It should upper and possibly also below one
  • Measuring channels strip-shaped electrodes arranged at intervals to each other and each acted upon by an electrical AC voltage. The polarity changes from electrode to electrode. In this case, with a certain frequency taking into account the respective Clausius-Mossotti factor, a force is to be exerted on molecules in order to move them away when passing through them to a measuring surface or non-specifically bound foreign molecules.
  • DE 697 29 101 T2 discloses a device and a method for separating, immobilizing and quantifying biological substances. This is to be achieved by means of external and internal magnetic fields, which can be achieved with permanent magnets, which are connected to a separating magnet in relation to a ferromagnetic catcher construction. are arranged vessel to be formed.
  • the catcher construction should preferably be formed with a grid formed of a ferromagnetic material, which is to be attached to the upper inner wall of the separation vessel.
  • the force effect of the magnetic field is intended to draw molecules or cells which are coupled with magnetically reacting particles in the direction of the capture structure and to immobilize there. Subsequently, a preferred optical detection of the molecules can then be carried out.
  • At least one opening for their supply and removal is present at the beginning and end of a measuring channel within a housing in the flow direction of a fluid containing analyte molecules.
  • a sample that Analyte molecules and a liquid can be passed through the measuring channel.
  • at the bottom of the measuring channel there is a sensitive area on which ligands for the respective analyte molecules can be immobilized in the measuring channel.
  • the housing should be formed of a non-magnetic and non-magnetizable material.
  • suitable polymers and / or aluminum can be used.
  • At least one element made of a ferromagnetic material is arranged in the housing material or on the upper wall of the measuring channel.
  • two permanent magnets are arranged on both sides of the measuring channel parallel to the flow direction, or they can be arranged there temporarily.
  • a magnetic field should be formed within the measurement channel at least in the area in which the / the element (s) is arranged from ferromagnetic material. In this case, the
  • the analyte molecules and / or particles therefore have paramagnetic, supermagnetic or ferromagnetic properties.
  • a plurality of permanent magnets are arranged in a series arrangement above the measuring channel. assigns.
  • the permanent magnets are alternately magnetized alternately. The polar alignment of juxtaposed permanent magnets is therefore set against.
  • This series arrangement should be arranged at least in the region of the sensitive surface area.
  • Analyte molecules are included which have a
  • the analyte molecules and / or particles have diamagnetic properties. As it flows through, in the case of both alternative embodiments of the invention, the sample enters the area of influence of the magnetic field which is formed with the permanent magnets, so that the analyte molecules act on a force acting in the direction of the bottom of the measuring channel and the sensitive area immobilized by ligands for analyte molecules become.
  • a magnetic field formed with magnets can be influenced with ferromagnetic elements which are arranged in the magnetic field. These elements are magnetized and can lead to magnetic field intensity gradients in certain directions, depending on the particular arrangement of the magnets and the ferromagnetic elements. In the plane aligned parallel to the external magnetic field, the gradient becomes a ferromagnetic element. Perpendicular to this, the gradient of the magnetic field strength points away from the ferromagnetic element.
  • the direction-dependent force F is given by
  • X P - X f i can be positive or negative, whereby the direction of the acting force F can be changed according to the sign according to 180 °.
  • a suitable parameter for this is a corresponding selection of a liquid for the respective sample with a smaller or greater susceptibility Xf i, than the susceptibility ⁇ ⁇ of the analyte molecules.
  • One or more elements of ferromagnetic material should preferably be arranged in the flow direction in front of the sensitive surface area.
  • the ferromagnetic elements which can be used in the invention can have a very flat design and can be aligned parallel to the bottom of the measuring channel. They may, for example, be aligned in a strip shape and parallel to the flow direction of the sample.
  • ferromagnetic elements should have a thickness of 0.1 mm to 0.4 mm, while their width at least ten times greater. It may also be preferable to use only such a planar ferromagnetic element. Its width should be at least 80% of the width of the measuring channel in the flow direction.
  • One or more ferromagnetic elements should have a thickness of 0.1 mm to 0.4 mm, while their width at least ten times greater. It may also be preferable to use only such a planar ferromagnetic element. Its width should be at least 80% of the width of the measuring channel in the flow direction.
  • One or more ferromagnetic elements should have a thickness of 0.1 mm to 0.4 mm, while their width at least ten times greater. It may also be preferable to use only such a planar ferromagnetic element. Its width should be at least 80% of the width of the measuring channel in the flow direction.
  • One or more ferromagnetic elements should have a thickness of 0.1 mm to
  • Material can be conveniently embedded in the material of the housing. Direct contact with samples can thus be avoided. It can maintain a permanent exact positioning and avoid adhesion problems. However, these elements can also be made in the form of wires with circular be designed like or elliptical cross-section.
  • a magnetic field with a magnetic field strength H of at least 0.5 T should be able to be formed.
  • the magnetization of the permanent magnets should be at least 0.5T.
  • the permanent magnets can be obtained by selection of a suitable liquid with a corresponding greater susceptibility ⁇ £ ⁇ the force action direction which is caused by the gradient of magnetic field strength, with unchanged configuration also be changed. This can be used for rinsing or also removing / detaching unspecifically bound other molecules from the sensitive surface area.
  • a liquid with a larger susceptibility X f i, in which no further molecules, at least no analyte molecules are contained can flow through the measurement channel. Unspecifically bound molecules whose binding forces to ligands are smaller can be easily detached and removed from the measuring channel before the actual detection of the analyte molecules.
  • a complete rinsing of the measuring channel can be achieved and at least the analyte molecules bound to ligands can be removed so that a system thus rinsed and purified can be used again for a detection of another sample .
  • a detection of another sample For example, whole blood samples, blood plasma or other body fluids may be used for detection.
  • samples may also be more or less diluted. This can be achieved with deionized water.
  • Susceptibility X f i for example, manganese (II) chloride or gadolinium (III) complexes can be used.
  • ferromagnetic, paramagnetic or superparamagnetic particles whose size is a few nanometers can be bound to the respective analyte molecules. These particles can be made of iron,
  • the same effects for rinsing and dissolving nonspecifically bound molecules can also be achieved by changing the orientation of the external magnetic field.
  • the two permanent magnets previously arranged on the two sides of the measuring channel can be removed.
  • At least one permanent magnet is then arranged above the one or more elements formed from a ferromagnetic material.
  • the element (s) are then located between this magnet and the measuring channel.
  • the force caused by the gradient of the magnetic field strength thereby changes its direction and is opposite to the direction of force, which is responsible for tying the
  • a third possibility for purging and / or removing nonspecifically bound molecules consists of flowing through the measuring channel with a rinsing liquid in the opposite direction through the measuring channel.
  • FIG. 1 shows force vectors acting on magnetizable particles in a magnetic field, which can be utilized in the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a system according to the invention for deflecting
  • Figure 3 is a schematic representation of a system according to the invention in a second alternative for deflecting analyte molecules in the opposite direction from the bottom of a measurement channel;
  • Figure 4 is an exploded view of an example of a system according to the invention, arranged in the two permanent magnets on the sides of a measuring channel can and can
  • Figure 5 is an exploded view of another example of a system according to the invention.
  • FIG. 1 is intended to illustrate how the direction of forces acting on magnetic or magnetizable particles is in a magnetic field depending on the orientation of the magnetic field. This can be changed by changing the orientation of the magnetic field.
  • a housing 1 made of optically transparent polymer is formed
  • Measuring channel 3 through which a sample 2 is guided.
  • the flow direction is indicated by the arrow.
  • Particles of iron, nickel, an alloy thereof, which can also be used as a mixture with polymer, having a diameter of 5 nm to 500 nm are bound to the respective analyte molecules of sample 2.
  • the thus-prepared analyte molecules had a susceptibility ⁇ ⁇ > 0 to 100.
  • the liquid of the sample had a susceptibility ⁇ .
  • the particles may also be magnetizable polymers or a diamagnetic metal such as gold.
  • a ferromagnetic element 6 formed of iron is embedded in the polymeric material.
  • the element 6 has a thickness of 0.2 mm. Its width should be 2.5 mm.
  • the measuring channel 3 has a length of 8 mm to 10 mm in relation to the flow direction and a height of 50 m.
  • 5 should be at least 0.5 T.
  • a sensitive surface region 7 is formed, on which ligands for analyte molecules are immobilized.
  • the sensitive area 7 may be formed with a thin metal layer, preferably gold or silver.
  • an unillustrated optical waveguide can be arranged below the sensitive surface region 7, via which electromagnetic radiation can be directed at least almost under total reflection conditions onto the underside of the sensitive surface region 7.
  • the evaluation of the SPR analysis can be carried out in be known form.
  • FIG. 3 shows a system according to the invention of a second alternative in schematic form.
  • 3 permanent magnets 5.1 and 5.2 are arranged in the flow direction of the sample 2 in series above the measuring channel.
  • the juxtaposed permanent magnets 5.1 and 5.2 are each magnetized opposite to each other.
  • the susceptibility ⁇ ⁇ of the analyte molecules or possibly also the particles, which are bound to analyte molecules, thereby is less than the susceptibility ⁇ £ ⁇ the liquid or the fluid of the sample 2.
  • Susceptibility of the sample liquid can be used.
  • the sign of the term ( ⁇ ⁇ - X f i) changes and as a result the direction of the acting forces changes in the opposite direction, which can lead to the detachment of nonspecifically bound molecules.
  • ⁇ ⁇ and ⁇ f i With a larger difference of ⁇ ⁇ and ⁇ f i, all molecules can be detached and the measuring channel 3 can be cleaned.
  • FIG. 4 An example of a system according to the invention used for binding analyte molecules to ligands is in Figure 4 in an exploded view.
  • two permanent magnets 5 can be inserted laterally to the right and left of the measuring channel 3 into receptacles 9 arranged there, or used temporarily for detection.
  • a plate-shaped element 6 made of iron is embedded in the lid 1.1 of the housing 1 in the polymer of the lid 1.1.
  • the element 6 has the following dimensions L / B / H 10 / 2.5 / 0.2 mm.
  • a sensitive surface area 7 is again formed at the bottom of the measuring channel 3.
  • a sealing element 1.2 is arranged made of an elastomer, pointing to the underside in the direction of the bottom of a recess 1.3, which forms the measuring channel 3.
  • a sensitive area 7 formed as a thin gold layer. There, ligands can be immobilized.
  • a further receptacle 10 is formed, into which a further permanent magnet 8 can be inserted, if bound analyte molecules or unused specifically bound molecules are to be removed.
  • the permanent magnets 5 previously inserted into the receptacles 9 have been removed therefrom. The direction of the forces has been through the
  • the openings for the supply and removal of samples 2 may be formed in the lid 1.1.
  • FIG. 5 shows a system according to the invention without the two permanent magnets 5 arranged on the sides of the measuring channel 3.
  • permanent magnets 5.1 and 5.2 can be arranged above the measuring channel 3 in a row arrangement.
  • One or more ferromagnetic element (s) 6 are then absent in this example.

Abstract

The invention relates to a system and method for detecting analyte molecules contained in liquid samples. In particular, said analyte molecules can be proteins or DNA. The binding behavior of analyte molecules with respect to ligands should be improved by means of the invention. A measuring channel is guided in the system. A sensitive surface area (7) is arranged on the bottom of said measuring channel. The housing is made of a non-magnetic and non-magnetizable material. At least one element made of a ferromagnetic material can be arranged above the measuring channel, and two permanent magnets are arranged on both sides of the measuring channel. An external magnetic field is developed by the two permanent magnets. A magnetic field can also be developed by a series arrangement of permanent magnets, which are alternately magnetized in opposite directions. Depending on the magnetic field developed, the analyte molecules or particles bonded thereto have a suitable susceptibility such that a force directed at the bottom of the measuring channel and ligands immobilized there acts on the analyte molecules.

Description

System und ein Verfahren zur Detektion von in flüssigen Proben enthaltenen Analytmolekülen  System and method for detecting analyte molecules contained in liquid samples
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Detektion von in flüssigen Proben enthaltenen Analytmolekülen. Dies können insbesondere Proteine oder DNA sein. Besonders vorteilhaft ist ein Einsatz bei sehr kleinen Molekülen möglich. The invention relates to a system and a method for detecting analyte molecules contained in liquid samples. These may in particular be proteins or DNA. Particularly advantageous use is possible with very small molecules.
Üblicherweise wird so vorgegangen, dass eine flüssige Probe durch einen Messkanal strömt, in dem für die jeweiligen Analytmoleküle spezifische Liganden auf Messflächen immobilisiert sind, an die die Usually, the procedure is such that a liquid sample flows through a measuring channel in which ligands specific for the respective analyte molecules are immobilized on measuring surfaces to which the
Analytmoleküle anbinden können. Nach dem Anbinden erfolgt eine Detektion, bei der festgestellt werden kann, ob die jeweiligen Analytmoleküle in der Probe enthalten sind oder nicht. Es kann auch eine quantitative Bestimmung durchgeführt werden. Die Analytmoleküle sind in der flüssigen Probe mehr oder weniger gleichmäßig verteilt und der Messkanal hat ein bestimmtes erforderliches Volumen. Dadurch bedingt strömt die flüssige Probe mit einer Mindest- schichtdicke durch den Messkanal. Bevorzugt ist aber ein vollständiges Ausfüllen von Messkanälen. Der Analytmolekültransport zu den immobilsierten Liganden erfolgt dabei im Wesentlichen durch Konvektion und Diffusion. In der Nähe der Oberfläche von Messflä- chen, an denen Liganden immobilisiert sind, bildet sich eine Schicht aus, in der im Wesentlichen Diffusion auftritt. Diese wird als Nernstsche- Diffusionsgrenzschicht bezeichnet. Der Transport von Analytmolekülen zu Liganden ist dadurch behindert, wobei sich dieser Effekt mit steigender Dicke derCan bind analyte molecules. After binding, a detection is carried out in which it can be determined whether the respective analyte molecules are contained in the sample or not. A quantitative determination can also be made. The analyte molecules are more or less evenly distributed in the liquid sample and the measurement channel has a certain required volume. As a result, the liquid sample flows through the measuring channel with a minimum layer thickness. However, a complete filling of measuring channels is preferred. The transport of analyte molecules to the immobilized ligands takes place essentially by convection and diffusion. In the vicinity of the surface of measuring surfaces on which ligands are immobilized, a layer is formed in which essentially diffusion occurs. This is called Nernstsche diffusion boundary layer. The transport of analyte molecules to ligands is thereby hindered, whereby this effect increases with increasing thickness of the
Diffusionsschicht verstärkt. Reinforced diffusion layer.
Um diesen Nachteilen entgegenzutreten und die Bindungsrate von Analytmolekülen zu erhöhen und die An- bindung zu beschleunigen wurde in DE 10 2007 012 866In order to counteract these disadvantages and to increase the binding rate of analyte molecules and to accelerate the binding, DE 10 2007 012 866
AI vorgeschlagen, durch einen Flusskanal einen mit einer inerten Flüssigkeit gebildeten Hauptstrom zu führen. In diesen von Analytmolekülen freien Hauptstrom soll dann vor den eigentlichen Messflächen eine Zuführung für flüssige Probe angeordnet sein. Mit demAI proposed to lead through a flow channel formed with an inert liquid main stream. In these main streams free of analyte molecules, a feed for liquid sample should then be arranged in front of the actual measuring surfaces. With the
Hauptstrom kann eine Verdrängung der flüssigen Probe in Richtung auf die Messflächen mit den dort immobilisierten Liganden erreicht werden. Die flüssige Probe kann so als dünner Film über die Messflächen strö- men. Main flow can be achieved displacement of the liquid sample in the direction of the measuring surfaces with the ligands immobilized there. The liquid sample can thus flow as a thin film over the measuring surfaces.
Es liegt auf der Hand, dass durch den erforderlichen größeren freien Querschnitt des Flusskanals eine Vergrößerung des gesamten Systems hervorgerufen wird. Mit dem Hauptstrom kann ein Verdünnungseffekt für dieIt is obvious that an enlargement of the entire system is caused by the required larger free cross section of the flow channel. With the main stream, a dilution effect for the
Probe nicht vermieden werden. Außerdem kann nicht spezifisch bzw. selektiv auf das Anbindungsverhalten bestimmter Analytmoleküle Einfluss genommen werden. Sample can not be avoided. Besides, can not be influenced specifically or selectively on the binding behavior of certain analyte molecules.
Des Weiteren ist es bekannt, dass mittels Furthermore, it is known that by means of
Dielektrophorese eine Trennung oder Sortierung vonDielectrophorese a separation or sorting of
Nanopartikeln oder auch Biomolekülen möglich ist. Eine geeignete Vorrichtung ist in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2008 062 620 beschrieben. Dabei sollen ober- und ggf. auch unterhalb einesNanoparticles or biomolecules is possible. A suitable device is described in the unpublished DE 10 2008 062 620. It should upper and possibly also below one
Messkanals streifenförmige Elektroden in Abständen zueinander angeordnet und jeweils mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt sein. Die Polarität wechselt dabei von Elektrode zu Elektrode. Dabei soll mit bestimmter Frequenz unter Berücksichtigung des jeweiligen Clausius-Mossotti-Faktors eine Kraftwirkung auf Moleküle ausgeübt werden, um diese beim Durchströmen zu einer Messfläche hin oder unspezifisch gebundene Fremdmoleküle von dieser weg zu bewe- gen. Measuring channels strip-shaped electrodes arranged at intervals to each other and each acted upon by an electrical AC voltage. The polarity changes from electrode to electrode. In this case, with a certain frequency taking into account the respective Clausius-Mossotti factor, a force is to be exerted on molecules in order to move them away when passing through them to a measuring surface or non-specifically bound foreign molecules.
Dabei wirken sich Unterschiede der Flüssigkeit, in der die jeweiligen Analytmoleküle enthalten sind, aus und es ist sehr aufwändig die jeweilige den Clausius- Mossotti-Faktor berücksichtigende Frequenz zu bestimmen. Auch bei zumindest nahezu optimal eingehaltener Frequenz der elektrischen Wechselspannung müssen die Analytmoleküle eine bestimmte Größe aufweisen, um eine ausreichende Kraftwirkung zu erreichen. In this case, differences in the liquid in which the respective analyte molecules are contained, and it is very complex to determine the respective the Clausius-Mossotti factor considering frequency. Even if the frequency of the alternating electrical voltage is at least optimally maintained, the analyte molecules must have a certain size in order to achieve a sufficient force effect.
Aus DE 697 29 101 T2 sind ein Gerät sowie ein Verfahren zum Trennen, Immobilisieren und Quantifizieren biologischer Substanzen bekannt. Dies soll mit Hilfe von externen und internen Magnetfeldern erreicht wer- den, die mit Permanentmagneten, die in Bezug zu einer ferromagnetischen Fängerkonstruktion an einem Trenn- gefäß angeordnet sind, ausgebildet werden sollen. Die Fängerkonstruktion soll dabei bevorzugt mit einem aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildeten Gitter ausgebildet sein, das an der oberen Innenwand des Trenngefäßes angebracht werden soll. Die Kraftwirkung des Magnetfeldes soll dabei Moleküle oder Zellen, die mit magnetisch reagierenden Teilchen gekoppelt sind, in Richtung auf die Fangkonstruktion ziehen und dort zu immobilisieren. Anschließend kann dann eine bevor- zugt optische Detektion der Moleküle durchgeführt werden . DE 697 29 101 T2 discloses a device and a method for separating, immobilizing and quantifying biological substances. This is to be achieved by means of external and internal magnetic fields, which can be achieved with permanent magnets, which are connected to a separating magnet in relation to a ferromagnetic catcher construction. are arranged vessel to be formed. The catcher construction should preferably be formed with a grid formed of a ferromagnetic material, which is to be attached to the upper inner wall of the separation vessel. The force effect of the magnetic field is intended to draw molecules or cells which are coupled with magnetically reacting particles in the direction of the capture structure and to immobilize there. Subsequently, a preferred optical detection of the molecules can then be carried out.
Insbesondere durch die Anordnung der In particular, by the arrangement of
Fängerkonstruktion wird aber eine Detektion behindert außerdem können unspezifisch gebundene Moleküle die Capture construction, however, hinders detection as well as nonspecifically bound molecules
Genauigkeit beeinträchtigen und auch eine Reinigung kann nicht ohne weiteres bzw. in einfacher Form durchgeführt werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten zu schaffen, um eine verbesserte Sensitivität von Accuracy deteriorate and even a cleaning can not be easily performed or in a simple form. It is therefore an object of the invention to provide opportunities to improve the sensitivity of
Analytmolekülen, mit einem einfach aufgebauten und wieder verwendbaren System, zu erreichen. To achieve analyte molecules with a simple and reusable system.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem System, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Dabei kann mit einem Verfahren nach Anspruch 7 vorgegangen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisierbar. According to the invention, this object is achieved with a system having the features of claim 1. It can proceed with a method according to claim 7. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features designated in subordinate claims.
Beim erfindungsgemäßen System sind innerhalb eines Gehäuses in Strömungsrichtung eines Analytmoleküle enthaltenden Fluids an einem Messkanal an dessen An- fang und Ende jeweils mindestens eine Öffnung zu deren Zu- Und Abfuhr vorhanden. Eine Probe die Analytmoleküle und eine Flüssigkeit aufweist, kann so durch den Messkanal hindurchgeführt werden. Außerdem ist am Boden des Messkanals ein sensitiver Flächenbereich vorhanden, auf dem im Messkanal Liganden für die jeweiligen Analytmoleküle immobilisiert werden können . In the system according to the invention, at least one opening for their supply and removal is present at the beginning and end of a measuring channel within a housing in the flow direction of a fluid containing analyte molecules. A sample that Analyte molecules and a liquid, can be passed through the measuring channel. In addition, at the bottom of the measuring channel there is a sensitive area on which ligands for the respective analyte molecules can be immobilized in the measuring channel.
Das Gehäuse soll aus einem nichtmagnetischen und nicht magnetisierbaren Werkstoff gebildet sein. Hier- für können geeignete Polymere und/oder Aluminium eingesetzt werden. The housing should be formed of a non-magnetic and non-magnetizable material. For this purpose, suitable polymers and / or aluminum can be used.
Oberhalb des Messkanals ist in einer ersten alternativen Ausbildung der Erfindung im Gehäusewerkstoff oder an der oberen Wand des Messkanals mindestens ein Element aus einem ferromagnetischen Werkstoff angeordnet. Für die externe Ausbildung eines magnetischen Feldes sind an beiden Seiten des Messkanals parallel zur Strömungsrichtung zwei Permanentmagnete angeordnet bzw. sie können dort temporär angeordnet werden. Ein magnetisches Feld sollte innerhalb des Messkanals zumindest im Bereich, in dem das/die Element (e) aus ferromagnetischem Werkstoff angeordnet ist/sind, ausgebildet werden. In diesem Fall weisen die Above the measuring channel, in a first alternative embodiment of the invention, at least one element made of a ferromagnetic material is arranged in the housing material or on the upper wall of the measuring channel. For the external formation of a magnetic field, two permanent magnets are arranged on both sides of the measuring channel parallel to the flow direction, or they can be arranged there temporarily. A magnetic field should be formed within the measurement channel at least in the area in which the / the element (s) is arranged from ferromagnetic material. In this case, the
Analytmoleküle eine Suszeptibiltät > 0 auf oder es sind an Analaytmoleküle Teilchen gebunden deren Analytmoleküle a Suszeptibiltät> 0 or it is attached to Analaytmoleküle particles whose
Suszeptibilität > 0 ist. Dabei sollte bei an Susceptibility> 0. It should at at
Analytmolekülen gebundenen Teilchen die Analyte molecules bound particles the
Gesamtsuzeptibilität > 0 sein. Die Analytmoleküle und/oder Teilchen weisen daher paramagnetische, supermagnetische oder ferromagnetische Eigenschaften auf . Total Sufficiency> 0. The analyte molecules and / or particles therefore have paramagnetic, supermagnetic or ferromagnetic properties.
In einer zweiten alternativen Ausbildung eines erfin- dungsgemäßen Systems sind mehrere Permanentmagnete in einer Reihenanordnung oberhalb des Messkanals ange- ordnet. Dabei sind die Permanentmagnete alternierend wechselnd magnetisiert . Die Polausrichtung von nebeneinander angeordneten Permanentmagneten ist demzufolge entgegen gesetzt. In a second alternative embodiment of a system according to the invention, a plurality of permanent magnets are arranged in a series arrangement above the measuring channel. assigns. The permanent magnets are alternately magnetized alternately. The polar alignment of juxtaposed permanent magnets is therefore set against.
Diese Reihenanordnung sollte zumindest im Bereich des sensitiven Flächenbereichs angeordnet sein. This series arrangement should be arranged at least in the region of the sensitive surface area.
Für eine Detektion wird bei dieser zweiten Alternati- ve der Erfindung eine Probe eingesetzt, in der For a detection, in this second alternative of the invention, a sample is used in which
Analytmoleküle enthalten sind, die eine  Analyte molecules are included which have a
Suszeptibilität aufweisen, die ^ 0 ist oder es sind an Analytmoleküle Teilchen gebunden deren Have susceptibility which is 0 or there are particles bound to analyte molecules
Suszeptibilität ^ 0 ist. Dabei sollte bei an Susceptibility ^ 0 is. It should at at
Analytmoleküle gebundenen Teilchen die Analyte molecules bound particles the
Gesamtsuszeptibilität ^0 sein. Die Analytmoleküle und/oder Teilchen weisen dabei diamagnetische Eigenschaften auf. Beim Durchströmen gelangt die Probe bei beiden alternativen Ausbildungen der Erfindung in den Einflussbereich des magnetischen Feldes, das mit den Permanentmagneten ausgebildet wird, so dass die Analytmoleküle mit einer in Richtung auf den Boden des Messkanals und den mit Liganden für Analytmoleküle immobilisierten sensitiven Flächenbereich wirkenden Kraft beaufschlagt werden.  Total susceptibility ^ 0 be. The analyte molecules and / or particles have diamagnetic properties. As it flows through, in the case of both alternative embodiments of the invention, the sample enters the area of influence of the magnetic field which is formed with the permanent magnets, so that the analyte molecules act on a force acting in the direction of the bottom of the measuring channel and the sensitive area immobilized by ligands for analyte molecules become.
Dabei kann ausgenutzt werden, dass eine auf magneti- sehe bzw. magnetisierte Teilchen wirkende Kraft vomIt can be exploited that a force acting on magnetic or magnetized particles of the
Gradienten der magnetischen Feldstärke innerhalb eines magnetischen Feldes beeinflusst werden kann. Die jeweilige Kraft ist dabei vom Verhältnis der Gradients of the magnetic field strength can be influenced within a magnetic field. The respective force is the ratio of
Suszeptilität der Teilchen und dem diese umgebenden Medium abhängig. Bei der Erfindung kann ausgenutzt werden, dass ein mit Magneten ausgebildetes homogenes magnetisches Feld mit ferromagnetischen Elementen, die im magnetischen Feld angeordnet sind, beeinflusst werden kann. Diese Elemente werden magnetisiert und können zu Gradienten der magnetischen Feldstärke in bestimmten Richtungen führen, die von der jeweiligen Anordnung der Magnete und der ferromagnetischen Elemente abhängen. In der Ebene, die parallel zum externen magneti- sehen Feld ausgerichtet ist, weist der Gradient zu einem ferromagnetischen Element. Senkrecht dazu weist der Gradient der magnetischen Feldstärke vom ferro- magnetischen Element weg. Die Richtungsabhängige Kraft F ergibt sich zu Susceptibility of the particles and the surrounding medium dependent. In the invention, it can be utilized that a magnetic field formed with magnets can be influenced with ferromagnetic elements which are arranged in the magnetic field. These elements are magnetized and can lead to magnetic field intensity gradients in certain directions, depending on the particular arrangement of the magnets and the ferromagnetic elements. In the plane aligned parallel to the external magnetic field, the gradient becomes a ferromagnetic element. Perpendicular to this, the gradient of the magnetic field strength points away from the ferromagnetic element. The direction-dependent force F is given by
F= ^ VP * (χρ - Xfl) * μ0 * δ(Η * Η)/δ. F = ^ V P * (χ ρ - Xfl ) * μ 0 * δ (Η * Η) / δ.
Dabei ist χρ - die Suzeptibilität Here χ ρ - is the susceptibility
(magentisierbarkeit ) der Analytmoleküle bzw. der an ihnen gebundenen magnetisierbaren Teilchen/Partikel, Xfi - die Suzeptibilität der Probenflüssigkeit jeweils als dimensionslose Volumenmagnetisierbarkeit in SI-Einheit, Vp - Volumen der Analytmoleküle ggf. mit gebundenem magnetisierbaren Partikel und H - die magnetische Feldstärke. (Magentizierbarkeit) of the analyte molecules or bound to them magnetizable particles / particles, X f i - the Suzeptibilität the sample liquid in each case as dimensionless volume magnetizability in SI unit, V p - volume of the analyte molecules optionally with bound magnetizable particles and H - the magnetic field strength.
Durch geeignete Wahl kann dem entsprechend dem Term (XP - Xfi) positiv oder negativ sein, wodurch die Richtung der wirkenden Kraft F je nach dem Vorzeichen entsprechend um 180 ° verändert werden kann. Ein hierfür geeigneter Parameter ist eine entsprechende Auswahl einer Flüssigkeit für die jeweilige Probe mit einer kleineren oder größeren Suszeptibilität Xfi, als der Suszeptibilität χρ der Analytmoleküle. Ein oder mehrere Elemente aus ferromagnetischem Werkstoff sollten bevorzugt in Strömungsrichtung vor dem sensitiven Flächenbereich angeordnet sein. Dadurch kann eine Kraftwirkung auf die Analytmoleküle, die dabei eine höhere Suszeptibilität χρ aufweisen als die Suszeptibilität Xfi der Probenflüssigkeit, vom einen oder den mehreren ferromagnetischen Element (en) weg in Richtung auf den Boden des Messkanals und wegen der Strömung auch in Richtung auf auf dem sensi- tiven Flächenbereich immobilisierte Liganden ausgeübt werden. Die jeweiligen Analytmoleküle können dadurch besser und sicherer an die Liganden gebunden werden. Das erforderliche Probenvolumen kann klein gehalten und die erforderliche Zeit reduziert werden. By a suitable choice, according to the term (X P - X f i) can be positive or negative, whereby the direction of the acting force F can be changed according to the sign according to 180 °. A suitable parameter for this is a corresponding selection of a liquid for the respective sample with a smaller or greater susceptibility Xf i, than the susceptibility χ ρ of the analyte molecules. One or more elements of ferromagnetic material should preferably be arranged in the flow direction in front of the sensitive surface area. As a result, a force effect on the analyte molecules, which in this case have a higher susceptibility χ ρ than the susceptibility X f i of the sample liquid, away from the one or more ferromagnetic element (s) toward the bottom of the measuring channel and because of the flow in the direction be applied to immobilized on the sensitive area area ligands. The respective analyte molecules can thereby be better and more securely bound to the ligands. The required sample volume can be kept small and the required time can be reduced.
Die bei der Erfindung einsetzbaren ferromagnetischen Elemente können sehr flach ausgebildet und dabei parallel zum Boden des Messkanals ausgerichtet sein. Sie können beispielsweise streifenförmig und parallel zur Strömungsrichtung der Probe ausgerichtet sein.The ferromagnetic elements which can be used in the invention can have a very flat design and can be aligned parallel to the bottom of the measuring channel. They may, for example, be aligned in a strip shape and parallel to the flow direction of the sample.
Sie sollten dabei eine Dicke von 0,1 mm bis 0,4 mm aufweisen und dabei ihre Breite mindestens Zehnfach größer sein. Bevorzugt kann es auch sein, lediglich ein solches flächiges ferromagnetisches Element einzusetzen. Dessen Breite sollte dabei mindestens 80 % der Breite des Messkanals in Strömungsrichtung entsprechen. Ein oder auch mehrere Elemente aus ferromagnetischemThey should have a thickness of 0.1 mm to 0.4 mm, while their width at least ten times greater. It may also be preferable to use only such a planar ferromagnetic element. Its width should be at least 80% of the width of the measuring channel in the flow direction. One or more ferromagnetic elements
Werkstoff können günstigerweise in den Werkstoff des Gehäuses eingebettet werden. Ein unmittelbarer Kontakt zu Proben kann so vermieden werden. Es können eine dauerhafte exakte Positionierung beibehalten und Haftungsprobleme vermieden werden. Diese Elemente können aber auch in Form von Drähten mit kreisförmi- gern oder auch elliptischem Querschnitt ausgebildet sein . Material can be conveniently embedded in the material of the housing. Direct contact with samples can thus be avoided. It can maintain a permanent exact positioning and avoid adhesion problems. However, these elements can also be made in the form of wires with circular be designed like or elliptical cross-section.
Mit den beiden oder den Permanentmagneten der Reihen- anordnung sollte ein magnetisches Feld mit einer magnetischen Feldstärke H von mindestens 0,5 T ausgebildet werden können. Die Magnetisierung der Permanentmagnete sollte mindestens 0,5 T aufweisen. With the two or the permanent magnets of the series arrangement, a magnetic field with a magnetic field strength H of at least 0.5 T should be able to be formed. The magnetization of the permanent magnets should be at least 0.5T.
Wie bereits vorab angedeutet, kann durch Auswahl einer geeigneten Flüssigkeit mit entsprechender größerer Suszeptibilität χ£ι die Kraftwirkungsrichtung die mit dem Gradienten der magnetischen Feldstärke hervorgerufen wird, bei unveränderter Anordnung der Permanentmagnete auch verändert werden. Dies kann für ein Spülen bzw. auch ein Entfernen/Ablösen von unspezifisch gebundenen anderen Molekülen vom sensitiven Flächenbereich, genutzt werden. Anstelle einer Probe kann vor oder auch nach einer Detektion eine Flüssigkeit mit größerer Suszeptibilität Xfi, in der keine weiteren Moleküle, zumindest keine Analytmoleküle enthalten sind, durch den Messkanal strömen. Unspezifisch gebundene Moleküle, deren Bindungskräfte zu Liganden kleiner sind können so einfach abgelöst und aus dem Messkanal vor der eigentlichen Detektion der Analytmoleküle entfernt werden. As already indicated previously, the permanent magnets can be obtained by selection of a suitable liquid with a corresponding greater susceptibility χ £ ι the force action direction which is caused by the gradient of magnetic field strength, with unchanged configuration also be changed. This can be used for rinsing or also removing / detaching unspecifically bound other molecules from the sensitive surface area. Instead of a sample, before or even after detection, a liquid with a larger susceptibility X f i, in which no further molecules, at least no analyte molecules are contained, can flow through the measurement channel. Unspecifically bound molecules whose binding forces to ligands are smaller can be easily detached and removed from the measuring channel before the actual detection of the analyte molecules.
Bei einer deutlich größeren Suszeptibilität Xfi einer solchen Flüssigkeit kann auch ein vollständiges Spü- len des Messkanals erreicht und dabei zumindest auch die an Liganden gebundenen Analytmoleküle entfernt werden, so dass ein so gespültes und gereinigtes System erneut für eine Detektion einer anderen Probe nutzbar wird. Für eine Detektion können beispielsweise Vollblutproben, Blutplasma oder andere Körperflüssigkeiten eingesetzt werden. Solche Proben können auch mehr oder weniger verdünnt sein. Dies kann mit entionisiertem Wasser erreicht werden. With a significantly greater susceptibility X f i of such a liquid, a complete rinsing of the measuring channel can be achieved and at least the analyte molecules bound to ligands can be removed so that a system thus rinsed and purified can be used again for a detection of another sample , For example, whole blood samples, blood plasma or other body fluids may be used for detection. Such samples may also be more or less diluted. This can be achieved with deionized water.
Zum Spülen können als Flüssigkeit mit größerer For rinsing can be used as a liquid with larger
Suszeptibilität Xfi beispielsweise Mangan ( II ) -chlorid oder Gadolinium ( III ) -Komplexe eingesetzt werden. Susceptibility X f i, for example, manganese (II) chloride or gadolinium (III) complexes can be used.
Zur Verbesserung der Magnetisierbarkeit können an die jeweiligen Analytmoleküle sehr kleine ferromagneti- sche, paramagnetische oder superparamagnetische Teilchen angebunden werden, deren Größe einige wenige Nanometer beträgt. Diese Teilchen können aus Eisen,To improve the magnetizability, very small ferromagnetic, paramagnetic or superparamagnetic particles whose size is a few nanometers can be bound to the respective analyte molecules. These particles can be made of iron,
Nickel, Kobalt oder einer Legierung der genannten Metalle gebildet sein bzw. können diese auch als Mischung mit Polymer eingesetzt werden. Die gleichen Effekte zum Spülen und Lösen von unspezifisch gebundenen Molekülen können aber auch dadurch erreicht werden, indem die Ausrichtung des externen magnetischen Feldes verändert wird. Dabei können die bis dahin an den beiden Seiten des Messkanals ange- ordneten zwei Permanentmagnete entfernt werden. Mindestens ein Permanentmagnet wird dann oberhalb des einen oder mehrerer aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildeter Elemente angeordnet. Das oder die Element (e) befinden sich dann zwischen diesem Magnet und dem Messkanal. Die durch den Gradienten der magnetischen Feldstärke hervorgerufene wirkende Kraft verändert dadurch ihre Richtung und ist entgegen gesetzt zur Kraftrichtung, die zum Anbinden der Be formed nickel, cobalt or an alloy of said metals or they can also be used as a mixture with polymer. However, the same effects for rinsing and dissolving nonspecifically bound molecules can also be achieved by changing the orientation of the external magnetic field. In this case, the two permanent magnets previously arranged on the two sides of the measuring channel can be removed. At least one permanent magnet is then arranged above the one or more elements formed from a ferromagnetic material. The element (s) are then located between this magnet and the measuring channel. The force caused by the gradient of the magnetic field strength thereby changes its direction and is opposite to the direction of force, which is responsible for tying the
Analytmoleküle an Liganden ausgenutzt worden ist. Die Größe der wirkenden Kraft ist dabei abhängig von der mit dem/den Permanentmagneten erreichbaren magneti- sehen Feldstärke und/oder dessen/deren Abstand zu dem/den ferromagnetischen Element (en) . Dies gilt jedoch nur für die erste Alternative der Erfindung. Analyte molecules has been exploited on ligands. The magnitude of the acting force is dependent on the magnetization achievable with the permanent magnet (s). see field strength and / or its distance to the ferromagnetic element (s). However, this only applies to the first alternative of the invention.
Eine dritte Möglichkeit zum Spülen und/oder Entfernen unspezifisch gebundener Moleküle besteht mit der Durchströmung des Messkanals mit einer Spülflüssigkeit in entgegen gesetzter Richtung durch den Messkanal . A third possibility for purging and / or removing nonspecifically bound molecules consists of flowing through the measuring channel with a rinsing liquid in the opposite direction through the measuring channel.
Die genannten Möglichkeiten zum Spülen und/oder Entfernen unspezifisch gebundener Moleküle können auch miteinander kombiniert eingesetzt werden. The abovementioned possibilities for rinsing and / or removing unspecifically bound molecules can also be used combined with one another.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail by way of example in the following.
Dabei zeigen: Showing:
Figur 1 auf magnetisierbare Teilchen in einem magnetischen Feld wirkende Kraftvektoren, die bei der Erfindung ausgenutzt werden können; FIG. 1 shows force vectors acting on magnetizable particles in a magnetic field, which can be utilized in the invention;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems für ein Ablenken von Figure 2 is a schematic representation of a system according to the invention for deflecting
Analytmolekülen in Richtung auf einen sensitiven Flächenbereich am Boden eines Messkanals; Analyte molecules towards a sensitive area at the bottom of a measurement channel;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems in einer zweiten Alternative für ein Ablenken von Analytmolekülen in die entgegen gesetzte Richtung vom Boden eines Messkanals weg; Figure 3 is a schematic representation of a system according to the invention in a second alternative for deflecting analyte molecules in the opposite direction from the bottom of a measurement channel;
Figur 4 eine Explosionsdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem zwei Permanentmagnete an den Seiten eines Messkanals angeordnet werden können und Figure 4 is an exploded view of an example of a system according to the invention, arranged in the two permanent magnets on the sides of a measuring channel can and can
Figur 5 eine Explosionsdarstellung eines weiteren Beispiels eines erfindungsgemäßen Systems. Figure 5 is an exploded view of another example of a system according to the invention.
Mit Figur 1 soll verdeutlicht werden, wie die Richtung von auf magnetische oder magnetisierbare Teilchen wirkende Kräfte in einem Magnetfeld je nach Ausrichtung des magnetischen Feldes ist. Diese kann durch eine Veränderung der Ausrichtung des magnetischen Feldes verändert werden kann. FIG. 1 is intended to illustrate how the direction of forces acting on magnetic or magnetizable particles is in a magnetic field depending on the orientation of the magnetic field. This can be changed by changing the orientation of the magnetic field.
In der schematischen Darstellung nach Figur 2 ist in einer Seiten- und Vorderansicht ein in einem Gehäuse 1 aus optisch transparentem Polymer ausgebildeterIn the schematic representation according to FIG. 2, in a side and front view, a housing 1 made of optically transparent polymer is formed
Messkanal 3 gezeigt, durch den eine Probe 2 geführt wird. Die Strömungsrichtung ist mit dem Pfeil angegeben. An die jeweiligen Analytmoleküle der Probe 2 sind Teilchen aus Eisen, Nickel, einer Legierung da- von, die auch als Mischung mit Polymer eingesetzt werden können, mit einem Durchmesser von 5 nm bis 500 nm gebunden. Die so präparierten Analytmoleküle wiesen eine Suszeptibilität χΡ > 0 bis 100 auf. Die Flüssigkeit der Probe hatte eine Suszeptibilität χ . < 0. Bei Einsatz von Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Suszeptibilät Xfi, zur verbesserten Anbindung von Analytmolekülen, können die Teilchen auch magnetisierbare Polymere oder ein diamagnetisches Metall, wie Gold sein. Die Verbesserung der Anbindung durch Flüssigkeiten mit erhöhter Suszeptibilität führt eine negative Differenz im Term (χρ-Xfi)) zu einer Ablenkung von Partikeln oder Analytmolekülen die diamagnetisch oder an die diamagnetische Partikel gebunden sind. Dies gilt jedoch nur für die zweite Alternative der Erfindung. Im Deckel 1.1 des Gehäuses 1 ist in den polymeren Werkstoff ein aus Eisen gebildetes ferromagnetisches Element 6 eingebettet. Das Element 6 hat eine Dicke von 0,2 mm. Seine Breite soll 2,5 mm betragen. Der Messkanal 3 hat eine Länge von 8 mm bis 10 mm in Bezug zur Strömungsrichtung und eine Höhe von 50 m. Measuring channel 3, through which a sample 2 is guided. The flow direction is indicated by the arrow. Particles of iron, nickel, an alloy thereof, which can also be used as a mixture with polymer, having a diameter of 5 nm to 500 nm are bound to the respective analyte molecules of sample 2. The thus-prepared analyte molecules had a susceptibility χ Ρ > 0 to 100. The liquid of the sample had a susceptibility χ. When using liquids with different susceptibility X f i, for improved attachment of analyte molecules, the particles may also be magnetizable polymers or a diamagnetic metal such as gold. Improving the attachment by liquids with increased susceptibility leads to a negative difference in the term (χρ-Xfi)) to a deflection of particles or analyte molecules that are diamagnetic or bound to the diamagnetic particles. However, this only applies to the second alternative of the invention. In the lid 1.1 of the housing 1, a ferromagnetic element 6 formed of iron is embedded in the polymeric material. The element 6 has a thickness of 0.2 mm. Its width should be 2.5 mm. The measuring channel 3 has a length of 8 mm to 10 mm in relation to the flow direction and a height of 50 m.
An den beiden Seiten des Messkanals 3 sind hier nicht dargestellte Permanentmagnete 5 angebracht, mit deren Hilfe ein externes magnetisches Feld ausgebildet werden kann. Dabei weist der Nordpol des einen Permanentmagneten 5 in Richtung Messkanal 3 wohingegen der Südpol des auf der gegenüberliegenden Seite des Messkanals 3 angeordneten Permanentmagneten 5 zum Messka- nal 3 weist. Die Magnetisierung der PermanentmagneteOn the two sides of the measuring channel 3, not shown here permanent magnets 5 are mounted, with the aid of an external magnetic field can be formed. In this case, the north pole of the one permanent magnet 5 points in the direction of the measuring channel 3, whereas the south pole of the permanent magnet 5 arranged on the opposite side of the measuring channel 3 faces the measuring channel 3. The magnetization of the permanent magnets
5 soll mindestens 0,5 T betragen. 5 should be at least 0.5 T.
Mit Figur 2 wird durch den dunkler dargestellten Bereich der durch den Messkanal 3 strömenden Probe 2 verdeutlicht, wie sich Analytmoleküle durch die mit den Gradienten der magnetischen Feldstärke hervorgerufenen Kräfte in Richtung Boden des Messkanals 3 bewegen. Dort ist ein sensitiver Flächenbereich 7 ausgebildet, auf dem Liganden für Analytmoleküle immobi- lisiert sind. Der sensitive Flächenbereich 7 kann mit einer dünnen Metallschicht, bevorzugt Gold oder Silber gebildet sein. In diesem Fall besteht die Möglichkeit die Detektion mittels einer SPR-Analyse durchzuführen, wie dies beispielsweise auch in DE 10 2008 062 620 beschrieben ist. Hierfür kann ein nicht dargestellter Lichtwellenleiter unterhalb des sensitiven Flächenbereichs 7 angeordnet sein, über den elektromagnetische Strahlung zumindest nahezu unter Totalreflexionsbedingungen auf die Unterseite des sensitiven Flächenbereichs 7 gerichtet werden kann.2 shows through the darker area of the sample 2 flowing through the measuring channel 3, how analyte molecules move through the forces caused by the gradients of the magnetic field strength in the direction of the bottom of the measuring channel 3. There, a sensitive surface region 7 is formed, on which ligands for analyte molecules are immobilized. The sensitive area 7 may be formed with a thin metal layer, preferably gold or silver. In this case, it is possible to carry out the detection by means of an SPR analysis, as described, for example, in DE 10 2008 062 620. For this purpose, an unillustrated optical waveguide can be arranged below the sensitive surface region 7, via which electromagnetic radiation can be directed at least almost under total reflection conditions onto the underside of the sensitive surface region 7.
Die Auswertung der SPR-Analyse kann in an sich be- kannter Form vorgenommen werden. The evaluation of the SPR analysis can be carried out in be known form.
Mit Figur 3 ist ein erfindungsgemäßes System einer zweiten Alternative in schematischer Form gezeigt. Dabei sind oberhalb des Messkanals 3 Permanentmagnete 5.1 und 5.2 in Strömungsrichtung der Probe 2 in Reihe angeordnet. Die nebeneinander angeordneten Permanentmagnete 5.1 und 5.2 sind jeweils entgegen gesetzt zueinander magnetisiert . Die Suszeptibilität χρ der Analytmoleküle oder ggf. auch der Teilchen, die an Analytmoleküle gebunden sind, ist dabei kleiner als die Suszeptibilität χ£ι der Flüssigkeit bzw. des Fluids der Probe 2. Es wird deutlich, dass wie auch beim Beispiel nach Figur 2 eine Kraftwirkung auf die Analytmoleküle in der Probe 2 ausgeübt und für eine Bewegung in Richtung auf den am Boden des Messkanals 3 angeordneten sensitiven Flächenbereich 7 ausgenutzt werden kann, um das Anbindungsverhalten der 3 shows a system according to the invention of a second alternative in schematic form. Here, 3 permanent magnets 5.1 and 5.2 are arranged in the flow direction of the sample 2 in series above the measuring channel. The juxtaposed permanent magnets 5.1 and 5.2 are each magnetized opposite to each other. The susceptibility χ ρ of the analyte molecules or possibly also the particles, which are bound to analyte molecules, thereby is less than the susceptibility χ £ ι the liquid or the fluid of the sample 2. It is clear that as with the embodiment according to FIG 2 a force acting on the analyte molecules in the sample 2 and exercised for a movement in the direction of the bottom of the measuring channel 3 arranged sensitive surface area 7 can be exploited to the connection behavior of the
Analytmoleküle an dort immobilisierte Liganden zu verbessern . To improve analyte molecules immobilized ligands there.
Zum Spülen bzw. Entfernen von unspezifisch gebunden Molekülen kann, bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel, anstelle der Probe lediglich eine Spülflüssig- keit mit höherer Suszeptibilität xfi als der For rinsing or removing unspecifically bound molecules, in the example shown in FIG. 2, instead of the sample, only one rinsing liquid having a higher susceptibility x f i than the one shown in FIG
Suszeptibilität der der Probenflüssigkeit eingesetzt werden. Das Vorzeichen des Terms (χρ - Xfi) ändert sich und demzufolge ändert sich auch die Richtung der wirkenden Kräfte in die entgegengesetzte Richtung, was zum Ablösen unspezifisch gebundener Moleküle führen kann. Bei größerer Differenz von χρ und \fi können auch alle Moleküle abgelöst und der Messkanal 3 gereinigt werden. Susceptibility of the sample liquid can be used. The sign of the term (χ ρ - X f i) changes and as a result the direction of the acting forces changes in the opposite direction, which can lead to the detachment of nonspecifically bound molecules. With a larger difference of χ ρ and \ f i, all molecules can be detached and the measuring channel 3 can be cleaned.
Ein zum Anbinden von Analytmolekülen an Liganden genutztes Beispiel eines erfindungsgemäßen Systems ist in Figur 4 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Dabei können zwei Permanentmagnete 5 seitlich rechts und links vom Messkanal 3 in dort angeordnete Aufnahmen 9 eingesetzt sein oder für eine Detektion tempo- rär eingesetzt werden. Oberhalb des Messkanals 3 ist im Deckel 1.1 des Gehäuses 1 ein plattenförmiges Element 6 aus Eisen in das Polymer des Deckels 1.1 eingebettet. Das Element 6 hat folgende Abmessungen L/B/H 10/2,5/0,2 mm. An example of a system according to the invention used for binding analyte molecules to ligands is in Figure 4 in an exploded view. In this case, two permanent magnets 5 can be inserted laterally to the right and left of the measuring channel 3 into receptacles 9 arranged there, or used temporarily for detection. Above the measuring channel 3, a plate-shaped element 6 made of iron is embedded in the lid 1.1 of the housing 1 in the polymer of the lid 1.1. The element 6 has the following dimensions L / B / H 10 / 2.5 / 0.2 mm.
Am Boden des Messkanals 3 ist wieder, wie bereits beschrieben, ein sensitiver Flächenbereich 7 ausgebildet. As already described, a sensitive surface area 7 is again formed at the bottom of the measuring channel 3.
Beim Durchströmen einer Probe 2, wie bereits bei der Beschreibung von Figur 2 erläutert, wirken auf die magnetisierten Analytmoleküle Kräfte, die diese in Richtung Boden des Messkanals 3 und auch den sensitiven Flächenbereich 7 beschleunigen und dort kann so im Bereich oberhalb des sensitiven Flächenbereichs 7 eine Anreicherung von Analytmolekülen erreicht werden, wodurch das Anbindungsverhalten verbessert und die Bindungsrate erhöht werden können. When flowing through a sample 2, as already explained in the description of FIG. 2, forces act on the magnetized analyte molecules which accelerate them in the direction of the bottom of the measuring channel 3 and also of the sensitive surface region 7, and there can thus be a region above the sensitive surface region 7 Enrichment of analyte molecules can be achieved, whereby the attachment behavior can be improved and the binding rate can be increased.
Zwischen Deckel 1.1 und Boden 1.3 des Gehäuses 1 ist ein Dichtungselement 1.2 aus einem Elastomer angeordnet, an dessen Unterseite in Richtung Boden 1.3 weisend eine Aussparung vorhanden, die den Messkanal 3 bildet. Auf der Oberfläche des Bodens 1.3 ist ein sensitiver Flächenbereich 7, als dünne Goldschicht ausgebildet. Dort können Liganden immobilisiert werden . Between the cover 1.1 and bottom 1.3 of the housing 1, a sealing element 1.2 is arranged made of an elastomer, pointing to the underside in the direction of the bottom of a recess 1.3, which forms the measuring channel 3. On the surface of the bottom 1.3 is a sensitive area 7, formed as a thin gold layer. There, ligands can be immobilized.
Im Deckel 1.1 ist eine weitere Aufnahme 10 ausgebildet, in die ein weiterer Permanentmagnet 8 eingesetzt werden kann, wenn gebundene Analytmoleküle oder un- spezifisch gebundene Moleküle entfernt werden sollen. Dabei sind die vorab in die Aufnahmen 9 eingesetzten Permanentmagnete 5 aus diesen entfernt worden. Die Richtung der wirkenden Kräfte hat sich durch denIn the cover 1.1, a further receptacle 10 is formed, into which a further permanent magnet 8 can be inserted, if bound analyte molecules or unused specifically bound molecules are to be removed. The permanent magnets 5 previously inserted into the receptacles 9 have been removed therefrom. The direction of the forces has been through the
Einsatz und die Anordnung des Permanentmagneten 8 umgekehrt. Sie weist nun vom Boden 1.3 des Messkanals 3 weg in Richtung auf das aus ferromagnetischem Werkstoff gebildete Element 6. Es kann so ein Ablösen und Entfernen von Molekülen, auch solchen die an Liganden gebunden waren, aus dem Messkanal 3 erreicht werden. Insert and the arrangement of the permanent magnet 8 vice versa. It now points away from the bottom 1.3 of the measuring channel 3 in the direction of the element 6 formed from ferromagnetic material. Thus, detachment and removal of molecules, including those bound to ligands, from the measuring channel 3 can be achieved.
Die Öffnungen für die Zu- und Abfuhr von Proben 2 können im Deckel 1.1 ausgebildet sein. The openings for the supply and removal of samples 2 may be formed in the lid 1.1.
Die Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes System ohne die beiden an den Seiten des Messkanals 3 angeordneten Permanentmagnete 5. An deren Stelle können Permanentmagnete 5.1 und 5.2 (nicht dargestellt) oberhalb des Messkanals 3 in einer Reihenanordnung angeordnet werden. Ein oder mehrere ferromagnetische Element (e) 6 sind bei diesem Beispiel dann nicht vorhanden. FIG. 5 shows a system according to the invention without the two permanent magnets 5 arranged on the sides of the measuring channel 3. In their place, permanent magnets 5.1 and 5.2 (not shown) can be arranged above the measuring channel 3 in a row arrangement. One or more ferromagnetic element (s) 6 are then absent in this example.
Ansonsten entspricht das in Figur 5 gezeigte System dem Beispiel nach Figur 4, wobei jedoch auf die Ausbildung von Aufnahmen 9 bzw. 10 im Deckel 1.1 zusätzlich verzichtet werden kann. Otherwise, the system shown in Figure 5 corresponds to the example of Figure 4, but can be additionally dispensed with the formation of recordings 9 and 10 in the lid 1.1.

Claims

Patentansprüche Patent claims
System zur Detektion von in flüssigen Proben enthaltenen Analytmolekülen, bei dem innerhalb eines Gehäuses (1) in Strömungsrichtung einer Analytmoleküle enthaltenden Probe System for detecting analyte molecules contained in liquid samples, in which a sample containing analyte molecules is located within a housing (1) in the direction of flow
(2) an einem Messkanal (3) an dessen Anfang und Ende jeweils mindestens eine Öffnung zu deren Zu- Und Abfuhr vorhanden sind; außerdem am Boden (1.(2) at the beginning and end of a measuring channel (3) there is at least one opening for the supply and discharge; also on the ground (1.
3) des Messkanals (3) ein sensitiver Flächenbereich (7) angeordnet ist, und das Gehäuse (1) aus einem nichtmagnetischen und nicht magnetisierbaren Werkstoff gebildet ist, wobei oberhalb des Messkanals (3) im 3) a sensitive surface area (7) is arranged in the measuring channel (3), and the housing (1) is formed from a non-magnetic and non-magnetizable material, with above the measuring channel (3) in
Gehäusewerkstoff oder an der oberen Wand des Messkanals (3) mindestens ein Element (6) aus einem ferromagnetischen Werkstoff angeordnet ist; und außerdem an beiden Seiten des Messkanals (3) parallel zur Strömungsrichtung zwei Permanentmagnete (5) angeordnet oder dort anordbar sind, mit denen ein magnetisches Feld innerhalb des Messkanals (3) zumindest im Bereich, in dem das/die Element (e) (6) aus ferro- magnetischem Werkstoff angeordnet ist/sind, aus gebildet wird, dabei in der Probe (2) Housing material or at least one element (6) made of a ferromagnetic material is arranged on the upper wall of the measuring channel (3); and also on both sides of the measuring channel (3) parallel to the flow direction, two permanent magnets (5) are arranged or can be arranged there, with which a magnetic field within the measuring channel (3) at least in the area in which the element (s) (6 ) is / are arranged from ferromagnetic material, is formed from, thereby in the sample (2)
Analytmoleküle mit einer Suszeptibilität > 0 oder an Analytmoleküle Teilchen, deren Analyte molecules with a susceptibility > 0 or analyte molecules particles whose
Suszeptibiltät > 0 ist, gebunden sind, enthalte sind, so dass die Analytmoleküle mit einer in Richtung auf den Boden des Messkanals (3) und den mit Liganden für Analytmoleküle immobili- sierten sensitiven Flächenbereich (7) wirkenden Kraft beaufschlagbar sind; oder oberhalb des Messkanals (3) in Strömungsrichtung des Fluids eine Reihenanordnung von Permanentmagneten (5.1 und 5.2) vorhanden ist, bei der die Permanentmagnete (5.1 und 5.2) alternierend jeweils in entgegen gesetzter Richtung magneti- siert sind, dabei eine Probe (2) in der Analytmoleküle eine Suszeptibilität ^ 0 aufweisen oder Teilchen mit einer Suszeptibilität ^ 0 an Analytmoleküle gebunden sind, enthalten sind, in den Messkanal (3) einführbar ist und beim Durchströmen in den Einflussbereich der Reihenanordnung von Permanentmagneten (5.1 und 5.2) gelangt, so dass die Analytmoleküle mit einer in Richtung auf den Boden des Messkanals (3) und den mit Liganden für Analytmoleküle immobilisierten sensitiven Flächenbereich (7) wirkenden Kraft beaufschlagbar sind. Susceptibility > 0, are bound, are contained, so that the analyte molecules are immobilized with a direction towards the bottom of the measuring channel (3) and with ligands for analyte molecules. The force acting on the sensitive surface area (7) can be acted upon; or above the measuring channel (3) in the flow direction of the fluid there is a series arrangement of permanent magnets (5.1 and 5.2), in which the permanent magnets (5.1 and 5.2) are alternately magnetized in the opposite direction, with a sample (2) in the analyte molecules have a susceptibility ^ 0 or particles with a susceptibility ^ 0 are bound to analyte molecules, are contained, can be inserted into the measuring channel (3) and come into the area of influence of the row arrangement of permanent magnets (5.1 and 5.2) when flowing through, so that the Analyte molecules can be acted upon with a force acting in the direction of the bottom of the measuring channel (3) and the sensitive surface area (7) immobilized with ligands for analyte molecules.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Element (e) (6) aus ferromagneti- schem Werkstoff in Strömungsrichtung vor dem sensitiven Flächenbereich angeordnet ist/sind. System according to claim 1, characterized in that the element(s) (6) made of ferromagnetic material is/are arranged in front of the sensitive surface area in the direction of flow.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das/die ferromagnetische (n) Element (e) (6) eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,4 mm aufweist/aufweisen und seine/ihre Breite mindestens Zehnfach größer ist. System according to claim 1 or 2, characterized in that the ferromagnetic element(s) (6) has/have a thickness in the range of 0.1 mm to 0.4 mm and its width is at least ten times larger is.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Spülen des Messkanals (3) und/oder zum Entfernen unspezifisch gebundener Moleküle eine Spülflüssigkeit mit entgegen gesetzter Strömungsrichtung oder eine Flüssigkeit mit einer höheren 4. System according to one of the preceding claims, characterized in that for rinsing the Measuring channel (3) and / or to remove non-specifically bound molecules a rinsing liquid with the opposite flow direction or a liquid with a higher
Suszeptibilität χ£1 als der Suszeptibilität χρ der Analaytmoleküle durch den Messkanal (3) führbar ist. Susceptibility χ £1 than the susceptibility χ ρ of the analyte molecules can be passed through the measuring channel (3).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfernen unspezifisch gebundener Moleküle eine Spülflüssigkeit durch den Messkanal (3) führbar ist und dabei die beiden Permanentmagnete (5) entfernt und mindestens ein Permanentmagnet (8) oberhalb des Messkanals (3) und dem/den Element (en) (6) angeordnet ist. System according to one of claims 1 to 3, characterized in that to remove non-specifically bound molecules, a rinsing liquid can be passed through the measuring channel (3), thereby removing the two permanent magnets (5) and at least one permanent magnet (8) above the measuring channel (3). and the element(s) (6) is arranged.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (1) oberhalb des Messkanals (3) ein Element (6) aus einem ferromagnetischen Werkstoff angeordnet ist, dessen Breite mindestens 80 % der Breite des Messkanals (3) in Strömungsrichtung beträgt. System according to one of the preceding claims, characterized in that an element (6) made of a ferromagnetic material is arranged inside the housing (1) above the measuring channel (3), the width of which is at least 80% of the width of the measuring channel (3) in the direction of flow .
Verfahren zur Detektion von in flüssigen Proben enthaltenen Analytmolekülen, bei dem eine Method for detecting analyte molecules contained in liquid samples, in which a
Analytmoleküle enthaltende Probe durch einen Messkanal (3), der innerhalb eines aus nichtmagnetischem oder nichtmagnetisierbarem Werkstoff gebildeten Gehäuses (1) ausgebildet ist, über einen am Boden des Messkanals (3) angeordneten sensitiven Flächenbereich (7) auf dem Liganden für die jeweiligen Analytmoleküle immobilisiert sind, geführt wird, beim Durchströmen des Messkanals (3) gelangt die Probe (2) in den Einflussbereich eines extern ausgebildeten Magnetfeldes, das mit zwei an beiden Seiten des Messkanals (3) angeordneten Permanentmagneten Sample containing analyte molecules through a measuring channel (3), which is formed within a housing (1) made of non-magnetic or non-magnetizable material, via a sensitive surface area (7) arranged at the bottom of the measuring channel (3) on which ligands for the respective analyte molecules are immobilized , is guided, when flowing through the measuring channel (3), the sample (2) comes into the area of influence of an external formed magnetic field, which has two permanent magnets arranged on both sides of the measuring channel (3).
(5) und mittels mindestens einem oberhalb des Messkanals (3) angeordneten Elements (5) and by means of at least one element arranged above the measuring channel (3).
(6) aus ferromagnetischem Werkstoff oder mittels oberhalb des Messkanals (3) in Strömungsrichtung des Fluids eine Reihenanordnung bildender Permanentmagnete (5.1 und 5.2), bei der die Permanentmagnete (5.1 und 5.2) alternierend jeweils in entgegen gesetzter Richtung mag- netisiert sind, ausgebildet wird; so dass wird ein Gradient der magnetischen Feldstärke innerhalb des Messkanals (3) auftritt, der zu einer Kraftwirkung in Richtung Boden des Messkanals (3) und den sensitiven Flächenbereich (6) made of ferromagnetic material or by means of a series arrangement of permanent magnets (5.1 and 5.2) above the measuring channel (3) in the flow direction of the fluid, in which the permanent magnets (5.1 and 5.2) are alternately magnetized in opposite directions ; so that a gradient of the magnetic field strength occurs within the measuring channel (3), which results in a force effect towards the bottom of the measuring channel (3) and the sensitive surface area
(7) auf die Analytmoleküle führt, so dass diese in Richtung auf Liganden beschleunigt und an diesen gebunden werden, wobei bei dem mit zwei Permanentmagneten (5) ausgebildeten magnetischen Feld die Analytmoleküle eine Suszeptibilität > 0 aufweisen oder an (7) leads to the analyte molecules, so that they are accelerated towards ligands and bound to them, with the analyte molecules having a susceptibility > 0 in the magnetic field formed with two permanent magnets (5).
Analytmoleküle Teilchen, deren Suszeptibiltät > 0 ist, gebunden sind, oder bei dem mit der Reihenanordnung von Permanentmagneten (5.1 und 5.2) ausgebildeten magnetischen Feld die Analytmoleküle eine Analyte molecules are bound to particles whose susceptibility is > 0, or in the magnetic field formed with the series arrangement of permanent magnets (5.1 and 5.2), the analyte molecules are bound
Suszeptibilität -S 0 aufweisen oder an Susceptibility -S 0 or on
Analytmoleküle Teilchen, deren Suszeptibiltät ^ 0 ist, gebunden sind. Analyte molecules are bound to particles whose susceptibility is ^0.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Permanentmagnete (5, 5.1, 5.2) mit ei- ner Magnetisierung von mindestens 0,5 T eingesetzt werden. 8. The method according to claim 7, characterized in that permanent magnets (5, 5.1, 5.2) with a with a magnetization of at least 0.5 T.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Spülen und/oder ein Entfernen unspezifisch gebundener Moleküle eine Spülflüssigkeit mit entgegen gesetzter Strömungsrichtung durch den Messkanal (3) geführt und/oder die zwei Permanentmagnete (5) an den Seiten des Messkanals (3) entfernt und dann mindestens ein Permanentmagnet (8) oberhalb des Messkanals (3) und des/der Elemente (s) (6) aus ferromagneti- schem Werkstoff angeordnet wird oder 9. The method according to claim 7, characterized in that for rinsing and / or removing non-specifically bound molecules, a rinsing liquid with an opposite flow direction is passed through the measuring channel (3) and / or the two permanent magnets (5) on the sides of the measuring channel ( 3) removed and then at least one permanent magnet (8) is arranged above the measuring channel (3) and the element (s) (6) made of ferromagnetic material or
eine Flüssigkeit mit höherer Suszeptibilität xfi als der Suszeptibilität χρ der Analytmoleküle bei gleichzeitig an den beiden Seiten des Messkanals (3) angeordneten Permanentmagneten (5) oder oberhalb des Messkanals (3) in einer Reihe angeordneten Permanentmagneten (5.1 und 5.2) und unverändertem magnetischen Feld durch den Messkanal (3) geführt wird. a liquid with a higher susceptibility x f i than the susceptibility χ ρ of the analyte molecules with permanent magnets (5) arranged simultaneously on both sides of the measuring channel (3) or permanent magnets (5.1 and 5.2) arranged in a row above the measuring channel (3) and unchanged magnetic field is guided through the measuring channel (3).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung des Suszeptibilität χρ der Analytmoleküle, diese an ferromagnetische, paramagnetische oder super- paramagnetische Teilchen/Partikel vor dem Einführen der Probe in den Messkanal (3) gebunden werden. 10. The method according to one of claims 7 to 9, characterized in that in order to increase the susceptibility χ ρ of the analyte molecules, they are bound to ferromagnetic, paramagnetic or super-paramagnetic particles/particles before introducing the sample into the measuring channel (3).
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