EP4301872A1 - Device, system and method for quantitative real-time pcr analysis (qpcr) and other microbiological analysis techniques - Google Patents

Device, system and method for quantitative real-time pcr analysis (qpcr) and other microbiological analysis techniques

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Publication number
EP4301872A1
EP4301872A1 EP22719503.9A EP22719503A EP4301872A1 EP 4301872 A1 EP4301872 A1 EP 4301872A1 EP 22719503 A EP22719503 A EP 22719503A EP 4301872 A1 EP4301872 A1 EP 4301872A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
analysis
sample
sample tube
centrifugation
mixing unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP22719503.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernd Herzmann
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Bionlyx GmbH
Original Assignee
Bionlyx GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Bionlyx GmbH filed Critical Bionlyx GmbH
Publication of EP4301872A1 publication Critical patent/EP4301872A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686Polymerase chain reaction [PCR]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52Heating 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681Filter
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/18Means for temperature control
    • B01L2300/1805Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0409Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces centrifugal forces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5021Test tubes specially adapted for centrifugation purposes

Definitions

  • the present invention relates to a device for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR), for Carrying out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, at least comprising 15 - at least one exposure means for exposing a sample in a sample tube to electromagnetic radiation;
  • qPCR quantitative real-time PCR analysis
  • qRT-PCR reverse transcriptase qPCR analysis
  • At least one analysis means for the quantitative analysis of a sample in a sample tube with respect to a content of DNA (sections);
  • control unit which is set up with the analysis means and with the
  • exposure means exchange control and / or measurement data.
  • the present invention also relates to a system for performing quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR).
  • qPCR quantitative real-time PCR analysis
  • a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis consisting of such a device and at least one sample tube, wherein a body of the sample tube is divided into two sections by at least one filter and the one with respect to a lid of the sample tube is on the other side of the filter located section of the body comprises a test substance.
  • the present invention also relates to a method for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining Sensing the presence of certain genetic sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), for carrying out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, using a system as described above.
  • qPCR quantitative real-time PCR analysis
  • qRT-PCR reverse transcriptase qPCR
  • Quantitative real-time PCR analysis is used as an established and particularly precise analysis method in molecular laboratory diagnostics, for example to determine the viral load after infection or to identify hereditary diseases. It is an amplification method for nucleic acids, in particular for deoxyribonucleic acid (DNA), which is based on the principle of the polymerase chain reaction (PCR) and also offers the possibility of real-time quantification - usually by means of a during or at the end of a PCR Cycle carried out fluorescence analysis - offers.
  • PCR polymerase chain reaction
  • RNA polymerase which requires double-stranded DNA molecules or molecule fragments as a substrate, is used for the replication, it is used for the analysis of single-stranded ribonucleic acid (RNA) samples, for example for the investigation/quantitative detection of RNA viruses such as SARS-coronavirus-2 (SARS-CoV-2), another step upstream, namely the use of a reverse transcriptase (RT) to convert RNA into complementary DNA (cDNA).
  • SARS-CoV-2 SARS-coronavirus-2
  • RT reverse transcriptase
  • qRT-PCR reverse transcriptase qPCR analysis
  • RNA viruses such as SARS-CoV-2
  • a complete qRT-PCR analysis including sample preparation, extraction of the nucleic acid and subsequent actual implementation of the qRT-PCR, takes an average of 3 to 5 hours in an examination laboratory and requires laboratory personnel trained in medical diagnostics.
  • the really speed-determining step is usually not the sample preparation and analysis time in the laboratory, but the sampling from the person to be examined or from the patient and, above all, the transport of the sample to the laboratory and then the transmission time of the test results from the laboratory to the patient.
  • other microbiological analysis techniques are constantly being established to determine the presence of certain genetic material sequences in a sample, which can differ in the analysis reagents used on the one hand and in the specified temperature protocol on the other.
  • the term "genetic sequences" is understood to mean sections of both deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA) molecules.
  • LAMP analysis loop-mediated isothermal amplification
  • TMA analysis transcription mediated amplification
  • RNA polymerase two enzymes as test reagents: an RNA polymerase and a reverse transcriptase.
  • CRISPR analysis a guide RNA (crRNA) is added to the sample as part of the test substance, which attaches itself to the gene to be examined, e.g. a virus gene.
  • the Casl3 enzyme cuts the gene to be examined at the attachment point and releases a so-called reporter RNA, which in turn carries a fluorescent marker.
  • the reactions also take place isothermally, in this case, for example, at about 37 °C. All analysis methods briefly described here, qPCR, qRT-PCR, LAMP, TMA, CRISPR, have in common that the final detection step consists of a fluorescence-analytical evaluation of the reaction products.
  • RNA viruses and the variants described above represent the most accurate and reliable methods to date for quantifying any viral load and thus also enable statements to be made about acute infectiousness, it would be desirable to also carry out such analyzes outside of medical facilities by personnel not trained in medical/laboratory diagnostics, quickly and safely to be able to have it carried out, for example to test the guests of a restaurant or the visitors of a cultural or sporting event directly before/during their visit.
  • the present invention has the object of providing an improved device or an improved system and method for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic material sequences in a material compared to the prior art.
  • qPCR quantitative real-time PCR analysis
  • other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic material sequences in a material compared to the prior art.
  • qRT-PCR reverse transcriptase qPCR analysis
  • the handling of the device or the system and the method carried out with it should be safe for the person carrying out the analysis, ie the risk of becoming infected should be as small as possible.
  • the device according to the invention is distinguished from devices of the prior art in that it comprises at least one centrifugation and mixing unit for receiving a sample in a sample tube, which is rotatably mounted with respect to an axis of rotation; and which is set up to mix, centrifuge, heat and cool the sample in a controlled manner in the sample tube, and wherein the centrifugation and mixing unit is also set up to exchange control and/or measurement data with the control unit.
  • the system according to the invention consists of a device as described above and at least one sample tube, wherein a body of the sample tube is divided into two sections by at least one filter and the section of the body beyond the filter with respect to a lid of the sample tube comprises a test substance.
  • the device according to the invention and the system according to the invention advantageously enable all steps of a quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques to determine the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular a reverse transcriptase qPCR analysis (qRT PCR), to carry out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, and to evaluate the analysis results directly, in particular with the help of the control unit.
  • qPCR quantitative real-time PCR analysis
  • qRT PCR reverse transcriptase qPCR analysis
  • the system of the device and sample tube according to the invention advantageously also makes it possible to carry out the sample preparation, in particular the so-called lysis, i.e. the detachment of the RNA from a sample swab with the aid of a solvent and the filtration of the sample mixture obtained in this way, in an automated manner.
  • lysis i.e. the detachment of the RNA from a sample swab with the aid of a solvent and the filtration of the sample mixture obtained in this way, in an automated manner.
  • qPCR quantitative real-time PCR analysis
  • qRT-PCR reverse transcriptase qPCR analysis
  • LAMP reverse transcriptase qPCR analysis
  • TMA reverse transcriptase qPCR analysis
  • CRISPR CRISPR analysis
  • the at least one contacting element can be designed in particular as at least one metal contact point on the upper side of the centrifugation and mixing unit, which can be connected via cable to electronic components such as preferably a heating element, a light barrier and/or various sensors for temperature and/or speed measurement, which can be arranged on the centrifugation and mixing unit, in particular in at least one channel of the centrifugation and mixing unit, is electrically conductively connected.
  • electronic components such as preferably a heating element, a light barrier and/or various sensors for temperature and/or speed measurement, which can be arranged on the centrifugation and mixing unit, in particular in at least one channel of the centrifugation and mixing unit, is electrically conductively connected.
  • At least one channel is formed in the centrifugal and mixing unit, in which a sample tube can be held in a defined position by insertion via an insertion opening.
  • An insertion opening for inserting a sample tube into a channel of a centrifugation and mixing unit advantageously enables the sample tube to be quickly and easily attached in the device for an upcoming analysis.
  • the channel can advantageously function as a type of guideway and thus ensure correct positioning of the sample in relation to the respective analysis means.
  • the position of the sample tube can preferably be determined via a position sensor, such as a light barrier, and/or by forming a mechanical stop in the channel.
  • the at least one channel is aligned obliquely with respect to its longitudinal axis to the axis of rotation of the centrifugation and mixing unit, wherein the end of the channel facing away from the axis of rotation is preferably arranged closer to the bottom of the device than the end of the channel facing the axis of rotation.
  • a channel advantageously enables, on the one hand, the use of gravity when the centrifugation and mixing unit is at rest or at low rotational speeds, in order to fix the sample, a solvent and/or a test substance in the sample tube, and, on the other hand, during a centrifugation step, i.e.
  • the at least one channel can comprise at least one window transparent to electromagnetic radiation, the window or windows preferably being arranged at one end of the channel facing away from the axis of rotation of the centrifugation and mixing unit.
  • a window that is permeable to electromagnetic radiation, in particular at an end of the channel facing away from the axis of rotation of the centrifugation and mixing unit, can advantageously enable interference-free and loss-free detection of the electromagnetic radiation emitted by the sample, in particular the emitted fluorescence radiation, through the enable at least one means of analysis.
  • the device in particular the centrifugation and mixing unit, comprises a motor which is set up to rotate the centrifugation and mixing unit both clockwise and counterclockwise about the axis of rotation.
  • a rotary movement in a single direction of rotation about the axis of rotation be it clockwise or counterclockwise, advantageously enables a sample to be centrifuged as a function of the respective rotational speed.
  • a rotary movement with changing direction of rotation, particularly at short time intervals, can produce a thorough mixing of a sample in the sample tube and thus advantageously replace the use of a so-called vortex mixer.
  • the axis of rotation of the centrifugation and mixing unit is operatively connected to the motor at one end and is rotatably mounted in a cover of the device at the opposite end when the device is closed with the cover.
  • a rotatable mounting of the end of the axis of rotation opposite the motor in a cover of the device advantageously increases the centering of the rotation and the stability of the rotational movement of the centrifugation and mixing unit, in particular at high rotational speeds and/or with a rapid change in direction of rotation Process step of mixing.
  • an embodiment of the invention is advantageous in which the exposure means emits electromagnetic radiation with wavelengths in a range from 480 to 560 nm or preferably in a range from 485 to 540 nm or particularly preferably with a wavelength of 488 nm.
  • Electromagnetic radiation in a wavelength range from 480 to 560 nm advantageously enables the excitation of the most common fluorescent dyes that are used in qPCR analysis.
  • electromagnetic radiation with a wavelength in the range from 485 to 540 nm and particularly preferably with a wavelength of 488 nm enables the excitation of two particularly frequently used fluorescent dyes for, among other things, DNA sequencing rang and the qPCR analysis, namely 5-(and 6)-carboxylfluorescein (5(6)-FAM, absorption maximum at 495 nm) and hexachloro-fluorescein (HEX, absorption maximum at 535 nm).
  • 5(6)-FAM 5-(and 6)-carboxylfluorescein
  • HEX hexachloro-fluorescein
  • the exposure means emits electromagnetic radiation with wavelengths in the range from 610 to 680 nm or preferably from 640 to 675 nm or particularly preferably with a wavelength of 650 nm.
  • Electromagnetic radiation with a wavelength in the range from 610 to 680 nm, preferably in the range from 640 to 675 nm, particularly preferably with a wavelength of 650 nm advantageously enables the excitation of another frequently used fluorescent dye for, among other things, DNA sequencing and qPCR analysis of the non-sulfonated cyanine dye indodicarbocyanine (Cy5TM) (absorption maximum at 650 nm).
  • the exposure means or means can be designed in particular as light-emitting diodes with different emission wavelengths (preferably in the green, blue and/or violet spectral range).
  • the light emitted by the exposure means(s) can also be limited to a desired wavelength range with the aid of transmission filters.
  • an analysis means enables, in particular, the detection of wavelength changes in the light scattered by the sample and/or, for example, the measurement of a change in intensity of the scattered light due to turbidity of the sample solution.
  • an embodiment of a device according to the invention which comprises at least one means for data transmission, the means for data transmission being a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection, and/or as a means for wireless data transmission How, in particular, a Bluetooth interface or a WLAN interface can be designed.
  • the analysis results evaluated by the control unit can be displayed immediately on an output device and/or forwarded to the patient or to a treating doctor, etc., e.g. using a smartphone application. This advantageously enables infectious persons to be informed immediately and can help to quickly break chains of infection.
  • the body of the sample tube is impermeable to electromagnetic radiation, in particular to fluorescence radiation, except for a window area in the section of the body beyond the filter with respect to the lid of the sample tube .
  • Said impermeability to electromagnetic radiation can be achieved either by choosing a radiation-impermeable material for the body outside the window area or by coloring the outer wall of the body outside the window area, in particular black.
  • Such a configuration of the sample tube advantageously prevents reflection of the electromagnetic radiation, in particular the fluorescence radiation.
  • the sample tube is designed in multiple parts, with at least one upper section and at least one lower section that can be reversibly fastened to the upper section.
  • the lower section can have a conically tapering funnel area in its interior, the larger diameter of which is arranged near the filter or can be divided into a collection area for a prepared sample and an analysis area, with the collection area communicating with the analysis area via at least one feed opening connection.
  • the sample-solvent mixture obtained in this way is then centrifuged through the centrifugation and mixing unit, with the sample solution migrating via at least one filter into a section of a body of the sample tube beyond the filter with respect to the lid of the sample tube and being filtered as a result.
  • the sample solution filtered in this way is now mixed with a test substance located in the section of the body beyond the filter in relation to the lid of the sample tube and then subjected to thermocycling or thermostatting and fluorescence analysis in the context of a quantitative real-time PCR analysis (qPCR) or another molecular biological analysis technique to determine the presence of certain genetic sequences in a material, in particular as part of a reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), LAMP, TMA and/or CRISPR analysis , subjected.
  • qPCR quantitative real-time PCR analysis
  • qRT-PCR reverse transcriptase qPCR
  • LAMP reverse transcriptase qPCR
  • TMA reverse transcriptase qPCR
  • the analysis result is transmitted to a smartphone application using a means for data transmission, with the means for data transmission being a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection and/or or as a means for wireless data transmission, such as a Bluetooth interface or a WLAN interface in particular.
  • the means for data transmission being a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection and/or or as a means for wireless data transmission, such as a Bluetooth interface or a WLAN interface in particular.
  • the device according to the invention and the system according to the invention enable a rapid and automated implementation of quantitative real-time PCR analyzes (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular reverse transcriptase qPCR. (qRT-PCR), LAMP, TMA and/or CRISPR analyses, and can also be used by users who have not been trained in medicine and/or laboratory diagnostics.
  • qRT-PCR quantitative real-time PCR analyzes
  • LAMP reverse transcriptase qPCR.
  • TMA reverse transcriptase qPCR.
  • CRISPR analyses can also be used by users who have not been trained in medicine and/or laboratory diagnostics.
  • the compact and inexpensive design of the device or of the system also advantageously allow corresponding PCR tests to be carried out at very different, in particular "non-medical" locations, such as for example in old people's homes, authorities, catering establishments and at airports, etc.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the invention without a cover in a side view
  • FIG. 2 shows an embodiment of a system according to the invention without a cover, consisting of a device of the embodiment from FIG. 1 and a small sample tube, in a side view;
  • FIG. 3 shows the device from FIG. 1 in a plan view
  • FIG. FIG. 4 shows the system from FIG. 2 in a plan view
  • FIG. 3 shows the device from FIG. 1 in a plan view
  • FIG. 4 shows the system from FIG. 2 in a plan view
  • FIG. 3 shows the device from FIG. 1 in a plan view
  • FIG. 4 shows the system from FIG. 2 in a plan view
  • FIG. 3 shows the device from FIG. 1 in a plan view
  • FIG. 4 shows the system from FIG. 2 in a plan view
  • FIG. 7a, b show two further configurations of a sample tube, each in a longitudinal section.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device 2 according to the invention without a cover in a side view.
  • FIG. 3 shows the device 2 from FIG. 1 in a plan view.
  • a device 2 for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques to determine the presence of a specific genetic sequence in a material, in particular for reverse transcription tase qPCR analysis (qRT-PCR) and to carry out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis comprises at least one exposure means 23 for exposing a sample in a sample tube 3 to electromagnetic radiation; at least one analysis means 22 for quantitatively analyzing a sample in a sample tube 3 for a content of DNA (sections); and a control unit 24 which is set up to exchange control and/or measurement data with the analysis means 22 and with the exposure means 23 .
  • the device 2 can, however, preferably comprise at least one cover to protect the technical components from damage and/or contamination.
  • a cover can in turn have at least one access opening to one or more of the insertion openings 213 of a centrifugation and mixing unit 21, and preferably a display for displaying control and measurement data of the control unit 24.
  • a display can also be on one of the Walls 25 of the device 2 can be arranged.
  • the cover and/or the walls of the device 2 can also have one or more operating elements for operating the control unit 24 .
  • the device 2 is characterized by at least one centrifugation and mixing unit 21 for receiving a sample in a sample tube 3, which is rotatably mounted with respect to an axis of rotation 212; and which is set up to both mix, centrifuge, heat and cool the sample in a controlled manner in the sample tube 3 , and wherein the centrifugation and mixing unit 21 is also set up to exchange control and/or measurement data with the control unit 24 .
  • the centrifugation and mixing unit 21 can preferably, as shown in FIGS. 1 to 4, comprise at least one contacting element 215 which is nem correspondingly designed, electrically current-carrying contact point of the device 2 can be reversibly brought into contact and which is set up to supply electronic components, which are arranged on the centrifugation and mixing unit 21, with electricity.
  • 1 to 4 are examples of two contacting elements 215 shown, which gations- and mixing unit 21 are arranged on top of the centrifuge.
  • electrical current-carrying contact points of the device 2 can be arranged in a preferred embodiment of the invention in the cover described above and in the closed operating state of the device 2 with the help of a servomotor arranged on the cover automatically, preferably by moving the contact points of the device 2 along the axis of rotation 212, which is preferably mounted on one side in the cover, towards the centrifugation and mixing unit 21, with the contacting elements 215 when the centrifugation and mixing unit 21 is in a stationary position measuring position is located. After the measurement has taken place, the contact can then be released again with the aid of the servomotor, so that advantageously free rotation of the centrifugation and mixing unit 21 about the axis of rotation 212 is ensured.
  • the centrifugation and mixing unit 21 can include at least one insertion opening 213 through which a sample tube 3 can be inserted into at least one channel 214 and can thus be fixed in the centrifugation and mixing unit 21 .
  • 1 to 4 are configurations of the device 2 with two insertion openings 213 and two channels 214 each.
  • the provision of two channels 214 for accommodating a total of two sample tubes 3 at the same time not only advantageously increases the sample throughput, but also enables a balanced loading of the centrifugation and mixing unit 21, which ensures a uniform rotational movement particularly in a centrifugation process step.
  • the at least one channel 214 can preferably run obliquely with respect to their longitudinal axis relative to the axis of rotation 212 of the centrifugation and mixing unit 21, with the end of the channel 214 facing away from the axis of rotation 212 preferably being closer to the bottom 251 of the device 2 is arranged as the end of the channel 214 facing the axis of rotation 212.
  • the channel or channels 214 preferably include at least one window 2141 which is permeable to electromagnetic radiation. and mixing unit 21 facing away from the end or the channel 214 can be arranged.
  • the opening of the window or windows 2141 is preferably aligned at the end of the respective channels 214 in such a way that the electromagnetic radiation emitted by the sample can reach the analysis means 22 with as little impediment as possible.
  • the channel(s) 214 can also include at least one heating element 2142, with the heating element(s) 2142 preferably being arranged at one end of the channel 214 facing away from the axis of rotation 212 of the centrifugation and mixing unit 21.
  • a sample tube 3 is inserted into a channel 214 via an insertion opening 213, the section of a body 32 of the sample tube 3 which is located beyond the filter 33 with respect to a cover 31 of the sample tube 3 and in which a mixture is present after filtration is removed in this way of sample solution and a test substance 5 is in contact with the heating element(s) 2142 and can be heated or cooled in a controlled manner.
  • Peltier elements can preferably be used as heating elements 2142 , which can be controlled in particular via the control unit 24 .
  • an embodiment of the device 2 according to the invention has proven particularly useful, in which, in addition to the heating element 2142 at one end of the channel 214 facing away from the axis of rotation 212 of the centrifugation and mixing unit 21, a further heating element 2142 is installed in the middle of the channel 214, is arranged approximately at the level of the filter 33 of a sample tube 3 introduced into the channel 214 .
  • a device 2 configured in this way is shown in FIG. 6 by way of example.
  • the heating element or elements 2142 can also be cooled outwards with respect to the channel 214, ie in the direction of the interior of the device 2, by a cooler, in particular by a passive heat sink (not shown).
  • the device 2 in particular the centrifugation and mixing unit 21, can also preferably include a motor 211 which is set up to rotate the centrifugation and mixing unit 21 both clockwise and counterclockwise about the axis of rotation 212.
  • the motor 211 controlled by the control unit 24, can implement different movement modes of the centrifugation and mixing unit 21: for example, a rapid rotation in the same direction about the axis of rotation 212 to implement a centrifugation step within an operating method of the system 1; a moderate to fast, uniform and/or non-uniform change in direction of the rotational movement, so that mixing of a sample located in a sample tube 3, which is located in one of the channels 214, is induced and a mixing step within an operating process (in the sense of a mixing by a vortex mixer).
  • the exposure means 23 which is arranged on the bottom 251 of the respective device 2 in the figures shown, preferably emits electromagnetic radiation with wavelengths in a range from 480 to 560 nm, preferably in a range from 485 to 540 nm, particularly preferably with a Wavelength of 488 nm.
  • the exposure means 23 can also emit electromagnetic radiation with wavelengths in the range from 610 to 680 nm, preferably from 640 to 675 nm, particularly preferably with a wavelength of 650 nm.
  • the exposure means 23 can also be arranged on one or more of the walls 25 of the device 2 or on an inside of a cover (not shown).
  • the exposure means 23 can be arranged centrally within the device 2 or also in an edge area.
  • the analysis means 22 can be designed as a detector for electromagnetic radiation, preferably as a fluorescence detector. It is controlled by the control unit 24, records in particular fluorescence signals during a PCR cycle or after each individual PCR cycle and, in cooperation with the control unit 24, advantageously evaluates the measurement data obtained directly.
  • the measurement data and/or the evaluation results can then be transmitted within device 2 from analysis means 22 to control unit 24 and vice versa, and from device 2 to an external receiver, e.g. an application on a external computer, a cloud or a smartphone.
  • the means for data transmission can be designed as a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection, and/or preferably as a means for wireless data transmission, such as in particular a Bluetooth interface or a WLAN interface .
  • FIG. 2 shows an embodiment of a system 1 according to the invention without a cover consisting of a device 2 of the embodiment from FIG. 1 and a sample tube 3 in a side view.
  • FIG. 4 shows the system 1 from FIG. 2 in a plan view.
  • a system 1 for quantitative real-time PCR analysis (qPCR), in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), consists of a device 2 as previously described and at least one sample tube 3, with a body 32 of the sample tube 3 is divided into two sections by at least one filter 33, and the section of the body 32 located beyond the filter 33 with respect to a cover 31 of the sample tube 3 comprises a test substance 5 (cf. also the illustrations of the sample tube 3 in Fig. 5a to d).
  • the test substance 5 is preferably, depending on the application, ie depending on the RNA or DNA sample to be examined, a commercially manufactured test assay approved by the relevant approval authorities, including a fluorescence marker.
  • the test substance 5 can be present in the form of a liquid, but also as freeze-dried granules or powder.
  • the sample is initially unprocessed in a Introduced sample tube 3, mixed with a solvent 6 and then closed with a lid 31.
  • 5a to 5c illustrate these steps schematically.
  • the sample can be taken with the help of a sterile swab 4 by the subject himself or by a third party via a nose and/or throat swab.
  • the swab 4 preferably has a predetermined breaking point just above a sample receiving area, for example a wad of cotton. After the sample has been taken from the nose and/or throat, the sample receiving area of the swab 4 is then broken off into the sample tube 3 and falls there onto a filter 33, which can be either removable or fixed in the body 32 of the sample tube 3. 5 shows a removable filter 33 in the form of a so-called filter basket.
  • the solvent 6 can simply be dripped onto the sample using a syringe and/or a pipette, as shown in FIGS. 5b and 5c. As an alternative to this, the solvent 6 can also already be in the sample tube 3 in the area of the filter 33 (not shown here).
  • an embodiment has proven itself, for example, in which the solvent 6 is placed in a capsule in the area of the filter 33 and caused to burst when the sample tube 3 is closed with the lid 31 and/or by the insertion of the swab 4 into the sample tube 3 is, so that the solvent can occur from 6.
  • the pore size of the filter 33 is preferably selected in such a way that the liquid does not drip through the filter 33 due to gravity alone.
  • the sample tube 3 After the sample tube 3 has been closed with the lid 31 , it is picked up by a centrifugation and mixing unit 21 of the device 2 .
  • the sample tube 3 can advantageously simply be pushed into a channel 214 by the user via an insertion opening 213 .
  • the device 2 After pressing a start button, the device 2 checks the correct positioning of the sample tube 3 within the channel 214, for example by the signal of a light barrier or by the contact of the sample tube 3 with a mechanical stop in the channel 214, and then mixes the sample in the sample tube 3 through the centrifugation and mixing unit 21 with the solvent 6.
  • the motor 211 of the centrifugation and mixing unit 21 preferably moves it back and forth (by quickly changing the direction of rotation).
  • the solvent volume 6 located in the area of the swab 4 on the filter 33 then dissolves the sample from the sample receiving area of the swab 4 , but preferably does not drip through the filter 33 yet.
  • the sample-solvent mixture obtained in this way is now centrifuged by the centrifugation and mixing unit 21, with the sample solution due to the centrifugal force acting through at least one filter 33 in a section of a body 32 located beyond the filter 33 with respect to the cover 31 of the sample tube 3 of the sample tube 3 migrates and is thereby filtered.
  • the motor 211 of the centrifugation and mixing unit 21 preferably moves it rapidly in one direction of rotation.
  • FIG. 7a and 7b show two further configurations of a sample tube 3, each in a longitudinal section.
  • the sample tubes 3 shown in FIGS. 7a and 7b are in these configurations in several parts (here in two parts), with at least one upper section 321 and at least one lower section 322 that can be reversibly fastened to the upper section 321.
  • the reversible connection of the upper 321 and lower 322 sections can be, for example, a plug-in and/or screw connection.
  • the lower section 322 can have a tapered funnel area 323 in its interior, the larger diameter of which is arranged close to the filter 33.
  • said funnel area 323 can also be designed (with and without filter 33) as a separate adapter, so that the body 32 of the sample tube can then consist of three sections that can preferably be reversibly fastened to one another.
  • Such a funnel area 323 advantageously prevents the formation of bubbles in the sample solution (solvent 6 with sample dissolved therein) when said solution flows down into the section of the body 32 beyond the filter 33 with respect to the lid 31 of the sample tube 3, in which the test substance is 5 is located.
  • a reduction in the number of bubbles in the sample mixture examined (solvent 6, sample and test substance 5) advantageously increases the accuracy of the measurement of the electromagnetic radiation, in particular the fluorescence measurement.
  • the sample solution filtered in this way is then mixed by means of the centrifugation and mixing unit 21 with a test substance 5 located in the section of the body 32 beyond the filter 33 with respect to the cover 31 of the sample tube 3, again preferably by a rapid process initiated by the motor 211 Changing the direction of rotation of the centrifugation and mixing unit 21.
  • the interior of the lower section 322 can also be divided into a collection area 325 for a prepared sample 7 and an analysis area 326, with the collection area 325 being connected to the analysis area 326 via at least one feed opening 327 (cf. Fig. 7b ).
  • 7b shows a situation in which a prepared sample 7, consisting of the solvent 6 and the sample already dissolved out of the swab 4, was filtered through the filter 33 and then flowed into the collection area 325.
  • An upper partition wall 329 can advantageously prevent the processed sample 7 from flowing directly into the analysis area 326 via the feed opening 327 .
  • the test substance 5 is located in the analysis area 326.
  • the collection area 325 can preferably be formed in that part of the interior of the lower section 322 of the sample tube 3 has at least one lower partition 330 and at least one feed wall 328 apart from a feed opening 327 from the Analysis area 326 is separated.
  • the supply wall 328 can also run approximately cylindrically inside the lower portion 322 of the sample tube 3 and thus form a type of tube through which the collecting area 325 is connected to the analysis area 326 via the feed opening 327 .
  • a targeted force can then be exerted on the prepared sample 7 by means of the centrifugation and mixing unit 21 by means of a rotational movement at a predetermined rotational speed, so that a controlled amount of the prepared sample 7 can flow through the feed opening 327 is transferred to the analysis area 326.
  • This is indicated by the two small arrows inside the lower section 322 in FIG. 7b.
  • the volume of prepared sample 7 used for a subsequent analysis in the analysis area 326 can advantageously be metered.
  • the sample is subjected to thermal cycling or thermostatting and then to a fluorescence analysis as part of a quantitative ative real-time PCR analysis (qPCR) or a reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR) or another molecular biological analysis technique to determine the presence of certain genetic material sequences in a material (e.g. LAMP, TMA, or CRISPR test).
  • qPCR quantitative ative real-time PCR analysis
  • qRT-PCR reverse transcriptase qPCR analysis
  • another molecular biological analysis technique to determine the presence of certain genetic material sequences in a material (e.g. LAMP, TMA, or CRISPR test).
  • Fig. 7a it is indicated by different hatching of the sample tube 3 that the body 32 of the sample tube 3 is preferably impermeable to electromagnetic radiation, in particular with the exception of a window area 324 in the section of the body 32 located beyond the filter 33 with respect to the cover 31 of the sample tube 3 for fluorescence fO zenz radiation.
  • Said impermeability to electromagnetic radiation can be achieved either by selecting a radiation-impermeable material for the body 32 outside the window area 324 or by coloring the outer wall of the body 32 outside the window area 324, in particular black.
  • the window area 324 can preferably extend in the lower section 322 over 15 2 to 4 mm, preferably over 3 mm, the longitudinal extent of the body 32 and include the entire circumference of the body 32 or only a certain angular section of the circumference of the body 32.
  • a Such a configuration of the sample tube 3 advantageously prevents a reflection of the electromagnetic radiation, in particular the fluorescent radiation, and can also be used in the configurations of a sample tube 3 without a funnel area 323 shown in FIGS. 5a to 5d and 7b.
  • thermocycling can include the following steps, for example:
  • the analysis result can be transmitted to a smartphone application using a means for data transmission, the means for data transmission being a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection, and/or a means for wireless data transmission How, in particular, a Bluetooth interface or a WLAN interface can be designed.
  • thermocycling instead of the thermocycling process shown as an example, the sample can also be thermostated for a certain period of time before the analysis of the electromagnetic radiation is carried out, in particular as part of a fluorescence analysis.
  • thermostatization is understood here to mean the creation of defined, constant temperature conditions before, during and/or after the analysis.
  • the present invention relates to a device 2, a system 1 and a method for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of specific DNA sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR) to perform a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis.
  • qPCR quantitative real-time PCR analysis
  • qRT-PCR reverse transcriptase qPCR analysis
  • the device 2 is characterized by at least one centrifugation and mixing unit 21 for receiving a sample in a sample tube 3, which is rotatably mounted with respect to an axis of rotation 212; and which is set up to mix, centrifuge, heat and cool the sample in a controlled manner in the sample tube 3 , and which is also set up to exchange control and/or measurement data with the control unit 24 .
  • the system 1 according to the invention consists of a device 2 as described and at least one sample tube 3, wherein a body 32 of the sample tube 3 is divided into two sections by at least one filter 33 and the one located beyond the filter 33 with respect to a cover 31 of the sample tube 3 Section of the body 32 includes a test substance 5.
  • the device 2 according to the invention and the system 1 according to the invention advantageously enable quantitative real-time PCR analyzes (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques to be carried out quickly and automatically to determine the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular reverse trans scriptase qPCR (qRT-PCR), LAMP, TMA and/or CRISPR analyses, and can also be used by users who are not trained in medical and/or laboratory diagnostics will.
  • the compact and inexpensive design of the device 2 or the system 1 also advantageously enables the corresponding PCR test to be carried out at very different, in particular “non-medical” locations, such as, for example, in old people’s homes, authorities, restaurants and at airports , Etc.

Abstract

The present invention relates to a device (2), a system (1) and a method for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular biological analysis techniques for determining the presence of certain genome sequences in a material. The device (2) according to the invention is characterised by at least one centrifuging and mixing unit (21) for receiving a sample in a sample tube (3), said unit being mounted such that it can rotate about an axis of rotation (212), and designed in such a way as to mix and to centrifuge the sample in the sample tube, and to heat and cool same in a controlled manner, as well as being designed to exchange control and/or measurement data with the control unit (24). The system (1) according to the invention consists of a device (2) as described and at least one sample tube (3), wherein a body (32) of the sample tube (3) is divided into two sections by at least one filter (33), and wherein the section of the body (32) located on the other side of the filter (33) with respect to a cover (31) of the sample tube comprises a test substance (5).

Description

5 5
VORRICHTUNG, SYSTEM UND VERFAHREN ZUR QUANTITATIVEN REAL-TIME PCR-ANALYSE (QPCR) UNDDEVICE, SYSTEM AND METHOD FOR QUANTITATIVE REAL-TIME PCR ANALYSIS (QPCR) AND
WEITERER MIKROBIOLOGISCHER ANALYSETECHNIKEN OTHER MICROBIOLOGICAL ANALYTICAL TECHNIQUES
10 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur quantitativen Real-Time PCR- Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Re- verse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, wenigstens umfassend 15 - wenigstens ein Belichtungsmittel zur Belichtung einer Probe in einem Proben röhrchen mit elektromagnetischer Strahlung; 10 The present invention relates to a device for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR), for Carrying out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, at least comprising 15 - at least one exposure means for exposing a sample in a sample tube to electromagnetic radiation;
- wenigstens ein Analysemittel zur quantitativen Analyse einer Probe in einem Pro benröhrchen bezüglich eines Gehalts DNA (-Abschnitten); und - At least one analysis means for the quantitative analysis of a sample in a sample tube with respect to a content of DNA (sections); and
- eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, mit dem Analysemittel und mit dem- A control unit, which is set up with the analysis means and with the
20 Belichtungsmittel Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen. 20 exposure means exchange control and / or measurement data.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein System zur quantitativen Real-Time PCR- Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Re- 25 verse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, bestehend aus einer derartigen Vorrichtung und wenigs tens einem Probenröhrchen, wobei ein Korpus des Probenröhrchens durch wenigstens ei nen Filter in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels des Pro benröhrchensjenseits des Filters gelegene Abschnitt des Korpus eine Testsubstanz umfasst. 30 The present invention also relates to a system for performing quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR). a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, consisting of such a device and at least one sample tube, wherein a body of the sample tube is divided into two sections by at least one filter and the one with respect to a lid of the sample tube is on the other side of the filter located section of the body comprises a test substance. 30
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur quantitativen Real- Time PCR- Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Be- Stimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbeson dere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, mit einem System wie zuvor beschrieben. Finally, the present invention also relates to a method for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining Sensing the presence of certain genetic sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), for carrying out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, using a system as described above.
Im Rahmen der molekularen Labordiagnostik, beispielsweise zur Bestimmung der Virus last nach Infektionen oder auch zur Erkennung von Erbkrankheiten, wird die quantitative Real-Time PCR-Analyse (qPCR) als eine etablierte und besonders exakte Analysenme thode eingesetzt. Es handelt sich dabei um eine Vervielfältigungsmethode für Nukleinsäu ren, insbesondere für Desoxyribonukleinsäure (DNA), welche auf dem Prinzip der Poly merase-Kettenreaktion (PCR) basiert und zusätzlich die Möglichkeit einer Quantifizierung in Echtzeit - meist durch eine während oder am Ende eines PCR-Zyklus durchgeführten Fluoreszenzanalyse - bietet. Da für die Vervielfältigung das Enzym DNA-Polymerase ein gesetzt wird, welches doppelsträngige DNA- Moleküle bzw. -Molekülfragmente als Sub strat benötigt, wird zur Analyse von einsträngigen Ribonukleinsäure (RNA)-Proben, etwa zur Untersuchung/zum quantitativen Nachweis von RNA-Viren wie dem SARS-Coronavi- rus-2 (SARS-CoV-2), ein weiterer Schritt vorgeschaltet, nämlich die Nutzung einer Rever sen Transkriptase (RT) zur Umschreibung von RNA in komplementäre DNA (cDNA). Die entsprechende Analysenmethode wird dann als Reverse-Transkriptase-qPCR -Analyse (qRT-PCR) bezeichnet. Quantitative real-time PCR analysis (qPCR) is used as an established and particularly precise analysis method in molecular laboratory diagnostics, for example to determine the viral load after infection or to identify hereditary diseases. It is an amplification method for nucleic acids, in particular for deoxyribonucleic acid (DNA), which is based on the principle of the polymerase chain reaction (PCR) and also offers the possibility of real-time quantification - usually by means of a during or at the end of a PCR Cycle carried out fluorescence analysis - offers. Since the enzyme DNA polymerase, which requires double-stranded DNA molecules or molecule fragments as a substrate, is used for the replication, it is used for the analysis of single-stranded ribonucleic acid (RNA) samples, for example for the investigation/quantitative detection of RNA viruses such as SARS-coronavirus-2 (SARS-CoV-2), another step upstream, namely the use of a reverse transcriptase (RT) to convert RNA into complementary DNA (cDNA). The corresponding analysis method is then referred to as reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR).
Gerade seit Beginn der Covid-19-Pandemie ist der Bedarf an schneller und zuverlässiger Labordiagnostik zum Nachweis von RNA-Viren, wie dem SARS-CoV-2, bedeutend ge stiegen, da im Testen möglichst vieler, insbesondere asymptomatischer bzw. sehr mild symptomatischer, aber dennoch infektiöser Personen, ein wirkungsvolles Mittel im Kampf gegen das Virus gesehen wird. Eine vollständige qRT-PCR-Analyse dauert dabei inklusive Probenaufbereitung, Extraktion der Nukleinsäure und anschließender eigentlicher Durch führung der qRT-PCR durchschnittlich in einem Untersuchungslabor 3 bis 5 Stunden und benötigt medizin-diagnostisch geschultes Laborpersonal. Der wirklich geschwindigkeits bestimmende Schritt ist hierbei meist nicht die Probenaufbereitungs- und Analysenzeit im Labor, sondern die Probennahme bei der zu untersuchenden Person bzw. beim Patienten und vor allem der Transport der Probe zum Labor bzw. anschließend die Übermittlungszeit der Testergebnisse vom Labor zum Patienten. Neben der qRT-PCR etablieren sich stetig weitere mikrobiologische Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einer Probe, die sich ei nerseits in den jeweils verwendeten Analyse-Reagenzien und andererseits im vorgegebe nen Temperaturprotokoll unterscheiden können. Unter dem Begriff „Erbgutsequenzen“ werden dabei sowohl Abschnitte von Desoxyribonukleinsäure (DNA)- als auch von Ribo nukleinsäure (RNA)-Molekülen verstanden. Die sog. LAMP -Analyse (loop-mediated iso thermal amplification) basiert bspw. auf einer isothermalen Nukleinsäuren-Vervielfälti- gung unter Verwendung von strangversetzten DNA-Polymerasen als Test- bzw. Analy sesubstanz. Die sog. TMA-Analyse (transcription mediated amplification) wird ebenfalls bei konstanter Temperatur durchgeführt (z.B. ca. 41 °C), verwendet jedoch zwei Enzyme als Test-Reagenzien: eine RNA-Polymerase und eine Reverse Transkriptase. Bei der CRISPR- Analyse wird schließlich eine Leit-RNA (crRNA) als Teil der Testsubstanz der Probe zugegeben, welche sich am zu untersuchenden Gen, bspw. einem Virusgen, anlagert. Das Enzym Casl3 als weiterer Teil der Testsubstanz zerschneidet in einem zweiten Schritt das zu untersuchende Gen an der Anlagerungsstelle und setzt dabei eine sog. Reporter- RNA frei, die wiederum einen Fluoreszenzmarker trägt. Die Reaktionen laufen dabei eben falls isothermal, in diesem Fall bspw. bei ca. 37 °C, ab. Allen hier kurz beschriebenen Analysemethoden, qPCR, qRT-PCR, LAMP, TMA, CRISPR, ist gemein, dass der finale Detektionsschritt in einer Fluoreszenz-analytischen Auswertung der Reaktionsprodukte besteht. Especially since the beginning of the Covid-19 pandemic, the need for fast and reliable laboratory diagnostics for the detection of RNA viruses such as SARS-CoV-2 has increased significantly, since testing as many as possible, especially asymptomatic or very mildly symptomatic, but nevertheless infectious persons, an effective means in the fight against the virus is seen. A complete qRT-PCR analysis, including sample preparation, extraction of the nucleic acid and subsequent actual implementation of the qRT-PCR, takes an average of 3 to 5 hours in an examination laboratory and requires laboratory personnel trained in medical diagnostics. The really speed-determining step is usually not the sample preparation and analysis time in the laboratory, but the sampling from the person to be examined or from the patient and, above all, the transport of the sample to the laboratory and then the transmission time of the test results from the laboratory to the patient. In addition to qRT-PCR, other microbiological analysis techniques are constantly being established to determine the presence of certain genetic material sequences in a sample, which can differ in the analysis reagents used on the one hand and in the specified temperature protocol on the other. The term "genetic sequences" is understood to mean sections of both deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA) molecules. The so-called LAMP analysis (loop-mediated isothermal amplification) is based, for example, on isothermal nucleic acid amplification using strand-shifted DNA polymerases as a test or analysis substance. The so-called TMA analysis (transcription mediated amplification) is also carried out at constant temperature (eg approx. 41 °C), but uses two enzymes as test reagents: an RNA polymerase and a reverse transcriptase. Finally, in the CRISPR analysis, a guide RNA (crRNA) is added to the sample as part of the test substance, which attaches itself to the gene to be examined, e.g. a virus gene. In a second step, the Casl3 enzyme, as another part of the test substance, cuts the gene to be examined at the attachment point and releases a so-called reporter RNA, which in turn carries a fluorescent marker. The reactions also take place isothermally, in this case, for example, at about 37 °C. All analysis methods briefly described here, qPCR, qRT-PCR, LAMP, TMA, CRISPR, have in common that the final detection step consists of a fluorescence-analytical evaluation of the reaction products.
Zur Etablierung einer patientennahen Testung (Point-of-Care-Labordiagnostik, POC) wer den seit einiger Zeit verschiedene kompakte Testsysteme entwickelt, welche Testergeb nisse teilweise in unter einer Stunde liefern können. Allerdings ist zur Aufbereitung der Proben, zur Bedienung des jeweiligen Testsystems und zur Auswertung der Analysener gebnisse wiederum medizinisch und/oder labordiagnostisch geschultes Fachpersonal not wendig. In diesem Zusammenhang sind die DE 102012 219491 Al, die DE 102010 003 223 Al und die DE 690 17 454 T2 bekannt geworden. In order to establish near-patient testing (point-of-care laboratory diagnostics, POC), various compact test systems have been developed for some time, some of which can deliver test results in less than an hour. However, for the preparation of the samples, for the operation of the respective test system and for the evaluation of the analytical results, specialist personnel trained in medicine and/or laboratory diagnostics are necessary. In this context, DE 102012 219491 A1, DE 102010 003 223 A1 and DE 690 17 454 T2 have become known.
Da die PCR-Analyse von RNA-Viren sowie die oben beschriebenen Varianten die bislang genausten und zuverlässigsten Methoden zur Quantifizierung einer etwaigen Viruslast dar stellen und damit auch Aussagen über eine akut vorhandene Infektiosität ermöglichen, wäre es wünschenswert, derartige Analysen auch außerhalb von medizinischen Einrichtun gen von nicht medizinisch/labordiagnostisch-geschultem Personal, schnell und sicher durchführen lassen zu können, um beispielsweise die Gäste eines Restaurants oder die Be sucher einer Kultur- oder Sportveranstaltung direkt vor/bei ihrem Besuch zu testen. Since the PCR analysis of RNA viruses and the variants described above represent the most accurate and reliable methods to date for quantifying any viral load and thus also enable statements to be made about acute infectiousness, it would be desirable to also carry out such analyzes outside of medical facilities by personnel not trained in medical/laboratory diagnostics, quickly and safely to be able to have it carried out, for example to test the guests of a restaurant or the visitors of a cultural or sporting event directly before/during their visit.
Hiervon ausgehend hegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gegen über dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung beziehungsweise ein verbessertes System sowie Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Ana- lyse (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR- Analyse bereitzustellen, welche bzw. welches eine schnelle, einfache und kostengünstige aber dennoch zuverlässige Durchführung derartiger Analysen ermöglicht und dabei deren bzw. dessen Bedienung keine einschlägigen medizinischen und/oder labordiagnostischen Fachkenntnisse erfordert. Darüber hinaus soll dabei die Handhabung der Vorrichtung bzw. des Systems und das damit durchgeführte Verfahren für die, die Analyse durchführende Person sicher sein, also ein möglichst kleines Risiko dafür bergen, selbst angesteckt zu werden. Proceeding from this, the present invention has the object of providing an improved device or an improved system and method for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic material sequences in a material compared to the prior art. in particular for reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR), for carrying out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, which or which is a fast, simple and inexpensive but nevertheless reliable implementation of such Allows analyzes and its operation requires no relevant medical and / or laboratory diagnostic knowledge. In addition, the handling of the device or the system and the method carried out with it should be safe for the person carrying out the analysis, ie the risk of becoming infected should be as small as possible.
Diese Aufgabe wird zunächst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängi gen Patentanspruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen des nebengeordneten An spruchs 11, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. This object is first achieved by a device having the features of independent patent claim 1, by a system having the features of the independent claim 11, and by a method having the features of claim 14.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich gegenüber Vorrichtungen des Stands der Technik dadurch aus, dass sie wenigstens eine Zentrifugations- und Mischungseinheit zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen umfasst, welche bezüglich einer Dreh achse drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen so wohl zu durchmischen, zu zentrifügieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und wobei die Zentrifügations- und Mischungseinheit zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen. The device according to the invention is distinguished from devices of the prior art in that it comprises at least one centrifugation and mixing unit for receiving a sample in a sample tube, which is rotatably mounted with respect to an axis of rotation; and which is set up to mix, centrifuge, heat and cool the sample in a controlled manner in the sample tube, and wherein the centrifugation and mixing unit is also set up to exchange control and/or measurement data with the control unit.
Das erfindungsgemäße System besteht aus einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen, wobei ein Korpus des Probenröhrchens durch wenigs tens einen Filter in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegene Abschnitt des Korpus eine Testsubstanz umfasst. Die erfmdungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfmdungsgemäße System ermöglichen es vorteilhaft alle Schritte einer quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere einer Reverse-Transkriptase-qPCR- Analyse (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR- Analyse, automatisiert durchzuführen und die Analysenergebnisse insbesondere mit Hilfe der Steuereinheit direkt auszuwerten. Das erfmdungsgemäße System aus Vor richtung und Probenröhrchen ermöglicht es vorteilhaft zudem auch die Probenvorberei tung, insbesondere die sog. Lyse, also das Herauslösen der RNA aus einem Probentupfer mit Hilfe eines Lösungsmittels sowie das Liltrieren des so erhaltenen Probengemisches au tomatisiert durchzuführen. Die von einem Benutzer - idealerweise von der zu untersuchen den Person selbst - durchführbare Probennahme kann dann vorteilhaft lediglich darin be stehen, dass der Benutzer an sich selbst einen Nasen- und/oder Rachenabstrich (evtl auch unter Anleitung) durchführt, den Tupfer selbst an einer Sollbruchstell in das Probenröhr chen hinein abbricht, beispielsweise mit Hilfe einer bereits befüllten Einwegspritze mit Lösungsmittel versetzt und dann den Deckel des Probenröhrchens verschließt und das Röhrchen über die Einführöffnung in der Zentrifügations- und Mischungseinheit der Vor richtung platziert. Nach dem Start der erfmdungsgemäßen Vorrichtung erfolgt der Rest der quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) oder weiterer molekularbiologischer Ana lysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere der Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), LAMP-, TMA- und/oder CRISPR-Analyse, inkl. Ausgabe der Analysenergebnisse vollautomatisch, sodass kein Dritter mit der potentiell infektiösen, zu testenden Person in direkten Kontakt kommen muss. Zur Auswahl der konkret durchgeführten Analysenart (PCR, LAMP, TMA, oder CRISPR, etc.) ist dabei vorteilhaft lediglich ein Probenröhrchen mit jeweils geeigneter Testsubstanz zu verwenden und das jeweilige Temperaturprogramm an der Steuereinheit auszuwählen. The system according to the invention consists of a device as described above and at least one sample tube, wherein a body of the sample tube is divided into two sections by at least one filter and the section of the body beyond the filter with respect to a lid of the sample tube comprises a test substance. The device according to the invention and the system according to the invention advantageously enable all steps of a quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques to determine the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular a reverse transcriptase qPCR analysis (qRT PCR), to carry out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, and to evaluate the analysis results directly, in particular with the help of the control unit. The system of the device and sample tube according to the invention advantageously also makes it possible to carry out the sample preparation, in particular the so-called lysis, i.e. the detachment of the RNA from a sample swab with the aid of a solvent and the filtration of the sample mixture obtained in this way, in an automated manner. The sampling that can be carried out by a user—ideally by the person to be examined himself—can then advantageously only be that the user carries out a nasal and/or throat swab on himself (possibly also under guidance), the swab himself on a Breaking point breaks off in the sample tube, for example using an already filled disposable syringe with solvent and then closes the lid of the sample tube and places the tube through the insertion opening in the centrifugation and mixing unit of the device. After starting the device according to the invention, the rest of the quantitative real-time PCR analysis (qPCR) or other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular the reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR), LAMP, TMA and/or CRISPR analysis, including output of the analysis results fully automatically, so that no third party has to come into direct contact with the potentially infectious person to be tested. To select the specific type of analysis carried out (PCR, LAMP, TMA, or CRISPR, etc.), it is advantageous to use only one sample tube with a suitable test substance and to select the respective temperature program on the control unit.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kom bination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Further advantageous refinements and developments, which can be used individually or in combination with one another, are the subject matter of the dependent claims.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung hat es sich bewährt, wenn die Zentrifügations- und Mischungseinheit wenigstens ein Kontaktierungselement umfasst, welches mit we- nigstens einem korrespondierend ausgebildeten, elektrischen Strom führenden Kontakt punkt der Vorrichtung reversibel in Kontakt gebracht werden kann und welches eingerich tet ist, elektronische Bauteile, welche auf der Zentrifügations- und Mischungseinheit ange ordnet sind, mit elektrischem Strom zu versorgen. Das wenigstens eine Kontaktierungsele ment kann insbesondere als wenigstens eine metallische Kontaktstelle auf der Oberseite der Zentrifugations- und Mischungseinheit ausgestaltet sein, welche über Kabel mit elekt ronischen Bauteilen wie vorzugsweise einem Heizelement, einer Lichtschranke und/oder verschiedenen Sensoren zur Temperatur- und/oder Geschwindigkeitsmessung, welche auf der Zentrifügations- und Mischungseinheit, insbesondere in wenigstens einem Kanal der Zentrifügations- und Mischungseinheit, angeordnet sein können, elektrisch leitend verbun den ist. Befindet sich die Zentrifügations- und Mischungseinheit während der Durchfüh rung des erfmdungsgemäßen Verfahrens in einer ruhenden Messposition, kann das Kon taktierungselement dann vorteilhaft mit dem wenigstens einen korrespondierend ausgebil deten, elektrischen Strom führenden Kontaktpunkt der Vorrichtung reversibel in Kontakt gebracht werden kann und die erwähnet elektronischen Bauteil mit Strom versorgen. Zur Durchführung eines Zentrifügations- und/oder Mischungsschrittes innerhalb des erfin dungsgemäßen Verfahrens, kann der Kontakt zwischen dem Kontaktierungselement und dem Kontaktpunkt der Vorrichtung wieder gelöst werden, sodass vorteilhaft eine freie Drehbarkeit der Zentrifügations- und Mischungseinheit gewährleistet ist. In a first embodiment of the invention, it has proven useful if the centrifugation and mixing unit comprises at least one contacting element which is at least one correspondingly designed, electrically current-carrying contact point of the device can be reversibly brought into contact and which is set up to supply electronic components, which are arranged on the centrifugation and mixing unit, with electric current. The at least one contacting element can be designed in particular as at least one metal contact point on the upper side of the centrifugation and mixing unit, which can be connected via cable to electronic components such as preferably a heating element, a light barrier and/or various sensors for temperature and/or speed measurement, which can be arranged on the centrifugation and mixing unit, in particular in at least one channel of the centrifugation and mixing unit, is electrically conductively connected. If the centrifugation and mixing unit is in a stationary measuring position while the method according to the invention is being carried out, the contacting element can then advantageously be brought into reversible contact with the at least one correspondingly designed, electrically current-carrying contact point of the device and the electronic component mentioned supply with electricity. To carry out a centrifugation and/or mixing step within the method according to the invention, the contact between the contacting element and the contact point of the device can be released again, so that advantageously free rotation of the centrifugation and mixing unit is ensured.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich bewährt, wenn in der Zentrifü gations- und Mischungseinheit wenigstens ein Kanal ausgebildet ist, in welchem ein Pro benröhrchen durch Einschub über eine Einführöffnung in einer definierten Position gehal tert werden kann. Eine Einführöffnung zur Einführung eines Probenröhrchens in einen Ka nal einer Zentrifügations- und Mischungseinheit ermöglicht vorteilhaft eine schnelle und einfache Befestigung des Probenröhrchens in der Vorrichtung für eine bevorstehende Ana lyse. Der Kanal kann dabei vorteilhaft als eine Art Führungsbahn füngieren und so eine korrekte Positionierung der Probe in Bezug auf das jeweilige Analysemittel gewährleisten. Die Position des Probenröhrchens kann vorzugsweise über einen Positionssensor, wie bei spielsweise eine Lichtschranke, und/oder durch Ausbildung eines mechanischen Anschlags im Kanal bestimmt werden. In a further embodiment of the invention, it has proven useful if at least one channel is formed in the centrifugal and mixing unit, in which a sample tube can be held in a defined position by insertion via an insertion opening. An insertion opening for inserting a sample tube into a channel of a centrifugation and mixing unit advantageously enables the sample tube to be quickly and easily attached in the device for an upcoming analysis. In this case, the channel can advantageously function as a type of guideway and thus ensure correct positioning of the sample in relation to the respective analysis means. The position of the sample tube can preferably be determined via a position sensor, such as a light barrier, and/or by forming a mechanical stop in the channel.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der wenigstens eine Kanal bezüglich seiner Längsachse schräg zur Drehachse der Zentrifügations- und Mischungseinheit ausgerichtet ist, wobei das der Drehachse abgewandte Ende des Kanals vorzugsweise näher zum Boden der Vor richtung angeordnet ist als das der Drehachse zugewandte Ende des Kanals. Ein derartig verlaufender Kanal ermöglicht vorteilhaft einerseits die Ausnutzung der Schwerkraft im Ruhezustand der Zentrifugations- und Mischungseinheit bzw. bei geringen Rotationsge schwindigkeit, um die Probe, ein Lösungsmittel und/oder eine Testsubstanz im Proben röhrchen zu fixieren und andererseits während eines Zentrifugationsschrittes, also bei ho hen Rotationsgeschwindigkeiten, ein sich von der Drehachse wegbewegen von vergleichs weise dichten (physikalische Dichte) Probebestandteilen unter dem Einfluß der Zentrifu- gal-/Zentripetalkraft über einen längeren Abschnitt des Korpus und die Abscheidung am der Drehachse abgewandten Ende des Probenröhrchens zu ermöglichen. It is advantageous if the at least one channel is aligned obliquely with respect to its longitudinal axis to the axis of rotation of the centrifugation and mixing unit, wherein the end of the channel facing away from the axis of rotation is preferably arranged closer to the bottom of the device than the end of the channel facing the axis of rotation. Such a channel advantageously enables, on the one hand, the use of gravity when the centrifugation and mixing unit is at rest or at low rotational speeds, in order to fix the sample, a solvent and/or a test substance in the sample tube, and, on the other hand, during a centrifugation step, i.e. at high hen rotation speeds to allow relatively dense (physical density) sample components to move away from the axis of rotation under the influence of centrifugal/centripetal force over a longer section of the body and to separate at the end of the sample tube remote from the axis of rotation.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfmdungsgemäßen Vorrichtung, kann der wenigstens eine Kanal wenigstens ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster umfassen, wobei das oder die Fenster bevorzugt an einem, der Drehachse der Zent rifugations- und Mischungseinheit abgewandten, Ende des Kanals angeordnet ist. Ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster, insbesondere an einem, der Dreh achse der Zentrifugations- und Mischungseinheit abgewandten, Ende des Kanals, kann vor teilhaft eine störungs- und verlustfreie Detektion der von der Probe emittierten elektromag netischen Strahlung, insbesondere der emittierten Fluoreszenzstrahlung, durch das wenigs tens eine Analysemittel ermöglichen. Das oder die Fenster können dabei durch eine oder mehrere bloße Aussparungen, also durch eine oder mehrere Öffnungen, im Kanal gebildet sein, das oder die Fenster können aber auch durch ein für bestimmte Bereiche des elektro magnetischen Spektrums transparentes Scheibenmaterial gebildet werden. In diesem Fall kann dann der Kanal vorteilhaft als ein bis auf die Einführöffnung geschlossenes Bauteil ausgebildet sein. In a further preferred embodiment of the device according to the invention, the at least one channel can comprise at least one window transparent to electromagnetic radiation, the window or windows preferably being arranged at one end of the channel facing away from the axis of rotation of the centrifugation and mixing unit. A window that is permeable to electromagnetic radiation, in particular at an end of the channel facing away from the axis of rotation of the centrifugation and mixing unit, can advantageously enable interference-free and loss-free detection of the electromagnetic radiation emitted by the sample, in particular the emitted fluorescence radiation, through the enable at least one means of analysis. The window or windows can be formed by one or more mere recesses, ie by one or more openings in the channel, but the window or windows can also be formed by a pane material that is transparent for certain areas of the electromagnetic spectrum. In this case, the channel can then advantageously be designed as a component that is closed except for the insertion opening.
Darüber hinaus hat sich bewährt, wenn der wenigstens eine Kanal wenigstens ein Heizele ment umfasst, wobei das wenigstens eine Heizelement bevorzugt an einem, der Drehachse der Zentrifugations- und Mischungseinheit abgewandten, Ende des Kanals angeordnet ist. Ein Heizelement erlaubt es vorteilhaft, eine Probe im Probenröhrchen, insbesondere einen Teil einer Probe, welcher sich in einem, einem Deckel des Probenröhrchens abgewandten Abschnitts eines Probenröhrchens befindet, kontrolliert zu erwärmen bzw. abzukühlen. Das oder die Heizelemente kann bzw. können vorzugsweise als ein Peltier-Element ausge staltet sein, welches bzw. welche mit der Steuereinheit Steuerungs- und/oder Messdaten austauscht/austauschen. Mehrere Heizelemente, die über die Längsausdehnung des we nigstens einen Kanals verteilt angeordnet sind, ermöglichen vorteilhaft die Probe im Pro benröhrchen an verschiedenen Stellen unterschiedlich zu temperieren. In addition, it has proven useful if the at least one channel comprises at least one heating element, with the at least one heating element preferably being arranged at one end of the channel facing away from the axis of rotation of the centrifugation and mixing unit. A heating element advantageously allows a sample in the sample tube, in particular a part of a sample which is located in a section of a sample tube facing away from a cover of the sample tube, to be heated or cooled in a controlled manner. The heating element or elements can preferably be configured as a Peltier element, which can be connected to the control unit for control and/or measurement data exchange/exchange. Several heating elements, which are distributed over the length of at least one channel, advantageously allow the sample in the sample tube to be heated to different temperatures at different points.
In einer weiteren Ausgestaltung ist bevorzugt, dass die Vorrichtung, insbesondere die Zent rifugations- und Mischungseinheit, einen Motor umfasst, welcher eingerichtet ist, die Zent rifugations- und Mischungseinheit sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzei gersinn um die Drehachse zu drehen. Eine Drehbewegung in eine einzige Drehrichtung um die Drehachse, sei es im oder gegen den Uhrzeigersinn, ermöglicht vorteilhaft eine Zentri fugation einer Probe in Abhängigkeit der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit. Eine Dreh bewegung mit wechselnder Drehrichtung, insbesondere in kurzen Zeitintervallen, kann eine Durchmischung einer Probe im Probenröhrchen erzeugen und somit die Verwendung eines sog. Vortexmischers vorteilhaft ersetzen. In a further embodiment, it is preferred that the device, in particular the centrifugation and mixing unit, comprises a motor which is set up to rotate the centrifugation and mixing unit both clockwise and counterclockwise about the axis of rotation. A rotary movement in a single direction of rotation about the axis of rotation, be it clockwise or counterclockwise, advantageously enables a sample to be centrifuged as a function of the respective rotational speed. A rotary movement with changing direction of rotation, particularly at short time intervals, can produce a thorough mixing of a sample in the sample tube and thus advantageously replace the use of a so-called vortex mixer.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Drehachse der Zentrifugations- und Mischungseinheit an einem Ende mit dem Motor in Wirkverbindung steht und am gegenüberliegenden Ende drehbar in einer Abdeckung der Vorrichtung gelagert ist, wenn die Vorrichtung mit der Abdeckung verschlossen ist. Eine drehbare Lagerung des, dem Motor gegenüber liegenden, Ende der Drehachse in einer Abdeckung der Vorrichtung erhöht vorteilhaft die Zentrierung der Rotation und die Stabilität der Rotationsbewegung der Zentrifugations- und Mi schungseinheit, insbesondere bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten und/oder bei einer schnellen Richtungsänderung der Drehrichtung beim Verfahrensschritt der Mischung. It is advantageous if the axis of rotation of the centrifugation and mixing unit is operatively connected to the motor at one end and is rotatably mounted in a cover of the device at the opposite end when the device is closed with the cover. A rotatable mounting of the end of the axis of rotation opposite the motor in a cover of the device advantageously increases the centering of the rotation and the stability of the rotational movement of the centrifugation and mixing unit, in particular at high rotational speeds and/or with a rapid change in direction of rotation Process step of mixing.
Zudem ist eine Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, bei der das Belichtungsmittel elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen in einem Bereich von 480 bis 560 nm oder bevorzugt in einem Bereich von 485 bis 540 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wel lenlänge von 488 nm emittiert. Elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbe reich von 480 bis 560 nm ermöglicht vorteilhaft die Anregung der gängigsten Fluoreszenz farbstoffe, welche in der qPCR-Analyse eingesetzt werden. Dabei ermöglicht insbesondere eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 485 bis 540 nm und besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 488 nm, vorteilhaft die Anregung zweier besonders häufig verwendeter Fluoreszenzfarbstoffe für u.a. die DNA-Sequenzie- rang und die qPCR-Analyse, nämlich 5-(und 6)-Carboxylfluorescein (5(6)-FAM, Absorp tionsmaximum bei 495 nm) und Hexachloro-Fluorescein (HEX, Absorptionsmaximum bei 535 nm). In addition, an embodiment of the invention is advantageous in which the exposure means emits electromagnetic radiation with wavelengths in a range from 480 to 560 nm or preferably in a range from 485 to 540 nm or particularly preferably with a wavelength of 488 nm. Electromagnetic radiation in a wavelength range from 480 to 560 nm advantageously enables the excitation of the most common fluorescent dyes that are used in qPCR analysis. In particular, electromagnetic radiation with a wavelength in the range from 485 to 540 nm and particularly preferably with a wavelength of 488 nm enables the excitation of two particularly frequently used fluorescent dyes for, among other things, DNA sequencing rang and the qPCR analysis, namely 5-(and 6)-carboxylfluorescein (5(6)-FAM, absorption maximum at 495 nm) and hexachloro-fluorescein (HEX, absorption maximum at 535 nm).
In einer weiteren Ausgestaltung hat sich bewährt, wenn das Belichtungsmittel elektromag netische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 610 bis 680 nm oder bevorzugt von 640 bis 675 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm emittiert. Eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 610 bis 680 nm, bevorzugt im Bereich von 640 bis 675 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm, ermöglicht vorteilhaft die Anregung eines weiteren häufig verwendeten Fluores zenzfarbstoffe für u.a. die DNA-Sequenzierang und die qPCR-Analyse, nämlich des nicht- sulfonierten Cyanin-Farbstoffs Indodicarbocyanin (Cy5™) (Absorptionsmaximum bei 650 nm). In another embodiment, it has proven useful if the exposure means emits electromagnetic radiation with wavelengths in the range from 610 to 680 nm or preferably from 640 to 675 nm or particularly preferably with a wavelength of 650 nm. Electromagnetic radiation with a wavelength in the range from 610 to 680 nm, preferably in the range from 640 to 675 nm, particularly preferably with a wavelength of 650 nm, advantageously enables the excitation of another frequently used fluorescent dye for, among other things, DNA sequencing and qPCR analysis of the non-sulfonated cyanine dye indodicarbocyanine (Cy5™) (absorption maximum at 650 nm).
Das oder die Belichtungsmittel können insbesondere als Leuchtdioden mit unterschiedli cher Emissionswellenlänge (vorzugsweise im grünen, blauen und/oder violetten Spektral bereich) ausgestaltet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das von dem oder den Belichtungsmittel(n) emittierte Licht zudem mit Hilfe von Sendefiltem auf einen gewünschten Wellenlängenbereich begrenzt werden. The exposure means or means can be designed in particular as light-emitting diodes with different emission wavelengths (preferably in the green, blue and/or violet spectral range). In a preferred embodiment of the invention, the light emitted by the exposure means(s) can also be limited to a desired wavelength range with the aid of transmission filters.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat sich bewährt, wenn das Analysemittel als ein Detektor für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise als ein Fluoreszenzdetek tor, ausgebildet ist. Ein derartiger Detektor ermöglicht vorteilhaft die quantitative Detek tion eines elektromagnetischen Signals, vorzugsweise eines Fluoreszenzsignals, einer Wel lenlängen- und/oder Intensitätsänderang, wobei die Fluoreszenz proportional zur Menge der bei der PCR gebildeten Produkte zunimmt bzw. sich die Wellenlänge und/oder die In tensität proportional zur Menge der bei der PCR gebildeten Produkte ändert. Ein derartiges Analysemittel kann auch einen Empfangsfilter umfassen, welcher den detektierten Wellen längenbereich vorteilhaft auf vorbestimmet Werte begrenzt. Zudem ermöglicht ein derarti ges Analysemittel insbesondere die Detektion von Wellenlängenänderungen des von der Probe gestreuten Lichts und/oder beispielsweise die Messung einer Intensitätsänderang des Streulichts durch eine Trübung der Probenlösung. Schließlich ist eine Ausgestaltung einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, wel che wenigstens ein Mittel zur Datenübertragung umfasst, wobei das Mittel zur Datenüber tragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-An- schluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle, ausgebildet sein kann. Mit Hilfe ei nes derartigen Mittels zur Datenübertragung können die von der Steuereinheit ausgewerte ten Analyseergebnisse unverzüglich an einem Ausgabegerät angezeigt und/oder an den Pa tienten oder an einen behandelnden Arzt, etc. weitergeleitet werden, bspw. unter Verwen dung einer Smartphone-Applikation. Dies ermöglicht vorteilhaft eine sofortige Information infektiöser Personen und kann helfen, Infektionsketten schnell zu unterbrechen. In a further embodiment of the invention, it has proven useful if the analysis means is designed as a detector for electromagnetic radiation, preferably as a fluorescence detector. Such a detector advantageously enables the quantitative detection of an electromagnetic signal, preferably a fluorescence signal, of a change in wavelength and/or intensity, with the fluorescence increasing in proportion to the quantity of products formed during the PCR, or the wavelength and/or intensity increasing proportional to the amount of products formed during the PCR. Such an analysis means can also include a reception filter, which advantageously limits the detected wavelength range to predetermined values. In addition, such an analysis means enables, in particular, the detection of wavelength changes in the light scattered by the sample and/or, for example, the measurement of a change in intensity of the scattered light due to turbidity of the sample solution. Finally, an embodiment of a device according to the invention is preferred which comprises at least one means for data transmission, the means for data transmission being a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection, and/or as a means for wireless data transmission How, in particular, a Bluetooth interface or a WLAN interface can be designed. With the help of such a means of data transmission, the analysis results evaluated by the control unit can be displayed immediately on an output device and/or forwarded to the patient or to a treating doctor, etc., e.g. using a smartphone application. This advantageously enables infectious persons to be informed immediately and can help to quickly break chains of infection.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Systems aus Vorrichtung und Pro benröhrchen hat sich zudem bewährt, dass der Korpus des Probenröhrchens bis auf einen Fensterbereich im bezüglich des Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelege nen Abschnitt des Korpus undurchlässig für elektromagnetischen Strahlung, insbesondere für Fluoreszenzstrahlung, ist. Besagte Undurchlässigkeit für elektromagnetischen Strah lung kann dabei entweder durch die Wahl eines strahlungsundurchlässigen Materials für den Korpus außerhalb des Fensterbereichs oder aber durch eine, insbesondere schwarze Einfärbung der Außenwand des Korpus außerhalb des Fensterbereichs erreicht werden. Eine derartige Ausgestaltung des Probenröhrchens verhindert vorteilhaft eine Reflexion der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der Fluoreszenzstrahlung. In a further embodiment of the system according to the invention consisting of device and sample tube, it has also proven itself that the body of the sample tube is impermeable to electromagnetic radiation, in particular to fluorescence radiation, except for a window area in the section of the body beyond the filter with respect to the lid of the sample tube . Said impermeability to electromagnetic radiation can be achieved either by choosing a radiation-impermeable material for the body outside the window area or by coloring the outer wall of the body outside the window area, in particular black. Such a configuration of the sample tube advantageously prevents reflection of the electromagnetic radiation, in particular the fluorescence radiation.
Darüber hinaus ist von Vorteil, wenn das Probenröhrchen mehrteilig, mit wenigstens einem oberen Abschnitt und wenigstens einem, am oberen Abschnitt reversibel befestigbaren, un teren Abschnitt, ausgebildet ist. Vorzugsweise der untere Abschnitt kann dabei in seinem Inneren einen konisch zulaufende Trichterbereich aufweisen, dessen größerer Durchmesser nahe dem Filter angeordnet ist oder in einen Auffangbereich für eine aufbereitete Probe und einen Analysebereich aufgeteilt sein, wobei der Auffangbereich mit dem Analysenbe reich über wenigstens eine Zuführungsöffhung miteinander in Verbindung stehen. In addition, it is advantageous if the sample tube is designed in multiple parts, with at least one upper section and at least one lower section that can be reversibly fastened to the upper section. Preferably, the lower section can have a conically tapering funnel area in its interior, the larger diameter of which is arranged near the filter or can be divided into a collection area for a prepared sample and an analysis area, with the collection area communicating with the analysis area via at least one feed opening connection.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur quantitativen Real- Time PCR- Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Be stimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbeson dere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, mit einem System wie oben beschrieben. Dabei wird eine Probe unaufbereitet in ein Probenröhrchen eingeführt wird, die Probe durch ein bereits im Probenröhrchen befindliches Lösungsmittel oder durch Zugabe von Lösungs mittel von außen in das Probenröhrchen mit einem Lösungsmittel versetzt und anschlie ßend mit einem Deckel verschlossen. Das Probenröhrchen wird dann von einer Zentrifu- gations- und Mischungseinheit der Vorrichtung aufgenommen und die Probe im Proben röhrchen durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit mit dem Lösungsmittel ver mischt. Das so erhaltene Proben-Lösungsmittel-Gemisch wird anschließend durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit zentrifugiert, wobei die Probenlösung über wenigs tens einen Filter in einen bezüglich des Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegenen Abschnitt eines Korpus des Probenröhrchens wandert und dadurch filtriert wird. Die so filtrierte Probenlösung wird nun mittels der Zentrifugations- und Mischungseinheit mit einer, im bezüglich des Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegenen Abschnitt des Korpus befindlichen, Testsubstanz vermischt und anschließend einer Ther- mozyklisierung oder Thermostatisierung und Fluoreszenzanalyse im Rahmen einer quan titativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) oder einer weiteren molekularbiologischer Ana lysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere im Rahmen einer Reverse-Transkriptase-qPCR- (qRT-PCR), LAMP-, TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, unterzogen. Finally, the present invention also relates to a method for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques to determine the presence of certain genetic sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR) to carry out one LAMP, one TMA and/or a CRISPR analysis, with a system as described above. A sample is introduced unprocessed into a sample tube, the sample is mixed with a solvent from a solvent already in the sample tube or by adding solvent from the outside into the sample tube and then sealed with a lid. The sample tube is then picked up by a centrifugation and mixing unit of the device and the sample in the sample tube is mixed with the solvent by the centrifugation and mixing unit. The sample-solvent mixture obtained in this way is then centrifuged through the centrifugation and mixing unit, with the sample solution migrating via at least one filter into a section of a body of the sample tube beyond the filter with respect to the lid of the sample tube and being filtered as a result. Using the centrifugation and mixing unit, the sample solution filtered in this way is now mixed with a test substance located in the section of the body beyond the filter in relation to the lid of the sample tube and then subjected to thermocycling or thermostatting and fluorescence analysis in the context of a quantitative real-time PCR analysis (qPCR) or another molecular biological analysis technique to determine the presence of certain genetic sequences in a material, in particular as part of a reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), LAMP, TMA and/or CRISPR analysis , subjected.
Dabei ist besonders bevorzugt, wenn in einem weiteren Verfahrensschritt das Analyseer gebnis mit Hilfe eines Mittels zur Datenübertragung an eine Smartphone-Applikation über tragen wird, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN- Schnittstelle ausgebildet sein kann. It is particularly preferred if, in a further method step, the analysis result is transmitted to a smartphone application using a means for data transmission, with the means for data transmission being a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection and/or or as a means for wireless data transmission, such as a Bluetooth interface or a WLAN interface in particular.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße System ermöglichen vor teilhaft eine schnelle und automatisierte Durchführung von quantitativen Real-Time PCR- Analysen (qPCR) und weiteren molekularbiologischen Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere Re- verse-Transkriptase-qPCR- (qRT-PCR), LAMP-, TMA- und/oder einer CRISPR-Analy- sen, und können auch von medizinisch und /oder labordiagnostisch nicht geschulten Be nutzern verwendet werden. Die kompakte und günstige Bauweise der Vorrichtung bzw. des Systems ermöglichen zudem vorteilhaft die Durchführung von entsprechenden PCR- Test an ganz verschiedenen, insbesondere auch „nicht-medizinischen“ Orten, wie bspw. in Altenheimen, Behörden, Gastronomiebetrieben und an Flughäfen, etc. Diese sowie zusätzliche Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfol gend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele, auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, und in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. The device according to the invention and the system according to the invention enable a rapid and automated implementation of quantitative real-time PCR analyzes (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular reverse transcriptase qPCR. (qRT-PCR), LAMP, TMA and/or CRISPR analyses, and can also be used by users who have not been trained in medicine and/or laboratory diagnostics. The compact and inexpensive design of the device or of the system also advantageously allow corresponding PCR tests to be carried out at very different, in particular "non-medical" locations, such as for example in old people's homes, authorities, catering establishments and at airports, etc. These, as well as additional details and further advantages of the invention hereinafter described with reference to preferred embodiments, to which the present invention is not limited, and in conjunction with the accompanying drawings.
Darin zeigen schematisch: It shows schematically:
Fig. 1 eine Ausgestaltung einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung ohne Abde- ckung in einer Seitenansicht; 1 shows an embodiment of a device according to the invention without a cover in a side view;
Fig. 2 eine Ausgestaltung eines erfmdungsgemäßen Systems ohne Abdeckung bestehend aus einer Vorrichtung der Ausgestaltung aus Fig. 1 und ei nem Probenröhrchen in einer Seitenansicht; FIG. 2 shows an embodiment of a system according to the invention without a cover, consisting of a device of the embodiment from FIG. 1 and a small sample tube, in a side view;
Fig. 3 die Vorrichtung aus Fig. 1 in einer Draufsicht; Fig. 4 das System aus Fig. 2 in einer Draufsicht; FIG. 3 shows the device from FIG. 1 in a plan view; FIG. FIG. 4 shows the system from FIG. 2 in a plan view; FIG.
Fig. 5 in den Teilfiguren a bis d, jeweils eine Ausgestaltung eines Probenröhr chens in den verschiedenen Phasen der Probenvorbereitung Fig. 6 eine weitere Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Systems ohne Ab deckung, bei der der wenigstens einen Kanal zwei Heizelementen um fasst; und 5 in sub-figures a to d, each embodiment of a sample tube in the various phases of sample preparation; and
Fig. 7a, b zwei weitere Ausgestaltungen eines Probenröhrchens jeweils in einem Längsschnitt. 7a, b show two further configurations of a sample tube, each in a longitudinal section.
Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 ohne Abdeckung in einer Seitenansicht. Fig. 3 zeigt die Vorrichtung 2 aus Fig. 1 in einer Draufsicht. In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same reference symbols denote the same or comparable components. 1 shows an embodiment of a device 2 according to the invention without a cover in a side view. FIG. 3 shows the device 2 from FIG. 1 in a plan view.
Eine erfmdungsgemäße Vorrichtung 2 zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandens eins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Reverse-Transkrip- tase-qPCR-Analyse (qRT-PCR) sowie zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, umfasst wenigstens ein Belichtungsmittel 23 zur Belich tung einer Probe in einem Probenröhrchen 3 mit elektromagnetischer Strahlung; wenigs tens ein Analysemittel 22 zur quantitativen Analyse einer Probe in einem Probenröhrchen 3 bezüglich eines Gehalts an DNA (-Abschnitten); und eine Steuereinheit 24, welche ein gerichtet ist, mit dem Analysemittel 22 und mit dem Belichtungsmittel 23 Steuerungs und/oder Messdaten auszutauschen. In den Fig. 1 bis 4 sind jeweils Ausgestaltungen einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung 2 ohne Abdeckung gezeigt. Die Vorrichtung 2 kann je doch bevorzugt wenigstens eine Abdeckung zum Schutz der technischen Bauteile vor Be schädigung und/oder Verschmutzung umfassen. Eine derartige Abdeckung kann dabei wie derum wenigstens eine Zugangsöffnung zu einer oder mehreren der Einführöffnungen 213 einer Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 aufweisen, sowie vorzugsweise eine An zeige zur Darstellung von Steuerungs- und Messdaten der Steuereinheit 24. Eine derartige Anzeige kann jedoch auch an einer der Wände 25 der Vorrichtung 2 angeordnet sein. Die Abdeckung und/oder die Wände der Vorrichtung 2 können auch ein oder mehrere Bedien elemente zur Bedienung der Steuereinheit 24 aufweisen. A device 2 according to the invention for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques to determine the presence of a specific genetic sequence in a material, in particular for reverse transcription tase qPCR analysis (qRT-PCR) and to carry out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis comprises at least one exposure means 23 for exposing a sample in a sample tube 3 to electromagnetic radiation; at least one analysis means 22 for quantitatively analyzing a sample in a sample tube 3 for a content of DNA (sections); and a control unit 24 which is set up to exchange control and/or measurement data with the analysis means 22 and with the exposure means 23 . FIGS. 1 to 4 each show configurations of a device 2 according to the invention without a cover. The device 2 can, however, preferably comprise at least one cover to protect the technical components from damage and/or contamination. Such a cover can in turn have at least one access opening to one or more of the insertion openings 213 of a centrifugation and mixing unit 21, and preferably a display for displaying control and measurement data of the control unit 24. However, such a display can also be on one of the Walls 25 of the device 2 can be arranged. The cover and/or the walls of the device 2 can also have one or more operating elements for operating the control unit 24 .
Wie in Fig. 1 ebenfalls zu sehen, zeichnet sich die erfmdungsgemäße Vorrichtung 2 durch wenigstens eine Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen 3 aus, welche bezüglich einer Drehachse 212 drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen 3 sowohl zu durchmischen, zu zentrifügieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und wobei die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit 24 Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen. As can also be seen in FIG. 1, the device 2 according to the invention is characterized by at least one centrifugation and mixing unit 21 for receiving a sample in a sample tube 3, which is rotatably mounted with respect to an axis of rotation 212; and which is set up to both mix, centrifuge, heat and cool the sample in a controlled manner in the sample tube 3 , and wherein the centrifugation and mixing unit 21 is also set up to exchange control and/or measurement data with the control unit 24 .
Die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 kann vorzugsweise, wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, wenigstens ein Kontaktierungselement 215 umfassen, welches mit wenigstens ei- nem korrespondierend ausgebildeten, elektrischen Strom führenden Kontaktpunkt der Vor richtung 2 reversibel in Kontakt gebracht werden kann und welches eingerichtet ist, elekt ronische Bauteile, welche auf der Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 angeordnet sind, mit elektrischem Strom zu versorgen. In den Fig. 1 bis 4 sind dazu exemplarisch je weils zwei Kontaktierungselemente 215 dargestellt, welche auf der Oberseite der Zentrifu gations- und Mischungseinheit 21 angeordnet sind. Korrespondierend zu diesen Kontak tierungselementen 215 ausgebildete, elektrischen Strom führende Kontaktpunkte der Vor richtung 2, können dabei in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in oben be schriebener Abdeckung angeordnet sein und im verschlossenen Betriebszustand der Vor richtung 2 mit Hilfe eines an der Abdeckung angeordneten Servomotors automatisch, vor zugsweise durch Bewegung der Kontaktpunkte der Vorrichtung 2 entlang der, vorzugs weise einseitig in der Abdeckung gelagerten, Drehachse 212 hin zur Zentrifügations- und Mischungseinheit 21, mit den Kontaktierungselementen 215 in Kontakt gebracht werden, wenn sich die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 in einer ruhenden Messposition befindet. Nach erfolgter Messung kann der Kontakt dann wieder mit Hilfe des Servomotors gelöst werden, sodass vorteilhaft eine freie Drehbarkeit der Zentrifugations- und Mi schungseinheit 21 um die Drehachse 212 gewährleistet. The centrifugation and mixing unit 21 can preferably, as shown in FIGS. 1 to 4, comprise at least one contacting element 215 which is nem correspondingly designed, electrically current-carrying contact point of the device 2 can be reversibly brought into contact and which is set up to supply electronic components, which are arranged on the centrifugation and mixing unit 21, with electricity. 1 to 4 are examples of two contacting elements 215 shown, which gations- and mixing unit 21 are arranged on top of the centrifuge. Corresponding to these contacting elements 215, electrical current-carrying contact points of the device 2 can be arranged in a preferred embodiment of the invention in the cover described above and in the closed operating state of the device 2 with the help of a servomotor arranged on the cover automatically, preferably by moving the contact points of the device 2 along the axis of rotation 212, which is preferably mounted on one side in the cover, towards the centrifugation and mixing unit 21, with the contacting elements 215 when the centrifugation and mixing unit 21 is in a stationary position measuring position is located. After the measurement has taken place, the contact can then be released again with the aid of the servomotor, so that advantageously free rotation of the centrifugation and mixing unit 21 about the axis of rotation 212 is ensured.
Die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 kann wenigstens eine Einführöffnung 213 umfassen, über die ein Probenröhrchen 3 in wenigstens einen Kanal 214 eingeschoben und so in der Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 befestigt werden kann. In den Fig. 1 bis 4 sind Ausgestaltungen der Vorrichtung 2 mit jeweils zwei Einführöffnungen 213 und jeweils zwei Kanälen 214 dargestellt. Das Vorsehen von jeweils zwei Kanälen 214 zur Aufnahme von insgesamt zwei Probenröhrchen 3 gleichzeitig erhöht nicht nur vorteilhaft den Probendurchsatz, sondern ermöglicht auch eine ausbalancierte Beladung der Zentrifü gations- und Mischungseinheit 21, was insbesondere bei einem Verfahrensschritt der Zent- rifügation eine gleichmäßige Rotationsbewegung gewährleistet. Wie gezeigt, können der wenigstens eine Kanal 214 bzw. hier die beiden Kanäle 214 bezüglich ihrer Längsachse vorzugsweise schräg gegenüber der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungs einheit 21 verlaufen, wobei das der Drehachse 212 abgewandte Ende des Kanals 214 vor zugsweise näher zum Boden 251 der Vorrichtung 2 angeordnet ist als das der Drehachse 212 zugewandte Ende des Kanals 214. Dabei umfassen der oder die Kanäle 214 vorzugs weise wenigstens ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster 2141. Das oder die Fenster 2141 können bevorzugt an einem, der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 abgewandten, Ende des oder der Kanäle 214 angeordnet sein. Die Öffnung des oder der Fenster 2141 ist am Ender der jeweiligen Kanäle 214 bevorzugt so ausgerichtet, das von der Probe emittierte elektromagnetische Strahlung möglichst unge hindert zum Analysemittel 22 gelangen kann. Der oder die Kanäle 214 können darüber hinaus wenigstens ein Heizelement 2142 umfassen, wobei das oder die Heizelemente 2142 bevorzugt an einem, der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 ab gewandten, Ende des Kanals 214 angeordnet sind. Wird ein Probenröhrchen 3 über eine Einführöffhung 213 in einen Kanal 214 eingeführt, kommt auf diese Weise insbesondere der bezüglich eines Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegene Ab schnitt eines Korpus 32 des Probenröhrchens 3, in dem sich nach einer erfolgten Filtration ein Gemisch aus Probenlösung und einer Testsubstanz 5 befindet, mit dem oder den Heiz elementen 2142 in Kontakt und kann kontrolliert erwärmt bzw. abgekühlt werden. Als Heizelemente 2142 können bevorzugt Peltier-Elemente Verwendung finden, welche ins besondere über die Steuereinheit 24 gesteuert werden können. Mehrere Heizelemente 2142, die über die Längsausdehnung des wenigstens einen Kanals 214 verteilt angeordnet sind, ermöglichen es darüber hinaus vorteilhaft, die Probe im Probenröhrchen 3 an ver schiedenen Stellen unterschiedlich zu temperieren. Besonders bewährt hat sich in diesem Zusammenhang eine Ausgestaltung der erfmdungsgemäßen Vorrichtung 2, bei der neben dem Heizelement 2142 an einem, der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungs einheit 21 abgewandten, Ende des Kanals 214 ein weiteres Heizelement 2142 in der Mitte des Kanals 214, ungefähr auf Höhe des Filters 33 eines in den Kanal 214 eingeführten Probenröhrchens 3 angeordnet ist. Eine derartig ausgestaltete Vorrichtung 2 ist beispielhaft in Fig. 6 gezeigt. Das oder die Heizelemente 2142 können zudem nach außen hin bezüglich des Kanals 214, also in Richtung des Innenraums der Vorrichtung 2 hin durch einen Kühler, insbesondere durch einen passiven Kühlkörper, gekühlt werden (nicht gezeigt). The centrifugation and mixing unit 21 can include at least one insertion opening 213 through which a sample tube 3 can be inserted into at least one channel 214 and can thus be fixed in the centrifugation and mixing unit 21 . 1 to 4 are configurations of the device 2 with two insertion openings 213 and two channels 214 each. The provision of two channels 214 for accommodating a total of two sample tubes 3 at the same time not only advantageously increases the sample throughput, but also enables a balanced loading of the centrifugation and mixing unit 21, which ensures a uniform rotational movement particularly in a centrifugation process step. As shown, the at least one channel 214, or here the two channels 214, can preferably run obliquely with respect to their longitudinal axis relative to the axis of rotation 212 of the centrifugation and mixing unit 21, with the end of the channel 214 facing away from the axis of rotation 212 preferably being closer to the bottom 251 of the device 2 is arranged as the end of the channel 214 facing the axis of rotation 212. The channel or channels 214 preferably include at least one window 2141 which is permeable to electromagnetic radiation. and mixing unit 21 facing away from the end or the channel 214 can be arranged. The opening of the window or windows 2141 is preferably aligned at the end of the respective channels 214 in such a way that the electromagnetic radiation emitted by the sample can reach the analysis means 22 with as little impediment as possible. The channel(s) 214 can also include at least one heating element 2142, with the heating element(s) 2142 preferably being arranged at one end of the channel 214 facing away from the axis of rotation 212 of the centrifugation and mixing unit 21. If a sample tube 3 is inserted into a channel 214 via an insertion opening 213, the section of a body 32 of the sample tube 3 which is located beyond the filter 33 with respect to a cover 31 of the sample tube 3 and in which a mixture is present after filtration is removed in this way of sample solution and a test substance 5 is in contact with the heating element(s) 2142 and can be heated or cooled in a controlled manner. Peltier elements can preferably be used as heating elements 2142 , which can be controlled in particular via the control unit 24 . A plurality of heating elements 2142, which are arranged distributed over the length of the at least one channel 214, also advantageously make it possible to control the temperature of the sample in the sample tube 3 at different points. In this context, an embodiment of the device 2 according to the invention has proven particularly useful, in which, in addition to the heating element 2142 at one end of the channel 214 facing away from the axis of rotation 212 of the centrifugation and mixing unit 21, a further heating element 2142 is installed in the middle of the channel 214, is arranged approximately at the level of the filter 33 of a sample tube 3 introduced into the channel 214 . A device 2 configured in this way is shown in FIG. 6 by way of example. The heating element or elements 2142 can also be cooled outwards with respect to the channel 214, ie in the direction of the interior of the device 2, by a cooler, in particular by a passive heat sink (not shown).
Die Vorrichtung 2, insbesondere die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21, können zudem vorzugsweise einen Motor 211 umfassen, welcher eingerichtet ist, die Zentrifugati ons- und Mischungseinheit 21 sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse 212 zu drehen. Der Motor 211 kann, gesteuert mittels der Steuereinheit 24, verschiedene Bewegungsmodi der die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 reali sieren: beispielsweise eine schnelle gleichsinnige Rotation um die Drehachse 212 zur Re alisierung eines Zentrifugationsschrittes innerhalb eines Betriebsverfahrens des Systems 1; eine moderat bis schnelle gleichmäßig und/oder ungleichmäßig erfolgende Richtungsände- rung der Rotationsbewegung, so dass eine Durchmischung einer in einem Probenröhrchen 3 befindlichen Probe, welches sich in einem der Kanäle 214 befindet, induziert wird und einen Mischungsschritt innerhalb eines Betriebsverfahrens (im Sinne einer Durchmischung durch einen Vortexmischer) realisiert. The device 2, in particular the centrifugation and mixing unit 21, can also preferably include a motor 211 which is set up to rotate the centrifugation and mixing unit 21 both clockwise and counterclockwise about the axis of rotation 212. The motor 211, controlled by the control unit 24, can implement different movement modes of the centrifugation and mixing unit 21: for example, a rapid rotation in the same direction about the axis of rotation 212 to implement a centrifugation step within an operating method of the system 1; a moderate to fast, uniform and/or non-uniform change in direction of the rotational movement, so that mixing of a sample located in a sample tube 3, which is located in one of the channels 214, is induced and a mixing step within an operating process (in the sense of a mixing by a vortex mixer).
Das Belichtungsmittel 23, welches in den dargestellten Figuren jeweils am Boden 251 der jeweiligen Vorrichtung 2 angeordnet ist, emittiert vorzugsweise elektromagnetische Strah lung mit Wellenlängen in einem Bereich von 480 bis 560 nm, bevorzugt in einem Bereich von 485 bis 540 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 488 nm. Alternativ oder kumulativ dazu kann das Belichtungsmittel 23 auch elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 610 bis 680 nm, bevorzugt von 640 bis 675 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm emittieren. Das oder die Belichtungsmittel 23 können auch an einer oder mehrerer der Wände 25 der Vorrichtung 2 oder auch an einer Innenseite einer Abdeckung (nicht dargestellt) angeordnet sein. Zudem können das oder die Belichtungsmittel 23 zentral innerhalb der Vorrichtung 2 oder auch in einem Randbe reich angeordnet sein. Insbesondere bei geschlossener Abdeckung und geeigneter, insbe sondere reflektierender Ausgestaltung der Innenwände der Vorrichtung 2, erlaubt das oder die Belichtungsmittel 23 - aufgrund der vorteilhaft kompakten Bauweise der erfmdungsge- mäßen Vorrichtung 2 - unabhängig von dessen bzw. deren Positionierung innerhalb der Vorrichtung 2 eine optimale Belichtung der Probe im Probenröhrchen insbesondere über die Fenster 2141 des oder der Kanäle 214. Das Analysemittel 22 kann als ein Detektor für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise als ein Fluoreszenzdetektor, ausgebildet sein. Es wird von der Steuereinheit 24 gesteuert, zeichnet insbesondere Fluoreszenzsignale wäh rend eines PCR-Zyklus oder nach jedem einzelnen PCR-Zyklus auf und wertet im Zusam menspiel mit der Steuereinheit 24 die erhaltenen Messdaten vorteilhaft direkt aus. Über wenigstens ein Mittel zur Datenübertragung (hier nicht dargestellt) können die Messdaten und/oder die Auswertungsergebnisse dann innerhalb der Vorrichtung 2 von Analysemittel 22 zur Steuereinheit 24 und vice versa, sowie von der Vorrichtung 2 zu einem externen Empfänger, bspw. einer Applikation auf einem externen Computer, einer Cloud oder eines Smartphones übertragen werden. Das Mittel zur Datenübertragung kann dabei als ein Mit tel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder vor zugsweise als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Blue- tooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle, ausgebildet sein. Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung eines erfmdungsgemäßen Systems 1 ohne Abdeckung be stehend aus einer Vorrichtung 2 der Ausgestaltung aus Fig. 1 und einem Probenröhrchen 3 in einer Seitenansicht. Fig. 4 das System 1 aus Fig. 2 in einer Draufsicht. The exposure means 23, which is arranged on the bottom 251 of the respective device 2 in the figures shown, preferably emits electromagnetic radiation with wavelengths in a range from 480 to 560 nm, preferably in a range from 485 to 540 nm, particularly preferably with a Wavelength of 488 nm. Alternatively or in addition to this, the exposure means 23 can also emit electromagnetic radiation with wavelengths in the range from 610 to 680 nm, preferably from 640 to 675 nm, particularly preferably with a wavelength of 650 nm. The exposure means 23 can also be arranged on one or more of the walls 25 of the device 2 or on an inside of a cover (not shown). In addition, the exposure means 23 can be arranged centrally within the device 2 or also in an edge area. In particular when the cover is closed and the inner walls of the device 2 are of a suitable, particularly reflective design, the exposure means 23--because of the advantageously compact design of the device 2 according to the invention--enables optimal exposure regardless of its or their positioning within the device 2 of the sample in the sample tube, in particular via the window 2141 of the channel or channels 214. The analysis means 22 can be designed as a detector for electromagnetic radiation, preferably as a fluorescence detector. It is controlled by the control unit 24, records in particular fluorescence signals during a PCR cycle or after each individual PCR cycle and, in cooperation with the control unit 24, advantageously evaluates the measurement data obtained directly. Using at least one means for data transmission (not shown here), the measurement data and/or the evaluation results can then be transmitted within device 2 from analysis means 22 to control unit 24 and vice versa, and from device 2 to an external receiver, e.g. an application on a external computer, a cloud or a smartphone. The means for data transmission can be designed as a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection, and/or preferably as a means for wireless data transmission, such as in particular a Bluetooth interface or a WLAN interface . FIG. 2 shows an embodiment of a system 1 according to the invention without a cover consisting of a device 2 of the embodiment from FIG. 1 and a sample tube 3 in a side view. FIG. 4 shows the system 1 from FIG. 2 in a plan view.
Ein erfmdungsgemäßes System 1 zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), ins besondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), besteht aus einer Vorrichtung 2 wie zuvor beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen 3, wobei ein Korpus 32 des Probenröhrchens 3 durch wenigstens einen Filter 33 in zwei Abschnitte aufgeteilt wird und wobei der bezüglich eines Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gele gene Abschnitt des Korpus 32 eine Testsubstanz 5 umfasst (vgl. dazu auch die Abbildungen des Probenröhrchens 3 in den Fig. 5a bis d). Bei der Testsubstanz 5 handelt es sich vor zugsweise je nach Anwendungszeck, also je nach zu untersuchender RNA- bzw. DNA- Probe, um ein kommerziell hergestelltes und von den entsprechenden Zulassungsbehörden zugelassenes Testassay, inkl. Fluoreszenzmarker. Die Testsubstanz 5 kann in Form einer Flüssigkeit aber auch als gefriergetrocknetes Granulat bzw. Pulver vorhegen. A system 1 according to the invention for quantitative real-time PCR analysis (qPCR), in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), consists of a device 2 as previously described and at least one sample tube 3, with a body 32 of the sample tube 3 is divided into two sections by at least one filter 33, and the section of the body 32 located beyond the filter 33 with respect to a cover 31 of the sample tube 3 comprises a test substance 5 (cf. also the illustrations of the sample tube 3 in Fig. 5a to d). The test substance 5 is preferably, depending on the application, ie depending on the RNA or DNA sample to be examined, a commercially manufactured test assay approved by the relevant approval authorities, including a fluorescence marker. The test substance 5 can be present in the form of a liquid, but also as freeze-dried granules or powder.
Ein beispielhafter Ablauf eines erfmdungsgemäßen Verfahrens zur quantitativen Real- Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), mit einem System 1 wie zuvor beschrieben, wird nun unter anderem anhand Fig. 5 be schrieben. Die hier beispielhaft beschriebene Vorgehensweise kann jedoch auf weitere mo lekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, wie bspw. LAMP-, TMA- und/oder CRISPR-Tests übertragen werden, da diese Analysenmethoden sich lediglich durch die verwendete Testsubstanz 5 sowie das jeweils durchzuführende Temperaturprogramm voneinander un terscheiden. An exemplary sequence of a method according to the invention for quantitative real-time PCR analysis (qPCR), in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), with a system 1 as described above, will now be described with reference to FIG. 5, among others. However, the procedure described here as an example can be transferred to other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic sequences in a material, such as LAMP, TMA and/or CRISPR tests, since these analysis methods are only affected by the test substance 5 and used distinguish the temperature program to be carried out from each other.
Fig. 5 zeigt dazu in den Teilfiguren a bis d, jeweils eine Ausgestaltung eines Probenröhr chens 3 in den verschiedenen Phasen der Probenvorbereitung. Fig. 5 shows in the sub-figures a to d, each embodiment of a sample tube 3 in the various phases of sample preparation.
Zur Durchführung einer quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer mo lekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere einer Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Ana- lyse, mit einem erfmdungsgemäßen System 1 wird die Probe zunächst unaufbereitet in ein Probenröhrchen 3 eingeführt, mit einem Lösungsmittel 6 versetzt und anschließend mit einem Deckel 31 verschlossen. Die Fig. 5a bis 5c illustrieren diese Arbeitsschritte schema tisch. Die Probe kann dabei mit Hilfe eines sterilen Tupfers 4 durch den Probanden selbst oder durch einen Dritten über einen Nasen- und/oder Rachenabstrich entnommen werden. Der Tupfer 4 weist dabei vorzugsweise kurz oberhalb eines Probenaufnahmebereiches, z.B. eines Wattebausches, eine Sollbruchstelle auf. Nach der Entnahme der Probe aus Nase und/oder Rachen wird der Probenaufnahmebereich des Tupfers 4 dann in das Probenröhr chen 3 hinein abgebrochen und fallt dort auf einen Filter 33, der entweder herausnehmbar oder fest im Korpus 32 des Probenröhrchen 3 fixiert ausgestaltet sein kann. In Fig. 5 ist exemplarisch ein herausnehmbarer Filter 33 in Form eines sog. Filter-Baskets dargestellt. Das Lösungsmittel 6 kann über eine Spritze und/oder über eine Pipette einfach auf die Probe getropft werden, wie in den Fig. 5b und 5c gezeigt. Alternativ dazu kann sich das Lösungsmittel 6 auch bereits im Probenröhrchen 3 im Bereich des Filters 33 befinden (hier nicht dargestellt). Hierzu hat sich beispielsweise eine Ausgestaltung bewährt, bei der das Lösungsmittel 6 in einer Kapsel im Bereich des Filters 33 platziert wird und bei Verschlie ßen des Probenröhrchens 3 mit dem Deckel 31 und/oder durch das Einführen des Tupfers 4 in das Probenröhrchen 3 zum Zerplatzen gebracht wird, so dass das Lösungsmittel 6 aus treten kann. Die Porengröße des Filters 33 sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Flüssigkeit nicht allein aufgrund der Schwerkraft durch den Filter 33 hindurchtropft. Nach dem das Probenröhrchen 3 mit dem Deckel 31 verschlossen wurde, wird es von einer Zent- rifügations- und Mischungseinheit 21 der Vorrichtung 2 aufgenommen. Dazu kann das Probenröhrchen 3 vorteilhaft durch den Benutzer einfach über eine Einführöffnung 213 in einen Kanal 214 eingeschoben werden. To carry out a quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular biological analysis techniques to determine the presence of specific genetic material sequences in a material, in particular a reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), to carry out a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, with a system 1 according to the invention, the sample is initially unprocessed in a Introduced sample tube 3, mixed with a solvent 6 and then closed with a lid 31. 5a to 5c illustrate these steps schematically. The sample can be taken with the help of a sterile swab 4 by the subject himself or by a third party via a nose and/or throat swab. The swab 4 preferably has a predetermined breaking point just above a sample receiving area, for example a wad of cotton. After the sample has been taken from the nose and/or throat, the sample receiving area of the swab 4 is then broken off into the sample tube 3 and falls there onto a filter 33, which can be either removable or fixed in the body 32 of the sample tube 3. 5 shows a removable filter 33 in the form of a so-called filter basket. The solvent 6 can simply be dripped onto the sample using a syringe and/or a pipette, as shown in FIGS. 5b and 5c. As an alternative to this, the solvent 6 can also already be in the sample tube 3 in the area of the filter 33 (not shown here). For this purpose, an embodiment has proven itself, for example, in which the solvent 6 is placed in a capsule in the area of the filter 33 and caused to burst when the sample tube 3 is closed with the lid 31 and/or by the insertion of the swab 4 into the sample tube 3 is, so that the solvent can occur from 6. The pore size of the filter 33 is preferably selected in such a way that the liquid does not drip through the filter 33 due to gravity alone. After the sample tube 3 has been closed with the lid 31 , it is picked up by a centrifugation and mixing unit 21 of the device 2 . For this purpose, the sample tube 3 can advantageously simply be pushed into a channel 214 by the user via an insertion opening 213 .
Alle nun folgenden Verfahrensschritte erfolgen durch die erfmdungsgemäße Vorrichtung 2 automatisch und bedürfen vorteilhaft keines weiteren manuellen Eingreifens durch den Benutzer. All the method steps that now follow are carried out automatically by the device 2 according to the invention and advantageously do not require any further manual intervention by the user.
Nach Betätigung eines Startknopfes überprüft die Vorrichtung 2 die korrekte Positionie rung des Probenröhrchens 3 innerhalb des Kanals 214, beispielsweise durch das Signal einer Lichtschranke oder durch den Kontakt des Probenröhrchens 3 mit einem mechani schen Anschlag im Kanal 214, und vermischt dann die Probe im Probenröhrchen 3 durch die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 mit dem Lösungsmittel 6. Dazu bewegt der Motor 211 der Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 diese bevorzugt hin und her (durch schnellen Wechsel der Rotationsrichtung). Das im Bereich des sich auf dem Filter 33 befindenden Tupfers 4 befindliche Lösungsmittelvolumen 6 löst dann die Probe aus dem Probeaufnahmebereich des Tupfers 4 heraus, tropft aber vorzugsweise noch nicht durch den Filter 33 hindurch. Das so erhaltene Proben-Lösungsmittel-Gemisch wird nun durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 zentrifugiert, wobei die Probenlösung auf grund der einwirkenden Zentrifugalkraft über wenigstens einen Filter 33 in einen bezüglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegenen Abschnitt eines Korpus 32 des Probenröhrchens 3 wandert und dadurch filtriert wird. Dazu bewegt der Motor 211 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 diese bevorzugt schnell in einer Drehrichtung. After pressing a start button, the device 2 checks the correct positioning of the sample tube 3 within the channel 214, for example by the signal of a light barrier or by the contact of the sample tube 3 with a mechanical stop in the channel 214, and then mixes the sample in the sample tube 3 through the centrifugation and mixing unit 21 with the solvent 6. For this purpose, the motor 211 of the centrifugation and mixing unit 21 preferably moves it back and forth (by quickly changing the direction of rotation). The solvent volume 6 located in the area of the swab 4 on the filter 33 then dissolves the sample from the sample receiving area of the swab 4 , but preferably does not drip through the filter 33 yet. The sample-solvent mixture obtained in this way is now centrifuged by the centrifugation and mixing unit 21, with the sample solution due to the centrifugal force acting through at least one filter 33 in a section of a body 32 located beyond the filter 33 with respect to the cover 31 of the sample tube 3 of the sample tube 3 migrates and is thereby filtered. For this purpose, the motor 211 of the centrifugation and mixing unit 21 preferably moves it rapidly in one direction of rotation.
Die Fig. 7a und 7b zeigen dazu zwei weitere Ausgestaltungen eines Probenröhrchens 3 jeweils in einem Längsschnitt. 7a and 7b show two further configurations of a sample tube 3, each in a longitudinal section.
Die in den Fig. 7a und 7b dargestellten Probenröhrchen 3 sind in diesen Ausgestaltungen mehrteilig (hier zweiteilig), mit wenigstens einem oberen Abschnitt 321 und wenigstens einem, am oberen Abschnitt 321 reversibel befestigbaren, unteren Abschnitt 322, ausgebil det. Bei der reversiblen Verbindung von oberem 321 und unterem 322 Abschnitt kann es sich beispielsweise um eine Steck- und/oder Schraubverbindung handeln. The sample tubes 3 shown in FIGS. 7a and 7b are in these configurations in several parts (here in two parts), with at least one upper section 321 and at least one lower section 322 that can be reversibly fastened to the upper section 321. The reversible connection of the upper 321 and lower 322 sections can be, for example, a plug-in and/or screw connection.
Der untere Abschnitt 322 kann in seinem Inneren, wie in Fig. 7a dargestellt, einen konisch zulaufende Trichterbereich 323 aufweisen, dessen größerer Durchmesser nahe dem Filter 33 angeordnet ist. Besagter Trichterbereich 323 kann jedoch auch (mit und ohne Filter 33) als separater Adapter ausgebildet sein, so dass der Korpus 32 des Probenröhrchens dann aus drei, vorzugsweise reversibel aneinander befestigbaren Abschnitten bestehen kann. As shown in FIG. 7a, the lower section 322 can have a tapered funnel area 323 in its interior, the larger diameter of which is arranged close to the filter 33. FIG. However, said funnel area 323 can also be designed (with and without filter 33) as a separate adapter, so that the body 32 of the sample tube can then consist of three sections that can preferably be reversibly fastened to one another.
Ein derartiger Trichterbereich 323 verhindert vorteilhaft die Bildung von Blasen in der Probenlösung (Lösungsmittel 6 mit darin gelöster Probe) beim Hinunterfließen besagter Lösung in den bezüglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 ge legene Abschnitt des Korpus 32, in dem sich die Testsubstanz 5 befindet. Eine Verringe rung der Blasenzahl in der untersuchten Probenmischung (Lösungsmittel 6, Probe und Testsubstanz 5) erhöht vorteilhaft die Genauigkeit der Messung der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der Fluoreszenzmessung. Die so filtrierte Probenlösung wird anschließend mittels der Zentrifugations- und Mi schungseinheit 21 mit einer, im bezüglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegenen Abschnitt des Korpus 32 befindlichen, Testsubstanz 5 vermischt, wiederum bevorzugt durch einen durch den Motor 211 initiierten schnellen Wechsel der Rotationsrichtung der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21. Such a funnel area 323 advantageously prevents the formation of bubbles in the sample solution (solvent 6 with sample dissolved therein) when said solution flows down into the section of the body 32 beyond the filter 33 with respect to the lid 31 of the sample tube 3, in which the test substance is 5 is located. A reduction in the number of bubbles in the sample mixture examined (solvent 6, sample and test substance 5) advantageously increases the accuracy of the measurement of the electromagnetic radiation, in particular the fluorescence measurement. The sample solution filtered in this way is then mixed by means of the centrifugation and mixing unit 21 with a test substance 5 located in the section of the body 32 beyond the filter 33 with respect to the cover 31 of the sample tube 3, again preferably by a rapid process initiated by the motor 211 Changing the direction of rotation of the centrifugation and mixing unit 21.
Der untere Abschnitt 322 kann in seinem Inneren alternativ auch in einen Auffangbereich 325 für eine aufbereitete Probe 7 und einen Analysebereich 326 aufgeteilt sein, wobei der Auffangbereich 325 mit dem Analysenbereich 326 über wenigstens eine Zuführungsöff nung 327 miteinander in Verbindung stehen (vgl. Fig. 7b). Fig. 7b zeigt eine Situation, in der eine aufbereitete Probe 7, bestehend aus dem Lösungsmittel 6 und der aus dem Tupfer 4 bereits herausgelösten Probe über den Filter 33 filtriert wurde und dann in den Auffang bereich 325 geflossen ist. Eine obere Trennwand 329 kann hierbei vorteilhaft ein direktes Hineinfließen der aufbereiteten Probe 7 über die Zuführungsöffhung 327 in den Analysen bereich 326 verhindern. Im Analysenbereich 326 befindet sich die Testsubstanz 5. Wie gezeigt, kann der Auffangbereich 325 vorzugsweise dadurch gebildet sein, dass ein Teil des Inneren des unteren Abschnitts 322 des Probenröhrchens 3 über wenigstens eine untere Trennwand 330 und wenigstens eine Zuführungswand 328 bis auf eine Zuführungsöffhung 327 vom Analysenbereich 326 abgetrennt ist. Die Zuführungswand 328 kann auch nähe rungsweise zylindrisch im Inneren des unteren Abschnitts 322 des Probenröhrchens 3 ver laufen und so eine Art Röhre bilden, durch die der Auffangbereich 325 mit dem Analysen bereich 326 über die Zuführungsöffhung 327 miteinander verbunden sind. Alternatively, the interior of the lower section 322 can also be divided into a collection area 325 for a prepared sample 7 and an analysis area 326, with the collection area 325 being connected to the analysis area 326 via at least one feed opening 327 (cf. Fig. 7b ). 7b shows a situation in which a prepared sample 7, consisting of the solvent 6 and the sample already dissolved out of the swab 4, was filtered through the filter 33 and then flowed into the collection area 325. An upper partition wall 329 can advantageously prevent the processed sample 7 from flowing directly into the analysis area 326 via the feed opening 327 . The test substance 5 is located in the analysis area 326. As shown, the collection area 325 can preferably be formed in that part of the interior of the lower section 322 of the sample tube 3 has at least one lower partition 330 and at least one feed wall 328 apart from a feed opening 327 from the Analysis area 326 is separated. The supply wall 328 can also run approximately cylindrically inside the lower portion 322 of the sample tube 3 and thus form a type of tube through which the collecting area 325 is connected to the analysis area 326 via the feed opening 327 .
Zur Zuführung der aufbereiteten Probe 7 zum Analysenbereich 326 kann dann mittels der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 durch eine Rotationsbewegung mit vorbestimm ter Rotationsgeschwindigkeit eine gezielte Kraft auf die aufbereitete Probe 7 ausgeübt wer den, so dass eine kontrollierte Menge der aufbereiteten Probe 7 über die Zuführungsöff nung 327 in den Analysebereich 326 überführt wird. In Fig. 7b ist dies durch die zwei kleinen Pfeile im Inneren des unteren Abschnitts 322 angedeutet. Auf diese Weise kann vorteilhaft das für eine anschließende Analyse im Analysenbereich 326 verwendete Volu men an aufbereiteter Probe 7 dosiert werden. To feed the prepared sample 7 to the analysis area 326, a targeted force can then be exerted on the prepared sample 7 by means of the centrifugation and mixing unit 21 by means of a rotational movement at a predetermined rotational speed, so that a controlled amount of the prepared sample 7 can flow through the feed opening 327 is transferred to the analysis area 326. This is indicated by the two small arrows inside the lower section 322 in FIG. 7b. In this way, the volume of prepared sample 7 used for a subsequent analysis in the analysis area 326 can advantageously be metered.
Schließlich wird die Probe dann je nach gewünschter Analysenart einer Thermozyklisie- rung oder Thermostatisierung und dann einer Fluoreszenzanalyse im Rahmen einer quanti- tativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) bzw. einer Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR) oder einer weiteren molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material (bspw. LAMP-, TMA, oder CRISPR-Test) unterzogen. Finally, depending on the desired type of analysis, the sample is subjected to thermal cycling or thermostatting and then to a fluorescence analysis as part of a quantitative ative real-time PCR analysis (qPCR) or a reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR) or another molecular biological analysis technique to determine the presence of certain genetic material sequences in a material (e.g. LAMP, TMA, or CRISPR test).
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In Fig. 7a ist durch unterschiedliche Schraffur des Probenröhrchens 3 angedeutet, dass der Korpus 32 des Probenröhrchens 3 vorzugsweise bis auf einen Fensterbereich 324 im be züglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegenen Abschnitt des Korpus 32 undurchlässig für elektromagnetischen Strahlung, insbesondere für Fluores- fO zenzstrahlung, sein kann. Besagte Undurchlässigkeit für elektromagnetischen Strahlung kann dabei entweder durch die Wahl eines strahlungsundurchlässigen Materials für den Korpus 32 außerhalb des Fensterbereichs 324 oder aber durch eine, insbesondere schwarze Einfärbung der Außenwand des Korpus 32 außerhalb des Fensterbereichs 324 erreicht wer den. Der Fensterbereich 324 kann sich dabei vorzugsweise im unteren Abschnitt 322 über 15 2 bis 4 mm, bevorzugt über 3 mm, der Längsausdehnung des Korpus 32 erstrecken und den gesamten Umfang des Korpus 32 umfassen oder auch nur einen gewissen Winkelabschnitt des Umfangs des Korpus 32. Eine derartige Ausgestaltung des Probenröhrchens 3 verhin dert vorteilhaft eine Reflexion der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der Fluo reszenzstrahlung, und kann auch bei den in den Fig. 5a bis 5d und Fig. 7b gezeigten Aus- 20 gestaltungen eines Probenröhrchens 3 ohne Trichterbereich 323 Anwendung finden. In Fig. 7a it is indicated by different hatching of the sample tube 3 that the body 32 of the sample tube 3 is preferably impermeable to electromagnetic radiation, in particular with the exception of a window area 324 in the section of the body 32 located beyond the filter 33 with respect to the cover 31 of the sample tube 3 for fluorescence fO zenz radiation. Said impermeability to electromagnetic radiation can be achieved either by selecting a radiation-impermeable material for the body 32 outside the window area 324 or by coloring the outer wall of the body 32 outside the window area 324, in particular black. The window area 324 can preferably extend in the lower section 322 over 15 2 to 4 mm, preferably over 3 mm, the longitudinal extent of the body 32 and include the entire circumference of the body 32 or only a certain angular section of the circumference of the body 32. A Such a configuration of the sample tube 3 advantageously prevents a reflection of the electromagnetic radiation, in particular the fluorescent radiation, and can also be used in the configurations of a sample tube 3 without a funnel area 323 shown in FIGS. 5a to 5d and 7b.
Befindet sich in der Testsubstanz 5 insbesondere zur Durchführung einer Reverse-Tran- skriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR) auch eine Reverse Transkriptase, so kann eine Ther- mozyklisierung beispielsweise folgende Schritte umfassen: In einem weiteren Verfahrensschritt kann das Analyseergebnis mit Hilfe eines Mittels zur Datenübertragung an eine Smartphone-Applikation übertragen werden, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbe sondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle ausgebildet sein kann. If the test substance 5 also contains a reverse transcriptase, in particular for carrying out a reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR), then thermocycling can include the following steps, for example: In a further method step, the analysis result can be transmitted to a smartphone application using a means for data transmission, the means for data transmission being a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection, and/or a means for wireless data transmission How, in particular, a Bluetooth interface or a WLAN interface can be designed.
Soll eine der isothermalen Untersuchungsmethoden durchgeführt werden, kann statt des beispielhaft dargestellten Thermozyklisierungsprozesses auch eine Thermostatisierung der Probe für einen bestimmet Zeitraum erfolgen, bevor dann die Analyse der elektromagneti schen Strahlung, insbesondere im Rahmen einer Fluoreszentananlyse, erfolgt. Unter dem Begriff "Thermostatisierung“ wird hier die Herstellung definierter, konstanter Temperatur bedingungen vor, während und/oder nach der Analyse verstanden. If one of the isothermal examination methods is to be carried out, instead of the thermocycling process shown as an example, the sample can also be thermostated for a certain period of time before the analysis of the electromagnetic radiation is carried out, in particular as part of a fluorescence analysis. The term "thermostatization" is understood here to mean the creation of defined, constant temperature conditions before, during and/or after the analysis.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung 2, ein System 1 und ein Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Ana lysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), zur Durch führung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR- Analyse. Die erfindungsge- mäße Vorrichtung 2 zeichnet sich durch wenigstens eine Zentrifugations- und Mischungs einheit 21 zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen 3 aus, welche bezüglich einer Drehachse 212 drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Proben röhrchen 3 sowohl zu durchmischen, zu zentrifugieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und welche zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit 24 Steue- rungs- und/oder Messdaten auszutauschen. Das erfmdungsgemäße System 1 besteht aus einer Vorrichtung 2 wie beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen 3, wobei ein Korpus 32 des Probenröhrchens 3 durch wenigstens einen Filter 33 in zwei Abschnitte auf geteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegene Abschnitt des Korpus 32 eine Testsubstanz 5 umfasst. Die erfmdungs gemäße Vorrichtung 2 bzw. das erfmdungsgemäße System 1 ermöglichen vorteilhaft eine schnelle und automatisierte Durchführung von quantitativen Real-Time PCR-Analysen (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vor handenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material,, insbesondere Reverse-Tran- skriptase-qPCR- (qRT-PCR), LAMP-, TMA- und/oder CRISPR-Analysen, und können auch von medizinisch und /oder labordiagnostisch nicht geschulten Benutzern verwendet werden. Die kompakte und günstige Bauweise der Vorrichtung 2 bzw. des Systems 1 er möglichen zudem vorteilhaft die Durchführung von entsprechenden PCR-Test an ganz ver schiedenen, insbesondere auch „nicht-medizinischen“ Orten, wie bspw. in Altenheimen, Behörden, Gastronomiebetrieben und an Flughäfen, etc. The present invention relates to a device 2, a system 1 and a method for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques for determining the presence of specific DNA sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR analysis ( qRT-PCR) to perform a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis. The device 2 according to the invention is characterized by at least one centrifugation and mixing unit 21 for receiving a sample in a sample tube 3, which is rotatably mounted with respect to an axis of rotation 212; and which is set up to mix, centrifuge, heat and cool the sample in a controlled manner in the sample tube 3 , and which is also set up to exchange control and/or measurement data with the control unit 24 . The system 1 according to the invention consists of a device 2 as described and at least one sample tube 3, wherein a body 32 of the sample tube 3 is divided into two sections by at least one filter 33 and the one located beyond the filter 33 with respect to a cover 31 of the sample tube 3 Section of the body 32 includes a test substance 5. The device 2 according to the invention and the system 1 according to the invention advantageously enable quantitative real-time PCR analyzes (qPCR) and other molecular-biological analysis techniques to be carried out quickly and automatically to determine the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular reverse trans scriptase qPCR (qRT-PCR), LAMP, TMA and/or CRISPR analyses, and can also be used by users who are not trained in medical and/or laboratory diagnostics will. The compact and inexpensive design of the device 2 or the system 1 also advantageously enables the corresponding PCR test to be carried out at very different, in particular “non-medical” locations, such as, for example, in old people’s homes, authorities, restaurants and at airports , Etc.
Bezugszeichenliste System für die qPCR- Analyse Vorrichtung List of reference symbols System for the qPCR analysis device
21 Zentrifügations- und Mischungseinheit21 centrifugation and mixing unit
211 Motor 211 engine
212 Drehachse 212 axis of rotation
213 Einführöffhung 213 insertion opening
214 Kanal 2141 Fenster 214 channel 2141 window
2142 Heizelement 2142 heating element
215 Kontaktierungselement 215 contacting element
22 Analysemittel 22 means of analysis
221 Detektor 221 detector
222 Lüfter 222 fans
23 Belichtungsmittel 23 means of exposure
24 Steuerungseinheit 24 control unit
25 Wand 25 wall
251 Boden 3 Probenröhrchen 251 floor 3 sample tubes
31 Deckel 31 cover
32 Korpus 32 body
321 oberer Abschnitt 321 upper section
322 unterer Abschnitt 322 lower section
323 Trichterbereich 323 funnel area
324 Fensterbereich 324 pane
325 Auffangbereich 325 containment area
326 Analysebereich 326 analysis area
327 Zuführungsöffnung 327 feed opening
328 Zuführungswand 328 feeder wall
329 obere Trennwand 329 upper partition
330 untere Trennwand 330 lower partition
33 Filter 33 filters
4 Tupfer für Nasen-/Rachenabstrich 5 Testsubstanz („Assay“) 4 Swabs for nose/throat swab 5 Test substance (“assay”)
6 Lösungsmittel („Lyse“) 6 solvent (“lysis”)
7 aufbereitete Probe in Lösungsmittel (6) 7 prepared sample in solvent (6)

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Vorrichtung (2) zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins be stimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Reverse-Tran- skriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, wenigstens umfassend 1. Device (2) for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular biological analysis techniques to determine the presence of certain genetic sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR analysis (qRT-PCR), for performing a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis, at least comprising
- wenigstens ein Belichtungsmittel (23) zur Belichtung einer Probe in einem Probenröhrchen (3) mit elektromagnetischer Strahlung; - At least one exposure means (23) for exposing a sample in a sample tube (3) with electromagnetic radiation;
- wenigstens ein Analysemittel (22) zur quantitativen Analyse einer Probe in einem Probenröhrchen (3) bezüglich eines Gehalts an DNA (-Abschnitten); und - At least one analysis means (22) for the quantitative analysis of a sample in a sample tube (3) with regard to a content of DNA (sections); and
- eine Steuereinheit (24), welche eingerichtet ist, mit dem Analysemittel (22) und mit dem Belichtungsmittel (23) Steuerungs- und/oder Messdaten auszu tauschen; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) - wenigstens eine Zentrifügations- und Mischungseinheit (21) zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen (3) umfasst, - A control unit (24) which is set up to exchange control and/or measurement data with the analysis means (22) and with the exposure means (23); characterized in that the device (2) - comprises at least one centrifugation and mixing unit (21) for receiving a sample in a sample tube (3),
- welche bezüglich einer Drehachse (212) drehbar gelagert ist; und- which is rotatably mounted with respect to an axis of rotation (212); and
- welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen (3) sowohl zu durchmischen, zu zentrifügieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, - which is set up to mix, centrifuge, heat and cool the sample in the sample tube (3) in a controlled manner,
- und welche zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit (24) Steue rungs- und/oder Messdaten auszutauschen. - And which is also set up to exchange control and/or measurement data with the control unit (24).
2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugati- ons- und Mischungseinheit (21) wenigstens ein Kontaktierungselement (215) um fasst, 2. Device (2) according to claim 1, characterized in that the centrifugation and mixing unit (21) comprises at least one contacting element (215),
- welches mit wenigstens einem korrespondierend ausgebildeten, elektrischen Strom führenden Kontaktpunkt der Vorrichtung (2) reversibel in Kontakt ge bracht werden kann - und welches eingerichtet ist, elektronische Bauteile, welche auf der Zentrifu gations- und Mischungseinheit (21) angeordnet sind, mit elektrischem Strom zu versorgen. - Which can be reversibly brought into contact with at least one correspondingly designed, electric current-carrying contact point of the device (2). - And which is set up to supply electronic components which are arranged on the centrifugation and mixing unit (21) with electrical power.
3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zent rifugations- und Mischungseinheit (21) wenigstens ein Kanal (214) ausgebildet ist, in welchem ein Probenröhrchen (3) durch Einschub über eine Einführöffhung (213) in einer definierten Position gehaltert werden kann, wobei der wenigstens eine Kanal (214) bezüglich seiner Längsachse bevorzugt schräg zur Drehachse (212) der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) ausgerichtet ist, wobei das der Drehachse (212) abgewandte Ende des Kanals (214) vorzugsweise näher zum Boden (251) der Vorrichtung (2) angeordnet ist als das der Drehachse (212) zuge wandte Ende des Kanals (214). 3. Device (2) according to claim 1 or 2, characterized in that in the centrifugation and mixing unit (21) at least one channel (214) is formed, in which a sample tube (3) is inserted through an insertion opening (213) can be held in a defined position, with the longitudinal axis of the at least one channel (214) preferably being aligned at an angle to the axis of rotation (212) of the centrifugation and mixing unit (21), the end of the channel (214 ) is preferably arranged closer to the bottom (251) of the device (2) than the axis of rotation (212) facing the end of the channel (214).
4. Vorrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal (214) wenigstens ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster (2141) umfasst, wobei das oder die Fenster (2141) bevorzugt an einem, der Drehachse (212) der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) abgewandten, Ende des Kanals (214) angeordnet ist. 4. The device (2) according to claim 3, characterized in that the at least one channel (214) comprises at least one window (2141) which is transparent to electromagnetic radiation, the window or windows (2141) preferably being on one of the axes of rotation (212) the end of the channel (214) facing away from the centrifugation and mixing unit (21).
5. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal (214) wenigstens ein Heizelement (2142) umfasst, wo bei das wenigstens eine Heizelement (2142) bevorzugt an einem, der Drehachse (212) der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) abgewandten, Ende des Ka- nals (214) angeordnet ist. 5. Device (2) according to one of Claims 3 or 4, characterized in that the at least one channel (214) comprises at least one heating element (2142), the at least one heating element (2142) preferably being mounted on one of the axes of rotation (212 ) the end of the channel (214) facing away from the centrifugation and mixing unit (21).
6. Vorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vorrichtung (2), insbesondere die Zentrifugations- und Mi schungseinheit (21), einen Motor (211) umfasst, welcher eingerichtet ist, die Zent- rifugations- und Mischungseinheit (21) sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse (212) zu drehen. 6. Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device (2), in particular the centrifugation and mixing unit (21), comprises a motor (211) which is set up to centrifuge rifugation and mixing unit (21) to rotate both clockwise and counterclockwise about the axis of rotation (212).
7. Vorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (212) der Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) an einem Ende mit dem Mo tor (211) in Wirkverbindung steht und am gegenüberliegenden Ende drehbar in einer Abdeckung der Vorrichtung (2) gelagert ist, wenn die Vorrichtung (2) mit der Abdeckung verschlossen ist. 7. Device (2) according to claim 6, characterized in that the axis of rotation (212) of the centrifugation and mixing unit (21) is operatively connected at one end to the motor (211) and at the opposite end rotatable in a cover of the device (2) is stored when the device (2) is closed with the cover.
8. Vorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Belichtungsmittel (23) elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen in einem Bereich von 480 bis 560 nm oder bevorzugt in einem Be- reich von 485 bis 540 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 488 nm emittiert und/oder dass das Belichtungsmittel (23) elektromagnetische Strah lung mit Wellenlängen im Bereich von 610 bis 680 nm oder bevorzugt von 640 bis 675 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm emittiert. 8. Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the exposure means (23) electromagnetic radiation with wavelengths in a range from 480 to 560 nm or preferably in a range from 485 to 540 nm or particularly preferably emitted with a wavelength of 488 nm and/or that the exposure means (23) emits electromagnetic radiation with wavelengths in the range from 610 to 680 nm or preferably from 640 to 675 nm or particularly preferably with a wavelength of 650 nm.
9. Vorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Analysemittel (22) als ein Detektor für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise als ein Fluoreszenzdetektor, ausgebildet ist. 9. Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the analysis means (22) is designed as a detector for electromagnetic radiation, preferably as a fluorescence detector.
10. Vorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) wenigstens ein Mittel zur Datenübertra gung umfasst, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenüber tragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle, ausgebildet ist. 10. Device (2) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device (2) comprises at least one means for data transmission, wherein the means for data transmission as a means for data transmission via cable, such as in particular a USB port, and / or as a means for wireless data transmission, such as in particular a Bluetooth interface or a WLAN interface is formed.
11. System (1) zur quantitativen Real-Time PCR- Analyse (qPCR) und weiterer mole kularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins be stimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Reverse-Tran- skriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, bestehend aus 11. System (1) for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular biological analysis techniques for determining the presence of certain genetic sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), for implementation a LAMP, a TMA and/or a CRISPR analysis consisting of
- einer Vorrichtung (2) gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprü chen 1 bis 10 - A device (2) according to one or more of the preceding claims 1 to 10
- und wenigstens einem Probenröhrchen (3), wobei ein Korpus (32) des Pro benröhrchens (3) durch wenigstens einen Filter (33) in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels (31) des Probenröhr chens (3) jenseits des Filters (33) gelegene Abschnitt des Korpus (32) eine Testsubstanz (5) umfasst. - And at least one sample tube (3), wherein a body (32) of the pro benröhrchens (3) by at least one filter (33) in two sections is divided and with respect to a lid (31) of the sample tube (3) beyond the filter (33) located section of the body (32) comprises a test substance (5).
12. System (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Korpus (32) des Probenröhrchens (3) bis auf einen Fensterbereich (324) im bezüglich des Deckels (31) des Probenröhrchens (3) jenseits des Filters (33) gelegenen Abschnitt des Kor pus (32) undurchlässig für elektromagnetischen Strahlung, insbesondere für Fluo reszenzstrahlung, ist. 12. System (1) according to claim 11, characterized in that the body (32) of the sample tube (3) except for a window area (324) in relation to the cover (31) of the sample tube (3) beyond the filter (33) located Section of the body (32) is opaque to electromagnetic radiation, in particular to fluorescence radiation.
13. System (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Proben röhrchen (3) mehrteilig, mit wenigstens einem oberen Abschnitt (321) und wenigs tens einem, am oberen Abschnitt (321) reversibel befestigbaren, unteren Abschnitt (322), ausgebildet ist, - wobei vorzugsweise der untere Abschnitt (322) in seinem Inneren einen konisch zulaufende Trichterbereich (323) aufweist, dessen größerer Durchmesser nahe dem Filter (33) angeordnet ist; oder 13. System (1) according to claim 11 or 12, characterized in that the sample tube (3) is multi-part, with at least one upper section (321) and at least one lower section (322 ), - wherein preferably the lower section (322) has a conically tapering funnel area (323) in its interior, the larger diameter of which is arranged close to the filter (33); or
- wobei vorzugsweise der untere Abschnitt (322) in seinem Inneren in einen Auffangbereich (325) für eine aufbereitete Probe (7) und einen Analysebe reich (326) aufgeteilt ist, wobei der Auffangbereich (325) mit dem Analy senbereich (326) über wenigstens eine Zuführungsöffhung (327) miteinan der in Verbindung stehen. - Preferably, the interior of the lower section (322) is divided into a collection area (325) for a prepared sample (7) and an analysis area (326), the collection area (325) being connected to the analysis area (326) over at least a feed opening (327) communicating with each other.
14. Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer mole kularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins be stimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Reverse-Tran- skriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, mit einem System (1) nach Anspruch 11, bei dem 14. Methods for quantitative real-time PCR analysis (qPCR) and other molecular biological analysis techniques to determine the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular for reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR), to carry out a LAMP , a TMA and/or a CRISPR analysis, with a system (1) according to claim 11, in which
- eine Probe unaufbereitet in ein Probenröhrchen (3) eingeführt wird,- a sample is introduced unprocessed into a sample tube (3),
- die Probe - the sample
- durch ein bereits im Probenröhrchen (3) befindliches Lösungsmit tel (6) oder - durch Zugabe eines Lösungsmittels (6) von außen in das Proben röhrchen (3) mit einem Lösungsmittel (6) versetzt und anschließend mit einem Deckel (31) verschlossen wird, - by a solution already in the sample tube (3) (6) or - by adding a solvent (6) from the outside into the sample tube (3) with a solvent (6) and then closed with a lid (31),
- das Probenröhrchen (3) von einer Zentrifugations- und Mischungseinheit (21) der Vorrichtung (2) aufgenommen wird, - the sample tube (3) is received by a centrifugation and mixing unit (21) of the device (2),
- die Probe im Probenröhrchen durch die Zentrifugations- und Mischungs einheit (21) mit dem Lösungsmittel (6) vermischt wird, - the sample in the sample tube is mixed with the solvent (6) by the centrifugation and mixing unit (21),
- das so erhaltene Proben-Lösungsmittel-Gemisch durch die Zentrifugati ons- und Mischungseinheit (21) zentrifugiert wird, - the sample-solvent mixture thus obtained is centrifuged through the centrifugation and mixing unit (21),
- wobei die Probenlösung über wenigstens einen Filter (33) in einen bezüglich des Deckels (31) des Probenröhrchens (3) jenseits des Fil ters (33) gelegenen Abschnitt eines Korpus (32) des Probenröhr chens (3) wandert und dadurch filtriert wird, - the sample solution migrating via at least one filter (33) into a section of a body (32) of the sample tube (3) located beyond the filter (33) with respect to the cover (31) of the sample tube (3) and being filtered as a result,
- die so filtrierte Probenlösung nun mittels der Zentrifugations- und Mi schungseinheit (21) mit einer, im bezüglich des Deckels (31) des Proben röhrchens (3) jenseits des Filters (33) gelegenen Abschnitt des Korpus (32) befindlichen, Testsubstanz (5) vermischt wird, - The sample solution filtered in this way is now mixed by means of the centrifugation and mixing unit (21) with a test substance (5th ) is mixed,
- und anschließend einer Thermozyklisierung oder Thermostatisierung und Fluoreszenzanalyse im Rahmen einer quantitativen Real-Time PCR-Ana- lyse (qPCR) oder einer weiteren molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in ei nem Material, insbesondere im Rahmen einer Reverse-Transkriptase- qPCR- (qRT-PCR) LAMP-, TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, un terzogen wird. - and then thermal cycling or thermostatting and fluorescence analysis as part of a quantitative real-time PCR analysis (qPCR) or another molecular-biological analysis technique to determine the presence of certain genetic material sequences in a material, in particular as part of a reverse transcriptase qPCR (qRT-PCR) LAMP, TMA and/or CRISPR analysis.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Analyseergebnis mit Hilfe eines Mittels zur Datenübertragung an eine Smartphone-Applikation übertragen wird, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Daten übertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN- Schnittstelle ausgebildet ist. Method according to claim 14, in which the analysis result is transmitted to a smartphone application using a means for data transmission, the means for data transmission being a means for data transmission via cable, such as in particular a USB connection, and/or as a means for Wireless data transmission, in particular a Bluetooth interface or a WLAN interface is designed.
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