WO2003049841A1 - Vorrichtung zur simultanen dialyse einer vielzahl flüssiger proben - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a device for the simultaneous dialysis of a large number of liquid samples which are received in sample vessels of a sample plate and are brought into contact with a dialysis fluid for dialysis separation via at least one semipermeable membrane.
  • a dialysis system can be used wherever, for analytical purposes in particular, a large number of liquid micro-samples, the macromolecular components of which are to be investigated, must be separated from their low-molecular components which are disruptive to the analysis with as little effort as possible, efficiently and in a manner which is easy to handle.
  • the dialysis system is advantageously used to concentrate micro-samples containing macromolecules quickly, gently and without major losses.
  • HTS high throughput screening
  • UHTS ultra high throughput screening
  • MALDI-MS Matrix Assisted Laser Desorption IonizationMass Spectrometry
  • ESI - MS Electrospray IonizationMass Spectrometry were only developed a few years ago and have become indispensable methods for HTS / UHTS and for proteome analysis, especially in combination with protease digestion methods , proven. Overall, there is a strong trend towards miniaturization of analytical methods. Many of the methods used for high-throughput screening require special sample preparation with high requirements. Such requirements are:
  • the samples may only have a low salt or detergent concentration, or they must be in a defined ion environment.
  • the dialysis method using semipermeable membranes has proven itself for the removal of low molecular weight substances, for the transfer of samples into a defined environment and for the concentration of macromolecular substances.
  • a capillary dialysis system is proposed in US Pat. No. 5,954,959 in order to increase the dialysis speed with special consideration of the ESI-MS technique.
  • US 4,450,076 proposes in which the dialysis vessels are arranged around a central axis and are moved by rotation.
  • Offers from PGC scientific also provide equilibrium dialysis chambers arranged around a central axis, which are sealed with Teflon-coated screws. Pierce offers a microdialysis system for 12x20-100 ⁇ l volumes.
  • the invention is based on the problem of simultaneously dialyzing a large number of micro samples in the ⁇ l range, essentially uniformly, easily manageable and with as little effort as possible, this dialysis under the requirements of modern screening and analysis methods with high sample throughput, quickly and possibly should be automated. Dialysis should allow a sufficiently high recovery of small volumes for secondary analytical procedures even with high sample throughput.
  • a device for the simultaneous dialysis of a large number of liquid samples comprising a dialysis vessel with the dialysis fluid therein and means for the inflow and outflow of the dialysis fluid, which are connected to a level control,
  • the liquid samples can be prepared, used and aftertreated with a high throughput using this technology.
  • air barriers that prevent dialysis are avoided when the sample plate is immersed or placed in or on the dialysis liquid. If gases still occur in the contact zone between the dialysis fluid and the sample plate due to the process, these can escape through ventilation elements in order to ensure complete contact between the dialysis fluid and the sample plate without gas barriers such as air bubbles etc.
  • This interference-free contact is an essential prerequisite for simultaneous dialysis of these large sample numbers in the ⁇ l volume range, which is essentially uniform for all samples.
  • the dialysis vessel has at least one inlet and one outlet, in order to be able to continuously remove the substances absorbed in the dialysis liquid from the same, and to constantly provide a dialysis liquid with a uniform dialysis absorption capacity in the system.
  • the outflow and inflow is connected to a level control in order to keep the dialysis conditions at the semipermeable permeable contact between the sample fluids and the dialysis fluid constant from these points of view.
  • the aforementioned features can be used to implement various types of manual or automatically operated dialysis systems, which involve a wide variety of tasks, regardless of whether the sample plate is stored, for example, by means of a swivel or vibrating arm, lying in the dialysis vessel or floating in the dialysis fluid in the vessel.
  • the sample plate can consist of a plate with cylindrical recesses as sample vessels with a capacity for microliter volumes.
  • the bores are either closed by a common or by individual dialysis membranes, which are glued, welded, bonded or sprayed to the underside of the plate, for example.
  • the dialysis membranes can also consist of several layers.
  • a lid or an adhesive film as a detachable closure of the upper ends of the sample vessels protects the sample material in the sample vessels and prevents evaporation and contamination of the small sample quantities in the micro-area.
  • the dialysis vessel with the received sample plate can be part of a circulatory system.
  • a circulation system for example in a pump-controlled circulation device, ion exchangers or detergents-binding adsorbers can be arranged, which keep the concentration of the substances to be removed from the sample in the dialysis fluid very low and thereby increase the speed of the dialysis process and the necessary volume of the Minimize dialysis fluid.
  • bound complex-forming substances is also possible, for example to remove metal ions.
  • FIG. 1 Sample plate held by feet at the bottom of a dialysis vessel.
  • FIG. 2 Device with floating mounting of the sample plate on the surface of the dialysis fluid.
  • FIG. 3 Dialysis vessel with mounting of the sample plate according to FIG. 1 and with inflow and outflow for dialysis fluid Fig. 4: Dialysis vessel with sample plate in a circulatory system for removing interfering substances from the dialysis fluid
  • FIG. 5 Device for dialysis, in which the sample plate is received in a shaker for moving the same.
  • FIG. 6 Floating holder of the sample plate (cf. FIG. 2) with conical sample vessels
  • FIG. 7 Process sequence for transferring the dialysed sample by centrifugation from the sample plate with conical sample vessels into a collecting plate with cylindrical sample vessels.
  • FIG. 8 Process sequence according to FIG. 7 with a seal between the sample plate and collecting plate
  • the sample plate 3 shows a dialysis vessel 1 with a dialysis fluid 2 located therein, on the bottom of which a sample plate 3 is mounted by means of holders 4 in the interior of the vessel.
  • the sample plate 3 consists of a plate-shaped base body with cylindrical recesses 5 arranged in a grid 8 x 12 known per se and suitable for the liquid handling technique for the microplate technology for receiving sample material 6 in the range of microliter volumes.
  • the sample plate 3 is supported by the brackets 4 so that the same is immersed in the dialysis fluid 2 with the dialysis membrane 7.
  • the dialysis membrane 7 Through the dialysis membrane 7, the exchange of small molecules is possible, depending on the exclusion limit, in that a concentration compensation between the dialysis liquid 2 and the liquids of the sample 6 occurs.
  • the removal of said small molecules from the sample 6 is thus carried out by establishing the equilibrium between the concentrations of the two compartments. Large molecules are retained by the dialysis membrane 7.
  • the level of the dialysis membrane 7 also embodies the lowest level of the sample plate 3 when used as intended. There are no zones or elements for stabilization in this grid area of the sample vessels (recesses 5), Fastening, handling etc. or also production-related areas which, starting from the sample plate 3, protrude beyond the plane of the dialysis membrane 7, touch the dialysis fluid 2 or are immersed in it, and there can form or promote air barriers which interfere with the evenly running dialysis process.
  • the dialysis liquid 2 is kept in motion by a magnetic stirrer 8 known per se at the bottom of the dialysis vessel 1 in order to keep a concentration gradient on the dialysis membrane 7 as small as possible and to accelerate the dialysis.
  • An adhesive film 9 as a releasable closure of the upper ends of the sample vessels (cutouts 5) protects the sample 6 located therein and prevents evaporation and contamination of the small sample volumes.
  • FIG. 2 shows a structure similar to the exemplary embodiment according to FIG. 1, with the difference that the sample plate 3 does not (as in FIG. 1) stand firmly on the bottom of the dialysis vessel 1 via foot-like or stand-like holding elements 4, but instead a frame-shaped floating element 10 is held directly on the surface of the dialysis liquid 2, so that the dialysis membrane 7 rests on this surface.
  • This holder is independent of the fill level of the dialysis liquid 2 in the dialysis vessel 1.
  • the sample plate 3 has ventilation holes 11, which allow collecting gases to escape below the sample plate 3 and thus ensure complete contact of the dialysis membrane 7 with the surface of the dialysis liquid 2.
  • FIG. 3 shows a device for dialysis, in which the sample plate 3 (as in FIG. 1) is supported on the floor inside the dialysis vessel 1 by means of the foot-like or stand-like holding elements 4.
  • the dialysis vessel 1 here has an inlet 12 and an outlet 13 for the dialysis liquid 2.
  • the level (fill level) of the dialysis liquid 2 is regulated by an adjustable float 14 with a float valve 15, the float 14 being guided vertically movably in a float guide 16.
  • the advantage is that the dialysis liquid 2 can be exchanged continuously.
  • the float valve system (12 to 17) can be replaced by an inlet controlled by an electronic fill level sensor.
  • Fig. 4 shows a device for dialysis, in which the dialysis vessel 1 shown in plan view with the sample plate 3 accommodated therein (see Fig. 1 and Fig. 3) and with the inlet 12 and the outlet 13 as part of a circulatory system for the flow the dialysis fluid 2 is shown.
  • the exchange of the dialysis fluid 2 does not take place, as in the device according to FIG. 3, by an open system, but the dialysis fluid 2 is moved by a pump 17 and a filter cartridge 18 in a line 19 as a circuit through the dialysis vessel 1.
  • the path (direction) of the dialysis fluid 2 is indicated by arrows, the black arrows symbolizing the outlet direction of the dialysis fluid 2.
  • the dialysis fluid 2 When it is discharged from the dialysis vessel 1, the dialysis fluid 2 can be enriched, for example, with ions and / or detergents from the sample 6. These components can be removed from the circuit by one (or more) sorbents in the filter cartridge 18. The cleaned dialysis fluid 2 thus returns, as indicated by the white arrows, into the dialysis vessel 1. It is useful here that the dialysis solution 2 can be used repeatedly, combined with the said avoidance of establishing a concentration equilibrium between the dialysis liquid 2 and the sample contained in the sample vessels (recesses 5). well 6 and the associated advantages for dialysis (see embodiment of Fig. 3).
  • FIG. 5 shows a device for dialysis (again in a sectional front view and a top view), in which the sample plate 3 is neither fixed on the bottom of the dialysis vessel 1 (see FIG. 1) nor floating on the dialysis fluid 2 in the dialysis vessel 1 (see FIG 2) is supported, but is received by a holder 20 which is connected to a shaker 22 via a shaker arm 21.
  • Shaker 22 indicated by the white crossed arrows in FIG. 5, serves for the horizontal movement of the sample plate 3 over the surface of the dialysis liquid and moves the sample plate 3 in a range of the amplitude and frequency of shakers for microtiter plates which are known per se in laboratory operation.
  • the sample 6 located in the sample vessels (recesses 5) of the sample plate 3 is mixed, which counteracts the formation of concentration gradients in the sample 6, as well as in the dialysis liquid 2, to which the shaking movement is transmitted.
  • the formation of secondary membranes which is particularly cumbersome for some dialysis processes, is avoided.
  • the removal of gas bubbles in the area of the membrane is also promoted by this movement.
  • the advantage of this device is that the speed and completeness of the dialysis is increased, if necessary also in combination with the change of the dialysis liquid 2 or its circulation and cleaning, as described in the exemplary embodiments of FIGS. 3 and 4.
  • the combinatorial representation with the aforementioned exemplary embodiments is not separately shown in the drawing.
  • the movement of samples and dialysis fluid with the positive effects mentioned can also take place by coupling in an ultrasonic mixer.
  • FIG. 6 shows (also in a sectional front view and a top view) a device for dialysis, in which the sample plate 3 (as in FIG. 2) is floating on the surface of the dialysis liquid 2.
  • the sample plate does not have, as in the previously described exemplary embodiments, sample vessels with cylindrical parallel vessel walls, but conically shaped recesses 5a in the form of a truncated cone, each with larger lower openings closed by the dialysis membrane 7 as well as comparatively smaller upper openings.
  • These smaller upper openings form an advantageous form fit (cf. FIG. 7) for transferring the sample 6 after dialysis into individual volumes (in the same grid) of other sample receiving plates, in particular the microtiter plate technology known per se.
  • the adhesive film 9 over the grid arrangement of the sample vessels (recesses 5a), which prevents the sample 6 located in the recesses 5a from evaporating, spilling and contaminating during dialysis or during transport, is also clearly visible in the top view of FIG. 6.
  • FIGS. 7 and 8 schematically show, in a sectional view through the plate, such a process sequence for transferring the dialysed sample by centrifugation from the sample plate 3 with conical sample vessels (see FIG. 6) into a collecting plate 23 with cylindrical sample vessels.
  • the collecting plate 23 is placed conversely on the sample plate 3 and rotated together with it.
  • the sample 6 initially located in the sample plate 3 is transferred into the collecting plate 23 by centrifugation. Then the sample plate 3 and the collecting plate 23 are separated from each other again.
  • a known laboratory centrifuge for microtiter plates can be used as the centrifuge. In Fig.
  • the upper openings of the recesses 5 are smaller than the openings of the sample vessels 23 facing them from the collecting plate 23, as a result of which the good positive locking already described is ensured by the intermeshing of the sample vessels indicated in the drawing.
  • the openings of the sample vessels facing one another of the sample plate 3 and the collecting plate 23 are each of the same size.
  • a required tight form fit is ensured by a seal 24 arranged between the sample plate 3 and the collecting plate 23.
  • Application example 1 With a device which provides for the receiving of the sample plate 3 in a shaking device according to FIG. 5 and which is integrated according to FIG. 4 into a circulatory system for the dialysis liquid 2, it should consist of 96 samples, low molecular weight, simultaneously lary substances, such as p-nitrophenol (p-NP) and table salt, can be removed in short dialysis times.
  • p-NP p-nitrophenol
  • the sample plate 3 which is closed with the adhesive film 9 and fastened in the holder 20 of the shaking device (see FIG. 5), is constantly shaken.
  • the effectiveness of the separation of the low molecular weight p-nitrophenol after dialysis is checked by comparing the absorbances at 405 nm of the dialyzed samples with the absorbances of the starting solution.
  • the values show that more than 99% of the p-NP could be removed under the conditions described.
  • the scatter of the absorbance values after dialysis shows that the dialysis rate in all 96 dialysis vessels is very similar.
  • the continuous decrease in the low molecular weight substances in the sample vessels (recesses 5) is monitored by measuring the conductivity (see FIG. 9) in the dialysis liquid 2.
  • Example of use 3 Using the example of Triton X-100 (TX-100), it should be checked whether it is possible to remove this frequently used detergent from analysis samples by dialysis.
  • sample plate 3 is charged with 75 ⁇ l of a 0.5% aqueous Triton X-100 solution and dialyzed against tap water for 8 hours.
  • the sample plate 3 is closed with the adhesive film 9, again inserted into the holder 20 of the shaking device (cf. FIG. 5) and shaken continuously. It is immersed in 170 ml of tap water as dialysis liquid 2, which is renewed in a circulatory system according to FIG. 4 at a flow rate of 170 ml / min.
  • the sample plate 3 is weighed before and after dialysis.
  • aliquots are removed from the dialysis tubes of the module with a multipipette, mixed with 30% n-propanol in a microtiter plate and measured in a fluorescence reader at an excitation wavelength of 270 nm after an emission wavelength of 310 nm.
  • the Triton X-100 solution used for dialysis is diluted in 30% n-propanol measured under the same conditions in a microtitre plate.
  • the measured fluorescence after dialysis in the 96 dialysis tubes of sample plate 3 shows that under the conditions described 98.7% of the Triton X-100 can be removed uniformly from all 96 dialysis tubes.
  • the sample plate 3 can also be used to concentrate 96 samples simultaneously. For this purpose, 100 ⁇ l of a 0.3% dextran blue solution are pipetted into the sample vessels (recesses 5) of the sample plate 3 using a multipipette. The sample plate 3 is then fixed on the floating frame 10 (see FIG. 2) made of polystyrene, which is placed on 100 ml of a 30% aqueous polyethylene glycol solution (PEG 40,000). After 45 minutes, the volume reduction was determined quantitatively. For this purpose, 30 ⁇ l were removed from 88 of 96 positions with a multipipette and pipetted into a microtiter plate, each containing 120 ⁇ l of 50 mM DEA buffer solution.
  • the absorbances have increased by a factor of 1, 6. This means that after 45 min the volume of the samples decreased by 37.5 ⁇ l, and that relatively evenly, as the scatter shows.
  • the DNA content in the samples was also determined after two and four hours in eight parallel samples of a concentration based on the optical density.
  • the detection was carried out at 400 nm for PNP and 260 nm for the plasmid DNA.

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Abstract

Vorrichtung zur simultanen Dialyse einer Vielzahl flüssiger Proben, bestehend aus einem Gefäß für die Dialyseflüssigkeit mit Zu- und Abfluss sowie mit einer Füllstands-Niveauregelung und aus einer Probenplatte (3) mit einer im Raster (n x 8 x 12) angeordneten Vielzahl gleicher Probengefäße (5) im μl-Bereich, deren obere Enden offen und deren untere Enden durch in einer Ebene liegende semipermeable Membranen (7) verschlossen sind. Im Rasterbereich der Probengefäße (5) weist die Probenplatte (3) keine die Ebene der Membranen (7) überragende und beim Eintauchen in die Dialyseflüssigkeit (2) Gasbarrieren bildende oder unterstützende Bereiche oder Elemente auf. Im Randbereich besitzt die Probenplatte (3) Elemente zum Entweichen von Luft nach Eintauchen in die Dialyseflüssigkeit. Sowohl die Probenflüssigkeiten als auch die Dialyseflüssigkeiten werden bewegt.

Description

Beschreibung der Erfindung
Vorrichtung zur simultanen Dialyse einer Vielzahl flüssiger Proben
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur simultanen Dialyse einer Vielzahl flüssiger Proben, welche in Probengefäßen einer Probenplatte aufgenommen werden und in diesen für eine Dialysetrennung über mindestens eine semipermeable Membran mit einer Dialyseflussigkeit in Kontakt gebracht wird. Ein solches Dialysesystem kann überall dort Anwendung finden, wo für analytische Zwecke insbesondere eine große Anzahl flüssiger Mikroproben, deren makromolekulare Anteile untersucht werden sollen, von ihren, die Analyse störenden niedermolekularen Bestandteilen möglichst aufwandgering, effizient und gut handhabbar getrennt werden müssen. Außerdem wird das Dialysesystem vorteilhaft eingesetzt, um Makromoleküle enthaltende Mikroproben schnell, schonend und ohne große Verluste zu konzentrieren. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist das Umpuffern von Proben, insbesondere im Bereich der DNA-Bearbeitung, für die Untersuchung von Proteinen und bei sequentiell erfolgenden enzymatischen Reaktionen. In den letzten Jahren haben, insbesondere ausgelöst durch die Bemühungen der Pharmaindustrie zur Gewinnung von "targets" für die Entwicklung neuer Pharmaka, hochparalleli- sierte Screeningverfahren (High throughput screening = HTS und Ultra High throughput screening = UHTS) mit extrem hohen Analysefrequenzen Einzug in die Analytik gefunden. Auch die Proteomanalytik, die sich gegenwärtig außerordentlich stark entwickelt, erfordert sehr hohe Probendurchsätze zur Charakterisierung der Vielzahl von Proteinen eines Proteoms mit ihren biologischen Modifikationen sowie für verschiedene Zustände, wie beispielsweise gesund und krank. Außerdem wird für viele Anwendungsgebiete in der biochemischen und biotechnologischen Forschung die Hochdurchsatzanalyse, beispielsweise zur Charakterisierung von Enzymen über ihre Aktivität, zur Charakterisierung von analytischen und präparativen chromatographischen Trennungen, zur massenhaften Renaturierung- von Proteinproben und zur Charakterisierung von Nukleinsäuren, ein unver- zichtbares Hilfsmittel.
Diese Hochdurchsatzverfahren haben zur Entwicklung spezieller Analyseverfahren und in ihrem Umfeld zu passfähigen Hilfstechniken geführt, die sich um das Mikrotiterplatten- raster von 8 x 12 Analysepositionen pro Grundfläche der Platte von circa 12,6 cm x 8,5 cm gruppieren. Gegenwärtig ist ein Trend zur weiteren Verdichtung der Analysepositionen auf der gleichen Grundfläche von n x 8 x l2 für n = 4, n = 16 und noch dichter besetzten Analyseplatten zu beobachten.
Sehr häufig sind es makromolekulare Substanzen wie DNA und ihre Bruchstücke, Proteine und Peptide, Glykoproteine und synthetische Makromoleküle sowie Kombinationen der aufgeführten Stoffe, die von Interesse sind.
Zwei weitere neue analytische Verfahren MALDI-MS = Matrix Assisted Laser Desorption IonisationMass Spectrometry und ESI - MS = Elektrospray IonisationMass Spectrometry wurden erst vor wenigen Jahren entwickelt und haben sich als unverzichtbare Verfahren für HTS/UHTS und für die Proteomanalytik, hier insbesondere in Kombination mit Proteaseverdaumethoden, erwiesen. Insgesamt ist ein starker Trend zur Miniaturisierung der analytischen Verfahren zu erkennen. Viele der für Hochdurchsatzscreening verwendeten Verfahren setzen eine besondere Probenvorbereitung mit hohen Anforderungen voraus. Solche Anforderungen sind:
1. Die Proben dürfen nur eine niedrige Salz- oder Detergenzkonzentration besitzen, oder sie müssen in einem definierten Ionenmilieu vorliegen.
2. Die Proben, die im μl-Volumenbereich vorliegen, müssen hochparallelisiert hantiert werden, um die erforderliche Analysefrequenz zu garantieren. Die Behandlung muss unter standardisierten Bedingungen für alle Proben gleichmäßig erfolgen.
3. Die Wiederfindung muss für diese Mikroproben im Prozess der Probenvorbereitung hinreichend hoch sein.
4. Häufig müssen Proben aus biologischem Material vor der Analyse schonend konzentriert werden, um die notwendige Zielkonzentration zu erreichen.
Zur Entfernung niedermolekularer Substanzen, zur Überführung von Proben in ein definiertes Milieu und zur Konzentrierung von makromolekularen Substanzen hat sich das Dialyseverfahren unter Verwendung semipermeabler Membranen bewährt. So gibt es eine größere Anzahl von Anbietern für Dialyseverfahren, die beispielsweise im Internet unter der Adresse http://biosupplynet.com zusammengestellt sind.
Hauptanstrengungen der Firmen und Erfinder zur Verbesserung der Dialysetechnik richten sich im wesentlichen darauf, Probleme bei der praktikablen Handhabung der Technik, wie beispielsweise Mischprobleme, Wiederfindungsprobleme von Makromolekülen, Probleme mit der Geschwindigkeit des Dialyseprozesses und Probleme, die im Zusammenhang mit kleinen Volumina (μl-Bereich) auftreten, zu überwinden.
Für MALDI- und ESI-MS-V erfahren ist nach dem bekannten Stand der Technik meist eine Entfernung von Salzen, Detergenzien und anderen kontaminierenden Substanzen notwen- dig.
Möglichkeiten, die Qualität der essentiellen Mischung einer Dialyselösung an sich zu verbessern, werden in der US 5,183,564 und in der US 6,176,609 beschrieben. Die letztgenannte Schrift bezieht sich auf ein allgemeines Verfahren zur Mischung in einer Anzahl von Gefäßen. Dem allgemeinen Trend zur Miniaturisierung Rechnung tragend, sind eine Reihe von Lösungen vorgeschlagen worden. So sind in der US 6,039,871 Vorrichtungen genannt, die als Wegwerfmaterial vorgesehen sind und die Dialyse von 10-100μl Proben in speziellen zusammensteckbaren Gefäßen vorsehen. In der US 5,733,442 wird ein geschlossenes Mikrodialysesystem vorgestellt, welches zusammenschraubbare Mikrokammern mit zwei Dialysemembranen und eine besondere Rühreinrichtung besitzt. Der Problematik der Wiederfindung von kleinen Analysevolumina wird durch Einführung einer speziellen Auffangkammer in der US 6,217,772 Aufmerksamkeit geschenkt. In den Schriften US 5,783,075 und US 5,503,741 wird ein Vorschlag zur schwimmenden Dialyse in speziell konfigurierten Gefäßen unterbreitet. Für die schwimmende Dialyse gibt es auch Angebote der Firmen PGC, der Firma Daigger und der Firma Pierce mit den weit verbreiteten Slide-Dialysesystemen.
Zur Erhöhung der Dialysegeschwindigkeit unter besonderer Berücksichtigung der ESI-MS Technik wird ein Kapillardialysesystem in der US 5,954,959 vorgeschlagen. Für die Dialyse einer Vielzahl von Proben gibt es Vorschläge in der US 4,450,076, in der die Dialysegefäße um eine zentrale Achse angeordnet sind und durch Drehung bewegt werden. Angebote von PGC scientific sehen ebenfalls um eine zentrale Achse angeordnete Gleichgewichtsdialysekammern vor, die mit teflonbeschichteten Schrauben abgedichtet werden. Von Pierce wird ein Mikrodialysesystem für 12x20-100 μl- Volumina angeboten.
Die vorgeschlagenen Lösungen sind jedoch für die Anforderungen hoher Durchsätze, wie sie für HTS, UHTS und für die Proteomanalytik notwendig sind, nicht geeignet, weil sie entweder
1. nicht passfähig zur hochparallelisierten Mikroplattentechnologie, insbesondere zur entsprechenden Liquidhandling-Technik, ausgebildet sind 2. eine simultane und essentiell gleichmäßig für alle Proben erfolgende Dialyse großer Probenzahlen im μl- Volumenbereich nicht gestatten
3. die genügend hohe Wiederfindung dieser kleinen Volumina für sekundäre analytische Prozeduren nicht erlauben 4. eine geeignet hohe Dialysegeschwindigkeit nicht vorsehen
5. unpraktikabel große Volumina für die Dialyseflüssigkeit erfordern oder
6. durch ihre komplizierte Einsatzweise unpraktikabel im Routinebetrieb mit einem hohem Durchsatz sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, simultan eine Vielzahl von Mikroproben im μl-Bereich essentiell gleichmäßig, gut handhabbar und möglichst aufwandgering zu dialy- sieren, wobei diese Dialyse unter den Anforderungen der modernen Screening- und Analysemethoden mit hohem Probendurchsatz, schnell sowie ggf. automatisierbar durchzuführen sein soll. Die Dialyse soll auch bei hohem Probendurchsatz eine hinreichend hohe Wiederfindung von kleinen Volumina für sekundäre analytische Prozeduren erlauben.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur simultanen Dialyse einer Vielzahl flüssiger Proben, - enthaltend ein Dialysegefäß mit darin befindlicher Dialyseflüssigkeit sowie Mitteln für den Zu- und Abfluss der Dialyseflussigkeit, welche mit einer Füllstands-Niveau- regelung in Verbindung stehen,
- enthaltend zumindest eine in die Dialyseflussigkeit eintauchende bzw. diese berührende sowie durch Halterungselemente in bzw. auf der Oberfläche der Dialyseflüssigkeit gehalterte Probenplatte mit einer im an sich bekannten sowie zur Liquidhandlingtechnik für die Mikroplattentechnologie passfähigen Raster (n x 8 x 12) angeordneten Vielzahl gleicher Probengefäße im Fassungsvermögen für Mikrolitervolumina, wobei von den Probengefäße jeweils die oberen Enden offen und die unteren Enden durch in einer Ebene liegende semipermeable Membranen verschlossen sind und die Probenplatte im Rasterbereich der Probengefäße keine die Ebene der semipermeablen Membranen überragenden und in der Dialyseflussigkeit Gasbarrieren bildenden oder unterstützenden Zonen oder Elemente aufweist sowie in ihren Randbereichen Elemente, beispielsweise Öffnungen, zum Entweichen von Luft beim Berührungskontakt mit der Dialyseflussigkeit besitzt, - außerdem enthaltend Mittel zur Bewegung der Probenplatte und der Dialyseflussigkeit.
Durch die Passfähigkeit der im Dialysesystem eingesetzten Probenplatte zur besagten Liquidhandling-Technik für die Mikroplattentechnologie können die flüssigen Proben mit hohem Durchsatz nach dieser Technologie vorbereitet, angewendet und nachbehandelt werden. Mit der speziellen Ausbildung der Probenplatte werden die Dialyse behindernde Luftbarrieren beim Eintauchen bzw. Aufsetzen der Probenplatte in bzw. auf die Dialyseflüssigkeit vermieden. Treten dennoch prozessbedingt Gase in der Berührungszone zwischen Dialyseflussigkeit und Probenplatte auf, so können diese durch Entlüftungselemente entweichen, um in jedem Fall einen vollständigen Kontakt zwischen Dialyseflüssigkeit und Probenplatte ohne Gasbarrieren, wie Luftblasen etc., zu gewährleisten. Dieser störungsfreie Kontakt ist eine wesentliche Voraussetzung für eine simultane und essentiell gleichmäßig für alle Proben erfolgende Dialyse dieser großen Probenzahlen im μl-Volumenbereich. Dieser Effekt wird wesentlich unterstützt durch die Bewegung der Probenflüssigkeiten und der Dialyseflussigkeit, so dass sich insbesondere keine Sekundärmembranbildung zwischen der Dialyseflüssigkeit und den Probenvolumina ausbilden können und die Dialyse kontinuierlich ablaufen kann. Zu diesem Zweck besitzt das Dialysegefaß mindestens einen Zu- und einen Ablauf, um die in der Dialyseflüssigkeit aufgenommenen Stoffe aus derselben kontinuierlich wieder entfernen zu können, und ständig eine Dialyseflussigkeit mit gleichmäßiger Dialyseaufnahmefähigkeit im System bereitzustellen. Der Ab- und Zufluss ist dabei mit einer Füllstands-Niveauregelung verbunden, um die Dialysebedingungen am semipermeable durchlässigen Kontakt zwischen den Probenflüssigkeiten und der Dialyseflüssigkeit auch unter diesen Gesichtspunkten konstant zu halten.
Durch die Bewegung nicht nur der Dialyseflüssigkeit, sondern auch der Probenflüssigkeiten, beispielsweise durch eine an sich bekannte Schütteleinrichtung, mit welcher die Probenplatte in Verbindung steht, werden nicht nur eine hohe Dialyse-Effektivität an sich erreicht, sondern auch spezielle Anwendungen, wie beispielsweise eine Dialyse z. B. von Mizellen ausbildende Detergenzien, überhaupt erst ermöglicht. Mit den vorgenannten Merkmalen können verschiedenartig ausgebildete sowie mit unterschiedlichsten Aufgaben behaftete manuelle oder automatisch betriebene Dialysesysteme realisiert werden, unabhängig davon, ob die Probenplatte beispielsweise mittels Schwenk- bzw. Rüttelarm, im Dialysegefäß aufliegend oder schwimmend in der im Gefäß befindlichen Dialyseflussigkeit gelagert wird.
Im einfachsten Fall, jedoch ohne die Erfindung darauf zu beschränken, kann die Probenplatte aus einer Platte mit zylindrischen Aussparungen als Probengefäße im Fassungsvermögen für Mikrolitervolumina bestehen. An der Unterseite der Probenplatte sind die Bohrungen (Probengefäße) entweder jeweils durch eine gemeinsame oder durch einzelne Dialysemembranen geschlossen, welche beispielsweise an die Unterseite der Platte geklebt, geschweißt, gebondet oder gespritzt sind. Die Dialysemembranen können auch aus mehreren Lagen bestehen.
Ein Deckel oder eine Klebefolie als lösbarer Verschluss der oberen Enden der Probengefäße schützt das in den Probengefäßen befindliche Probengut und verhindert ein Verdunsten und eine Kontamination der geringen Probenmengen im Mikrohterbereich.
In den Unteransprüchen sind zahlreiche vorteilhafte Ausgestaltungen der erfinderischen Merkmale aufgeführt. So kann das Dialysegefäß mit der aufgenommenen Probenplatte Bestandteil eines Kreislaufsystems sein. In einem solchen Kreislaufsystem, beispielsweise in einer pumpengesteuerten Umwälzeinrichtung, können Ionenaustauscher oder Detergen- zien bindende Adsorber angeordnet sein, welche die Konzentration der aus der Probe zu entfernenden Substanzen in der Dialyseflüssigkeit sehr klein halten und dadurch die Geschwindigkeit des Dialyseprozesses erhöhen sowie das notwendige Volumen der Dialyseflussigkeit minimieren. Auch die Verwendung von gebundenen komplexbildenden Substanzen ist möglich, um beispielsweise Metallionen zu entfernen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 : Am Boden eines Dialysegefäßes durch Füße gehalterte Probenplatte Fig. 2: Vorrichtung mit schwimmender Halterung der Probenplatte auf der Oberfläche der Dialyseflussigkeit Fig. 3: Dialysegefäß mit Halterung der Probenplatte gemäß Fig. 1 sowie mit Zu- und Abfluss für die Dialyseflussigkeit Fig. 4: Dialysegefäß mit Probenplatte in einem Kreislaufsystems zum Entfernen störender Substanzen aus der Dialyseflussigkeit
Fig. 5: Vorrichtung zur Dialyse, bei welcher die Probenplatte in einem Schüttler zur Bewegung derselben aufgenommen ist Fig. 6: schwimmende Halterung der Probenplattes (vgl. Fig. 2) mit konischen Probengefäßen
Fig. 7: Verfahrensablauf zur Übertragung des dialysierten Probengutes durch Zentri- fugation aus der Probenplatte mit konischen Probengefäßen in eine Auffangplatte mit zylindrischen Probengefäßen Fig. 8: Verfahrensablauf gemäß Fig. 7 mit einer Dichtung zwischen Probenplatte und Auffangplatte
Fig. 9: Abhängigkeit der Leitfähigkeit der Dialyseflussigkeit von der Dialysezeit
In Fig. 1 ist ein Dialysegefäß 1 mit darin befindlicher Dialyseflüssigkeit 2 gezeigt, auf des- sen Boden im Gefäßinneren eine Probenplatte 3 mittels Halterungen 4 gelagert ist. Die Probenplatte 3 besteht aus einem plattenförmigen Grundkörper mit in einem an sich bekannten und zur Liquidhandling-Technik für die Mikroplattentechnologie passfähigen Raster 8 x 12 angeordneten zylindrischen Aussparungen 5 zur Aufnahme von Probengut 6 im Bereich von Mikrolitervolumina. An der Unterseite der Probenplatte 3 befindet sich eine an diese beispielsweise angeklebte und für alle Probengefäße gemeinsame semipermeable Dialysemembran 7, über welche das in den Aussparungen 5 enthaltene Probengut 6 jeweils mit der Dialyseflüssigkeit 2 in Verbindung steht. Zu diesem Zweck ist die Probenplatte 3 durch die Halterungen 4 so gelagert, dass dieselbe mit der Dialysemembran 7 in die Dialyseflussigkeit 2 eintaucht. Durch die Dialysemembran 7 ist der Austausch kleiner Moleküle, je nach Ausschlussgrenze möglich, indem ein Konzentrationsausgleich zwischen der Dialyseflüssigkeit 2 und den Flüssigkeiten des Probengutes 6 eintritt. Die Entfernung der besagten kleinen Moleküle aus dem Probengut 6 erfolgt somit durch die Gleichgewichtseinstellung zwischen den Konzentrationen der beiden Kompartimente. Große Moleküle werden durch die Dialyse- membran 7 zurückgehalten.
Die Ebene der Dialysemembran 7 verkörpert quasi auch die unterste Ebene der Probenplatte 3 bei ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung. Es existieren in diesem Rasterbereich der Probengefäße (Aussparungen 5) keine Zonen oder Elemente zur Stabilisierung, Befestigung, Handhabung etc. oder auch herstellungsbedingte Bereiche, welche von der Probenplatte 3 ausgehend die Ebene der Dialysemembran 7 überragen, die Dialyseflüssigkeit 2 berühren oder in diese eintauchen sowie dort den gleichmäßig verlaufenden Dialyse- prozess störende Luftbarrieren ausbilden oder fördern können. Durch einen an sich bekannten Magnetrührer 8 am Boden des Dialysegefäßes 1 wird die Dialyseflüssigkeit 2 in Bewegung gehalten, um einen Konzentrationsgradienten an der Dialysemembran 7 möglichst klein zu halten und die Dialyse zu beschleunigen. Eine Klebefolie 9 als lösbarer Verschluss der oberen Enden der Probengefäße (Aussparungen 5) schützt das in diesen befindliche Probengut 6 und verhindert ein Verdunsten und eine Kontamination der kleinen Probenvolumina.
In Fig. 2 ist ein Aufbau ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gezeigt, mit dem Unterschied, dass die Probenplatte 3 nicht (wie in Fig. 1) über fuß- oder ständerartige Halteelemente 4 fest auf dem Boden des Dialysegefäßes 1 steht, sondern durch ein rahmenförmiges Schwimmelement 10 unmittelbar auf der Oberfläche der Dialyseflüssigkeit 2 gehalten wird, so dass die Dialysemembran 7 auf dieser Oberfläche aufliegt. Diese Halterung ist unabhängig vom Füllstand der Dialyseflüssigkeit 2 im Dialysegefäß 1. Zusätzlich besitzt die Probenplatte 3 Entlüftungslöcher 11, welche sich sammelnde Gase unterhalb der Probenplatte 3 entweichen lassen und somit einen vollständigen Kontakt der Dialysemembran 7 mit der Oberfläche der Dialyseflüssigkeit 2 gewährleisten. Dieser vollständige Kontakt bildet die Voraussetzung für eine simultane und essentiell gleichmäßig für alle Proben erfolgende Dialyse dieser großer Probenzahlen im μl-Volumenbereich. Dadurch, dass die Probenplatte 3 zumindest im Rasterbereich der Probengefäße (Aussparungen 5) keine Elemente (beispielsweise zur Halterung o. ä.) besitzt, die nach unten über die Ebene der Dialysemembran 7 hinausragen und in die Dialyseflüssigkeit 2 eintauchen oder dieselbe berühren können, werden schon wesentliche Verwendungseigenschaften für den bestimmungsgemäßen Einsatz der Probenplatte 3 in einem Dialysesystem geschaffen, um Luftbarrieren in der Berührungszone der Dialyseflüssigkeit 2 an der Probenplatte 3 zu vermeiden oder zumindest nicht zu unterstützen. Treten dennoch prozessbedingt Gase in dieser Berührungszone auf, so können diese, wie besagt, durch die Entlüftungslöcher 11 nach oben durch die Probenplatte 3 entweichen. Anstatt der Entlüftungslöcher 11 wären auch andere Elemente, wie Randanphasungen o. ä., denkbar. Aus Übersichtsgründen sind die Entlüftungslöcher 11 (oder andere Entlüftungslemente) nicht in jeder konstruktiven Figur der Zeichnung explizit dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Dialyse, bei welcher die Probenplatte 3 (wie in Fig. 1) mittels der fuß- oder ständerartigen Halteelementen 4 auf dem Boden im Innern des Dialysegefäßes 1 gelagert ist. Das Dialysegefäß 1 besitzt hier einen Zulauf 12 sowie einen Ablauf 13 für die Dialyseflüssigkeit 2. Das Niveau (Füllstand) der Dialyseflüssigkeit 2 wird durch einen einstellbaren Schwimmer 14 mit einem Schwimmerventil 15 reguliert, wobei der Schwimmer 14 in einer Schwimmerführung 16 vertikal beweglich geführt wird. Der Vorteil besteht in der kontinuierlichen Austauschmöglichkeit der Dialyseflüssigkeit 2. Damit wird das Einstellen eines Konzentrationsgleichgewichts zwischen der Dialyseflüssigkeit 2 und dem in den Probengefäßen (Aussparungen 5) jeweils enthaltenen Probengut 6 vermieden, die Dialysegeschwindigkeit ist höher und die Entfernung niedermolekularer Substanzen aus dem Probengut 6 grundsätzlich verbessert. Natürlich kann das Schwimmerventilsystem(12 bis 17) durch einen über einen elektronischen Füllstandssensor geregelten Zulauf ersetzt werden.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Dialyse, bei der das in Draufsicht gezeigte Dialysegefäß 1 mit der darin aufgenommenen Probenplatte 3 (vgl. Fig.l und Fig. 3) sowie mit dem Zulauf 12 und dem Ablauf 13 als Bestandteil eines Kreislaufsystems für den Durchfluss der Dialyseflüssigkeit 2 dargestellt ist. Der Austausch der Dialyseflüssigkeit 2 erfolgt nicht, wie in der Vorrichtung gemäß Fig. 3, durch ein offenes System, sondern die Dialyseflüssigkeit 2 wird durch eine Pumpe 17 und eine Filterkartusche 18 in einer Leitung 19 als Kreislauf durch das Dialysegefäß 1 bewegt. Der Weg (Richtung) der Dialyseflüssigkeit 2 ist durch Pfeile angedeutet, wobei die schwarzen Pfeile die Auslassrichtung der Dialyseflüssigkeit 2 symbolisieren. Bei ihrem Auslass aus dem Dialysegefäß 1 kann die Dialyseflüssigkeit 2 beispielsweise mit Ionen und/oder Detergenzien aus dem Probengut 6 angereichert sein. Durch ein (oder mehrere) Sorbenz(ien) in der Filterkartusche 18 können diese Bestandteile dem Kreislauf entzogen werden. Die gereinigte Dialyseflüssigkeit 2 gelangt somit, wie durch die weißen Pfeile angedeutet, in das Dialysegefäß 1 zurück. Zweckmäßig ist hier die wiederholte Verwendbarkeit der Dialyselösung 2, verbunden mit der besagten Vermeidung des Einstellens eines Konzentrationsgleichgewichts zwischen der Dialyseflüssigkeit 2 und dem in den Probengefäßen (Aussparungen 5) jeweils enthaltenen Proben- gut 6 und den damit verbundenen Vorteilen für die Dialyse (siehe Ausführungsbeispiel zu Fig. 3).
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zur Dialyse (wiederum in geschnittener Vorderansicht und Draufsicht), bei welcher die Probenplatte 3 weder fest auf dem Boden des Dialysegefäßes 1 (vgl. Fig. 1) noch schwimmend auf der Dialyseflussigkeit 2 im Dialysegefäß 1 (vgl. Fig. 2) gelagert ist, sondern durch eine Halterung 20 aufgenommen ist, die über einen Schüttlerarm 21 mit einem Schüttler 22 in Verbindung steht. Schüttler 22 dient, angedeutet durch die weißen gekreuzten Pfeile in Fig. 5, zur Horizontalbewegung der Probenplatte 3 über die Oberfläche der Dialyseflüssigkeit und bewegt die Probenplatte 3 in einem Bereich der Amplitude und Frequenz von an sich bekannten im Laborbetrieb eingesetzten Schüttlern für Mikrotiterplatten. Dadurch wird das in den Probengefäßen (Aussparungen 5) der Probenplatte 3 befindliche Probengut 6 durchmischt, was einer Entstehung von Konzentrationsgradienten im Probengut 6, wie auch in der Dialyseflüssigkeit 2, auf die sich die Schüttelbewegung überträgt, entgegenwirkt. Außerdem wird die für manche Dialyseprozesse besonders hinderliche Ausbildung von sekundären Membranen vermieden. Auch der Abtransport von Gasbläschen im Bereich der Membran wird durch diese Bewegung begünstigt. Der Vorteil dieser Vorrichtung ist, dass ggf. auch kombiniert mit dem Wechsel der Dialyseflüssigkeit 2 bzw. deren Umwälzung und Reinigung, wie in den Ausführungsbeispielen zu Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben, die Geschwindigkeit und Vollständigkeit der Dialyse erhöht wird. Die kombinatorische Darstellung mit den besagten vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gesondert in der Zeichnung enthalten. In einer weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsform kann die Bewegung von Proben und Dialyseflüssigkeit mit den genannten positiven Effekten auch durch Einkopplung eines Ultraschallmischers erfolgen.
Fig. 6 zeigt (ebenfalls in geschnittener Vorderansicht und Draufsicht) eine Vorrichtung zur Dialyse, bei welcher die Probenplatte 3 (wie in Fig. 2) schwimmend auf der Oberfläche der Dialyseflüssigkeit 2 gelagert ist. Die Probenplatte besitzt nicht, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen, Probengefäße mit zylindrisch parallelen Gefäßwandungen, sondern konisch gestaltete Aussparungen 5a in Form eines Kegelstumpfes mit jeweils größeren unteren und durch die Dialysemembran 7 verschlossenen Öffnungen sowie vergleichsweise kleineren oberen Öffnungen. Diese kleineren oberen Öffnungen bilden einen vorteilhaften Formschluss (vgl. Fig. 7) zum Übertragen des Probengutes 6 nach der Dialyse in (im selben Raster befindliche) Einzelvolumina anderer Probenaufnahmeplatten, insbesondere der an sich bekannten Mikrotiterplattentechnologie. Gut erkennbar in der Draufsicht-Darstellung von Fig. 6 ist auch die Klebefolie 9 über der Rasteranordnung der Probengefäße (Aussparungen 5a), welche ein Verdunsten, Verschütten und Kontaminieren des in den Aussparungen 5a befindlichen Probengutes 6 während der Dialyse oder auch beim Transport verhindert.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen schematisch jeweils in Schnittdarstellung durch die Platte einen solchen Verfahrensablauf zur Übertragung des dialysierten Probengutes durch Zentrifuga- tion aus der Probenplatte 3 mit konischen Probengefäßen (vgl. Fig. 6) in eine Auffangplatte 23 mit zylindrischen Probengefäßen. Die Auffangplatte 23 wird umgekehrt auf die Probenplatte 3 aufgesetzt und gemeinsam mit dieser gedreht. Durch Zentrifugation wird das zunächst in der Probenplatte 3 befindliche Probengut 6 in die Auffangplatte 23 übertragen. Anschließend werden die Probenplatte 3 und die Auffangplatte 23 wieder voneinander getrennt. Als Zentrifuge kann eine an sich bekannte Laborzentrifuge für Mikrotiterplatten eingesetzt werden. In Fig. 7 sind die oberen Öffnungen der Aussparungen 5 kleiner als die diesen zugewandten Öffnungen der Probengefäße von der Auffangplatte 23, wodurch der bereits beschriebene gute Formschluss durch das in der Zeichnung angedeutete Ineinandergreifen der Probengefäße gewährleistet wird. Bei Fig. 8 hingegen sind die einander zugewandten Öffnungen der Probengefäße von der Probenplatte 3 und der Auffangplatte 23 jeweils gleichgroß. Hier wird ein erforderlicher dichter Formschluss durch eine zwischen der Probenplatte 3 und der Auffangplatte 23 angeordnete Dichtung 24 gewährleistet.
In den folgenden vier Anwendungsbeispielen wird gezeigt, wie mit den beschriebenen Vorrichtungen unterschiedliche Substanzen dialysiert wurden.
Anwendungsbeispiel 1: Es sollen mit einer Vorrichtung, welche die Aufnahme der Probenplatte 3 in einer Schütteleinrichtung gemäß Fig. 5 vorsieht und die nach Fig. 4 in ein Kreislaufsystem für die Dialyseflüssigkeit 2 eingebunden ist, gleichmäßig, simultan aus 96 Proben, niedermoleku- lare Substanzen, wie p-Nitrophenol (p-NP) und Kochsalz, in kurzen Dialysezeiten entfernt werden.
Dazu werden in die 8 x 12 Dialysegefäße, die mit einer VSWP Millipore Membran (0,025 μm) verschlossen sind, je 100 μl einer 1,5 mM p-NP Lösung in 50 mM Diäthanol- aminpuffer pH = 9.8 (DEA), die zusätzlich 750 mM NaCl enthält, pipettiert und gegen ein nur 11 -fach größeres Volumen von 110 ml deionisiertem Wasser 2 Stunden dialysiert. Die Dialyseflüssigkeit 2 wird mit einer Schlauchpumpe umgepumpt. In den Kreislauf ist eine Deionisierungssäule (Eco Pac, 10 ml, Bio-Rad) integriert (vgl. Fig. 4). Während der Dialyse wird die Probenplatte 3, die mit der Klebefolie 9 verschlossen und in der Halte- rung 20 der Schütteleinrichtung befestigt ist (siehe Fig. 5), ständig geschüttelt. Die Effektivität der Abtrennung des niedermolekularen p-Nitrophenols nach der Dialyse wird durch Vergleich der Absorbanzen bei 405 nm der dialysierten Proben mit den Absorbanzen der Ausgangslösung geprüft. Zur Absorbanzmessung der zur Dialyse eingesetzten Ausgangslösung werden nach Verdünnung mit DEA-Pufferlösung pH = 9.8 in einer Mikrotiterplatte die Absorbanzen in einem Reader gemessen. Zur Absorbanzmessung der 96 dialysierten Proben werden mit einer Multipipette aus der Probenplatte 3 Aliquots entnommen, mit einer 50 mM DEA-Pufferlösung pH = 9,8 in einer Mikrotiterplatte gemischt und in einem Reader gemessen. Der Vergleich der Absorbanzen in den 96 Positionen des Dialysemoduls ist in Tabelle 1 gezeigt. Die gemessenen Absorbanzen sind um den Pufferblindwert reduziert.
Tabelle 1 : Vergleich der Absorbanzen bei 405 nm (A 05) vor und nach Dialyse
Figure imgf000014_0001
Die Werte zeigen, dass unter den beschriebenen Bedingungen mehr als 99 % des p-NP entfernt werden konnte. Die Streuung der Absorbanzwerte nach Dialyse zeigt, dass die Dialysegeschwindigkeit in allen 96 Dialysegefäßen sehr ähnlich ist.
Neben dem Vergleich der Absorbanzen vor und nach der Dialyse, wurde zusätzlich die Leitfähigkeit der eingesetzten Proben (6) gemessen und mit der Leitfähigkeit der Proben nach der Dialyse aus den 96 Dialysegefäßen verglichen. Aus diesen Werten wurde eine Restleitfähigkeit gegenüber der Ausgangslösung von 0,2 % bestimmt, was die Effektivität der Dialyse ebenfalls bestätigt.
Anwendungsbeispiel 2: Zur Abtrennung niedermolekularer Ionen von Proteinen werden in 8 x 11 Positionen der Probenplatte 3 je 75 μl einer konzentrierten Lösung von alkalischer Phosphatase (14,5 μg/ml) in 1 M DEA-Puffer pH = 9,8 gegeben und 1 Stunde gegen ein großes Volumen von 470 ml deionisiertes Wasser dialysiert. Die Probenplatte 3, die auf einem Polystyrolrahmen als Schwimmelement 10 aufgelegt ist, schwimmt auf der Dialyseflüssigkeit 2, welche von dem Magnetrührer 8 bewegt wird (vgl. Fig. 2). Die kontinuierliche Abnahme der niedermolekularen Substanzen in den Probengefäßen (Aussparungen 5) wird durch Messung der Leitfähigkeit (vgl. Fig. 9) in der Dialyseflüssigkeit 2 verfolgt. Nach 60 min Dialyse sind 96 % der dialysierbaren Ionen entfernt. Die Bestimmung der enzymatischen Aktivitäten der alkalischen Phosphatase in den 88 besetzten Dialysegefäßen der Probenplatte 3 und ein Vergleich der enzymatischen Aktivität mit der Ausgangslösung ergab eine Wiederfindung der Enzymaktivität von 90,4 + 4,3 %.
Anwendungsbeispiel 3 : Am Beispiel von Triton X-100 (TX-100) soll geprüft werden, ob es möglich ist, dieses häufig genutzte Detergenz durch Dialyse aus Analyseproben zu entfernen. Dazu wird die Probenplatte 3 mit je 75 μl einer 0,5 %igen wässrigen Triton X-100 Lösung beschickt und gegen Leitungswasser 8 Stunden dialysiert. Die Probenplatte 3 wird mit der Klebefolie 9 verschlossen, wiederum in die Halterung 20 der Schütteleinrichtung eingeführt (vgl. Fig. 5) und ständig geschüttelt. Dabei taucht dieselbe in 170 ml Leitungswasser als Dialyseflüssigkeit 2 ein, welches in einem Kreislaufsystem gemäß Fig. 4 mit einer Fließgeschwindigkeit von 170 ml/min erneuert wird.
Um eventuelle Volumenänderungen zu erfassen, wird die Probenplatte 3 vor und nach Dialyse gewogen. Zur Testung der Effektivität der Tritonentfernung durch Dialyse werden mit einer Multipipette Aliquots aus den Dialysegefäßen des Moduls entnommen, in einer Mikrotiterplatte mit 30 %igem n-Propanol gemischt und in einem Fluoreszenzreader bei einer Excitationswellenlänge von 270 nm nach einer Emissionswellenlänge von 310 nm gemessen. Die zur Dialyse eingesetzte Triton X-100 Lösung wird nach Verdünnung in 30 %igem n-Propanol unter gleichen Bedingungen in einer Mikrotiteφlatte gemessen. Zur Korrektur der Messwerte und zur Kontrolle der Linearität des Messbereichs werden sowohl die Propanollösung in 56 Positionen der Mikrotiterplatte (Blindwerte) als auch drei Eichkonzentrationen von Triton X-100 zwischen 12,5 und 50 μM unter gleichen Bedingungen geraessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Die gemessenen Mittelwerte sind um den gemittelten Propanolblindwert reduziert.
Tabelle 2: Vergleich der Fluoreszenzen vor und nach Dialyse
Figure imgf000016_0001
Die gemessenen Fluoreszenzen nach Dialyse in den 96 Dialysegefäßen der Probenplatte 3 zeigen, dass unter den beschriebenen Bedingungen 98,7 % des Triton X-100 gleichmäßig aus allen 96 Dialysegefäßen entfernt werden kann.
Anwendungsbeispiel 4:
Die Probenplatte 3 kann auch zum gleichzeitigen Konzentrieren von 96 Proben verwendet werden. Dazu werden je 100 μl einer 0,3 %igen Dextranblaulösung mit einer Multipipette in die Probengefäße (Aussparungen 5) der Probenplatte 3 pipettiert. Die Probenplatte 3 wird anschließend auf den Schwimmrahmen 10 (vgl. Fig. 2) aus Polystyrol fixiert, welcher auf 100 ml einer 30 %-igen wässrigen Polyethylenglykollösung (PEG 40 000) gelegt. Nach 45 min wurde die Volumenreduktion quantitativ bestimmt. Dazu wurden aus 88 von 96 Positionen je 30 μl mit einer Multipipette entnommen und in eine Mikrotiterplatte pipettiert, die je 120 μl 50 mM DEA-Pufferlösung enthält. In die fehlenden 8 Positionen der Mikrotiteφlatte wurden statt der Probelösung je 30 μl Referenzlösung (0,3 % Dextranblaulösung) gegeben. Die Mikrotiteφlatte wurde nach intensivem Mischen bei 620 nm in einem Reader gemessen. Ein Vergleich der gemittelten Absorbanzen von Proben und Referenzlösung zeigt die unter den beschriebenen Bedingungen gemessenen Absorbanzen (Tabelle 3). Tabelle 3: Vergleich der Absorbanzen von Dextranblau vor und nach Konzentrierung
Figure imgf000017_0001
Die Absorbanzen haben um den Faktor 1 ,6 zugenommen. Das bedeutet, dass nach 45 min das Volumen der Proben um 37,5 μl abgenommen hat, und zwar relativ gleichmäßig, wie die Streuung zeigt.
Anwendungsbeispiel 5:
Zur Dialyse von Plasmid-DNA wurden in einer 96 well Dialyseplatte 110 μl der Proben mit Plasmid-DNA pcDNA3.1hcS ΔE44-N63 (6,5 kb) gegen Puffer Tris 10 mM pH 8 unter Schütteln und Rühren behandelt. Den Proben wurde Paranitrophenol (PNP) in der Endkonzentration 978 μM zugesetzt und die Abnahme der Konzentration jeweils nach zwei und vier Stunden gemessen.
Der Gehalt an DNA in den Proben wurde ebenfalls nach zwei und vier Stunden in jeweils acht Parallelproben einer Konzentration anhand der optischen Dichte ermittelt. Die Detektion erfolgte bei 400 nm für PNP und 260 nm für die Plasmid-DNA.
Bilanz der Plasmid-DNA: Die Konzentrationen wurden mit einer Eichreihe des Plasmids anhand der optischen Dichte berechnet.
Figure imgf000017_0002
Bilanz von PNP in den Proben anhand einer Eichreihe für die Proben (n=32):
Figure imgf000017_0003
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Dialysegefäß
2 Dialyseflüssigkeit
3 Probenplatte
4 Halterung
5, 5a Aussparung
6 Probengut
7 Dialysemembran
8 Magnetrührer
9 Klebefolie
10 Schwimmelement
11 Entlüftungsloch
12 Zulauf
13 Ablauf
14 Schwimmer
15 S chwimrnerventil
16 S chwimmer fuhrung
17 Pumpe
18 Filterkartusche
19 Leitung
20 Halterung
21 Schüttlerarm
22 Schüttler
23 Auffangplatte
24 Dichtung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur simultanen Dialyse einer Vielzahl flüssiger Proben, - enthaltend ein Dialysegefäß (1) mit darin befindlicher Dialyseflüssigkeit (2) sowie Mitteln (12, 13) für den Zu- und Abfluss der Dialyseflüssigkeit (2), welche mit einer Füllstands-Niveauregelung (15) in Verbindung stehen,
- enthaltend zumindest eine in die Dialyseflüssigkeit (2) eintauchende bzw. diese berührende sowie durch Halterungselemente (4, 10, 20) in bzw. auf der Oberfläche der Dialyseflüssigkeit (2) gehalterte Probenplatte (3) mit einer im an sich bekannten sowie zur Liquidhandlingtechnik für die Mikroplattentechnologie passfähigen Raster (n x 8 x 12) angeordneten Vielzahl gleicher Probengefäße (5) im Fassungsvermögen für Mikrolitervolumina, wobei von den Probengefäße (5) jeweils die oberen Enden offen und die unteren Enden durch in einer Ebene liegende semipermeable Membranen (7) verschlossen sind und die Probenplatte (3) im Rasterbereich der Probengefäße (5) keine die Ebene der semipermeablen Membranen (7) überragenden und in der Dialyseflüssigkeit (2) Gasbarrieren bildenden oder unterstützenden Zonen oder Elemente aufweist sowie in ihren Randbereichen Elemente, beispielsweise Öffnungen (11), zum Entweichen von Luft beim Berührungskontakt mit der Dialyseflüssigkeit (2) besitzt,
- außerdem enthaltend Mittel (21, 22, 8, 17) zur Bewegung der Probenplatte und der Dialyseflüssigkeit (2)
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeiclinet, dass die Probenplatte (3) aus einer Platte mit zylindrischen Aussparungen (5) als Probengefäße besteht.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenplatte (3) die Geometrie von an sich bekannten Mikrotitrationsplatten aufweist.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Enden der auf der Probenplatte (3) vorgesehenen Probengefäße (5) jeweils durch einzelne Dialysemembranen (7) geschlossen sind.
1.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Enden der auf der Probenplatte (3) vorgesehenen Probengefäße (5) durch eine oder mehrere gemeinsame Dialysemembranen (7) geschlossen sind.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dialysemembranen (7) aus mehreren Membranschichten bestehen.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenplatte (3) auf die Dialysemembranen (7) aufgespritzt ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dialysemembran (7) auf die Unterseite der Probenplatte (3) geklebt ist.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dialysemembran (7) auf die Unterseite der Probenplatte (3) gebondet, geschweißt oder gespritzt ist.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klebefolie (9) als lösbarer Verschluss der oberen Enden der Probengefäße (5) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Deckel als lösbarer Verschluss der oberen Enden der Probengefäße (5) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dialysegefäß (1) mindestens einen Zufluss (12) sowie mindestens einen vorzugsweise mit einem Schwimmerventil (15) in Verbindung stehenden Abfluss (13) für die Dialyseflüssigkeit (2) aufweist.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen Abfluss (13) und dem mindestens einem Zufluss (12) Mittel (18) zur Entfer- nung von zu dialysierenden Substanzen aus der Dialyseflüssigkeit (2) vorgesehen sind.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel aus wenigstens einem Ionenaustauscher bestehen.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeiclinet, dass diese Mittel als Deter- genzien bindende Adsorber ausgebildet sind.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel chelatbil- dende Substanzen enthalten.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflußmenge der Dialyseflüssigkeit (2) durch den mindestens einen Zufluss (12) und durch den mindestens einen Abfluss (13), beispielsweise durch Ventile oder Stellelemente, jeweils einstell- bar ist.
18. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dialysegefäß (1) mit seinem mindestens einen Zufluss (12) und mit seinem mindestens einen Abfluss (13) Bestandteil eines durch eine Umwälzpumpe (17) bewegten Kreislaufsystems für die Dialy- seflüssigkeit (2) ist.
19. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenplatte (3) im Dialysegefäß (1), beispielsweise durch auf dem Gefäßboden aufliegende fuß- bzw. ständerartige Elemente (4), gehaltert wird.
20. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenplatte (3) mittels eines oder mehreren Schwimmelementen (10) in der im Dialysegefäß (1) befindlichen Dialyseflüssigkeit (2) gehaltert wird.
21. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenplatte (3) mit Mitteln (22, 21) zur Bewegung und Durchmischung zumindest der in den Probengefäßen (5) enthaltenen Flüssigkeit (6) in Verbindung steht.
22. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel aus einem an sich bekannten Schüttler (22) bestehen.
23. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel aus einer Ultraschallquelle bestehen.
24. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kontrollelemente zur Messung und/oder Beeinflussung der Dialyseflüssigkeit (2) vorgesehen sind.
25. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollelemente Mittel zur simultanen Leitfähigkeitsmessung sind.
26. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollelemente Mittel zur simultanen Messung der optischen Dichte sind.
27. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollelemente Fluoreszenzdetektoren sind.
28. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollelemente Thermometer sind.
29. Vorrichtung gemäß Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollelemente zur Steuerung des Dialyseprozesses eingesetzt werden.
30. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zweck einer Probenumfüllung, beispielsweise durch Zentrifugation, eine umgekehrt auf die Probenplatte (3) aufsetzbare Auffangplatte (23) mit einer Pluralität von Probengefäßen vorgesehen ist, deren Rasteranordnung (n x 8 x 12) deckungsgleich zum Raster der Probengefäße (5) der Probenplatte (3) ist.
31. Vorrichtung gemäß Anspruch 30 dadurch gekennzeichnet, dass die Probengefäßöffnungen der beim Aufsetzen der Auffangplatte (23) korrespondierenden Probengefäße der Auffangplatte (23) und der Probenplatte (3) jeweils unterschiedlich sind und für einen Formschluss vorzugsweise jeweils ineinander greifen.
32. Vorrichtung gemäß Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, dass die Probengefäße (5) der Probenplatte (3) konisch ausgeführt sind, wobei die unteren größeren Öffnungen durch die Dialysemembranen (7) verschlossen sind und die oberen Öffnungen der Proben- gefäße (5) jeweils kleiner als die beim Aufsetzen der Auffangplatte (23) korrespondierenden Probengefäßöffnungen der Auffangplatte (23) sind.
33. Vorrichtung gemäß Anspruch 30 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der beim Aufsetzen der Auffangplatte (23) korrespondierenden Probengefäße der Auffangplatte (23) und der Probenplatte (3) jeweils gleichgroß sind.
34. Vorrichtung gemäß Anspruch 30 dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum besseren Formschluss sowie zur Abdichtung zwischen der Probenplatte (3) und der Auffangplatte (23), beispielsweise eine Dichtung oder Paste, vorgesehen sind.
35. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bewegung der Dialyseflüssigkeit (2) aus einem an sich bekannten Magnetrührer (8) bestehen.
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