WO2003100401A1

WO2003100401A1 - Vorrichtung zur analyse von bestandteilen einer probe

Info

Publication number: WO2003100401A1
Application number: PCT/AT2003/000154
Authority: WO
Inventors: Bernhard Ronacher
Original assignee: Bernhard Ronacher
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2003-12-04
Also published as: AT500427A1; AU2003232913A1; EP1508033A1; US20090311139A1; AT500427B1; US20050255578A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Analyse von Bestandteilen einer Probe (5) mit auf einer Oberfläche eines Trägers aufgebrachten Sensormolekülen, die gegebenenfalls mit den zu analysierenden Bestandteilen eine Bindung eingehen vorgeschlagen. Um selbst geringe Mengen an zu analysierenden Bestandteilen einer Probe sicher feststellen zu können and um ein gutes Analyseergebnis zu erhalten, wird vorgeschlagen, dass der Träger aus einem unter Freilassung eines radialen Ringspaltes (9) in einen Probenbehälter (2) einsetzbaren Rotor (1) besteht, dessen Umfangsfläche (3) die mit den Sensormolekülen zu versehende Oberfläche bildet.

Description

Vorrichtung zur Analyse von Bestandteilen einer Probe

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse von Bestandteilen einer Probe mit auf einer Oberfläche eines Trägers aufgebrachten Sensormolekülen, die gegebenenfalls mit den zu analysierenden Bestandteilen eine Bindung oder Wechselwirkungen eingehen.

Stand der Technik

Bekannte Vorrichtungen arbeiten mit auf Trägerplättchen bereichsweise aufgebrachten Sensormolekülen, die eine Bindungsstelle für Bestandteile einer zu analysierenden Probe anbieten oder mit Bestandteilen der Probe in Wechselwirkung treten. Die Sensormoleküle sind dabei beispielsweise in einem bestimmten Muster über das Trägerplättchen verteilt angeordnet, wobei verschiedenste Sensormoleküle für verschiedenste zu analysierende Bestandteile der Probe auf dem Trägerplättchen vorgesehen sein können. Die Analyse erfolgt durch eine molekulare Bindung von Probenbestandteilen mit den Sensormolekülen. Ob gewisse Bestandteile in einer Probe enthalten sind, läßt sich somit daran erkennen, ob derartige Bestandteile eine Bindung mit zugehörigen Sensormolekülen eingegangen sind. Die Erkennung einer derartigen molekularen Bindung erfolgt beispielsweise mittels einer optischen, einer elektrochemischen Messung oder einer Messung der Massenänderung. Derartige Vorrichtungen werden üblicherweise chemische Sensoren genannt. Handelt es sich bei den zu analysierenden Bestandteilen um Biomoleküle, wird die Vorrichtung Biosensor genannt. Sind auf einem Träger mehrere verschiedene Sensormoleküle untergebracht spricht man von einem Biochip. Derartige Biochips können aus einer auf einem Mikrochip angeordneten Menge von Biosensoren bestehen, wobei auf diesem Mikrochip elektrische Sensoren gatter- förmig angeordnet sein können, die einzelnen Sensormolekülen zugeordnet sind. Mit diesen elektrischen Sensoren kann gemessen werden, ob Bestandteile der Probe eine Bindung mit Sensormolekülen eingegangen sind oder nicht. Wie bereits erwähnt können auf einem Biochip unterschiedlichste Sensormoleküle für verschiedenste Bestandteile einer Probe untergebracht und gleichzeitig analysiert werden.

Bei den bekannten Vorrichtungen wird die Probe auf das Probenplättchen aufgebracht und das Probenblättchen anschließend üblicherweise mit einem weiteren Plättchen abgedeckt, um über die gesamte Trägerplättchenoberfläche eine gleichmäßige Probenverteilung zu gewährleisten, was für exakte Messungen unerläßlich ist. Nach einer gewünschten Verweildauer der Probe auf dem Träger wird die Probe entfernt und können Bindungen bzw. Wechselwirkungen zwischen Sensormolekülen und Bestandteilen der Probe gemessen werden. Da die bekannten Biochips aber wie bereits erwähnt eine Vielzahl an verschiedensten Sensormolekülen an ihrer Oberfläche aufnehmen, besteht bei den bekannten Vorrichtungen stets die Möglichkeit, daß in geringer Konzentration in der Probe vorhandene Bestandteile mit diesen Vorrichtungen nicht erkannt werden können, insbesondere wenn sich nicht gerade ein Sensormolekül in der Nähe eines zugehörigen, zu messenden Bestandteils befindet. Mit diesen bekannten Vorrichtungen ist somit nicht gewährleistet, daß in der Probe vorhandene Bestandteile ihr passendes Sensormolekül finden.

Aus der WO 02/08457 A2 ist es bekannt, eine Probe entlang von Reaktionsarealen zu fördern, wozu die Sensormoleküle im Nutengrund einer Schraube plaziert werden, welche Schraube anschließend in ein in einem Probenbehälter vorgesehenes Muttergewinde eingeschraubt wird. Dabei bildet sich im Bereich zwischen dem Nutengrund der Schraube und dem Muttergewinde ein Strömungskanal aus, durch den die Probe gefördert wird. In geringer Konzentration in der Probe vorhandene Bestandteile können mit einer derartigen Vorrichtung allerdings nur dann mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem Sensormolekül eingefangen werden, wenn die Probe mehrmals durch den Strömungskanal gefördert wird. Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art derart weiterzubilden, daß mit ihr selbst geringste Mengen an in einer Probe enthaltenen Bestandteilen mit einfachsten Mitteln nachgewiesen werden können. Gleichzeitig soll aber die Möglichkeit bestehen eine möglichst große Anzahl an Bestandteilen einer Probe gleichzeitig automatisiert analysieren zu können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Träger aus einem unter Freilassung eines radialen Ringspaltes in einen Probenbehälter einsetzbaren Rotor besteht, dessen Umfangsfläche die mit den Sensormolekülen zu versehende Oberfläche bildet.

Da der Träger als Rotor ausgebildet ist, der in einen Probenbehälter eintaucht, wird der Probe bei einer Drehbewegung des Rotors im Probenbehälter eine Strömung aufgezwungen, aufgrund der stets eine Relativbewegung zwischen der Probe und den Sensormolekülen vorhanden ist. Durch diese Relativbewegung zwischen Probe und Sensormolekülen ist gewährleistet, daß die zu analysierenden Bestandteile durch den aktiven Probentransport entlang der Reaktionsareale mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ihr bzw. ihre zugehörigen Sensormoleküle finden. Durch die Drehbewegung des Rotors ist eine parallele Analyse verschiedenster Bestandteile einer Probe in einer Messung (Analyse) gegebenenfalls vollautomatisiert möglich.

Die Probe kann beispielsweise vor Einsetzen des Rotors in den Probenbehälter eingebracht werden, oder aber der Rotor weist wenigstens einen im Probenbehälter mündenden axialen oder radialen Strömungskanal auf, so daß die Probe bei in den Probenbehälter eingesetztem Rotor in den Ringspalt zwischen Probenbehälter und Rotor eingebracht werden kann. Auf diese Weise könnte beispielsweise eine größere Menge einer Probe durch die Vorrichtung gepumpt werden um diese zu analysieren. Zudem könnte dem Probenbehälter wenigstens ein Kanal für einen Probentransport in oder aus dem Probenbehälter zugehören, bzw. kann dieser Strömungskanal oder können diese Strömungskanäle nach einer erfolgten Analyse zur Zufuhr und Abfuhr von Reinigungsmittel oder von Mitteln zur Erkennung von Bindungen verwendet werden.

Um bestmögliche Verhältnisse für die Analyse zu schaffen, ist es vorteilhaft, wenn dem Probenbehälter zumindest bereichsweise eine Heiz- und/oder eine Kühleinrichtung zugeordnet ist. Damit können beispielsweise für verschiedene Sensormoleküle Reaktionstemperaturen angepaßt werden.

Um eine möglichst einfache und rasche Analyse der Bestandteile zu gewährleisten, kann die Oberfläche des Rotors elektrische Sensoren aufweisen, auf denen die Sensormoleküle plaziert sind. Dabei wird dann durch eine Messung von Spannung, Widerstand und/oder Strommessungen auf vorhandene Bindungen zwischen Sensormolekülen und den zu analysierenden Bestandteilen geschlossen.

Ebenso kann dem Probenbehälter eine optische Meßeinrichtung zugehören mit der Bindungen beispielsweise aufgrund sich ändernder Lumineszenz und/oder Fluoreszenz erkannt werden können. Diese Meßeinrichtung dient gegebenenfalls zur Beobachtung und Messung von Interaktionsereignissen zwischen Probe- und Sensormolekülen während der Inkubation (ohne den Rotor aus dem Probenbehälter entfernen zu müssen), also bei Bedarf auch während der Probe vom Rotor eine Strömung aufgezwungen wird, so daß Anzahl und Art der Reaktionen in Abhängigkeit der Analysezeit aufgenommen werden können.

Um den Probentransport entlang der Reaktionsareale, also der Sensormoleküle, weiter zu verbessern, können dem Probenbehälter und/oder dem Rotor Leiteinrichtungen für eine Probenströmung zugeordnet sein. (Beispielsweise schraubenlinien- förmige Ausgestaltung von Rotor und/oder Probenbehälter.)

Zum Verbessern der Reaktionsverhältnisse kann es vorteilhaft sein, den Rotor mit Oberflächenstrukturen zu versehen, auf denen die Sensormoleküle plaziert sind. So kann der Rotor beispielsweise Erhebungen oder Vertiefungen aufweisen. Ebenso kann dem Rotor eine Membran zugehören, auf der die Sensormoleküle angeordnet sind. Die Membran wird dabei vor oder nach einem Aufbringen der Sensormoleküle auf die Membran über den Träger gezogen und mit dem Träger in den Probenbehälter eingesetzt.

Zur einwandfreien Lagerung des Rotors im Probenbehälter empfiehlt es sich, den Rotor und/oder den Probenbehälter zumindest bereichsweise als Mehrflächengleitlager auszubilden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Probenbehälter und einen erfindungsgemäßen Rotor und Fig. 2 den Probenbehälter aus Fig. 1 mit eingesetztem Rotor.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Eine Vorrichtung zur Analyse von Bestandteilen einer Probe besteht aus einem als Rotor 1 ausgebildeten Träger und einem Probenbehälter 2 in den der Rotor 1 einsetzbar ist. Der Rotor 1 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel kreiszylindrisch ausgebildet und trägt an seiner Umfangsfläche 3 verschiedenste nicht näher dargestellte Sensormoleküle, die gegebenenfalls mit zu analysierenden Bestandteilen einer Probe 5 eine Bindung eingehen oder mit den Bestandteilen in Wechselwirkungen treten, wobei der Rotor 1 um eine Drehachse 4 drehbar gelagert ist. Der Probenbehälter 2 ist in eine Halteeinrichtung 6 eingesetzt, welche eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung 7 aufnimmt. Der Rotor 1 weist einen im Probenbehälter 2 mündenden Strömungskanal 8 auf, durch den die Probe 5 bzw. ein Reinigungsmittel in den Ringspalt 9 zwischen dem Rotor 1 und dem Probenbehälter 2 eingebracht werden kann. Um etwaige Bindungen bzw. Wechselwirkungen zwischen Bestandteilen der Probe und Sensormolekülen sogleich während der Analyse erkennen zu können, besitzt der Probenbehälter 2 ein Detektionsfenster 10 durch welches eine nicht näher dargestellte optische Meßeinrichtung etwaige Bindungen messen kann. Ebenso weist die Umfangsfläche 3 des Rotors 1 vorzugsweise elektrische Sensoren auf, auf denen die Sensormoleküle platziert sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Analyse von biologischen Bestandteilen in unbekannten Proben, wobei die Analyse auf Wechselwirkungen zwischen bekannten Prüfmolekülen und damit reagierenden Probenbestandteilen (z.B. DNA-DNA, Antikörper-Antigen) basiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für den vollautomatisierten Laborablauf im Routineeinsatz der Diagnostik konzipiert. Verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen gestattet der als Träger für die Sensormoleküle dienende Rotor 1 einen aktiven Probentransport entlang der Reaktionsareale, wodurch selbst geringste in einer Probe enthaltende Bestandteile mit hoher Sicherheit erkannt werden können. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Automatisierung der einzelnen zur Analyse notwendigen Arbeitsschritte und eine damit verbundene computergestützte Dokumentation des gesamten Analysevorganges möglich. Die Temperatur der Probe, die Verweilzeit der Probe in der Vorrichtung, ein eventuell vorhandenes Gasgemisch und die Drehgeschwindigkeit des Rotors sind während des Analyseprozesses exakt steuerbar und kontrollierbar.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :

1. Vorrichtung zur Analyse von Bestandteilen einer Probe mit auf einer Oberfläche eines Trägers aufgebrachten Sensormolekülen, die gegebenenfalls mit den zu analysierenden Bestandteilen eine Bindung oder Wechselwirkungen eingehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem unter Freilassung eines radialen Ringspaltes (9) in einen Probenbehälter (2) einsetzbaren Rotor (1) besteht, dessen Umfangsfläche (3) die mit den Sensormolekülen zu versehende Oberfläche bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) wenigstens einen im Probenbehälter (2) mündenden Strömungskanal (8) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Probenbehälter (2) zumindest bereichsweise eine Heiz- und/oder eine Kühleinrichtung (7) zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche (3) des Rotors (1 ) elektrische Sensoren aufweist, auf denen die Sensormoleküle plaziert sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Probenbehälter (2) eine optischen Meßeinrichtung zugehört.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Probenbehälter (2) und/oder dem Rotor (1) Leiteinrichtungen für eine Probenströmung zugeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) Oberflächenstrukturen aufweist, auf denen die Sensormoleküle plaziert sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1 ) und/oder der Probenbehälter (2) zumindest bereichsweise als Mehrflächengleitlager ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter (2) wenigstens einen Kanal für einen Probentransport in oder aus dem Probenbehälter (2) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rotor (2) eine Membran zugehört, auf der die Sensormoleküle angeordnet sind.