WO2004104564A1 - Multifunktioneller reader für biochips - Google Patents

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WO2004104564A1
WO2004104564A1 PCT/DE2004/000511 DE2004000511W WO2004104564A1 WO 2004104564 A1 WO2004104564 A1 WO 2004104564A1 DE 2004000511 W DE2004000511 W DE 2004000511W WO 2004104564 A1 WO2004104564 A1 WO 2004104564A1
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WO
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optical
biochip
reader according
reader
reaction
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Application number
PCT/DE2004/000511
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English (en)
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Inventor
Friedemann Seibert
Oliver Weinberg
Original Assignee
Prodesign Ges Fuer Produktentw
Friedemann Seibert
Oliver Weinberg
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Publication date
Application filed by Prodesign Ges Fuer Produktentw, Friedemann Seibert, Oliver Weinberg filed Critical Prodesign Ges Fuer Produktentw
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0819—Microarrays; Biochips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6484—Optical fibres

Definitions

  • the invention relates to a reader for biochips, which comprises an optical waveguide, which is combined with a light source in such a way that the light emitted by this light source can be coupled into the optical waveguide and can be guided therein to the biochip and excites fluorescent dyes there to emit fluorescent light signals, and this optical waveguide is suitable for receiving fluorescent light signals on the biochip and for guiding them to a detector which detects this signal.
  • Oligonucleotides (cD ⁇ A) known sequence fixed in an ordered grid. A large number of oligonucleotides can be applied in a very small space.
  • Oligonucleotides serve as so-called "probes”.
  • the nucleic acid to be examined is added to this template as a so-called “sample” or "target”. This is marked beforehand with a fluorescent dye.
  • Sample nucleic acid (target nucleic acid) only remains on a probe or
  • Sensor oligonucleotide adheres and hybridizes with it if its nucleotide sequence is complementary to the nucleotide sequence of the probe or sensor in question.
  • Oligonucleotide Due to the selectivity of the hybridization process, very precise analyzes are possible.
  • a hybridization of the sample nucleic acid to the chip-bound probe molecules of the appropriate sequence is carried out by a fluorescent color signal is displayed at the corresponding grid position, the signal intensity additionally permitting a statement about the number of bound probe molecules.
  • the hybridization reaction is evaluated using a so-called biochip reader.
  • a light source integrated in the reader stimulates the fluorescent dye (s) of the bound sample nucleic acid to light up and a camera records these light points.
  • Bio-chips or DNA chips or microarrays can be produced in very different ways, but usually one of the following three methods is used to fix the probe molecules on the carrier:
  • the oligonucleotide synthesis is usually carried out photolithographically. This means that by irradiating light at certain positions on the chip surface, it is activated there or protective groups are removed at the ends of oligonucleotides already present there. A further nucleotide is then specifically added in a subsequent chemical reaction. By running the process iteratively using different masks, independent oligonucleotide sequences can be synthesized as probes / sensors at different positions. Instead of photolithography, the activation of the chip surface or the removal of the protective groups at the ends of the oligonucleotides already present there can also be carried out by means of electrical fields (arranged in a grid).
  • pre-synthesized oligonucleotides for example the PCR products of all genes of an organism, are used with special link molecules that have reactive groups, e.g. Amines or silanes are added and applied to the chip surface.
  • the probe oligonucleotides are bound to the chip surface by means of the link molecules.
  • probe oligonucleotide molecules are fixed in a three-dimensional gel point (which interacts with the probe molecules) instead of on a surface.
  • reaction area The area or location on the chip surface which is provided for the synthesis or fixation of a specific probe oligonucleotide is referred to below as the reaction area.
  • reaction area A collection of several such (reaction) areas or locations on the chip surface, which is intended for the synthesis or fixation of all desired probe oligonucleotides, is referred to below as the reaction area.
  • the readers used to evaluate the biochip analysis work with fluorescence spectroscopic measurement methods.
  • a light source integrated in the reader e.g. laser, UN emitter, etc.
  • a pulse laser is used as the light source, which emits ultrashort and high-energy pulses from the ultraviolet to the infrared spectral range.
  • This radiation is coupled into an optical fiber (the optical fiber). Fibers with diameters between 50 and 1000 micrometers are used.
  • the laser radiation is guided through the fiber to the reaction area on the biochip.
  • the light excites the marker fluorophores of the sample nucleic acids that may be present and hybridized to the probe oligonucleotides for fluorescence.
  • the induced fluorescence radiation is through the optical fiber recorded and returned to the reader. After the selection of the desired wavelength by a suitable filter, the signal is detected by an optical detector.
  • the spectral filtering takes place either at predetermined wavelengths or, for example, by means of an acousto-optically tunable filter at a wavelength that can be set as desired.
  • the time course of the pulse-shaped detector signal can be recorded using a special time-resolving amplifier unit.
  • the object of the invention is therefore to provide a reader which has such a high measurement sensitivity.
  • This object is achieved according to the invention with a reader of the type mentioned at the outset, which is characterized in that (a) it comprises a bundle of optical fibers which are connected to form an optical fiber block, (b) these optical fibers are individually connected at one end to one optical transmitter and receiver unit are coupled, the transmitter element is connected to the light source and the receiver element is coupled to the optical detector, that (c) the individual optical fibers are embedded in the light guide block at their other end facing away from the transmitter and receiver unit, wherein the end faces of these ends are freely accessible on or in or above the surface of the light guide block and are suitable for the direct (immediate) reception of fluorescence signals generated on the biochip, and that (d) each transmitter and receiver unit is coupled to a controller that to activate and deactivate the individual send and receive anges units is suitable.
  • the term light guide block represents a bundle of optical fibers which are combined to form a structural unit by means of a suitable casting compound or other binders or connecting elements.
  • the term optical waveguide is representative of any structure which, due to its light-conducting properties, is capable of guiding electromagnetic radiation along an axis and which can be arranged in a plurality to form a field or bundle or array.
  • light regularly stands for any form of electromagnetic radiation, in particular any wavelength of this radiation and in particular not exclusively for the visually visible frequency range of this radiation.
  • the optical waveguides can be equipped along their axis with coupling elements for splitting or combining the guided optical radiation (of the light).
  • the optical waveguides can each be connected to an (optical) switch which influences the conduction of the guided optical radiation (of the light) in such a way that a control of the (optical) switches determines whether this radiation (this light) is fed to the optical detector will or not.
  • the transmitting and receiving unit can be a constructive unit, or can consist of a separate (including all transmitting elements) transmitting unit and a separate (including all receiving elements) receiving unit,
  • the receiving elements of the transmitting and receiving unit can comprise spectral filters and / or amplifier units which process the received fluorescence signal before it is fed to the optical detector.
  • different transmission elements with different transmission frequencies can be provided for triggering different fluorescence signals.
  • the optical detector should include an image recognition and documentation unit and preferably also a data evaluation unit.
  • at least the area of the surface of the light guide block in which the end faces of the free ends of the optical waveguides lie is approximately planar.
  • the optical waveguides are bundled in such a regular arrangement in the light guide block that their free ends produce a regular, lattice-shaped dot pattern in this planar surface area of the light guide block.
  • the dot pattern of the free ends of the optical waveguides in the optical fiber block can be congruent with the spot or dot pattern of a commercially available biochip or bio-array, the spots or dots of which are the synthesis or binding positions of the probe oligonucleotides, i.e. correspond to the reaction areas.
  • a further development of this embodiment variant is characterized in that fastening means for anchoring the biochip are formed on the flat surface of the light guide block.
  • the biochip is preferably anchored in a position in which the dot pattern of the free ends of the optical waveguides in the light guide block coincides with the dot pattern of the reaction areas in the reaction area of the biochip.
  • Another embodiment variant of the reader according to the invention consists in the structural combination of the reader with a self-configurable biochip.
  • This self-configurable biochip has reaction areas which are arranged in a dot pattern and are each intended for the synthesis or fixation of a specific probe oligonucleotide and a subsequent analysis reaction comprises reagent containers that can contain reagents for probe oligonucleotide synthesis and / or the analysis reaction (s), and it can have one or more sample containers that are used to hold, store and deliver the sample nucleic acid (s) , It is also equipped with a first and a second transport line system.
  • the first transport line system connects the reaction areas, the reagent containers and the optional sample container to one another and is coupled to pumps and valves in such a way that a targeted and directed transport of the Reagent containers and the optional sample container (s) to the reaction areas is guaranteed and any probe oligonucleotide can be generated in any reaction area.
  • the second transport line system comprises feed and discharge lines to the reaction areas, these feed and discharge lines for the Rinsing liquid is supplied or removed in the course of the probe oligonucleotide synthesis reactions.
  • the biochip is coupled to a controller that enables targeted activation and deactivation of the pumps and valves.
  • the biochip and reader are structurally combined (connected) in such a way that the dot pattern of the free ends of the fiber optic fibers of the reader coincides with the dot pattern of the reaction areas on the biochip, and each reaction area on the biochip faces the end face of the free end of a particular optical fiber ,
  • This embodiment variant of the reader according to the invention has the advantage that it represents a construction unit that allows the user to first configure a biochip with a desired probe oligonucleotide configuration, then to use this biochip without position transfer in the planned analysis method and the result of the Analysis, in turn, without being able to measure and evaluate position transfer,
  • the end faces at the free ends of the optical waveguides can have a concave shape, so that they form a type of reaction chamber with the reaction areas of the biochip, in which or in which the probe oligonucleotide synthesis, the sample analysis and the recording of the analysis results take place.
  • the end faces can also be coated in order to favorably influence the probe oligonucleotide synthesis and / or the sample analysis.
  • the end faces of the free ends of the optical waveguides are prepared for the connection of probe oligonucleotides.
  • This embodiment variant has the advantage that the probe oligonucleotides can be fixed or synthesized directly on the end faces of the free ends of the optical waveguides, and consequently the hybridization reaction with the sample molecules can also be carried out directly on this end face.
  • the end faces take on the function of the conventional biochip, for the preparation of the end faces for the connection of Probe oligonucleotides are suitable for all methods which are used in conventional biochips, in particular those with a glass substrate. Such processes are known and familiar to the person skilled in the art.
  • the optical waveguides of the reader according to the invention are preferably glass fibers (standard multimode quartz-quartz optical fibers). This has the advantage, among other things, that all known methods of manufacturing conventional biochips can also be used in the preparation and processing of the end faces at the free ends of these optical fibers.
  • this variant of the reader according to the invention can be combined with a transport device, for example an industrial robot, in such a way that the reader or its light guide block can be gripped, transported and placed by means of this device / this robot, in particular the reader or its light guide block gripped with the aid of this device / this robot, transported to various storage containers, immersed in them and removed from them again.
  • control for the pumps and valves of the first transport line system of the biochip and the control for the transmitter and receiver units of the reader can be combined.
  • FIG. 1 is a perspective view of a reader according to the invention
  • FIG. 3 shows a detailed view of the surface of the reader according to FIG. 1, 4 shows a section from IV to IV in FIG. 3.
  • the transmitting and receiving unit 10 comprises transmitter elements 12, which are connected to the light source (not shown here), for example a laser, and receiving elements 16, which are connected to an optical detector (not shown here), for example a PIN photodiode or an avalanche photodiode (APD) are coupled.
  • the individual optical fibers 2 are embedded in the optical fiber block 6 in such a way that the end faces 22 of these ends 20 are freely accessible on or in the surface 24 of the optical fiber block 6 (see FIGS. 3 and 4 ). At least this area of the surface 24 of the light guide block 6 is flat in this embodiment. Otherwise, the light guide block 6 shown here has the shape of a cuboid, one side surface of which is identical to the flat surface 24 which presents the free ends of the optical waveguides 20.
  • the optical fibers 2 are bundled in such a regular arrangement in the optical fiber block 6 that their free ends 20 in the flat surface 24 of the optical fiber block 6 produce a regular, lattice-shaped dot pattern 26 (see FIGS. 1 and 3).
  • the dot pattern 26 has an approximately rectangular circumference and in the present exemplary embodiment lies approximately in the middle of the flat surface 24 of the light guide block 6 (FIG. 1).
  • the dot pattern 26 is here congruent with the spot or dot pattern of a commercially available biochip or bio-array, the spots or dots corresponding to the synthesis or binding positions of the probe oligonucleotides, ie corresponding to the reaction areas.
  • the dot pattern 26 of the free ends 20 of the optical waveguides 2 in the optical fiber block 6 is congruent with the dot pattern of the reaction areas in the reaction area of the biochip
  • the end faces 22 of the free ends 20 of the optical waveguides 2 can have a concave shape, ie have a trough-like depression in the direction of the optical waveguide lumen.
  • the transmitting and receiving units 10 are coupled to a controller (not shown here in more detail) which is suitable for activating or deactivating the individual transmitting and receiving units 10 separately (individually) at practically any desired time and for light via the associated optical waveguides 2 send or receive.
  • a controller not shown here in more detail
  • Fastening means can be formed on the flat surface 24 of the light guide block 6, which are suitable for anchoring the biochip on this surface 24, in such a way that the dot pattern 26 of the free ends 22 of the optical waveguides 2 in the light guide block 6 coincides with the dot pattern of the reaction areas in the reaction area of the biochip, ie that each free end face 22 of an optical waveguide 2 is opposite a certain reaction area.
  • a type of reaction chamber is created, in which not only the detection of fluorescent light after hybridization can take place, but also the analysis or Hybridization reaction itself and also the synthesis of the probe oligonucleotides.
  • the energy for activating the chip surface can then be supplied by the detector system.
  • Example 1 Evaluation of a biochip hybridization using the reader according to the invention
  • the nucleic acid to be investigated which was previously marked with a fluorescent dye substance, is placed on the surface of a commercially available biochip for DNA analysis, which is equipped with probe oligonucleotides.
  • the sample nucleic acid is hybridized to the chip-bound probe molecules where the nucleotide sequence of the sample nucleic acid is complementary to the nucleotide sequence of the probe oligonucleotide.
  • the relevant probe Labeled oligonucleotide with the same fluorescent dye that the hybridized sample nucleic acid carries.
  • the evaluation of the biochip analysis consists first of all in determining which probe oligonucleotide position or which reaction area one
  • the reader according to the invention and the relevant biochip used in the analysis method are positioned relative to one another in such a way that the dot pattern of the free ends of the optical fibers coincides with the dot pattern of the reaction areas on the biochip and at least the front end of each individual reaction area on the biochip a certain optical fiber is opposite. It is important that some sort of unique assignment of a specific reaction area to one or more optical fibers is possible in order to determine which fluorescence signal measured at the detector belongs to which reaction area or to which probe oligonucleotide position on the biochip.
  • the transmitting and receiving unit which is coupled to this optical fiber can now be activated with the aid of the control, so that excitation light is emitted to the assigned reaction area and excites the fluorescent dyes which may be present there to light up.
  • the fluorescence radiation generated in this way falls directly into the optical fiber and is guided in it to the transmitting and receiving unit and directed there to the receiving elements.
  • the receiving elements can comprise spectral filters and / or amplifier units which process the received fluorescence signal before it is fed to the optical detector.
  • the optical detector comprises an image recognition and documentation unit, for example a PIN photodiode, and preferably also a data evaluation unit.
  • Example 2 Use of the reader according to the invention as an energy source for the synthesis of probe oligonucleotides on a biochip
  • the desired probe oligonucleotides (cDNA.) are placed on the surface of a commercially available chip, for example a glass or polymer carrier ) synthesized with a known sequence in an ordered grid.
  • the synthesis sites of the probe oligonucleotides are the so-called reaction areas, in which the hybridization reaction of probe oligonucleotide and sample nucleic acid takes place later, in the course of a nucleic acid analysis method.
  • the synthesis of the probe oligonucleotides in the individual reaction areas takes place using the methods known in the prior art.
  • the energy required for synthesis is supplied by the reader according to the invention.
  • the reader and the biochip are positioned in relation to one another in such a way that the dot pattern of the free ends of the optical fibers coincides with the dot pattern of the reaction areas on the biochip and the end face of a particular optical fiber is assigned to each individual reaction area on the biochip, preferably opposite ,
  • the transmitting and receiving unit which is coupled to this optical fiber is activated with the aid of the control, so that light is emitted to the assigned reaction area and supplies it with the energy which is necessary for the synthesis reaction planned there.
  • Example 3 Combination of the reader according to the invention with a self-configurable biochip
  • the reader according to the invention is mounted on a biochip in such a way that the dot pattern of the free ends of the optical fibers coincides with the dot pattern of the reaction areas on the biochip at least to such an extent that each individual reaction area on the biochip is opposite the end of a certain optical fiber or at least to the extent that it can be clearly assigned that it can be determined which fluorescence signal measured at the detector and to which Reaction area heard on the biochip.
  • the chip has reagent containers which (can) contain reagents for the probe oligonucleotide synthesis and / or the analysis reaction (s), and optionally one or more sample containers, which serve to receive, store and deliver the sample nucleic acid (s).
  • a first transport line system is formed which connects the reaction areas, the reagent containers and the optional sample container to one another at least in such a way that any probe oligonucleotide can be generated in any reaction area and that the sample nucleic acid can be transported to any reaction area.
  • the transport line system is coupled to pumps and valves (micro valves) to ensure targeted and directed transport. Furthermore, a second transport line system is formed, which includes supply and discharge lines to the reaction areas and is provided for the supply and discharge of rinsing liquid in the course of the probe oligonucleotide synthesis reactions.
  • the chip is connected to a controller. This control is implemented, for example, as an electrical control, consisting of a processor-controlled computing unit with rewritable memory, which is coupled to the carrier via electrical contacts.
  • both the synthesis of the probe oligonucleotides and the individual steps of the analysis process, in particular the sample preparation and hybridization, can be carried out according to plan and in a controlled manner.
  • the energy required for the individual probe oligonucleotide synthesis steps and / or analysis steps is exceeded the individual optical fibers of the reader are delivered, whereby each individual reaction area can in turn be controlled in a targeted manner.
  • the end faces of the free ends of the optical fibers are preferably concave, (ie they have a trough-like depression in the direction of the optical fiber lumen) and, together with the assigned reaction area, form a type of reaction chamber in which the probe oligonucleotide synthesis, the analysis or hybridization reaction and the Detection of the fluorescent light takes place or is carried out after hybridization has taken place.
  • the individual synthesis steps for producing the probe oligonucleotides can advantageously be carried out in such a way that the reaction chambers and preferably the concave depressions of the end faces of the optical fibers are wetted with the corresponding reagents in the desired order and the required ones Reaction energy is supplied via the optical fibers through targeted control and activation of the transmitter and receiver unit.
  • Example 4 Synthesis of probe oligonucleotides and hybridization of sample DNA by manual application of a reader according to the invention
  • the reader according to the invention, or its light guide block is first prepared using methods known and known in the art for the preparation of conventional biochips with glass substrates in such a way that the (probe-side) free end faces of the optical waveguides for binding (probe) Oligo) nucleotides are suitable (cf., FIG. 4).
  • the reader or light guide block is gripped, for example, manually or with a suitable device and connected step by step to the substances provided for this purpose in the prior art while observing the correct sequence, reaction times and reaction temperatures. This is done, for example, by successive immersion in the substances in question, which are filled into suitable containers for this purpose.
  • the immersion depth should be chosen so that all end faces, which are intended to support the probe oligonucleotides, are completely covered by the respective substances.
  • a support layer 28 is generated on the free end faces 22 and the free ends 20 of the optical waveguides 2, which supports or guarantees the synthesis and / or fixation of the probe oligonucleotides (cf. FIG. 4).
  • the arrangement of the end faces within the light guide block does not play an important role in this embodiment and with a suitable choice of the immersion depth, since the fixation of the probe oligonucleotides takes place on the end face of the optical waveguide in a self-positioning manner in order to improve the reaction processes optimize and further improve the detection properties of the reader, it is proposed to roughen the face of the optical waveguide to a selectable depth of penetration into the optical waveguide or to make it porous.
  • the synthesis of the probe oligonucleotides then takes place in the following step.
  • the reader or the light guide block is immersed in the substances necessary for the hybridization of sample nucleic acids.
  • these substances are filled in suitable containers.
  • vessels with one type of nucleotide each can be provided.
  • the carrier layer 28 previously formed on all end faces 22 of the optical waveguides can be specifically activated by optical energy supply for those optical waveguides on whose end face the nucleotide which is to be bound in the vessel provided for the subsequent immersion process is to be bound ,
  • the numerical aperture of the guided and then emerging radiation which is inherent in all optical fibers, ensures that the activation of the carrier substance remains limited to the area of the end face of the optical waveguide in question and consequently binding to the nucleotide (the substance) only at this location on the surface of the whole Light guide block takes place.
  • the energy supply is interrupted again by the optical transmitter and receiver unit and the light guide block is immersed in the vessel with the nucleotide as described above.
  • the subsequent biochemical reaction is identical to that which takes place, for example, in conventional probe oligonucleotide synthesis on the known biochips with glass carrier platelets by photolithography.
  • the reader or its light guide block is removed from the vessel again, unbound nucleotides are removed from the light guide block - for example by immersing it in a cleaning substance - and the reader or light guide block is ready for a new process run to connect another one nucleotide. This process is continued until the desired probe oligonucleotides have been completely synthesized.
  • the reader or the light guide block is successively immersed in vessels which contain substances required for the hybridization.
  • the type of substances and the sequence in which they are brought into contact with the probe oligonucleotides on the end face of the optical waveguide can furthermore be selected as is known and known in the prior art for hybridization on conventional BioChips.
  • the optical transmitting and receiving unit For the detection on which fiber end faces a hybridization has taken place, energy is directed to the end face of selected or all optical waveguides by means of the optical transmitting and receiving unit, as described above, and the fluorescent markers which may be present there are thus activated. If there is a fluorescence-labeled sample nucleic acid on this activated end face, it will emit a fluorescence signal which is returned to the optical transmitter and receiver unit through the optical waveguide in question. This evaluates the fluorescence signal. Since the nucleotide sequence of each individual probe oligonucleotide on each optical fiber end face is known, the nucleotide sequence of the sample nucleic acid can be derived from a positive fluorescence signal. The wavelength of the fluorescence signal can be analyzed, for example, by coupling two optical receiving units with different spectral sensitivity profiles to one optical fiber each and, given the coupling ratio of the guided radiation, determining the ratio of the two measured signals.
  • the optical transmitter and receiver unit is preferably both powered and controlled by a PC via a suitable interface (Die
  • Interface connection can be of a galvanic nature if the conversion of the electrical signals in optical and vice versa takes place within the optical transmitter and receiver unit.
  • optical fibers as optical waveguides, which are equipped with at least one fiber core made of (quartz) glass.

Abstract

Der Reader umfasst ein Bündel von Lichtwellenleitern, die zu einem Lichtleiterblock verbunden sind und derart mit einer Lichtquelle kombiniert sind, dass das von dieser Lichtquelle emittierte Licht in jeden Lichtwellenleiter einkoppelbar und in diesem zum Biochip leitbar ist, um dort vorhandene Fluoreszenzfarbstoffe zur Aussendung von Fluoreszenzlichtsignalen anzuregen Jeder Lichtwellenleiter ist außerdem dazu geeignet, Fluoreszenzlichtsignale auf dem Biochip aufzunehmen und zu einem Detektor zu leiten, der dieses Signal erfasst. Die Lichtwellenleiter an ihrem einen Ende mit einer optischen Sende- und Empfangseinheit gekoppelt sind, deren Sendeelement mit der Lichtquelle verbunden ist, und deren Empfangselement mit dem optischen Detektor gekoppelt ist. An ihrem anderen Ende sind die Lichtwellenleiter derart in den Lichtleiterblock eingebettet, dass die Stirnflächen frei zugänglich sind. Die Sende- und Empfangseinheiten sind mit einer Steuerung gekoppelt ist, die zur ihrer Aktivierung und Deaktivierung geeignet ist.

Description

Multifunktioneller Reader für Biochips
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft einen Reader für Biochips, der einen Lichtwellenleiter umfasst, welcher derart mit einer Lichtquelle kombiniert ist, dass das von dieser Lichtquelle emittierte Licht in den Lichtwellenleiter einkoppelbar und in diesem zum Biochip leitbar ist und dort vorhandene Fluoreszenzfarbstoffe zur Aussendung von Fluoreszenzlichtsignalen anregt, und wobei dieser Lichtwellenleiter dazu geeignet ist, Fluoreszenzlichtsignale auf dem Biochip aufzunehmen und zu einem Detektor zu leiten, der dieses Signal erfasst.
Für die medizinische Diagnostik, die Lebensmittelanalytik und viele Bereiche der Grundlagenforschung bieten Screening-Nerfahren auf Basis der Biochip- bzw. DΝS-Chip- Technologie ein großes Potential - insbesondere für Routineanalysen. Einsatzgebiete der Νukleinsäureanalytik sind u. a. die Detektion transgener Lebensmittel, die Blutanalytik und die Genexpression.
Das Prinzip einer Biochip- bzw. DΝS-Chip- Analyse ist einfach: Auf der Oberfläche eines Trägers, beispielsweise eines Glas- oder Polymerträgers, des sogenannten Chips, werden
Oligonukleotide (cDΝA) bekannter Sequenz in einem geordneten Raster fixiert. Hierbei kann eine Vielzahl von Oligonukleotiden auf kleinstem Raum aufgebracht werden. Die
Oligonukleotide dienen als sogenannte "Sonden".
Zu dieser Matrize wird als sogenannte "Probe" bzw. "Target" die zu untersuchende Νukleinsäure gegeben. Diese wird zuvor mit einem Fluoreszenzfarb Stoff markiert. Eine
Proben-Νukleinsäure (Target-Νukleinsäure) bleibt nur dann an einem Sonden- bzw.
Sensor-Oligonukleotid haften und hybridisiert mit diesem, wenn ihre Νukleotidsequenz komplementär zu der Νukleotidsequenz des betreffenden Sonden- bzw. Sensor-
Oligonukleotids ist. Aufgrund der Selektivität des Hybridisierungsvorgangs sind sehr genaue Analysen möglich. Eine Hybridisierung der Proben-Νukleinsäure an die chipgebundenen Sondenmoleküle passender Sequenz wird durch ein Fluoreszenzfarbsignal an der entsprechenden Rasterposition angezeigt, wobei die Signalintensität zusätzlich eine Aussage über die Anzahl gebundener Sondenmoleküle zulässt.
Mit Hilfe eines sogenannten Biochip-Readers wird die Hybridisierungsreaktion ausgewertet. Dazu regt eine in dem Reader integrierte Lichtquelle den bzw. die Fluoreszenzfarbstoff(e) der gebundenen Proben-Nukleinsäure zum Leuchten an und eine Kamera nimmt diese Lichtpunkte auf.
Bio-Chips bzw. DNS-Chips bzw. Mikroarrays können auf sehr unterschiedliche Art und Weise hergestellt werden, üblicherweise wird jedoch eine- der drei folgenden Methoden zur Fixierung der Sonden-Moleküle auf dem Träger eingesetzt:
(1) Der Aufbau der Sonden-Oligonukleotide Base für Base direkt auf der Träger- Oberfläche.
Bei dieser Methode erfolgt die Oligonukleotid-Synthese in der Regel fotolithographisch. Das heißt durch das Einstrahlen von Licht an bestimmten Positionen der Chip-Oberfläche wird diese dort aktiviert bzw. werden Schutzgruppen an den Enden dort bereits vorliegender Oligonukleotide entfernt. In einer nachfolgenden chemischen Reaktion wird dann gezielt ein weiteres Nukleotid angehängt. Durch ein iteratives Durchlaufen des Prozesses unter Nutzung verschiedener Masken lassen sich so an verschiedenen Positionen unabhängige Oligonukleotidsequenzen als Sonden/Sensoren synthetisieren. Anstatt fotolithographisch kann die Aktivierung der Chip-Oberfläche bzw. die Entfernung der Schutzgruppen an den Enden dort bereits vorliegender Oligonukleotide auch mittels (in einem Raster angeordneter) elektrischer Felder erfolgen.
(2) Das Aufbringen vorsynthetisierter Sondenmoleküle auf die Chip- Oberfläche
Bei dieser Methode werden vorsynthetisierte Oligonukleotide, zum Beispiel die PCR- Produkte aller Gene eines Organismus, mit speziellen Link-Molekülen, die reaktive Gruppen aufweisen, z.B. Amine oder Silanen versetzt und auf die Chip- Oberfläche aufgebracht. Die Bindung der Sonden-Oligonukleotide an die Chip-Oberfläche erfolgt vermittels der Link-Moleküle.
(3) Befestigung von vorsynthetisierten Sonden-Oligonukleotiden mit einem Volumenelement. Bei dieser Methode werden die Sonden-Oligonukleotid-Moleküle in einem dreidimensionalen Gelpunkt fixiert (welcher mit den Sondenmolekülen Wechsel wirkt), anstatt auf einer Oberfläche.
Der Bereich bzw. Ort auf der Chipoberfläche, der für die Synthese oder Fixierung eines bestimmten Sonden-Oligonukleotids vorgesehen ist, wird im folgenden Reaktionsbereich genannt. Eine Ansammlung mehrerer solcher (Reaktions-)Bereiche bzw. Orte auf der Chipoberfläche, die für die Synthese oder Fixierung aller gewünschten Sonden- Oligonukleotide vorgesehen ist, wird im folgenden Reaktionsareal genannt.
Alle bekannten Methoden sind für die Chip-Herstellung im industriellen Maßstab geeignet und vorgesehen. Die daraus resultierenden und derzeit im Handel verfugbaren Biochips sind deshalb nur für ein begrenztes Anwendungsspektrum geeignet, nämlich für die geläufigsten und immer wiederkehrenden Fragestellungen. Für spezielle Fragestellungen, d.h. für eine spezielle Analyse eines bestimmten Probenmaterials sind diese Biochips nur eingeschränkt geeignet und liefern vielfach nur unvollständige Ergebnisse. Die Synthese eines Biochips mit einer vom Anwender frei wählbaren Sonden-Konfiguration direkt vor Ort ist derzeit nicht oder nur mit ökonomisch unvertretbar hohem Aufwand möglich.
Die zur Auswertung der Biochip-Analyse eingesetzten Reader arbeiten mit fluoreszenzspektroskopischen Meßmethoden. Eine in dem Reader integrierte Lichtquelle (zB. Laser, UN-Strahler, etc.) regt den bzw. die Fluoreszenzfarbstoff(e) der gebundenen Proben-Nukleinsäuren zum Leuchten an und eine Kamera nimmt diese Lichtsignale auf.
Gemäß den neuesten Entwicklungen der Lasertechnik und der Hochfrequenz- Mikroelektronik wird als Lichtquelle ein Impuls-Laser eingesetzt, der ultrakurze und hochenergetische Impulse wahlweise vom ultravioletten bis zum infraroten Spektralbereich emittiert. Diese Strahlung wird in eine optische Lichtleitfaser, (den Lichtwellenleiter) eingekoppelt. Verwendung finden Fasern mit Durchmessern zwischen 50 und 1000 Mikrometern. Durch die Faser wird die Laserstrahlung zum Reaktionsbereich auf dem Biochip geleitet. Dort regt das Licht die Marker-Fluorophore der gegebenenfalls vorhandenen, an die Sonden-Oligonukleotide hybridisierten Proben-Nukleinsäuren zur Fluoreszenz an. Die induzierte Fluoreszenzstrahlung wird durch die optische Faser aufgenommen und zum Reader zurückgeführt. Nach der Auswahl der gewünschten Wellenlänge durch ein geeignetes Filter wird das Signal von einem optischen Detektor erfasst. Die spektrale Filterung erfolgt entweder bei fest vorgegebenen Wellenlängen oder beispielsweise mittels eines akustooptisch durchstimmbaren Filters bei beliebig einstellbarer Wellenlänge. Der zeitliche Verlauf des pulsförmigen Detektorsignals kann mit Hilfe einer speziellen zeitauflösenden Verstärkereinheit erfasst werden. Das Problem bei allen diesen herkömmlichen Readern besteht unter anderem darin, eine maximal hohe Messempfindlichkeit zu erreichen, die auch die zuverlässige Analyse sehr geringer Signalstärken erlaubt.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Readers, der eine solch hohe Messempfindlichkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Reader der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass (a) er ein Bündel von Lichtwellenleitern umfasst, die zu einem Lichtleiterblock verbunden sind, dass (b) diese Lichtwellenleiter an ihrem einen Ende einzeln mit je einer optischen Sende- und Empfangseinheit gekoppelt sind, deren Sendeelement mit der Lichtquelle verbunden ist, und deren Empfangselement mit dem optischen Detektor gekoppelt ist, dass (c) die einzelnen Lichtwellenleiter an ihrem anderen, der Sende- und Empfangseinheit abgewandten Ende in den Lichtleiterblock eingebettet sind, wobei die Stirnflächen dieser Enden frei zugänglich an oder in oder oberhalb der Oberfläche des Lichtleiterblocks liegen und zur direkten (unmittelbaren) Aufnahme von auf dem Biochip erzeugten Fluoreszenzsignalen geeignet sind, und dass (d) jede Sende- und Empfangseinheit mit einer Steuerung gekoppelt ist, die zur Aktivierung und Deaktivierung der einzelnen Sende- und Empfangseinheiten geeignet ist.
Der Begriff Lichtleiterblock steht im vorliegenden Zusammenhang stellvertretend für ein Bündel von Lichtwellenleitern, die mittels geeigneter Vergussmasse oder anderer Bindemittel bzw. Verbindungselemente zu einer baulichen Einheit zusammengefasst sind. Der Begriff Lichtwellenleiter steht im vorliegenden Zusammenhang stellvertretend für jede Struktur, die aufgrund ihrer lichtleitenden Eigenschaften dazu in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung entlang einer Achse zu führen, und die in Mehrzahl zu einem Feld bzw. Bündel bzw. Array angeordnet werden kann.
Der Begriff Licht steht im folgenden regelmäßig für jede Form elektromagnetischer Strahlung, insbesondere jede Wellenlänge dieser Strahlung und insbesondere nicht ausschließlich für den visuell sichtbaren Frequenzbereich dieser Strahlung.
Die Lichtwellenleiter können entlang ihrer Achse mit Koppelelementen zur Aufspaltung bzw. Zusammenführung der geführten optischen Strahlung (des Lichts) ausgestattet sein.
Die Lichtwellenleiter können jeweils mit einem (optischen) Schalter verbunden sein, der die Leitung der geführten optischen Strahlung (des Lichts) derart beeinflusst, dass über eine Steuerung der (optischen) Schalter bestimmt wird, ob diese Strahlung (dieses Licht) dem optischen Detektor zugeführt wird oder nicht.
Die Sende- und Empfangseinheit kann eine konstruktive Einheit sein, oder aus einer separaten (alle Sendeelemente umfassenden) Sendeeinheit und einer separaten (alle Empfangselemente umfassenden) Empfangseinheit bestehen,
Die Empfangselemente der Sende- und Empfangseinheit können spektrale Filter und/oder Verstärkereinheiten umfassen, die das empfangene Fluoreszenzsignal bearbeiten, bevor es dem optischen Detektor zugeführt wird. Außerdem können verschiedene Sendeelemente mit unterschiedlichen Sendefrequenzen zur Auslösung verschiedener Fluoreszenzsignale vorgesehen sein.
Der optische Detektor sollte eine Bilderkennungs- und Dokumentierungseinheit umfassen und vorzugsweise außerdem eine Datenauswerteeinheit. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest der Bereich der Oberfläche des Lichtleiterblocks annähernd plan ausgebildet, in dem die Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter liegen.
In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Readers sind die Lichtwellenleiter in derart regelmäßiger Anordnung in dem Lichtleiterblock gebündelt, dass ihre freien Enden in diesem planen Oberflächenbereich des Lichtleiterblocks ein regelmäßiges, gitterförmiges Punktmuster erzeugen.
Das Punktmuster der freien Enden der Lichtwellenleiter im Lichtleiterblock kann deckungsgleich mit dem Spot- bzw. Punktmuster eines handelsüblichen Biochips bzw. Bio-Arrays sein, wobei dessen Spots bzw. Punkte den Synthese- bzw. Bindungspositionen der Sonden-Oligonukleotide, d.h. den Reaktionsbereichen entsprechen.
Eine Weiterbildung dieser Ausfuhrungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass an der planen Oberfläche des Lichtleiterblocks Befestigungsmittel zur Verankerung des Biochips ausgebildet sind. Die Verankerung des Biochips erfolgt vorzugsweise in einer Position, in der das Punktmuster der freien Enden der Lichtwellenleiter im Lichtleiterblock mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche im Reaktionsareal des Biochips zur Deckung kommt.
Eine andere Ausfuhrungsvariante des erfindungsgemäßen Readers besteht in der baulichen Kombination des Readers mit einem selbstkonfigurierbaren Biochip, Dieser selbstkonfigurierbare Biochip weist Reaktionsbereiche auf, die im Punktmuster angeordnet sind und jeweils für die Synthese oder Fixierung eines bestimmten Sonden- Oligonukleotids und eine nachfolgende Analysereaktion vorgesehen sind, er weist Reagenzbehälter auf, die Reagenzien für die Sonden-Oligonukleotidsynthese und/oder die Analysereaktion(en) enthalten (können), und er kann einen oder mehrere Probenbehälter aufweisen, der/die zur Aufnahme, Bevorratung und Abgabe der Proben-Nukleinsäure(n) dient. Er ist ferner mit einem ersten und einem zweiten Transportleitungssystem ausgerüstet. Das erste Transportleitungssystem verbindet die Reaktionsbereiche, die Reagenzbehälter und den optionalen Probenbehälter untereinander und ist derart mit Pumpen und Ventilen gekoppelt, dass ein gezielter und gerichteter Transport von den Reagenzbehältern und dem/den optionalen Probenbehälter(n) zu den Reaktionsbereichen gewährleistet ist und in jedem beliebigen Reaktionsbereich jedes beliebige Sonden- Oligonukleotid erzeugt werden kann.. Das zweite Transportleitungssystem umfasst Zu- und Ableitungen zu den Reaktionsbereichen, wobei diese Zu- und Ableitungen für die Zu- bzw. Abfuhr von Spülflüssigkeit im Verlauf der Sonden-Oligonukleotid- Synthesereaktionen vorgesehen sind. Der Biochip ist mit einer Steuerung gekoppelt, die eine gezielte Aktivierung und Deaktivierung der Pumpen und Ventile ermöglicht. Biochip und Reader sind derart baulich kombiniert (verbunden), dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern des Readers mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche auf dem Biochip zur Deckung kommt und jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip die Stirnfläche des freien Endes je einer bestimmten Lichtleitfaser gegenüber liegt. Diese Ausfuhrungsvariante des erfindungsgemäßen Readers hat den Vorteil, dass sie eine Konstruktionseinheit darstellt, die es dem Benutzer erlaubt, zunächst einen Biochip mit einer wunschgemäßen Sonden-Oligonukleotid-Ausstattung zu konfigurieren, diesen Biochip dann anschließend ohne Positionstransfer in dem geplanten Analyseverfahren einzusetzen und das Ergebnis der Analyse wiederum ohne Positionstransfer messen und auswerten zu können,
Die Stirnflächen an den freien Enden der Lichtwellenleiter können konkav geformt sein, so dass sie mit den Reaktionsbereichen des Biochips eine Art Reaktionskammer bilden, in der bzw. in denen die Sonden-Oligonukleotid-Synthese, die Proben-Analyse und die Erfassung der Analyseergebnisse erfolgt.
Die Stirnflächen können außerdem beschichtet sein, um die Sonden-Oligonukleotid- Synthese und/oder die Proben- Analyse förderlich zu beeinflussen.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausfuhrungsvariante des erfindungsgemäßen Readers sind die Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter für die Anbindung von Sonden-Oligonukleotiden aufbereitet. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass die Sonden-Oligonukleotide direkt an den Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter fixiert oder synthetisiert werden können und infolgedessen auch die Hybridisierungsreaktion mit den Proben-Molekülen direkt an dieser Stirnfläche durchgeführt werden kann. Die Stirnflächen übernehmen hier die Funktion des herkömmlichen Biochips, Zur Aufbereitung der Stirnflächen für die Anbindung von Sonden-Oligonukleotiden sind alle Verfahren geeignet, die bei herkömmlichen Biochips, insbesondere solchen mit Glassubstrat, angewendet werden. Solche Verfahren sind dem Fachmann bekannt und geläufig.
Die Lichtwellenleiter des erfindungsgemäßen Readers sind vorzugsweise Glasfasern (Standard-Multimode-Quarz-Quarz-Lichtleitfasern). Damit geht unter anderem der Vorteil einher, dass alle bekannten Methoden der Fertigung herkömmlicher Biochips auch bei der Aufbereitung und Bearbeitung der Stirnflächen an den freien Enden dieser Lichtleitfasern angewendet werden können. Insbesondere diese Variante des erfindungsgemäßen Readers kann mit einer Transportvorrichtung, beispielsweise einem Industrieroboter, kombiniert sein, und zwar derart, dass der Reader bzw. dessen Lichtleiterblock mittels dieser Vorrichtung / dieses Roboters greifbar, transportierbar und plazierbar ist, Insbesondere kann der Reader bzw. dessen Lichtleiterblock mit Hilfe dieser Vorrichtung / dieses Roboters ergriffen, zu verschiedenen Vorratsbehältern transportiert, in diese eingetaucht und wieder aus diesen entnommen werden.
Die Steuerung für die Pumpen und Ventile des ersten Transportleitungssystems des Biochips und die Steuerung für die Sende- und Empfangseinheiten des Readers können kombiniert sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher beschrieben:
Es zeigen
Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Readers,
Fig. 2 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Readers,
Fig. 3 eine Detailansicht der Oberfläche des Readers gemäß Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt von IV nach IV in Fig. 3.
Der Reader gemäß Fig. 1 und Fig. 2 besteht aus einem Bündel von Lichtwellenleitern 2, beispielsweise Standard-Multimode-Quarz-Quarz-Lichtleitfasern, die mittels einer geeigneten Vergussmasse 4 zu einem Lichtleiterblock 6 verbunden sind. An ihrem einen Ende 8 sind die einzelnen Lichtwellenleitern 2 mit je einer optischen Sende- und Empfangseinheit 10 gekoppelt. - Falls gewünscht ist es eben so gut möglich, mehrere Lichtwellenleitern 2 zu Gruppen zusammenzufassen und jede Gruppe mit einer optischen Sende- und Empfangseinheit 10 zu koppeln. - Die Sende- und Empfangseinheit 10 umfasst Senderelemente 12, die mit der (hier nicht näher dargestellten) Lichtquelle, beispielsweise einem Laser, verbunden sind, und Empfangselemente 16, die mit einem (hier nicht näher dargestellten) optischen Detektor, beispielsweise einer PIN-Photodiode oder einer Avalanche-Photodiode (APD) gekoppelt sind. An ihrem gegenüberliegenden anderen Ende 20 sind die einzelnen Lichtwellenleitern 2 in dem Lichtleiterblock 6 eingebettet, und zwar derart, dass die Stirnflächen 22 dieser Enden 20 frei zugänglich an bzw, in der Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 liegen (siehe Fig. 3 und Fig. 4). Zumindest dieser Bereich der Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 ist bei dieser Ausfuhrungsvariante plan. Im übrigen hat der hier dargestellte Lichtleiterblock 6 die Form eines Quaders, dessen eine Seitenfläche mit der planen Oberfläche 24 identisch ist, welche die freien Lichtwellenleiterenden 20 präsentiert.
Die Lichtwellenleitern 2 sind in derart regelmäßiger Anordnung in dem Lichtleiterblock 6 gebündelt, dass ihre freien Enden 20 in der planen Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 ein regelmäßiges, gitterförmiges Punktmuster 26 erzeugen (siehe Fig. 1 und Fig. 3). Das Punktmuster 26 hat einen annähernd rechteckigen Umfang und liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa in der Mitte der planen Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 (Fig. 1). Das Punktmuster 26 ist hier deckungsgleich mit dem Spot- bzw. Punktmuster eines handelsüblichen Biochips bzw. Bio-Arrays, wobei dessen Spots bzw. Punkte den Synthese- bzw. Bindungspositionen der Sonden-Oligonukleotide entsprechen, d.h. den Reaktionsbereichen entsprechen. Mit anderen Worten: Das Punktmuster 26 der freien Enden 20 der Lichtwellenleitern 2 im Lichtleiterblock 6 ist deckungsgleich mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche im Reaktionsareal des Biochips, Die Stirnflächen 22 der freien Enden 20 der Lichtwellenleitern 2 können konkav geformt sein, d.h. eine muldenartige Vertiefung in Richtung Lichtwellenleiterlumen aufweisen.
Die Sende- und Empfangseinheiten 10 sind mit einer hier nicht näher dargestellten Steuerung gekoppelt, die dazu geeignet ist, die einzelnen Sende- und Empfangseinheiten 10 zu praktisch jedem beliebigen Zeitpunkt separat (individuell) zu aktivieren oder zu deaktivieren und Licht über die jeweils zugehörige Lichtwellenleitern 2 auszusenden oder zu empfangen.
An der planen Oberfläche 24 des Lichtleiterblocks 6 können Befestigungsmittel ausgebildet sein (hier nicht näher dargestellt), die dazu geeignet sind, den Biochip an dieser Oberfläche 24 zu verankern, und zwar derart, dass das Punktmuster 26 der freien Enden 22 der Lichtwellenleitern 2 im Lichtleiterblock 6 mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche im Reaktionsareal des Biochips zur Deckung kommt, d.h. dass jedem freien Stirnende 22 eines Lichtwellenleiters 2 ein bestimmter Reaktionsbereich gegenüber liegt. Es entsteht auf diese Weise praktisch an jedem freien Lichtwellenleiterende 20 bzw, an jedem Reaktionsbereich eine Art Reaktionskammer, in der nicht nur die Detektion von Fluoreszenzlicht nach erfolgter Hybridisierung stattfinden kann, sondern auch die Analysebzw. Hybridisierungsreaktion an sich und ebenso die Synthese der Sonden- Oligonukleotide. Die Energie zur Aktivierung der Chipoberfläche kann dann vom Detektorsystem zugeführt werden.
Beispiel 1 : Auswertung einer Biochip-Hybridisierung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Readers
Auf die mit Sonden-Oligonukleotiden bestückte Oberfläche eines handelsüblichen Biochips für DNA-Analysen wird die zu untersuchende Nukleinsäure gegeben, die zuvor mit einem Fluoreszenzfarb Stoff markiert wurde. Eine Hybridisierung der Proben- Nukleinsäure an die chipgebundenen Sondenmoleküle erfolgt dort, wo die Nukleotidsequenz der Proben-Nukleinsäure komplementär zur Nukleotidsequenz des Sonden-Oligonukleotids ist. Infolge der Hybridisierung wird das betreffende Sonden- Oligonukleotid mit demselben Fluoreszenzfarbstoff markiert, den die anhybridisierte Proben-Nukleinsäure trägt.
Die Auswertung der Biochip-Analyse besteht zunächst in der Feststellung, welche Sonden-Oligonukleotid-Position bzw. welcher Reaktionsbereich eine
Fluoreszenzmarkierung erhalten hat, und gegebenenfalls mit welchem Fluoreszenzfarbstoff die Markierung erfolgt ist. Aufgrund der Vorkenntnis, welche Proben-Nukleinsäure mit welchem Fluoreszenzfarbstoff markiert worden war, liefern die festgestellten Daten direkt die Information, welche Proben-Nukleinsäure zu welchem Sonden-Oligonukleotid eine komplementäre Nukleotidsequenz aufweist und wie diese Nukleotidsequenz lautet.
Zur Detektion der Fluoreszenzsignale werden der erfindungsgemäße Reader und der betreffende, in dem Analyseverfahren eingesetzte Biochip derart zueinander positioniert, dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern mit dem Punktmuster der Reaktionsbereichen auf dem Biochip zur Deckung kommt und jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip das Stirnende wenigstens einer bestimmten Lichtleitfaser gegenüber liegt. Wichtig ist, dass eine irgendwie geartete eindeutige Zuordnung eines bestimmten Reaktionsbereichs zu einer oder mehreren Lichtleitfasern möglich ist, um festzustellen, welches am Detektor gemessene Fluoreszenzsignal zu welchem Reaktionsbereich bzw. zu welcher Sonde-Oligonukleotid-Position auf dem Biochip gehört.
Diejenige Sende- und Empfangseinheit, die mit dieser Lichtleitfaser gekoppelt ist, kann nun mit Hilfe der Steuerung aktiviert werden, so dass Anregungslicht auf den zugeordneten Reaktionsbereich ausgesendet wird und die dort gegebenenfalls vorhandenen Fluoreszenzfarbstoffe zum Leuchten anregt. Die auf diese Weise (gegebenenfalls) erzeugte Fluoreszenzstrahlung fällt direkt in die Lichtleitfaser ein und wird in dieser zur Sende- und Empfangseinheit geleitet und dort zu den Empfangselementen gelenkt, Die Empfangselemente können spektrale Filter und/oder Verstärkereinheiten umfassen, die das empfangene Fluoreszenzsignal bearbeiten, bevor es dem optischen Detektor zugeführt wird. Der optische Detektor umfasst eine Bilderkennungs- und Dokumentierungseinheit, beispielsweise eine PIN-Fotodiode, und vorzugsweise außerdem eine Datenauswerteeinheit. Beispiel 2: Verwendung des erfindungsgemäßen Readers als Energiequelle für die Synthese von Sonden-Oligonukleotiden auf einem Biochip Zur Herstellung eines Biochips mit einer speziellen vorbestimmten Sondenkonfiguration werden auf der Oberfläche eines handelsüblichen Chips, beispielsweise eines Glas- oder Polymerträgers, die gewünschten Sonden-Oligonukleotide (cDNA) mit bekannter Sequenz in einem geordneten Raster synthetisiert. Die Syntheseorte der Sonden-Oligonukleotide sind die sogenannten Reaktionsbereiche, in denen später, im Zuge eines Nukleinsäure- Analyseverfahrens, gegebenenfalls auch die Hybridisierungsreaktion von Sonden- Oligonukleotid und Proben-Nukleinsäure stattfindet.
Die Synthese der Sonden-Oligonukleotide in den einzelnen Reaktionsbereichen erfolgt mit den im Stand der Technik bekannten Methoden. Die zur Synthese notwendige Energie wird von dem erfindungsgemäßen Reader geliefert. Zu diesem Zweck werden der Reader und der Biochip derart zueinander positioniert, dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche auf dem Biochip zur Deckung kommt und jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip das Stirnende einer bestimmten Lichtleitfaser zugeordnet ist, vorzugsweise gegenüber liegt. Diejenige Sende- und Empfangseinheit, die mit dieser Lichtleitfaser gekoppelt ist, wird mit Hilfe der Steuerung aktiviert, so dass Licht auf den zugeordneten Reaktionsbereich ausgesendet wird und diesem die Energie zuführt, die zum Ablauf der dort geplanten Synthesereaktion notwendig ist.
Beispiel 3: Kombination des erfindungsgemäßen Readers mit einem selbstkonfigurierbaren Biochip
Der erfindungsgemäße Reader wird derart an einen Biochip montiert (befestigt), dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche auf dem Biochip wenigstens soweit zur Deckung kommt, dass jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip das Stirnende einer bestimmten Lichtleitfaser gegenüber liegt oder zumindest insoweit eindeutig zugeordnet werden kann, dass feststellbar ist, welches am Detektor gemessene Fluoreszenzsignal zu welchem Reaktionsbereich auf dem Biochip gehört. Der Chip weist zusätzlich zu den Reaktionsbereichen, die jeweils für die Synthese oder Fixierung eines bestimmten Sonden- Oligonukleotids und eine nachfolgende Analysereaktion vorgesehen sind, Reagenzbehälter auf, die Reagenzien für die Sonden-Oligonukleotidsynthese und/oder die Analysereaktion(en) enthalten (können), und optional einen oder mehrere Probenbehälter, der/die zur Aufnahme, Bevorratung und Abgabe der Proben-Nukleinsäure(n) dient. Desweiteren ist ein erstes Transportleitungssystem ausgebildet, das die Reaktionsbereiche, die Reagenzbehälter und den optionalen Probenbehälter zumindest derart untereinander verbindet, dass in jedem beliebigen Reaktionsbereich jedes beliebige Sonden- Oligonukleotid erzeugt werden kann und dass die Proben-Nukleinsäure zu jedem beliebigen Reaktionsbereich befördert werden kann.. Das Transportleitungssystem ist mit Pumpen und Ventilen (Mikroventilen) gekoppelt, um einen gezielten und gerichteten Transport zu gewährleisten. Es ist ferner ein zweites Transportleitungssystem ausgebildet, das Zu- und Ableitungen zu den Reaktionsbereichen umfasst und für die Zu- und Abführ von Spülflüssigkeit im Verlauf der Sonden-Oligonukleotid-Synthesereaktionen vorgesehen ist. Um eine gezielte Aktivierung und Deaktivierung der Pumpen und Ventile zwecks gezielter Beförderung von Reagenzien und Probenmaterial in dem ersten Transportsystem zu gewährleisten, ist der Chip mit einer Steuerung verbunden. Diese Steuerung ist beispielsweise als elektrische Steuerung realisiert, bestehend aus einer prozessorgesteuerten Recheneinheit mit wiederbeschreibbarem Speicher, die über elektrische Kontakte an den Träger gekoppelt ist. Mit Hilfe dieser Steuerung können sowohl die Synthese der Sonden-Oligonukleotide als auch die einzelnen Schritte des Analyseverfahrens, insbesondere die Probenaufbereitung und Hybridisierung, planmäßig geregelt und kontrolliert durchgeführt werden, Die für die einzelnen Sonden-Oligonukleotid-Syntheseschritte und/oder Analyseschritte erforderliche Energie wird über die einzelnen Lichtleiterfasern des Readers geliefert, wobei wiederum jeder einzelne Reaktionsbereich gezielt angesteuert werden kann. Die Stirnflächen der freien Enden der Lichtleitfasern sind vorzugsweise konkav geformt, (d.h. sie weisen eine muldenartige Vertiefung in Richtung Lichtleitfaserlumen auf) und bilden mit dem zugeordneten Reaktionsbereich eine Art Reaktionskammer, in der die Sonden-Oligonukleotidsynthese, die Analyse- bzw. Hybridisierungsreaktion und die Detektion des Fluoreszenzlichts nach erfolgter Hybridisierung abläuft bzw. durchgeführt wird.
Die einzelnen Syntheseschritte zur Erzeugung der Sonden-Oligonukleotide können bei dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Readers in vorteilhafter Weise derart durchgeführt werden, dass die Reaktionskammern und dort vorzugsweise die konkaven Vertiefungen der Stirnflächen der Lichtleitfasern mit den entsprechenden Reagenzien in der gewünschten Reihenfolge benetzt werden und die jeweils benötigte Reaktionsenergie über die Lichtleitfasern durch gezielte Ansteuerung und Aktivierung der Sende- und Empfangseinheit zugeführt wird.
Beispiel 4: Synthese von Sonden-Oligonukleotiden und Hybridisierung von Proben- DNA durch manuelle Anwendung eines erfindungsgemäßen Readers
Für die Synthese der Sonden-Oligonukleotide wird der erfindungsgemäße Reader bzw, dessen Lichtleiterblock zunächst mit im Stand der Technik bekannten und geläufigen Verfahren zur Aufbereitung von herkömmlichen Biochips mit Glasträger derart aufbereitet, dass die (sondenseitigen) freien Stirnflächen der Lichtwellenleiter zur Bindung von (Sonden-Oligo-)Nukleotiden geeignet sind (vgl, Fig. 4). Dazu wird der Reader bzw. Lichtleiterblock beispielsweise manuell oder mit einer geeigneten Vorrichtung ergriffen und Schritt für Schritt mit den im Stand der Technik hierfür vorgesehenen Substanzen unter Einhaltung der vorschriftsmäßigen Reihenfolge, Reaktionszeiten und Reaktionstemperaturen in Verbindung gebracht. Dies geschieht beispielsweise durch sukzessives Eintauchen in die betreffenden Substanzen, die zu diesem Zweck in geeigneten Gefäßen abgefüllt sind. Die Eintauchtiefe sollte dabei so gewählt werden, dass alle Stirnflächen, die als Träger der Sonden-Oligonukleotide vorgesehen, vollständig von den jeweiligen Substanzen bedeckt werden. Auf diese Weise wird auf den freien Stirnnflächen 22 und den freien Enden 20 der Lichtwellenleiter 2 eine Trägeschicht 28 erzeugt, die die Synthese und/oder Fixierung der Sonden-Oligonukleotide fordert bzw. gewährleistet (vgl. Fig. 4). Die Anordnung der Stirnflächen innerhalb des Lichtleiterblocks spielt indes bei dieser Ausführungsform und bei geeigneter Wahl der Eintauchtiefe keine wesentliche Rolle, da die Fixierung der Sonden-Oligonukleotide auf der Stirnfläche des Lichtwellenleiters selbstpositionierend stattfindet, Um die Reaktionsprozesse zu optimieren und die Detektionseigenschaften des Readers weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, die Stirnfläche der Lichtwellenleiter bis zu einer wählbaren Eindringtiefe in den Lichtwellenleiter aufzurauen oder porös zumachen.
In dem folgenden Schritt findet dann die Synthese der Sonden-Oligonukleotide statt. Hierfür wird der Reader bzw. der Lichtleiterblock in die zur Hybridisierung von Proben- Nukleinsäuren notwendigen Substanzen eintaucht. Zu diesem Zweck sind diese Substanzen in geeigneten Gefäßen abgefüllt. Es können beispielsweise Gefäße mit je einer Art Nukleotid bereitgestellt sein. Mittels der optischen Sende- und Empfangseinheit 10 kann die zuvor auf allen Stirnflächen 22 der Lichtwellenleiter gebildete Trägerschicht 28 durch optische Energiezuführ gezielt bei denjenigen Lichtwellenleitern aktiviert werden, auf deren Stirnfläche dasjenige Nukleotid gebunden werden soll, welches sich in dem für den anschließenden Eintauchvorgang vorgesehenen Gefäß befindet. Die allen Lichtleitfasern immanente numerische Apertur der geführten und dann austretenden Strahlung gewährleistet, dass die Aktivierung der Trägersubstanz auf das Areal der Stirnfläche des betreffenden Lichtwellenleiters begrenzt bleibt und folglich eine Bindung mit dem Nukleotid (der Substanz) auch nur an diesem Ort auf der Oberfläche des gesamten Lichtleiterblocks stattfindet. Nach erfolgter Aktivierung wird die Energiezuführ durch die optische Sende- und Empfangseinheit wieder unterbrochen und der Lichtleiterblock wie oben beschrieben in das Gefäß mit dem Nukleotid eingetaucht. Die daraufhin ablaufende biochemische Reaktion ist identisch mit derjenigen, die beispielsweise bei der herkömmlichen Sonden- Oligonukleotid-Synthese auf den bekannten Biochips mit Glasträgerplättchen durch Photolithografie stattfindet. Nach Beendigung der Reaktion wird der Reader bzw. dessen Lichtleiterblock wieder aus dem Gefäß entnommen, ungebundene Nukleotide werden von dem Lichtleiterblock entfernt - beispielsweise durch Eintauchen desselben in eine Reinigungssubstanz -, und der Reader bzw. Lichtleiterblock ist bereit für einen erneuten Verfahrensdurchlauf zur Anbindung eines weiteren Nukleotids. Auf diese Weise wird so lange verfahren, bis die gewünschten Sonden-Oligonukleotide vollständig synthetisiert sind. Für die Hybridisierung der synthetisierten Sonden-Oligonukleotide mit der Proben- Nukleinsäure wird der Reader bzw. der Lichtleiterblock sukzessive in Gefäße eingetaucht, die zur Hybridisierung benötigten Substanzen enthalten. Die Art der Substanzen und die Abfolge, in der sie mit den Sonden-Oligonukleotiden auf der Stirnfläche der Lichtwellenleiter in Kontakt gebracht werden, können dabei weiterhin so gewählt werden, wie es im Stand der Technik für die Hybridisierung auf herkömmlichen BioChips bekannt und geläufig ist. Die Proben-Nukleinsäure, deren Nuleotidsequenz zu derjenigen eines Sonden-Oligonukleotids auf der Stirnfläche eines bestimmten Lichtwellenleiters komplementär ist, hybridisiert mit diesem Sonden-Oligonukleotid und wird infolgedessen an der Stirnfläche des betreffenden Lichtwellenleiters beziehungsweise an der darauf befindlichen Trägerbeschichtung/(-substanz) gehalten/fixiert.
Für die Detektion, auf welchen Faserstirnflächen eine Hybridisierung stattgefunden hat, wird wie vorstehend beschrieben mittels der optischen Sende- und Empfangseinheit Energie zur Stirnfläche ausgewählter oder aller Lichtwellenleiter geleitet und damit die gegebenenfalls dort vorhandenen Fluoreszenzmarker aktiviert. Sofern sich eine Fluoreszenz-markierte Proben-Nukleinsäuren an dieser aktivierten Stirnfläche befindet, wird diese ein Fluoreszenzsignal aussenden, das durch den betreffende Lichtwellenleiter zur optischen Sende- und Empfangseinheit zurückgeführt wird. Diese wertet das Fluoreszenzsignal aus. Da die Nukleotidsequenz jedes einzelnen Sonden-Oligonukleotids auf jeder Lichtwellenleiter-Stirnfläche bekannt ist, kann aus einem positiven Fluoreszenzsignal die Nukleotidsequenz der Proben-Nukleinsäure abgeleitet werden. Eine Analyse der Wellenlänge des Fluoreszenzsignals kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass man zwei optische Empfangseinheiten mit unterschiedlichem spektralen Empfindlichkeitsverlauf an jeweils eine Lichtleitfaser ankoppelt und, bei gegebenem Koppelverhältnis der geführten Strahlung, das Verhältnis der beiden gemessenen Signale ermittelt.
Die optische Sende- und Empfangseinheit wird vorzugsweise durch einen PC über eine geeignete Schnittstelle sowohl mit Energie versorgt als auch angesteuert (Die
Schnittstellenverbindung kann dabei durchaus galvanischer Art sein, wenn die Wandlung der elektrischen Signale in optische und umgekehrt innerhalb der optischen Sende- und Empfangseinheit stattfindet.)
Der für diese Anwendung vorgesehene erfindungsgemäße Reader weist als Lichtwellenleiter vorzugsweise Lichtleitfasern auf, die zumindest mit einem Faserkern aus (Quarz-)Glas ausgerüstet sind.
Bezugszeichen Lichtwellenleiter Vergussmasse Lichtleiterblock Ende optische Sende- und Empfangseinheit Senderelement Empfangselement freie Ende Stirnfläche Oberfläche gitterförmiges Punktmuster Trägerschicht

Claims

A n s p r ü c h e
1. Reader für Biochips, der einen Lichtwellenleiter umfasst, welcher derart mit einer Lichtquelle kombiniert ist, dass das von dieser Lichtquelle emittierte Licht in den Lichtwellenleiter einkoppelbar und in diesem zum Biochip leitbar ist und dort vorhandene Fluoreszenzfarbstoffe zur Aussendung von Fluoreszenzlichtsignalen anregt, und wobei dieser Lichtwellenleiter dazu geeignet ist, Fluoreszenzlichtsignale auf dem Biochip aufzunehmen und zu einem Detektor zu leiten, der dieses Signal erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass (a) der Reader ein Bündel von Lichtwellenleitern umfasst, die zu einem
Lichtleiterblock verbunden sind, dass (b) diese Lichtwellenleiter an ihrem einen Ende einzeln mit je einer optischen
Sende- und Empfangseinheit gekoppelt sind, deren Sendeelement mit der
Lichtquelle verbunden ist, und deren Empfangselement mit dem optischen Detektor gekoppelt ist, dass (c) die einzelnen Lichtwellenleiter an ihrem anderen, der Sende- und
Empfangseinheit abgewandten Ende in den Lichtleiterblock eingebettet sind, wobei die Stirnflächen dieser Enden frei zugänglich an oder in oder oberhalb der
Oberfläche des Lichtleiterblocks liegen und zur direkten Aufnahme von auf dem
Biochip erzeugten Fluoreszenzsignalen geeignet sind, und dass (d) jede Sende- und Empfangseinheit mit einer Steuerung gekoppelt ist, die zur Aktivierung und Deaktivierung der einzelnen Sende- und Empfangseinheiten geeignet ist.
2. Reader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter entlang ihrer Achse mit Koppelelementen zur Aufspaltung bzw. Zusammenführung der geführten optischen Strahlung ausgestattet sind.
Reader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter einzeln oder in Gruppen mit je einem optischen Schalter verbunden sind
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit eine konstruktive Einheit ist
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit aus einer separaten (alle Sendeelemente umfassenden) Sendeeinheit und einer separaten (alle Empfangselemente umfassenden) Empfangseinheit besteht
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit spektrale Filter und/oder Verstarkereinheiten umfasst, die dazu geeignet sind, das empfangene Fluoreszenzsignal zu bearbeiten, bevor es dem optischen Detektor zugeführt wird
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheit verschiedene Sendeelemente mit unterschiedlichen Sendefrequenzen zur Auslosung verschiedener Fluoreszenzsignale umfasst
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Detektor eine Bilderkennungs- und Dokumentierungseinheit umfasst und/oder eine Datenauswerteeinheit,
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Bereich der Oberfläche des Lichtleiterblocks, in dem die Stirnflachen der freien Enden der Lichtwellenleiter liegen, annähernd plan ausgebildet ist
Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter in regelmäßiger Anordnung in dem Lichtleiterblock gebündelt sind, so dass ihre freien Enden in diesem planen Oberflachenbereich des Lichtleiterblocks ein regelmäßiges, gitterförmiges Punktmuster abbilden.
11. Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtwellenleiter im Lichtleiterblock deckungsgleich mit dem Spotmuster eines handelsüblichen Biochips ist, dessen Spots den Synthese- bzw. Bindungspositionen der Sonden-Oligonukleotide entsprechen.
12. Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an der planen Oberfläche des Lichtleiterblocks Befestigungsmittel zur Verankerung des Biochips ausgebildet sind.
13. Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reader mit einem selbstkonfigurierbaren Biochip baulich kombiniert ist, wobei dieser selbstkonfigurierbare Biochip folgende Strukturen aufweist:
- Reaktionsbereiche, die im Punktmuster angeordnet sind und jeweils für die Synthese oder Fixierung eines bestimmten Sonden-Oligonukleotids und eine nachfolgende Analysereaktion vorgesehen sind,
- Reagenzbehälter, die Reagenzien für die Sonden-Oligonukleotidsynthese und/oder die Analysereaktion(en) enthalten,
- wahlweise einen oder mehrere Probenbehälter zur Aufnahme, Bevorratung und Abgabe der Proben-Nukleinsäure(n)
- ein erstes Transportleitungssystem, das die Reaktionsbereiche, die Reagenzbehälter und den optionalen Probenbehälter untereinander verbindet und derart mit Pumpen und Ventilen gekoppelt ist, dass ein gezielter und gerichteter Transport von den Reagenzbehältern und dem/den optionalen Probenbehälter(n) zu den Reaktionsbereichen gewährleistet ist und in jedem beliebigen Reaktionsbereich jedes beliebige Sonden-Oligonukleotid erzeugbar ist,
- ein zweites Transportleitungssystem, das Zu- und Ableitungen zu den Reaktionsbereichen umfasst, wobei diese Zu- und Ableitungen für die Zu- bzw. Abfuhr von Spülflüssigkeit im Verlauf der Sonden-Oligonukleotid- Synthesereaktionen vorgesehen sind,
- wenigstens ein Kopplungselement für eine Steuerung, die eine gezielte Aktivierung und Deaktivierung der Pumpen und Ventile ermöglicht.
14. Reader nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Biochip und Reader derart baulich kombiniert sind, dass das Punktmuster der freien Enden der Lichtleiterfasern des Readers mit dem Punktmuster der Reaktionsbereiche auf dem Biochip zur Deckung kommt und jedem einzelnen Reaktionsbereich auf dem Biochip die Stirnfläche des freien Endes je einer bestimmten Lichtleitfaser gegenüber liegt.
15. Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen an den freien Enden der Lichtwellenleiter konkav geformt sind, so dass sie mit den Reaktionsbereichen des Biochips eine Reaktionskammer bilden, in der die Sonden-Oligonukleotid-Synthese, die Proben-Analyse und die Erfassung der Analyseergebnisse erfolgt.
16. Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen mit einer die Sonden-Oligonukleotid-Synthese und/oder die Proben- Analyse fördernden Beschichtung versehen sind.
17. Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter für die Anbindung von Sonden- Oligonukleotiden aufbereitet sind, derart, dass die Sonden-Oligonukleotide direkt an den Stirnflächen der freien Enden der Lichtwellenleiter synthetisierbar und/oder fixierbar sind und auch die Hybridisierungsreaktion mit den Proben-Molekülen direkt an dieser Stirnfläche durchführbar ist.
18. Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter als Glasfasern (Standard-Multimode-Quarz-Quarz-Lichtleitfasern) realisiert sind.
19. Reader nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung für die Pumpen und Ventile des ersten Transportleitungssystems des Biochips mit der Steuerung für die Sende- und Empfangseinheiten des Readers kombiniert ist.
20. Reader nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Transportvorrichtung derart kombiniert ist, dass der Reader und/oder dessen Lichtleiterblock mittels dieser Vorrichtung greifbar, transportierbar und plazierbar ist.
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