WO2005057179A1 - Aufnahmeelement zum aufnehmen eines aus einer biologischen masse mittels laserstrahlung herausgelösten objekts - Google Patents

Aufnahmeelement zum aufnehmen eines aus einer biologischen masse mittels laserstrahlung herausgelösten objekts Download PDF

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WO2005057179A1
WO2005057179A1 PCT/EP2004/014311 EP2004014311W WO2005057179A1 WO 2005057179 A1 WO2005057179 A1 WO 2005057179A1 EP 2004014311 W EP2004014311 W EP 2004014311W WO 2005057179 A1 WO2005057179 A1 WO 2005057179A1
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WO
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receiving element
receiving
adhesive
hydrogel
biological
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Application number
PCT/EP2004/014311
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English (en)
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Inventor
Yilmaz Niyaz
Karin SCHÜTZE
Original Assignee
P.A.L.M. Microlaser Technologies Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/2813—Producing thin layers of samples on a substrate, e.g. smearing, spinning-on
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    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/2813—Producing thin layers of samples on a substrate, e.g. smearing, spinning-on
    • G01N2001/2833—Collecting samples on a sticky, tacky, adhesive surface

Definitions

  • the laser beam is coupled into the microscope 13 via a plurality of coated beam splitters and deflected toward an objective 12.
  • the laser beam emitted via the objective 12 finally strikes a motorized and computer-controlled microscope or support table 14 on which an object holder with a biological mass to be processed is arranged.
  • Above the carrier table 14 is a likewise motorized and preferably computer-controlled collecting device 19, which has one or more receiving or collecting elements or collecting vessels 1.
  • the components 14 and 19 enable an exact object positioning and a precise collection of biological or non-biological objects, which are catapulted upwards out of the mass located on the carrier table 14 by means of laser radiation.
  • the microscope 13 can be any microscope. In particular, the use of an inverted microscope (shown in FIG.
  • the microscope 13 is equipped with a video camera, which records the area of the specimen slide or support table 14 above the objective 12.
  • the video signal from this video camera is fed to a commercially available computer 18 and subjected to image processing there in such a way that the corresponding video image can be displayed in real time on the screen or monitor 8 of the computer 18.
  • Various functions are implemented in the computer 18 or the software running thereon, both of which are computer-aided, i.e. enable automatic control of the laser device 17 as well as the microscope 13 or the carrier table 14 and the collecting device 19, so that, for example, the laser is automatically activated and the collecting device 19 and the carrier table 14 can be moved and adjusted automatically.
  • Conventional input means such as a keyboard 9, a computer mouse 10 or a trackball (not shown), joystick or the like are provided for setting or selecting these functions.
  • a foot switch 11 is assigned to the laser device 17, by means of which the laser can be activated manually.
  • the user can specify a suitable cutting line with the aid of a computer, which is converted into a corresponding relative movement between the laser beam and the support table 14 by appropriate control of the laser device 17 and the support table 14, so that with simultaneous activation of the laser device 17, the biological mass is cut according to the predetermined cutting line by means of the laser beam.
  • An object cut out of the biological mass in this way can be catapulted from the biological mass to the collecting device 19 located above with the aid of a further laser irradiation.
  • the objects to be catapulted can be computer-aided defined and then the support table 14 can be automatically adjusted in such a way that the objects to be catapulted are moved one after the other over the laser beam and from the object plane by setting a short laser pulse, also referred to as a laser shot the fall arrester 19 are catapulted.
  • a short laser pulse also referred to as a laser shot the fall arrester 19 are catapulted.
  • a individual laser pulse or laser pulse can also be triggered by a short pressure on the foot switch 11 shown in FIG.
  • the collecting device 19, which is located above the support table 14 or the object plane in the inverse system shown in FIG. 3, has one or more
  • the recording or collecting element 1 can then be catapulted out by the microscope 13 or the screen 8 of the computer 18 and by the corresponding one
  • Biological or non-biological object held or receiving element are viewed and examined, for which purpose preferably one
  • Adjustment possibility for adjusting the collecting device 19 is provided parallel to the object plane, in order to be able to move the object catapulted out and held in the corresponding receiving or collecting element 1 with the microscope 13.
  • the distance between the collecting device 19 and the carrier 14 is not to scale in the drawing. It is desirable to provide the smallest possible distance here in order to enable the objects catapulted out to be caught precisely.
  • a receiving element for receiving an object released from a biological mass by means of laser radiation is provided, the
  • Receiving element has a receiving surface for receiving the object and wherein the receiving surface has an adhesive for improving the adhesion of the respective object to the receiving surface.
  • this adhesive is designed such that it suppresses the occurrence of electrostatic forces acting on the object in the receiving element. According to a further aspect of the invention, this is
  • Adhesive can be dissolved without damaging the object, for example by adding
  • the adhesive can be designed such that it contains means for further processing and / or analysis of the object, such as a buffer solution, a nutrient solution and / or enzymes or enzyme precursors, for example Polymerase chain reaction (PCR) can record. It is of course particularly preferred to provide an adhesive that has two or all three of these features.
  • PCR Polymerase chain reaction
  • the receiving element comprises a cover section for covering a container and a base section attached in the cover section with the receiving surface on a side facing away from the cover section.
  • the base section preferably has a height which is selected such that the distance from the receiving surface to a bottom of the container in a state in which the cover section covers the container is less than 10 mm and preferably between 1 and 3 mm. If a container that is permeable to laser radiation is used as the container, in particular a petri dish with a double membrane base, this container can then be used directly as a carrier for the biological mass and the object can simply be catapulted onto the receiving surface when the cover section covers the container.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the present invention
  • a receiving surface for biological objects in particular, which is preferably coated with an agarose layer 4 made of high quality, i.e. high-purity LE agarose is covered.
  • the agarose layer serves as an adhesive to hold the objects to the receiving surface.
  • another suitable hydrogel or another adhesive with the desired properties can also be used instead of the agarose layer 4.
  • the lid 2 is placed on a suitable petri dish 5.
  • the petri dish 5 preferably has a double membrane 5a as the bottom element, which is a combination of a translucent and a UV-absorbing film.
  • a petri dish is described in detail in DE 100 39 979 A1.
  • This Petri dish 5 contains, for example, a cell culture 7 on the double membrane 5a.
  • the distance of the receiving surface or the hydrogel 4 from the membrane 5a is less than 10 mm, preferably in the range from 1 to 3 mm.
  • the vessel thus closed is then used as a carrier 14 in the device of FIG. 3.
  • a desired part of the cell culture 7 is cut out with a laser beam and catapulted onto the hydrogel 4 by means of a laser pulse.
  • the receiving element 1 simultaneously replaces a collecting device 19 shown in FIG. 3.
  • the receiving element 1 is then placed, for example, on a cell culture vessel or also on a further petri dish 5 with a membrane 5a.
  • the cells catapulted onto the hydrogel 4 can be moved slightly or by Heating of the agarose layer 4 can be removed.
  • the further petri dish 5 can in particular be filled with a cell culture liquid in which the hydrogel 4 is immersed.
  • the hydrogel layer can also be completely dissolved by adding agarase, an enzyme that dissolves agarose.
  • the receiving element 1 can then be exchanged for a conventional cover and - if necessary after sterilization - reused. If the catapulted cells are transferred into a further Petri dish 5 with membrane 5a, the process can be repeated with the cell cultures that have arisen there after cultivation in this Petri dish.
  • hydrogel in this case the agarose layer 4
  • the agarose layer 4 enables better visualization of the cell culture 7 and of the cells catapulted out with a microscope, since the contrast is improved.
  • Bridges 6 are connected.
  • the trays can be covered with a lid (not shown).
  • a lid not shown.
  • Agarose is chosen in such a way that a favorable distance from the catapult
  • Carrier 14 is present, preferably between 1 and 3 mm.
  • the agarose 4 After catapulting, the agarose 4 can in turn be liquefied by adding agarase so that it can be used immediately. Furthermore, 4 different additives such as. B.
  • High-purity, preferably sterilized agarose is again an example of a suitable hydrogel.
  • microtiter plates or 96-well microtiter plates can also be filled with fine-pored, fine-gelling agarose, as in FIG. 2, so that there is again an optimal distance for a catapulting process.
  • mixtures of agarose desired for further processing of the catapulted cells can be added, for example reaction mixtures such as denaturing buffer solutions or enzyme-containing preparations. This enables a desired reaction to be started at the same time for all harvested cells.
  • the exemplary embodiments shown here are not limited to agarose as a hydrogel; other hydrogels with the desired properties can also be used.
  • a hydrogel based on collagen, polyacrylamide or similar substances would be possible.
  • Other forms of the recording units are also possible, depending on the desired application.

Abstract

Es wird ein Aufnahmeelement (1) zum Aufnehmen eines aus einer biologischen Masse mittels Laserstrahlung herausgelösten biologischen Objekts bereitgestellt, wobei das Aufnahmeelement eine Aufnahmefläche zum Aufnehmen des Objekts aufweist, wobei die Aufnahmefläche ein Haftmittel (4) zur Verbesserung der Haftung des jeweiligen Objekts an der Aufnahmefläche aufweist. Das Haftmittel (4) unterdrückt das Auftreten von auf das Objekt wirkenden elektrostatischen Kräften in dem Aufnahmeelement (1), ist ohne Beschädigung des Objekts auflösbar und/oder kann Mittel zur weiteren Verarbeitung des Objekts aufnehmen. Als Haftmittel (4) eignet sich dabei insbesondere ein Hydrogel wie beispielsweise Agarose. Ein derartiges Aufnahmeelement (1) eignet sich insbesondere zum Auffangen von aus der biologischen Masse (7) herauskatapultierten Objekten.

Description

Aufnahmeelement zum Aufnehmen eines aus einer biologischen Masse mittels Laserstrahlung herausgelösten Objekts
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aufnahmeelement zum Aufnehmen eines aus einer biologischen Masse mittels Laserstrahlung herausgelösten und insbesondere herauskatapultierten, das heißt unter Übertragung eines Impulses herausgelösten, biologischen Objekts.
In der WO 97/29355 A der Anmelderin wird ein neuartiges Verfahren zur Sortierung und zur Gewinnung von einzelnen biologischen Objekten, welche auf einem Träger angeordnet sind, vorgeschlagen. Insbesondere wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, ein zuvor selektiertes biologisches Objekt von der umgebenden weiteren biologischen Masse durch einen Laserstrahl abzutrennen, so dass das selektierte biologische Objekt von der weiteren biologischen Masse frei präpariert ist. Das somit frei präparierte biologische Objekt wird anschließend mit Hilfe eines Laserpulses von dem Träger zu einer Auffangvorrichtung katapultiert, wo es von einem Auffang- oder Aufnahmeelement, insbesondere in Form eines topfförmigen Behälters, aufgefangen und gehalten wird. Ebenso ist bei entsprechender Einstellung der Laserenergie und/oder des Laserfokus ein direktes Herauskatapultieren des selektierten biologischen Objekts aus der umgebenden biologischen Masse mit Hilfe lediglich eines einzigen Laserpulses möglich, so dass eine separate Laserbestrahlung zum Herausschneiden des gewünschten biologischen Objekts nicht erforderlich ist.
Unter "biologischen Objekten" werden allgemein im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung vor allem lebende oder fixierte biologische Zellen oder Zellbestandteile verstanden, die Bestandteil eines flüssigen oder festen biologischen Materials, wie beispielsweise eines Zellgewebes, dessen mikrotomischer Präparate, eines Abstriches oder einer Zellkultur etc. sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des Anwendungsbereichs der Bearbeitung biologischer Objekte beschrieben.
In Figur 3 ist der Aufbau eines Laser-Mikroskop-Systems dargestellt, wie es zur Verwendung mit einer zuvor beschriebenen Auffangvorrichtung bzw. einem zuvor beschriebenen Aufnahme- bzw. Auffangelement eingesetzt werden kann. Das System ist modular aufgebaut und kann somit an unterschiedliche experimentelle Anforderungen individuell angepasst werden.
Das in Figur 3 gezeigte System umfasst eine Laservorrichtung 17, in welcher eine Laserlichtquelle zur Erzeugung eines Laserlichtstrahls untergebracht ist. Des weiteren ist in der Laservorrichtung 17 eine Optik 15, 16 untergebracht, welche erforderlich ist, um den Laserstrahl in ein Mikroskop 13 einzukoppeln und den Laserfokus in der Objektebene auf den optischen Fokus des Mikroskops 13 abzustimmen. Im vorliegenden Fall kann es sich um einen gepulsten UV-Stickstofflaser handeln. Zur Steuerung der Laservorrichtung 17 kann ein Steuerpaneel vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die Laserenergie und/oder der Laserfokus auf gewünschte Werte eingestellt werden kann. Zur präzisen Verstellung der Laserenergie ist ein Quarzfilter 15 senkrecht zum Laserstrahlpfad angeordnet, dessen Lage in Abhängigkeit von der am Steuerpaneel vorgenommenen Einstellung gesteuert werden kann, um somit die Laserenergie entsprechend einzustellen. Die Verstellung des Quarzfilters 5 kann dabei sowohl automatisch als auch manuell erfolgen. Neben der Einstellung der Laserenergie kann auch der Laserfokus unabhängig von dem Mikroskopfokus eingestellt werden, d.h. der Brennpunkt des Lasers kann in Z-Richtung relativ zur Objektebene des Mikroskops 13 verschoben werden. Auch der Laserfokus kann in Abhängigkeit von der am Steuerpaneel vorgenommenen Einstellung sowohl automatisch als auch manuell durch eine entsprechende Bewegung der Linsen 16 verstellt werden. Vorzugsweise kann über das erwähnte Steuerpaneel auch die Impulsrate des Lasers eingestellt werden, wobei zudem eine Anzeige über die am Steuerpaneel vorgenommenen Einstellung informiert.
Der Laserstrahl wird über mehrere beschichtete Strahlteiler in das Mikroskop 13 eingekoppelt und zu einem Objektiv 12 hin abgelenkt. Der über das Objektiv 12 emittierte Laserstrahl trifft schließlich auf einen motorisierten und computergesteuerten Mikroskopoder Trägertisch 14, auf dem ein Objektträger mit einer zu bearbeitenden biologischen Masse angeordnet ist. Oberhalb des Trägertisches 14 befindet sich eine ebenfalls motorisierte und vorzugsweise computergesteuerte Auffangvorrichtung 19, welche ein oder mehrere Aufnahme- bzw. Auffangelemente oder Auffanggefäße 1 aufweist. Die Komponenten 14 und 19 ermöglichen eine exakte Objektpositionierung sowie ein präzises Auffangen von biologischen oder nichtbiologischen Objekten, welche mittels Laserbestrahlung von der auf dem Trägertisch 14 befindlichen Masse nach oben herauskatapultiert werden. Bei dem Mikroskop 13 kann es sich um ein beliebig ausgestaltetes Mikroskop handeln. Insbesondere ist grundsätzlich die Verwendung sowohl eines (in Figur 3 gezeigten) inversen Mikroskops als auch eines aufrechten Mikroskops oder eines Lasermikroskops denkbar. Das Mikroskop 13 ist mit einer Videokamera ausgestattet, welche den Bereich des Objektträgers bzw. Trägertisches 14 oberhalb des Objektivs 12 aufnimmt. Das Videosignal dieser Videokamera wird einem handelsüblichen Computer 18 zugeführt und dort einer derartigen Bildverarbeitung unterzogen, dass das entsprechende Videobild in Echtzeit auf dem Bildschirm oder Monitor 8 des Computers 18 dargestellt werden kann.
In dem Computer 18 bzw. der darauf ablaufenden Software sind verschiedene Funktionen implementiert, welche sowohl eine rechnergestützte, d.h. automatische, Ansteuerung der Laservorrichtung 17 als auch des Mikroskops 13 bzw. des Trägertisches 14 und der Auffangvorrichtung 19 ermöglichen, so dass beispielsweise der Laser automatisch aktiviert wird und die Auffangvorrichtung 19 sowie der Trägertisch 14 automatisch verfahren und verstellt werden können. Zur Einstellung bzw. Auswahl dieser Funktionen sind herkömmliche Eingabemittel, wie beispielsweise eine Tastatur 9, eine Computermaus 10 oder ein (nicht gezeigter) Trackball, Joystick o. dgl. vorgesehen. Des weiteren ist der Laservorrichtung 17 ein Fußschalter 11 zugeordnet, durch dessen Betätigung der Laser manuell aktiviert werden kann.
Zum Schneiden der auf dem Objektträger bzw. dem Trägertisch 14 befindlichen biologischen Masse kann der Benutzer rechnergestützt eine geeignete Schnittlinie vorgeben, die durch entsprechende Ansteuerung der Laservorrichtung 17 und des Trägertisches 14 in eine entsprechende Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Trägertisch 14 umgesetzt wird, so dass bei gleichzeitiger Aktivierung der Laservorrichtung 17 die biologische Masse entsprechend der vorgegebenen Schnittlinie mittels des Laserstrahls geschnitten wird.
Ein auf diese Weise aus der biologischen Masse ausgeschnittenes Objekt kann mit Hilfe einer weiteren Laserbestrahlung aus der biologischen Masse zu der darüber befindlichen Auffangvorrichtung 19 katapultiert werden. Zu diesem Zweck können die zu katapultierenden Objekte rechnergestützt definiert bzw. markiert und anschließend der Trägertisch 14 automatisch derart verstellt werden, dass die zu katapultierenden Objekte nacheinander über den Laserstrahl bewegt und durch Setzen eines kurzen Laserpulses, auch als Laserschuss bezeichnet, jeweils aus der Objektebene zu der Auffangvorrichtung 19 katapultiert werden. Neben dem zuvor beschriebenen automatischen Erzeugen eines Laserpulses kann ein einzelner Laserimpuls oder Laserpuls auch durch einen kurzen Druck auf den in Figur 3 gezeigten Fußschalter 11 ausgelöst werden.
Wie bereits zuvor erwähnt worden ist, ist es grundsätzlich auch möglich, durch eine entsprechende Laserbestrahlung einzelne Objekte direkt aus der umgebenden biologischen Masse herauszukatapultieren, wenn die Laserenergie und/oder der Laserfokus entsprechend eingestellt werden, so dass ein vorhergehendes Herausschneiden dann nicht mehr nötig ist.
Die Auffangvorrichtung 19, welche sich bei dem in Figur 3 gezeigten inversen System oberhalb des Trägertisches 14 bzw. der Objektebene befindet, weist ein oder mehrere
Aufnahme- bzw. Auffangelemente auf, welche ein von der Objektebene herauskatapultiertes
Objekt auffangen und anschließend festhalten. Durch Fokussierung des Mikroskops 13 auf die Auffangvorrichtung 19 bzw. das jeweils im Lichtpfad des Mikroskops 13 befindliche
Aufnahme- bzw. Auffangelement 1 kann anschließend über das Mikroskop 13 bzw. den Bildschirm 8 des Computers 18 das herauskatapultierte und von dem entsprechende
Aufnahme- bzw. Auffangelement gehaltene biologische oder nichtbiologische Objekt betrachtet und untersucht werden, wobei zu diesem Zweck vorzugsweise eine
Verstellmöglichkeit zur Verstellung der Auffangvorrichtung 19 parallel zur Objektebene vorgesehen ist, um das herauskatapultierte und in dem entsprechenden Aufnahme- bzw. Auffangelement 1 gehaltene Objekt mit dem Mikroskop 13 abfahren zu können.
Zu bemerken ist, dass der Abstand zwischen der Auffangvorrichtung 19 und dem Träger 14 in der Zeichnung nicht maßstabsgerecht ist. Es ist wünschenswert, hier einen möglichst kleinen Abstand vorzusehen, um ein präzises Auffangen der herauskatapultierten Objekte zu ermöglichen.
Um ein sicheres Haften des herauskatapultierten Objekts an einer Aufnahmefläche des Aufnahmeelements 1 sicherzustellen, ist es bekannt, eine derartige Aufnahmefläche mit einer Haftschicht zu versehen. Häufig stellt sich dann jedoch das Problem, die Objekte beschädigungsfrei zur Weiterverarbeitung von dieser Haftschicht zu lösen. Zudem können - beispielsweise bei Berührung des Aufnahmeelements durch einen Menschen - elektrostatische Kräfte auftreten, welche das Objekt anziehen, wodurch das Objekt nicht korrekt auf die Aufnahmefläche gelangt. Derartige elektrostatische Aufladungen können auch durch die Einwirkung des Laserstrahls erzeugt werden. Um dies zu vermeiden, wird herkömmlicherweise eine Flüssigkeit in die Aufnahmeeinheit gegeben, welche das Auftreten von elektrostatischen Kräften verhindern soll. Dies hat den Nachteil, dass diese Flüssigkeit vorher eingefüllt werden muss, was Zeit kostet und eine Gefahr der Kontamination mit sich bringt. Zudem kann eine derartige Flüssigkeit verdunsten, sie muss somit relativ kurz vor dem Katapultieren in die Aufnahmeeinheit gefüllt werden, was bei Vielfach- Aufnahmeeinheiten wie beispielsweise Mikrotiterplatten Schwierigkeiten bereiten kann.
Weiterhin besteht bei herkömmlichen Haftmitteln die Gefahr, dass es Schwierigkeiten geben kann, das Objekt zerstörungsfrei von dem Haftmittel zu lösen.
Zudem sind zur Weiterverarbeitung der Objekte, beispielsweise zur Gewinnung einer Zellkultur bzw. einer biologischen Masse, eine Hinzugabe von beispielsweise Nährlösungen oder anderen Mitteln zur Weiterverarbeitung nötig. Hierbei besteht wiederum eine erhöhte Kontaminationsgefahr.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufnahmeeinheit bereitzustellen, welche zumindest einen Teil der dargestellten Probleme vermeidet. Insbesondere ist es wünschenswert, eine derartige Aufnahmeeinheit beispielsweise zur Serienverarbeitung von biologischem Material im Voraus herstellen zu können und die herauskatapultierten bzw. herausgelösten Objekte möglichst steril weiterverarbeiten zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Aufnahmeelement gemäß Anspruch 1, 6, 7 oder 8. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Ausführungsbeispiele des Aufnahmeelements, eine bevorzugte Verwendung des Aufnahmeelements sowie ein Verfahren zur Gewinnung eines biologischen Objekts unter Benutzung des Aufnahmeelements.
Erfindungsgemäß wird ein Aufnahmeelement zum Aufnehmen eines aus einer biologischen Masse mittels Laserstrahlung herausgelösten Objekts bereitgestellt, wobei das
Aufnahmeelement eine Aufnahmefläche zum Aufnehmen des Objekts aufweist und wobei die Aufnahmefläche ein Haftmittel zur Verbesserung der Haftung des jeweiligen Objekts an der Aufnahmefläche aufweist. Dieses Haftmittel ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass es das Auftreten von auf das Objekt wirkenden elektrostatischen Kräften in dem Aufnahmeelement unterdrückt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das
Haftmittel ohne Beschädigung des Objekts auflösbar, beispielsweise durch Zufuhr von
Wärme verflüssigbar. Dabei bedeutet „ohne Beschädigung" in diesem Zusammenhang, dass eine vorgegebene Verarbeitung und/oder Analyse des Objekts nicht beeinträchtigt wird.
Zudem oder alternativ kann das Haftmittel derart ausgestaltet sein, dass es Mittel zur weiteren Verarbeitung und/oder Analyse des Objekts wie beispielsweise eine Pufferlösung, eine Nährlösung und/oder Enzyme bzw. Enzym-Voransätze beispielsweise für eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) aufnehmen kann. Es ist selbstverständlich besonders bevorzugt, ein Haftmittel vorzusehen, welches zwei oder alle drei dieser Merkmale aufweist.
Des Weiteren stellt die Erfindung ein gattungsgemäßes Aufnahmeelement bereit, bei dem das Haftmittel ein Hydrogel ist. Dieses Hydrogel kann insbesondere die oben genannten Eigenschaften aufweisen. Allgemein versteht man unter einem Hydrogel ein Gel auf Basis hydrophiler, aber wasserunlöslicher Polymere, welche insbesondere als dreidimensionales Netzwerk vorliegen. Die Polymere können dabei sowohl natürliche Polymere als auch synthetische Polymere sein. Ein mögliches derartiges Hydrogel ist Agarose.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Aufnahmeelement einen Deckelabschnitt zum Abdecken eines Behälters und einen in dem Deckelabschnitt angebrachten Sockelabschnitt mit der Aufnahmefläche auf einer dem Deckelabschnitt abgewandten Seite. Der Sockelabschnitt weist dabei bevorzugt eine Höhe auf, welche so gewählt ist, dass der Abstand der Aufnahmefläche zu einem Boden des Behälters in einem Zustand, in dem der Deckelabschnitt den Behälter abdeckt, kleiner als 10 mm und bevorzugt zwischen 1 und 3 mm ist. Wird als Behälter ein für Laserstrahlung durchlässiger Behälter verwendet, insbesondere eine Petrischale mit Doppelmembranboden, kann dieser Behälter dann direkt als Träger für die biologische Masse verwendet werden und das Objekt einfach auf die Aufnahmefläche katapultiert werden, wenn der Deckelabschnitt den Behälter abdeckt.
Das Aufnahmeelement kann auch in Form einer Mehrfachkulturschale, Petrischale oder einer Mikrotiterplatte mit jeweils einer Vielzahl von Aufnahmevertiefungen ausgebildet sein, wobei die Aufnahmevertiefungen bis zu einer bestimmten Höhe mit dem Hydrogel gefüllt sind.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 3 ein Lasersystem, bei dem die vorliegende Erfindung Verwendung finden kann. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein erfindungsgemäßes Aufnahmeelement 1 umfasst dabei eine Abdeckung oder einen Deckel 2 einer Zellkulturschale 5, beispielsweise einer Petrischale. Auf einer Innenseite des Deckels 1 ist ein Sockel oder Stützelement 3 angebracht. Das Stützelement 3 kann dabei beispielsweise kreisrund sein und aus Silikon oder Acrylglas gefertigt sein wobei auch andere Materialien denkbar sind. Für viele Anwendungen ist es wünschenswert, dass dieses Stützelement 3 autoklavierbar ist, um das Aufnahmeelement sterilisieren zu können. Dafür wird das Stützelement 3 sterilisiert und die Agaroseschicht 4 durch Gießen von hochprozentiger, sterilisierter, gefilterter Agarose in eine entsprechende Schablone aufgebracht. Das Stützelement 3 ist mit einem nichttoxischen Material an der Innenfläche des Deckels 2 angebracht, wobei diese Verbindung reversibel ist, um das Stützelement 3 auch bei Bedarf wieder entfernen zu können.
Auf einer unteren Seite des Stützelements 3 befindet sich eine Aufnahmefläche für insbesondere biologische Objekte, welcher mit einer Agaroseschicht 4 bevorzugt aus hochwertiger, d.h. hochreiner LE-Agarose bedeckt ist. Die Agaroseschicht dient dabei als Haftmittel, um die Objekte an der Aufnahmefläche festzuhalten. Prinzipiell kann anstelle der Agaroseschicht 4 auch ein anderes geeignetes Hydrogel oder ein anderes Haftmittel mit den gewünschten Eigenschaften verwendet werden.
Für den in der Beschreibungseinleitung ausführlich unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Katapultvorgang wird der Deckel 2 auf eine passende Petrischale 5 gesetzt. Die Petrischale 5 weist bevorzugt statt eines herkömmlichen Glasbodens eine Doppelmembran 5a als Bodenelement auf, welche eine Kombination aus einer lichtdurchlässigen und einer UV-absorbierenden Folie darstellt. Eine derartige Petrischale ist in der DE 100 39 979 A1 ausführlich beschrieben. Diese Petrischale 5 enthält beispielsweise auf der Doppelmembran 5a eine Zellkultur 7. Im aufgesetzten Zustand ist der Abstand der Aufnahmefläche bzw. des Hydrogels 4 von der Membran 5a kleiner als 10 mm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 mm. Das so geschlossene Gefäß wird dann als Träger 14 in die Vorrichtung von Fig. 3 eingesetzt. Mit einem Laserstrahl wird ein gewünschter Teil der Zellkultur 7 ausgeschnitten und mittels eines Laserpulses auf das Hydrogel 4 katapultiert. Das Aufnahmeelement 1 ersetzt dabei gleichzeitig eine in Fig. 3 dargestellte Auffangeinrichtung 19.
Zur weiteren Verarbeitung wird das Aufnahmeelement 1 dann beispielsweise auf ein Zellkulturgefäß oder auch auf eine weitere Petrischale 5 mit Membran 5a aufgesetzt. Die auf das Hydrogel 4 katapultierten Zellen können durch leichte Bewegungen oder durch Erwärmung der Agaroseschicht 4 abgelöst werden. Dabei kann die weitere Petrischale 5 insbesondere mit einer Zellkulturflüssigkeit gefüllt sein, in welche das Hydrogel 4 eintaucht. Alternativ kann die Hydrogelschicht auch durch Zugabe von Agarase, einem Enzym, welches Agarose auflöst, vollständig aufgelöst werden. Danach kann das Aufnahmeelement 1 gegen einen herkömmlichen Deckel ausgetauscht werden und - gegebenenfalls nach einer Sterilisation - wiederverwendet werden. Werden die katapultierten Zellen so in eine weitere Petrischale 5 mit Membran 5a übertragen, kann nach Kultivierung in dieser Petrischale der Vorgang mit den dort entstandenen Zellkulturen wiederholt werden.
Die Verwendung des Hydrogels, in diesem Fall der Agaroseschicht 4, hat den Vorteil, dass beispielsweise durch die Lasereinstrahlung oder durch eine Berührung hervorgerufene elektrostatische Kräfte nicht dazu führen, dass die herauskatapultierten Zellen anstelle auf der Hydrogelschicht 4 an dem Deckel 2 hängen bleiben.
Ein Vorteil bei Verwendung einer derartigen Aufnahmeeinrichtung ist es auch, dass die Agaroseschicht 4 eine bessere Visualisierung der Zellkultur 7 sowie der herauskatapultierten Zellen mit einem Mikroskop ermöglicht, da der Kontrast verbessert wird.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dabei handelt es sich um ein Aufnahmeelement 1 in Form von so genannten
Mehrfachkulturschalen, das heißt, mehrere zusammenhängende schalenartige Vertiefungen
20. In dem dargestellten Beispiel sind drei derartige Schalen 20 dargestellt, welche mit
Stegen 6 verbunden sind. Die Schalen können mit einem (nicht dargestellten) Deckel abgedeckt werden. Bei handelsüblichen Mehrfachkulturschalen bzw. Mehrfachkulturplatten sind üblicherweise wesentlich mehr dieser Schalen 20 vorhanden, beispielsweise vier
Reihen mit je sechs derartigen Schalen 20. Die Schalen sind wiederum mit Agarose 4 oder einem anderen Hydrogel gefüllt. Bei einem Katapultiervorgang wie oben beschrieben wird diese Anordnung entsprechend mit der Öffnung nach unten in die Aufnahmeeinrichtung 19 des in Fig. 3 dargestellten Mikroskop angebracht, und von einem Träger 14 werden die gewünschten Zellen auf die Agaroseschichten 4 katapultiert. Die Höhe der Befüllung mit
Agarose wird dabei derart gewählt, dass ein für das Katapultieren günstiger Abstand zu dem
Träger 14 vorliegt, bevorzugt zwischen 1 und 3 mm.
Nach dem Katapultieren kann die Agarose 4 wiederum durch Zugabe von Agarase verflüssigt werden, so dass eine unmittelbare Weiterverwendung vorgenommen werden kann. Des Weiteren können in den Agaroseschichten 4 verschiedene Zusätze wie z. B.
Zellkulturmedien oder Pufferlösungen eingebracht sein. Für eine folgende Verarbeitung oder Analyse der katapultierten Zellen ist daher ein zusätzliches Einbringen dieser Mittel nicht mehr erforderlich, da diese nach dem Auflösen bzw. Verflüssigen der Agarose freigesetzt werden. Auch Enzyme oder Enzym-Voransätze können hier als Zusätze dienen. Es wird daher ein Arbeitsschritt eingespart, auch die damit verbundene Kontaminierungsgefahr wird vermieden, da diese Zusätze nicht z.B. durch Pipettieren hinzugefügt werden müssen, die gewünschte Verarbeitung und/oder Analyse kann sofort gestartet werden. Ein bevorzugter Anwendungsbereich ist hier die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), wobei die Zusätze bevorzugt so gewählt werden können, dass bei einem Auflösen des Hydrogels durch Erwärmung gleichzeitig die Reaktion gestartet wird. Ein anderer Anwendungsbereich ist die Kultivierung der katapultierten Zellen.
Bei derartigen Anwendungen ist darauf zu achten, dass das aufgelöste Hydrogel die vorgesehene Verarbeitung oder Analyse nicht stört oder kontaminiert. Hochreine, bevorzugt sterilisierte Agarose ist hier wiederum ein Beispiel für ein geeignetes Hydrogel.
Anstelle der Mehrfachkulturschalen können auch so genannte Mikrotiterplatten bzw. 96-well- Mikrotiterplatten ähnlich wie in Fig. 2 mit feinporiger, feingelierender Agarose befüllt werden, so das wiederum ein optimaler Abstand für einen Katapultierprozess vorliegt. Auch hier können wieder für die Weiterverarbeitung der katapultierten Zellen gewünschte Gemische der Agarose beigemischt werden, beispielsweise Reaktionsgemische wie denaturierende Pufferlösungen oder enzymhaltige Voransätze. Damit kann für alle geernteten Zellen eine gewünschte Reaktion zum gleichen Zeitpunkt gestartet werden. Da die Agarose durch das Agaraseenzym aufgelöst werden kann, steht für folgende Anwendungen wie PCR bzw. MALDI (Polymerasekettenreaktion, Polymerase Chain Reaction bzw. matrixassistierte Laserdesorption/Ionisation) das volle Volumen der jeweiligen Vertiefungen zur Verfügung. Bei derartigen Anwendungen kann anstelle der Auflösung der Agarose mittels Agarase die Agarase auch durch zyklisches Erhitzen der Probe beispielsweise während des PCR- Vorgangs verflüssigt werden.
Selbstverständlich sind die hier dargestellten Ausführungsbeispiele nicht auf Agarose als Hydrogel beschränkt, es könne auch andere Hydrogele mit den gewünschten Eigenschaften verwendet werden. Möglich wäre hier beispielsweise ein Hydrogel auf Basis von Collagen, Polyacrylamid oder ähnlichen Substanzen. Auch andere Formen der Aufnahmeeinheiten sind je nach gewünschter Anwendung möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Aufnahmeelement (1) zum Aufnehmen eines aus einer biologischen Masse (7) mittels Laserstrahlung herausgelösten biologischen Objekts, wobei das Aufnahmeelement (1) eine Aufnahmefläche zum Aufnehmen des Objekts aufweist, wobei die Aufnahmefläche ein Haftmittel (4) zur Verbesserung der Haftung des jeweiligen Objekts an der Aufnahmefläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (4) auflösbar ist, ohne eine Eignung des Objekts für eine vorgegebene Verarbeitung und/oder Analyse zu beeinträchtigen.
2. Aufnahmeelement (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (4) zum Auflösen durch Zufuhr von Wärme verflüssigbar ist.
3. Aufnahmeelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (4) ohne Beschädigung des Objekts auflösbar ist.
4. Aufnahmeelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (4) Mittel für die vorgegebene Verarbeitung und/oder Analyse umfasst.
5. Aufnahmeelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (4) derart ausgestaltet ist, dass es nach dem Auflösen die vorgegebene Verarbeitung und/oder Analyse nicht beeinflusst.
6. Aufnahmeelement (1) zum Aufnehmen eines aus einer biologischen Masse (7) mittels Laserstrahlung herausgelösten biologischen Objekts, wobei das Aufnahmeelement (1 ) eine Aufnahmefläche zum Aufnehmen des Objekts aufweist, wobei die Aufnahmefläche ein Haftmittel (4) zur Verbesserung der Haftung des jeweiligen Objekts an der Aufnahmefläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (4) derart ausgestaltet ist, dass es das Auftreten von auf das Objekt wirkenden elektrostatischen Kräften in dem Aufnahmeelement (1 ) unterdrückt.
7. Aufnahmeelement (1) zum Aufnehmen eines aus einer biologischen Masse (7) mittels Laserstrahlung herausgelösten biologischen Objekts, wobei das Aufnahmeelement (1) eine Aufnahmefläche zum Aufnehmen des Objekts aufweist, wobei die Aufnahmefläche ein Haftmittel (4) zur Verbesserung der Haftung des jeweiligen Objekts an der Aufnahmefläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel (4) derart ausgestaltet ist, dass es Mittel zur weiteren Verarbeitung und/oder Analyse des Objekts aufnehmen kann.
8. Aufnahmeelement (1) zum Aufnehmen eines aus einer biologischen Masse (7) mittels Laserstrahlung herausgelösten biologischen Objekts, wobei das Aufnahmeelement (1) eine Aufnahmefläche zum Aufnehmen des Objekts aufweist, wobei die Aufnahmefläche ein Haftmittel (4) zur Verbesserung der Haftung des jeweiligen Objekts an der Aufnahmefläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel ein Hydrogel (4) ist.
9. Aufnahmeelement (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel (4) derart ausgestaltet ist, dass es das Auftreten von auf das Objekt wirkenden elektrostatischen Kräften in dem Aufnahmeelement (1) unterdrückt.
10. Aufnahmeelement (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel (4) ohne Beschädigung des Objekts auflösbar ist.
11. Aufnahmeelement (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel (4) durch Zugabe eines Enzyms auflösbar ist.
12. Aufnahmeelement (1) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel (4) durch Zufuhr von Wärme zum Auflösen verflüssigbar ist.
13. Aufnahmeelement (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel (4) derart ausgestaltet ist, dass es Mittel zur weiteren Verarbeitung des Objekts aufnehmen kann.
14. Aufnahmeelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur weiteren Verarbeitung und/oder Analyse des Objekts in dem Hydrogel (4) eingelagert sind..
15. Aufnahmeelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur weiteren Verarbeitung des Objekts Puffermittel, ein Zellkulturmedium und/oder einen Enzym-Voransatz umfassen.
16. Aufnahmeelement (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel (4) Agarose umfasst.
17 Aufnahmeelement (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel aus reiner Agarose besteht.
18. Aufnahmeelement (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel (4) ein Hydrogel auf Basis von proteinogenen Substanzen, Collagen, einem Netzwerk-Bildner auf Zuckerbasis und/oder Polyacrylamid umfasst.
19. Aufnahmeelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (1) einen Deckelabschnitt (2) zum Abdecken eines Behälters (5) und ein in dem Deckelabschnitt (2) angebrachtes Stützelement (3) mit der Aufnahmefläche auf einer dem Deckelabschnitt (2) abgewandten Seite aufweist.
20. Aufnahmeelement (1 ) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (3) aus Silikon oder Acrylglas gefertigt ist.
21. Aufnahmeelement (1 ) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (3) eine Höhe aufweist, welche so gewählt ist, dass der Abstand des Hydrogels (4) zu einem Boden (5a) des Behälters (5) in einem Zustand, in dem der Deckelabschnitt (2) den Behälter (5) abdeckt, kleiner als 10 mm ist.
22. Aufnahmeelement (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (3) abnehmbar an dem Deckelabschnitt (2) angebracht ist.
23. Aufnahmeelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement in Form einer Mehrfachkulturschale (1) ausgestaltet ist.
24. Aufnahmeelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement in Form einer Mikrotiterplatte ausgestaltet ist.
25. Aufnahmeelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Aufnahmevertiefungen (20) des Aufnahmeelements (1) bis zu einer vorgegebenen Höhe mit dem Haftmittel (4) gefüllt sind.
26. Aufnahmeelement (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgestaltet ist.
27. Verwendung eines Aufnahmeelementes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 26 zum Auffangen eines biologischen Objekts, welches mit Hilfe eines Laserstrahls aus einer biologischen Masse herausgelöst wurde.
28. Verwendung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Herauslösen des Objekts aus der biologischen Masse (7) durch einen von einem Laser ausgelösten Transportvorgang vorgenommen wird.
29. Verfahren zur Gewinnung eines biologischen Objekts, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt mit einem Laser aus einer biologischen Masse (7) herausgelöst und zu einem Aufnahmeelement (1) transportiert wird, dass das Objekt auf einer Aufnahmefläche des Aufnahmeelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25 aufgenommen wird, und dass das Haftmittel (4) des Aufnahmeelements (1) aufgelöst wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Auflösen des Haftmittels (4) in dem Haftmittel eingelagerte Mittel zur weiteren Verarbeitung und/oder Analyse des biologischen Objekts freigesetzt werden.
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