WO2010025853A1 - Molecularly imprinted polymer (mip) chip sensor, use thereof, and analytical detection method - Google Patents

Molecularly imprinted polymer (mip) chip sensor, use thereof, and analytical detection method Download PDF

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WO2010025853A1
WO2010025853A1 PCT/EP2009/006128 EP2009006128W WO2010025853A1 WO 2010025853 A1 WO2010025853 A1 WO 2010025853A1 EP 2009006128 W EP2009006128 W EP 2009006128W WO 2010025853 A1 WO2010025853 A1 WO 2010025853A1
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chip sensor
cantilever
sensor according
nanoparticles
analyte
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PCT/EP2009/006128
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Ute Steinfeld
Hyeck-Hee Lee
Jung Tae Kim
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Kist-Europe Forschungsgesellschaft Mbh
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Definitions

  • the invention relates to a chip sensor for detecting at least one analyte in a sample, wherein the sensor is based on a cantilever with molecularly imprinted polymer (MIP) nanoparticles.
  • MIP molecularly imprinted polymer
  • the invention further relates to a method for detecting at least one analyte in a sample, in which this chip sensor is used.
  • the sensors according to the invention are used for a variety of analytical applications in the fields of medicine, food chemistry and the environment.
  • cantilevers For applications in the field of biosensors, the use of micro-fabrication techniques produced cantilevers as a sensor is known from the prior art.
  • a cantilever is pronounced as cantilevered spring beam and chemically treated with a catcher molecule as specific as possible. coated.
  • This sensor is usually brought into contact with the liquid to be analyzed. If molecules of the desired substance are in the liquid, they bind to the capture molecule.
  • stress On the one hand there is an altered surface tension on the cantilever, so-called stress, on the other hand an increase in the mass of the cantilever. While surface stress results in minimal mechanical deflection of the cantilever, the mass increase typically causes a decrease in the cantilever's natural frequency. Both the minimum deflection and the change in the vibration behavior can be determined as indicators for the analysis.
  • a mechanical change in the state or behavior of the cantilever serves for detection.
  • the high sensitivity of cantilevered micromechanical cantilevers is a particular advantage that is difficult or impossible to achieve by conventional methods.
  • MIP molecular imprinted polymers
  • template molecules bonds with functional monomers are formed at certain points of the template used as a template. This complex is then stabilized in the presence of a solvent by copolymerization with suitable crosslinks. Subsequently, the template is washed out of the crosslinked polymer matrix with a suitable solvent or extracted. The remaining cavities (imprints) have a to Template complementary form and corresponding binding sites on. Both effects account for the affinity of the imprint to the template molecule upon renewed contact with it.
  • a sensor which is based on a cantilever whose surface is provided with a MIP coating.
  • the full-surface and permanent coating of the cantilever involves disadvantages in terms of loading capacity on the one hand and reusability on the other hand.
  • a chip sensor for detecting at least one analyte in a sample contains at least one microfluidic system with at least one throughflow channel and at least one cantilever arranged in the throughflow channel. At least in certain regions, nanoparticles are arranged on the surface of the cantilever and contain at least one molecularly imprinted polymer which has a specific binding for the at least one analyte. has cavity.
  • the sensor thus consists of a microfluidic chip system, in whose microfluidic channels one or more cantilevers are arranged.
  • nanoparticles containing a molecularly imprinted polymer are nanoparticles containing a molecularly imprinted polymer, temporarily or permanently attached.
  • the chip sensor according to the invention is characterized in that instead of full-surface coatings of the cantilever nanoparticles are bound to the cantilever surface. This brings significant advantages in terms of the loading capacity of the sensor for a variety of analytes.
  • the use of nanoparticles leads to a significantly increased surface area, which drastically increases the number of bond cavities on the surface of the cantilever.
  • the cantilever preferably consists essentially of silicon dioxide, wherein at least one piezoelectric layer is preferably arranged at least in regions on the surface.
  • the nanoparticles are at least partially coated with the molecularly imprinted polymer.
  • the nanoparticles are preferably bound chemically, in particular by covalent or ionic bonding to the cantilever surface. It is the same but also possible that a connection by physical sorption or chemosorption occurs. Furthermore, spacers can be used to bind the nanoparticles to the cantilever surface. Particularly preferred is a chemical linkage via the OH groups of the cantilever surface, since the cantilever consists of silicon dioxide and a multiplicity of SiOH groups exist on the surface.
  • the particle size of the nanoparticles is generally in the range of 10 to 1000 nm.
  • the nanoparticles preferably have a particle size in the range from 10 to 200 nm, preferably from 10 to 100 nm and particularly preferably from 10 to 30 nm , This can then be followed by coating with the molecularly imprinted polymer of the nanoparticles bound on the can-tilever surface.
  • the nanoparticles are pre-coated with the molecularly imprinted polymer and subsequently bonded to the cantilever surface.
  • the nanoparticles preferably have a particle size in the range from 200 to 1000 nm, preferably from 500 to 800 nm.
  • the cantilever has electromagnetic regions at least in regions.
  • the electromagnetic layer thus allows a temporary fixation of the nanoparticles on the cantilever. This leads to a very flexible and versatile system in terms of microfluidic analysis. This allows the MIP nanoparticles to be easily interchanged, providing a sensor system of any specificity. The easy interchangeability of nanoparticles ensures the recycling and reusability of such systems for the first time.
  • the magnetic or magnetizable materials are preferably iron-containing materials, in particular magnetite, maghemite and / or hematite.
  • the magnetic or magnetizable nanoparticles which were coated with the molecularly imprinted polymer before being brought into contact with the cantilever have, including the MIP coating, a particle size in the range from 200 to 1000 nm, preferably from 500 to 800 nm.
  • the molecularly imprinted polymers used according to the invention follow the molecular imprinting technique, which is based on the complex binding of a template, functional monomers and cross-linkers. Upon polymerization, a detection cavity with specific and well-aligned functional groups is formed, which is complementary to the template molecule.
  • These engineered, template-tailored molecular cavities show highly selective molecular recognition. Advantages of such structures for sensors, in addition to the high specificity, the associated low cost, robustness, high stability and ease of use and Storage for a longer period of time.
  • the molecularly imprinted polymers used according to the invention are preferably selected from the group consisting of poly (meth) acrylic acids, poly (meth) acrylates, polyacrylamides, polyolefins, polydiolefins, polyvinyl compounds, polylactides, polyglycosides, polyphosphazenes, polyorthoesters, polyanhydrides , Polyurethanes, polysiloxanes and copolymers, blends and mixtures thereof and / or selected from the group of natural polymers consisting of starch, cellulose, chitosan and copolymers, blends and mixtures thereof.
  • Typical functional monomers used may be:
  • Carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, Triflu- or methacrylic acid, vinyl benzoic acid, itaconic acid, and their amides;
  • Sulfonic acids such as acrylamidomethylpropanesulfonic acid
  • heteroaromatic or weak bases such as substituted or unsubstituted vinylpyridines, vinylpyrimidines, vinylpyrazoles, vinylimidazoles, vinyltriazines, vinylpurines, -indoles, -quinolines, -acridines, -phenanthridines, bis (acrylamido) pyridine;
  • aliphatic or aromatic vinyl derivatives such as substituted or unsubstituted styrenes, vinylnaphthalenes, vinylnaphthalenecarboxylic acids, vinylnaphthols, vinylanthracenes, vinylanthracenecarboxylic acids, vinylphenanthrenes, vinylphenanthrenecarboxylic acids, and similar fused aromatics, vinylbenzamidine; Acryloylaminobenzamidine, (amidinoalkyl) -styrene, where the alkyl may be methyl, ethyl or propyl, N-acryloyl- (amidinoalkyl) -aniline, vinyl derivatives having chelating groups, such as iminodiacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, inter alia, for complexing metal ions, silanes as well as mixtures of such monomers. Other functional monomers can also be used.
  • cross-linker unit with two or more linkages with the functional monomers
  • Ethylene glycol dimethacrylate EDMA
  • TAM trimethylolpropane trimethacrylate
  • PTRA Pentaerythritol triacrylate
  • PETEA pentaerythritol tetraacrylate
  • Cross-linkers containing functional groups such as acrylamide units, which are linked to the amide nitrogens by means of aliphatic (methylene-inter alia), aromatic (phenylene-ua) or heteroaromatic (pyridinyl-ua) spacers.
  • Other cross-linkers can also be used, for example, UV crosslinkers or even stable UV crosslinkers.
  • porogens solvents that serve as solvents for the polymerization reaction and induce porosity into the imprinted polymer
  • different dielectric constant solvents may be used, including parameters such as different swelling properties of the polymer, different morphologies of the polymer having different structures and pore diameters / porosity or affect different binding strengths of noncovalent interactions, in particular aliphatic or alicyclic hydrocarbons such as hexane, heptane or cyclohexane;
  • aromatic hydrocarbons such as toluene
  • halogenated hydrocarbons such as chloroform, dichloromethane or 1, 2-dichloroethane
  • short-chain alcohols such as methanol, ethanol, propanol
  • the addition of a porogen in the preparation of the molecularly imprinted polymers has the effect that the resulting nanoparticles have macropores with a pore size in the range of 10 to 50 nm.
  • the polymerization can be initiated in various ways. In addition to thermal initiation, this also includes the addition of initiators (radical initiators) for radical polymerization. 2, 2'-azobis-isobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis (2,4-dimethyl-valeronitrile) (ADVN) and others can be used as initiators, and the use of UV light is also possible.
  • initiators radiation initiators
  • AIBN 2,2'-azobis-isobutyronitrile
  • ADVN 2,2'-azobis (2,4-dimethyl-valeronitrile)
  • UV light is also possible.
  • the molecularly imprinted polymers used according to the invention preferably have binding cavities for biomolecules, in particular bacteria, viruses, proteins, peptides, antigens, antibodies, vitamins, prions, tumor markers, DNA sequences, DNA sequences, RNA sequences, cells and specific DNAs On cell surfaces.
  • the polymers binding cavities for pollutants, pharmaceuticals and personal care products (PPCP) endocrine disrupting chemicals (EDC), herbicides, pesticides, nitrates, phosphates, chlorinated hydrocarbons (Lindane, PCB) and organic phosphorus compounds. It is likewise possible that the polymers have bonding cavities for a plurality of the abovementioned groups.
  • the specific binding cavities are preferably generated by the incorporation of specific epitopes, receptors or parts thereof. These are then removed again from the polymer matrix, z. B. by the use of hydrolytic enzymes or by thermal or chemical decomposition. It is also possible that the specific binding cavities are produced by the incorporation of specific proteins, polysaccharides, fats and / or nucleic acids and then removed with hydrolysis by lysosomal enzymes.
  • the invention likewise provides a method for detecting at least one analyte in a sample Use of the chip sensor described above provided.
  • the method has the following steps:
  • a sample containing the at least one analyte and present in liquid or gaseous form is introduced into the throughflow channel
  • the sample is brought into contact with the cantilever, whereby a binding to the cantilever surface takes place through interaction between the at least one analyte and the binding cavities,
  • the mass increase of the cantilever caused by the binding of the at least one analyte is determined by means of a measurement of the vibration behavior
  • the sample is removed from the at least one desorbed analyte from the flow channel.
  • the method according to the invention is based on passing a sample in liquid or gaseous form over the chip sensor. If the desired analytes are present in the sample, they bind in the corresponding specific cavities and the mass on the cantilever surface increases. This mass increase changes the vibration behavior of the cantilever.
  • the measurement can here preferably be based on the amplitude, the frequency and / or the phase of
  • Oscillation ie its intensity and temporal behavior.
  • the detection of analytes takes place in real time and without changing or marking them in any way.
  • an undesired influence by the marker molecules and thus a falsification the investigated interaction avoided.
  • This is in contrast to classical sensors in which, for example, fluorescent markers are used to identify the substances to be investigated.
  • the release of the analyte bound in the binding cavities preferably takes place by chemical or thermal desorption, pH-dependent, by lysosomal hydrolysis and / or magnetic interaction.
  • the magnetic or magnetizable nanoparticles are again completely removed from the cantilever surface.
  • the cantilever surface can be coated with new nanoparticles that are specific for other analytes.
  • the chip sensors according to the invention are used for any analytical questions.
  • the sensors can be used in the following areas:
  • DNA or RNA detection • DNA or RNA detection, sequence selectivity, detection of specific ds DNA sequences, ss DNA sequences or RNA sequences.
  • the chip sensor according to the invention finds application for the detection of biomolecules, especially bacteria, viruses, proteins, peptides, antigens, antibodies, vitamins, prions, tumor markers, ds DNA sequences, ss DNA sequences, RNA sequences, cells and specific cell surfaces and Pollutants, pharmaceutical substances and personal care products, endocrine disruptors, herbicides, pesticides, nitrates, phosphates, chlorinated hydrocarbons (lindane, PCB) and organic phosphorus compounds in liquid samples, in particular water or blood, or gaseous samples, in particular in the air.
  • biomolecules especially bacteria, viruses, proteins, peptides, antigens, antibodies, vitamins, prions, tumor markers, ds DNA sequences, ss DNA sequences, RNA sequences, cells and specific cell surfaces and Pollutants, pharmaceutical substances and personal care products, endocrine disruptors, herbicides, pesticides, nitrates, phosphates, chlorinated hydrocarbons (lindane
  • Fig. 1 shows the structure of a Can- tilevers invention.
  • FIG. 2 shows a first variant of a chip sensor according to the invention.
  • 3 shows a second variant of a chip sensor according to the invention.
  • Fig. 5 shows a micro-cantilever sensor unit and the overall view of the microfluidic platform for multiple detection and simultaneous sample preparation.
  • FIG. 1 shows a cantilever 1 according to the invention, which is provided on one of its surfaces with a piezoelectric layer 2.
  • An electromagnetic layer is arranged on the piezoelectric layer, by means of which an electromagnetic interaction with the magnetic or magnetizable nanoparticles 4 is made possible.
  • the electromagnetic layer 3 can be omitted here, if another binding of the nanoparticles takes place on the cantilever, z.
  • FIG. 2 shows a first variant of a chip sensor system according to the invention.
  • This consists of a microfluidic system with a through-flow channel 5, at the inlet opening of which the sample containing the analyte to be detected is introduced.
  • Bonding cavities of the molecularly imprinted polymer the cantilever surface thus comes to the specific connection.
  • an increase in the mass of the cantilever is then detected, which can be detected by measuring the vibration behavior, for example the amplitude, the frequency and / or the phase of the vibration.
  • FIG. 3 shows a second variant of a chip sensor according to the invention.
  • the throughflow channel 5 has bifurcations, so that the sample is introduced via a first inlet opening, and further reagents can be added via a second inlet opening, so that a chemical reaction takes place in the throughflow channel.
  • a plurality of cantilevers 6, 6 'and 6 are arranged again.
  • FIG. 4 schematically illustrates the functional principle of the measuring method and the cantilever sensor in connection with paramagnetic nanoparticles.
  • the paramagnetic MIP nanoparticles are injected into the microcantileversensor 30 (A) with a magnetic field applied (B).
  • the nanoparticles arrange themselves on the surface of the cantilever 30.
  • C non-immobilized particles
  • C non-immobilized particles
  • a sample containing the target molecules is injected into the system.
  • the target molecules are bound and detected by the nanoparticles (D, E).
  • the magnetic field is deactivated and the system washed to remove all nanoparticles (F).
  • the uncoated cantilever can now be used for the next test.
  • different target molecules can be detected with the same cantilever.
  • FIG. 5 shows a further application of the chip sensor according to the invention in a microfluidic platform.
  • a sample chip 10 is arranged in a supporting frame 15 via a connecting bridge 11 with a detector chip 12.
  • a storage container 19 is integrated in the sample chip 10 and the sample chip also has accesses for the samples 16.
  • the detector chip 12 is a

Abstract

The invention relates to a chip sensor for detecting at least one analyte in a sample containing at least one microfluidic system having at least one flow channel and at least one cantilever arranged in the flow channel. Nanoparticles containing at least one molecular imprinted polymer, which has specific binding cavities for the at least one analyte, are arranged on the surface of the cantilever at least in some areas.

Description

MOLEKULARGEPRÄGTER-POLYMER (MIP) CHIPSENSOR, DESSEN VERWENDUNG UND ANALYTISCHES NACHWEISVERFAHRENMOLECULAR CARRIER POLYMER (MIP) CHIP SENSOR, USE AND ANALYTICAL PROOF PROCESS
Die Erfindung betrifft einen Chipsensor zum Nachweis mindestens eines Analyten in einer Probe, wobei der Sensor auf einem Cantilever mit molekular geprägtem Polymer (MIP) -Nanopartikeln beruht. Die Erfindung betriff weiterhin ein Verfahre zum Nachweis mindestens eines Analyten in einer Probe, bei dem dieser Chipsensor eingesetzt wird. Verwendung finden die erfindungsgemäßen Sensoren für vielfältige analytische Anwendungen in den Bereichen Medizin, Lebensmittel - Chemie und Umwelt.The invention relates to a chip sensor for detecting at least one analyte in a sample, wherein the sensor is based on a cantilever with molecularly imprinted polymer (MIP) nanoparticles. The invention further relates to a method for detecting at least one analyte in a sample, in which this chip sensor is used. The sensors according to the invention are used for a variety of analytical applications in the fields of medicine, food chemistry and the environment.
Für Anwendungen im Bereich der Biosensorik ist aus dem Stand der Technik der Einsatz von mittels Mikro- fabrikationstechniken hergestellten Cantilever als Sensor bekannt. Ein Cantilever ist dabei als einseitig eingespannter Federbalken ausgeprägt und chemisch mit einem möglichst spezifischen Fängermolekül be- schichtet. Dieser Sensor wird üblicherweise mit der zu analysierenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht. Befinden sich Moleküle der gesuchten Substanz in der Flüssigkeit, binden diese an das Fängermolekül. Dabei kommt es einerseits zu einer veränderten Oberflächenspannung auf dem Cantilever, sog. Stress, andererseits zu einer Zunahme der Masse des Cantilevers. Während der Oberflächenstress zu einer minimalen mechanischen Verbiegung des Cantilevers führt, bewirkt die Massenzunahme typischerweise eine Abnahme der Eigenfrequenz des Cantilevers. Sowohl die minimale Auslenkung als auch die Änderung des Schwingungsverhaltens können als Indikatoren für die Analyse ermittelt werden.For applications in the field of biosensors, the use of micro-fabrication techniques produced cantilevers as a sensor is known from the prior art. A cantilever is pronounced as cantilevered spring beam and chemically treated with a catcher molecule as specific as possible. coated. This sensor is usually brought into contact with the liquid to be analyzed. If molecules of the desired substance are in the liquid, they bind to the capture molecule. On the one hand there is an altered surface tension on the cantilever, so-called stress, on the other hand an increase in the mass of the cantilever. While surface stress results in minimal mechanical deflection of the cantilever, the mass increase typically causes a decrease in the cantilever's natural frequency. Both the minimum deflection and the change in the vibration behavior can be determined as indicators for the analysis.
Somit dient eine mechanische Änderung des Zustands oder Verhaltens des Cantilevers zur Detektion. Die hohe Sensitivität von einseitig eingespannten mikromechanischen Cantilevern ist ein besonderer Vorteil, der nur schwer oder überhaupt nicht mit üblichen Methoden erreichbar ist.Thus, a mechanical change in the state or behavior of the cantilever serves for detection. The high sensitivity of cantilevered micromechanical cantilevers is a particular advantage that is difficult or impossible to achieve by conventional methods.
In der Analytik finden in der letzten Zeit vermehrt molekular geprägte Polymere (molecular imprinted po- lymers, MIP) Verwendung. Bei dem molekularen Prägen handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren mit molekularen Abdrücken, sog. Templat- Moleküle . Dazu werden an bestimmten Stellen des als Schablone verwendeten Templats Bindungen mit funktio- nellen Monomeren ausgebildet. Dieser Komplex wird dann in Gegenwart eines Lösungsmittels durch Copoly- merisation mit geeigneten Quervernetzungen stabilisiert. Anschließend wird die Schablone aus der vernetzten Polymermatrix mit einem geeigneten Lösungs- mittel herausgewaschen bzw. extrahiert. Die zurückbleibenden Hohlräume (Prägungen) weisen eine zum Templat komplementäre Form und entsprechende Bindungsstellen auf. Beide Effekte begründen die Affinität der Prägung zum Templat -Molekül bei erneutem Kontakt mit diesem.In the field of analysis, molecular imprinted polymers (MIP) are increasingly being used in recent times. Molecular embossing is a process for the preparation of polymers with molecular imprints, so-called template molecules. For this purpose, bonds with functional monomers are formed at certain points of the template used as a template. This complex is then stabilized in the presence of a solvent by copolymerization with suitable crosslinks. Subsequently, the template is washed out of the crosslinked polymer matrix with a suitable solvent or extracted. The remaining cavities (imprints) have a to Template complementary form and corresponding binding sites on. Both effects account for the affinity of the imprint to the template molecule upon renewed contact with it.
Aus der WO 2005/119233 Al ist ein Sensor bekannt, der auf einen Cantilever basiert, dessen Oberfläche mit einer MIP-Beschichtung versehen ist. Die ganzflächige und permanente Beschichtung des Cantilevers bringt jedoch Nachteile hinsichtlich der Beladungskapazität auf der einen Seite und der Wiederverwendbarkeit auf der anderen Seite mit sich.From WO 2005/119233 Al a sensor is known which is based on a cantilever whose surface is provided with a MIP coating. The full-surface and permanent coating of the cantilever, however, involves disadvantages in terms of loading capacity on the one hand and reusability on the other hand.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Er- findung einen Sensor bereitzustellen, der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt und eine möglichst flexible Handhabung sowie die Möglichkeit der Detektion verschiedenster Analyten ermöglicht.Proceeding from this, it was an object of the present invention to provide a sensor which eliminates the disadvantages known from the prior art and enables the most flexible handling and the possibility of detecting a wide variety of analytes.
Diese Aufgabe wird durch den Chipsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. In Anspruch 22 werden erfindungsgemäße Verwendungen aufgeführt. Die weite- ren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.This object is achieved by the chip sensor having the features of claim 1 and the method having the features of claim 19. In claim 22 uses according to the invention are listed. The further dependent claims show advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird ein Chipsensor zum Nachweis mindestens eines Analyten in einer Probe bereitgestellt, der mindestens ein Mikrofluidiksystem mit mindestens einem Durchströmungskanal sowie mindestens einen im Durchströmungskanal angeordneten Cantilever enthält . Auf der Oberfläche des Cantilevers sind dabei zumindest bereichsweise Nanopartikel angeordnet, die min- destens ein molekular geprägtes Polymer enthält, das für den mindestens einen Analyten spezifische Bin- dungskavitäten aufweist.According to the invention, a chip sensor for detecting at least one analyte in a sample is provided which contains at least one microfluidic system with at least one throughflow channel and at least one cantilever arranged in the throughflow channel. At least in certain regions, nanoparticles are arranged on the surface of the cantilever and contain at least one molecularly imprinted polymer which has a specific binding for the at least one analyte. has cavity.
Der Sensor besteht somit aus einem mikrofluidischen Chip-System, in dessen mikrofluidischen Kanälen ein oder mehrere Cantilever angeordnet sind. An derThe sensor thus consists of a microfluidic chip system, in whose microfluidic channels one or more cantilevers are arranged. At the
Oberfläche des Cantilevers sind dabei Nanopartikel , die ein molekular geprägtes Polymer enthalten, vorübergehend oder permanent angelagert.Surface of the cantilever are nanoparticles containing a molecularly imprinted polymer, temporarily or permanently attached.
Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich der erfindungsgemäße Chipsensor dadurch aus, dass anstelle von vollflächigen Beschichtungen des Cantilevers Nanopartikel an die Cantilever-Oberflache gebunden werden. Dies bringt wesentliche Vorteile hinsichtlich der Beladungskapazität des Sensors für verschiedenste Analyten mit sich. Der Einsatz von Nanopartikeln führt zu einer erheblich vergrößerten Oberfläche, wodurch sich die Zahl der Bindungskavitäten auf der O- berflache des Cantilevers drastisch erhöht. Somit ist es mit dem erfindungsgemäßen System erstmals möglich, auch Proben mit deutlich höherer Konzentration des Analyten zu vermessen. Aufwendige Verdünnungsschritte entfallen damit.Compared to the prior art, the chip sensor according to the invention is characterized in that instead of full-surface coatings of the cantilever nanoparticles are bound to the cantilever surface. This brings significant advantages in terms of the loading capacity of the sensor for a variety of analytes. The use of nanoparticles leads to a significantly increased surface area, which drastically increases the number of bond cavities on the surface of the cantilever. Thus, it is possible for the first time with the system according to the invention to also measure samples with a significantly higher concentration of the analyte. Elaborate dilution steps are eliminated.
Vorzugsweise besteht der Cantilever im Wesentlichen aus Siliciumdioxid, wobei auf der Oberfläche bevorzugt mindestens eine piezoelektrische Schicht zumindest bereichsweise angeordnet ist.The cantilever preferably consists essentially of silicon dioxide, wherein at least one piezoelectric layer is preferably arranged at least in regions on the surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nanopartikel zumindest bereichsweise mit dem molekular geprägten Polymer beschichtet .In a preferred embodiment, the nanoparticles are at least partially coated with the molecularly imprinted polymer.
Die Nanopartikel werden dabei bevorzugt chemisch, insbesondere durch kovalente oder ionische Bindung an die Cantilever-Oberflache gebunden. Ebenso ist es aber auch möglich, dass eine Anbindung durch Physi- sorption oder Chemosorption erfolgt. Weiterhin können Spacer eingesetzt werden, um die Nanopartikel an die Cantilever-Oberflache zu binden. Besonders bevorzugt ist eine chemische Anbindung über die OH-Gruppen der Cantilever-Oberflache, da der Cantilever aus Silici- umdioxid besteht und an der Oberfläche eine Vielzahl von SiOH-Gruppen existieren.The nanoparticles are preferably bound chemically, in particular by covalent or ionic bonding to the cantilever surface. It is the same but also possible that a connection by physical sorption or chemosorption occurs. Furthermore, spacers can be used to bind the nanoparticles to the cantilever surface. Particularly preferred is a chemical linkage via the OH groups of the cantilever surface, since the cantilever consists of silicon dioxide and a multiplicity of SiOH groups exist on the surface.
Die Partikelgröße der Nanopartikel liegt allgemein im Bereich von 10 bis 1.000 nm.The particle size of the nanoparticles is generally in the range of 10 to 1000 nm.
Im Falle von Nanopartikeln, die auf die zuvor beschriebene Weise an die Cantilever-Oberflache gebun- den werden, weisen die Nanopartikel vorzugsweise eine Partikelgröße im Bereich von 10 bis 200 nm, bevorzugt von 10 bis 100 nm und besonders bevorzugt von 10 bis 30 nm auf. Im Anschluss kann dann eine Beschichtung mit dem molekular geprägten Polymer der auf der Can- tilever-Oberflache gebundenen Nanopartikel erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Nanopartikel vorab mit dem molekular geprägten Polymer beschichtet und anschließend an die Cantilever-Oberflache gebunden werden. In diesem Falle weisen die Nanopartikel vorzugsweise eine Partikelgröße im Bereich von 200 bis 1.000 nm, bevorzugt von 500 bis 800 nm auf.In the case of nanoparticles which are bound to the cantilever surface in the manner described above, the nanoparticles preferably have a particle size in the range from 10 to 200 nm, preferably from 10 to 100 nm and particularly preferably from 10 to 30 nm , This can then be followed by coating with the molecularly imprinted polymer of the nanoparticles bound on the can-tilever surface. However, it is also possible that the nanoparticles are pre-coated with the molecularly imprinted polymer and subsequently bonded to the cantilever surface. In this case, the nanoparticles preferably have a particle size in the range from 200 to 1000 nm, preferably from 500 to 800 nm.
Eine besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Chipsensors sieht vor, dass der Cantilever zu- mindest bereichsweise elektromagnetische Bereiche aufweist. Hierzu zählt beispielsweise eine elektromagnetische Schicht, die vorzugsweise auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist. Durch elektromagnetische Wechselwirkung kann dann eine Anbindung von Nanopartikeln, die ein magnetisches oder magneti- sierbares Material erhalten, an der Oberfläche des Cantilevers erfolgen. Die elektromagnetische Schicht ermöglicht somit eine temporäre Fixierung der Nano- partikel auf dem Cantilever. Dies führt zu einem sehr flexiblen und vielfältig einsetzbaren System in Bezug auf die mikrofluidische Analytik. Es wird so ermöglicht, dass die MIP-Nanopartikel einfach ausgetauscht werden können, wodurch ein Sensorsystem mit beliebiger Spezifität bereitgestellt werden kann. Durch die einfache Austauschbarkeit der Nanopartikel ist erst- malig das Recycling und die Wiederverwendbarkeit derartiger Systeme gewährleistet.A particularly preferred variant of the chip sensor according to the invention provides that the cantilever has electromagnetic regions at least in regions. This includes, for example, an electromagnetic layer, which is preferably arranged on the piezoelectric layer. Electromagnetic interaction can then be used to attach nanoparticles which contain a magnetic or magnetizable material to the surface of the nanoparticle Cantilevers take place. The electromagnetic layer thus allows a temporary fixation of the nanoparticles on the cantilever. This leads to a very flexible and versatile system in terms of microfluidic analysis. This allows the MIP nanoparticles to be easily interchanged, providing a sensor system of any specificity. The easy interchangeability of nanoparticles ensures the recycling and reusability of such systems for the first time.
Die magnetischen oder magnetisierbaren Materialien sind vorzugsweise eisenhaltige Materialien, insbeson- dere Magnetit, Maghemit und/oder Hematit.The magnetic or magnetizable materials are preferably iron-containing materials, in particular magnetite, maghemite and / or hematite.
Die magnetischen oder magnetisierbaren Nanopartikel, die vor Inkontaktbringen mit dem Cantilever mit dem molekular geprägten Polymer beschichtet wurden, wei- sen inkl. MIP-Beschichtung eine Partikelgröße im Bereich von 200 bis 1.000 nm, bevorzugt von 500 bis 800 nm auf.The magnetic or magnetizable nanoparticles which were coated with the molecularly imprinted polymer before being brought into contact with the cantilever have, including the MIP coating, a particle size in the range from 200 to 1000 nm, preferably from 500 to 800 nm.
Die erfindungsgemäß eingesetzten molekular geprägten Polymere folgen der Technik des molekularen Prägens, die auf der komplexen Bindung eines Templats, funktionellen Monomeren und Quervernetzern basiert. Bei der Polymerisation bildet sich eine Detektionskavität mit spezifisch und gut ausgerichteten funktionellen Grup- pen, die komplementär zum Templat -Molekül ist. Diese künstlich geschaffenen, für das Templat maßgeschneiderten molekularen Kavitäten zeigen hochselektive molekulare Erkennungsfähigkeit. Vorteile solcher Strukturen für Sensoren sind neben der hohen Spezifität die damit verbundenen geringen Kosten, die Robustheit, die hohe Stabilität und einfache Handhabung und Aufbewahrung über einen längeren Zeitraum.The molecularly imprinted polymers used according to the invention follow the molecular imprinting technique, which is based on the complex binding of a template, functional monomers and cross-linkers. Upon polymerization, a detection cavity with specific and well-aligned functional groups is formed, which is complementary to the template molecule. These engineered, template-tailored molecular cavities show highly selective molecular recognition. Advantages of such structures for sensors, in addition to the high specificity, the associated low cost, robustness, high stability and ease of use and Storage for a longer period of time.
Die erfindungsgemäß eingesetzten molekular geprägten Polymere sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus PoIy (meth) acrylsäuren, PoIy (meth) - acrylaten, Polyacrylamiden, Polyolefine, Polydiolefi- ne, Polyvinylverbindungen, Polylactiden, Polyglykosi- den, Polyphosphazenen, Polyorthoestern, Polyanhydri- den, Polyurethanen, Polysiloxanen sowie Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon und/oder ausgewählt aus der Gruppe der natürlichen Polymere bestehend aus Stärke, Cellulose, Chitosan und Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon.The molecularly imprinted polymers used according to the invention are preferably selected from the group consisting of poly (meth) acrylic acids, poly (meth) acrylates, polyacrylamides, polyolefins, polydiolefins, polyvinyl compounds, polylactides, polyglycosides, polyphosphazenes, polyorthoesters, polyanhydrides , Polyurethanes, polysiloxanes and copolymers, blends and mixtures thereof and / or selected from the group of natural polymers consisting of starch, cellulose, chitosan and copolymers, blends and mixtures thereof.
Typische verwendete funktionelle Monomere (polymeri- sierbare Einheit, die mit dem Printmolekül wechselwirkt) können sein:Typical functional monomers used (polymerizable moiety that interacts with the print molecule) may be:
Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Triflu- ormethacrylsäure, Vinylbenzoesäure, Itaconsäure, sowie deren Amide ;Carboxylic acids, such as acrylic acid, methacrylic acid, Triflu- or methacrylic acid, vinyl benzoic acid, itaconic acid, and their amides;
Sulfonsäuren, wie Acrylamidomethylpropansulfonsäure ;Sulfonic acids, such as acrylamidomethylpropanesulfonic acid;
heteroaromatische bzw. schwache Basen, wie substituierte oder unsubstituierte Vinylpyridine, Vinylpyri- midine, Vinylpyrazole, Vinylimidazole, Vinyltriazine, Vinylpurine, -indole, -chinoline, -acridine, -phenanthridine, Bis (acrylamido) pyridin;heteroaromatic or weak bases, such as substituted or unsubstituted vinylpyridines, vinylpyrimidines, vinylpyrazoles, vinylimidazoles, vinyltriazines, vinylpurines, -indoles, -quinolines, -acridines, -phenanthridines, bis (acrylamido) pyridine;
aliphatische oder aromatische Vinylderivate, wie substituierte oder unsubstituierte Styrole, Vinyl- naphthaline, Vinylnaphthalincarbonsäuren, Vinyl- naphthole, Vinylanthracene, Vinylanthracencarbonsäu- ren, Vinylphenanthrene , Vinylphenanthrencarbonsäuren, und ähnliche kondensierte Aromaten, Vinylbenzamidin; Acryloylamino-benzamidin, (Amidinoalkyl) -styrol , wobei das Alkyl Methyl, Ethyl oder Propyl sein kann, N- Acryloyl- (amidinoalkyl) -anilin, Vinylderivate mit chelatbildenden Gruppen, wie Iminodiessigsäure, Ethy- lendiamintetraessigsäure u.a., zum Komplexieren von Metallionen, Silane sowie auch Mischungen derartiger Monomere. Auch andere funktionelle Monomere können zum Einsatz kommen.aliphatic or aromatic vinyl derivatives, such as substituted or unsubstituted styrenes, vinylnaphthalenes, vinylnaphthalenecarboxylic acids, vinylnaphthols, vinylanthracenes, vinylanthracenecarboxylic acids, vinylphenanthrenes, vinylphenanthrenecarboxylic acids, and similar fused aromatics, vinylbenzamidine; Acryloylaminobenzamidine, (amidinoalkyl) -styrene, where the alkyl may be methyl, ethyl or propyl, N-acryloyl- (amidinoalkyl) -aniline, vinyl derivatives having chelating groups, such as iminodiacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, inter alia, for complexing metal ions, silanes as well as mixtures of such monomers. Other functional monomers can also be used.
Als Quervernetzer (Einheit mit zwei oder mehr Verknüpfungsmöglichkeiten mit den funktionellen Monomeren) können dienen:As cross-linker (unit with two or more linkages with the functional monomers) can serve:
Isomere des Divinylbenzols ;Isomers of divinylbenzene;
Bis (acryloyl) -alkane, wobei als Alkane Ethan, Propan und Butan infrage kommen;Bis (acryloyl) alkanes, ethane, propane and butane being suitable as alkanes;
Systeme basierend auf Acrylsäure oder Methacrylsäure, wie z.B. Ethylenglykoldimethacrylat (EDMA) und Tri- methylolpropantrimethacrylat (TRIM) ;Systems based on acrylic acid or methacrylic acid, e.g. Ethylene glycol dimethacrylate (EDMA) and trimethylolpropane trimethacrylate (TRIM);
tri- und tetrafunktionale Acrylat-Quervernetzer, wie z.B. Pentaerythritoltriacrylat (PETRA) und Pentae- rythritoltetraacrylat (PETEA) sowietri- and tetrafunctional acrylate cross-linkers, e.g. Pentaerythritol triacrylate (PETRA) and pentaerythritol tetraacrylate (PETEA) as well as
Quervernetzer, die funktionelle Gruppen enthalten, wie z.B. Acrylamideinheiten, die an den Amidstick- stoffen über aliphatische (Methylen- u.a.), aromati- sehe (Phenylen- u.a.) oder heteroaromatische (Pyridi- nyl- u.a.) Spacer miteinander verknüpft sind. Auch andere Quervernetzer können zum Einsatz kommen, zum Beispiel auch gegen UV-Licht oder Ozon stabile Quervernetzer. Als Porogene (Lösemittel, die als Solventien für die Polymerisierungsreaktion dienen und Porosität in das geprägte Polymer induzieren) können Lösemittel ver- schiedener Dielektrizitätskonstante verwendet werden, die Parameter, wie unterschiedliche Quelleigenschaften des Polymers, unterschiedliche Morphologie des Polymers mit verschiedenen Strukturen und Porendurchmessern/Porosität oder unterschiedliche Bindungsstär- ken der nonkovalenten Wechselwirkungen beeinflussen, insbesondere aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Heptan oder Cyclohexan;Cross-linkers containing functional groups, such as acrylamide units, which are linked to the amide nitrogens by means of aliphatic (methylene-inter alia), aromatic (phenylene-ua) or heteroaromatic (pyridinyl-ua) spacers. Other cross-linkers can also be used, for example, UV crosslinkers or even stable UV crosslinkers. As porogens (solvents that serve as solvents for the polymerization reaction and induce porosity into the imprinted polymer), different dielectric constant solvents may be used, including parameters such as different swelling properties of the polymer, different morphologies of the polymer having different structures and pore diameters / porosity or affect different binding strengths of noncovalent interactions, in particular aliphatic or alicyclic hydrocarbons such as hexane, heptane or cyclohexane;
aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol;aromatic hydrocarbons, such as toluene;
halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Chloroform, Dichlormethan oder 1, 2-Dichlorethan;halogenated hydrocarbons, such as chloroform, dichloromethane or 1, 2-dichloroethane;
kurzkettige Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Propa- nol;short-chain alcohols, such as methanol, ethanol, propanol;
Ether, Acetonitril, Tetrahydrofuran, Ethylacetat, A- ceton, Dimethylformamid, Dioxan, Dimethylsulfoxid;Ether, acetonitrile, tetrahydrofuran, ethyl acetate, acetone, dimethylformamide, dioxane, dimethyl sulfoxide;
auch in Mischungen untereinander und mit Wasser.also in mixtures with each other and with water.
Der Zusatz eines Porogens bei der Herstellung der molekular geprägten Polymere bewirkt dabei, dass die entstehenden Nanopartikel Makroporen mit einer Poren- große im Bereich von 10 bis 50 nm aufweisen.The addition of a porogen in the preparation of the molecularly imprinted polymers has the effect that the resulting nanoparticles have macropores with a pore size in the range of 10 to 50 nm.
Die Polymerisation kann auf verschiedene Weise initiiert werden. Hierzu zählt neben der thermischen Initiierung auch für radikalische Polymerisation der Zu- satz von Initiatoren (Radikalstartern) . Als Initiatoren können 2, 2' -Azobis-isobutyronitril (AIBN) , 2,2' -Azobis- ( 2 , 4 -dimethyl-valeronitril) (ADVN) und andere verwendet werden, auch die Verwendung von UV-Licht ist möglich.The polymerization can be initiated in various ways. In addition to thermal initiation, this also includes the addition of initiators (radical initiators) for radical polymerization. 2, 2'-azobis-isobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis (2,4-dimethyl-valeronitrile) (ADVN) and others can be used as initiators, and the use of UV light is also possible.
Die erfindungsgemäß eingesetzten molekular geprägten Polymere weisen bevorzugt Bindungskavitäten für Biomoleküle, insbesondere Bakterien, Viren, Proteine, Peptide, Antigene, Antikörper, Vitamine, Prionen, Tu- mormarker, ds DNA- Sequenzen, ss DNA-Sequenzen, RNA- Sequenzen, Zellen und spezifische Zelloberflächen auf . Ebenso können die Polymere Bindungskavitäten für Schadstoffe, pharmazeutische Stoffe und Körperpflegemittel (engl, pharmaceuticals and personal care pro- ducts, PPCP) endokrin wirksame Substanzen (engl, en- docrine disrupting chemical, EDC), Herbizide, Pestizide, Nitrate, Phosphate, chlorierte Kohlenwasserstoffe (Lindan, PCB) und organische Phosphorverbindungen aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass die Po- lymere für mehrere der zuvor genannten Gruppen Bindungskavitäten aufweisen.The molecularly imprinted polymers used according to the invention preferably have binding cavities for biomolecules, in particular bacteria, viruses, proteins, peptides, antigens, antibodies, vitamins, prions, tumor markers, DNA sequences, DNA sequences, RNA sequences, cells and specific DNAs On cell surfaces. Likewise, the polymers binding cavities for pollutants, pharmaceuticals and personal care products (PPCP) endocrine disrupting chemicals (EDC), herbicides, pesticides, nitrates, phosphates, chlorinated hydrocarbons (Lindane, PCB) and organic phosphorus compounds. It is likewise possible that the polymers have bonding cavities for a plurality of the abovementioned groups.
Die spezifischen Bindungskavitäten werden dabei vorzugsweise durch den Einbau spezifischer Epitope, Re- zeptoren oder Teilen hiervon erzeugt. Anschließend werden diese wieder aus der Polymermatrix entfernt, z. B. durch den Einsatz von hydrolytischen Enzymen oder durch thermische bzw. chemische Zersetzung. Auch ist es möglich, dass die spezifischen Bindungskavitä- ten durch den Einbau spezifischer Proteine, Polysaccharide, Fette und/oder Nucleinsäuren erzeugt und mit anschließender Hydrolyse durch lysosomale Enzyme entfernt werden.The specific binding cavities are preferably generated by the incorporation of specific epitopes, receptors or parts thereof. These are then removed again from the polymer matrix, z. B. by the use of hydrolytic enzymes or by thermal or chemical decomposition. It is also possible that the specific binding cavities are produced by the incorporation of specific proteins, polysaccharides, fats and / or nucleic acids and then removed with hydrolysis by lysosomal enzymes.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zum Nachweis mindestens eines Analyten in einer Probe unter Verwendung des zuvor beschriebenen Chipsensors bereitgestellt. Das Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf :The invention likewise provides a method for detecting at least one analyte in a sample Use of the chip sensor described above provided. The method has the following steps:
- eine die den mindestens einen Analyten enthal- tende und in flüssiger oder gasförmiger Form vorliegende Probe wird in den Durchströmungskanal eingebracht,a sample containing the at least one analyte and present in liquid or gaseous form is introduced into the throughflow channel,
- die Probe wird mit dem Cantilever in Kontakt gebracht, wobei durch Wechselwirkung zwischen dem mindestens einen Analyten und den Bindungskavi- täten eine Anbindung an der Cantilever- Oberflache erfolgt,the sample is brought into contact with the cantilever, whereby a binding to the cantilever surface takes place through interaction between the at least one analyte and the binding cavities,
- die durch die Anbindung des mindestens einen Analyten bedingte Massenzunahme des Cantilevers wird mittels einer Messung des Schwingungsverhaltens bestimmt,the mass increase of the cantilever caused by the binding of the at least one analyte is determined by means of a measurement of the vibration behavior,
- es erfolgt eine Freisetzung des an der Cantile- ver-Oberflache gebundenen Analyten unda release of the analyte bound to the cantilever surface occurs and
- die Probe wird dem mindestens einen desorbierten Analyten aus dem Durchströmungskanal abgeführt.- The sample is removed from the at least one desorbed analyte from the flow channel.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass eine Probe in flüssiger oder gasförmiger Form über den Chipsensor geleitet wird. Sind die gesuchten Ana- lyten in der Probe vorhanden, binden diese in den entsprechenden spezifischen Kavitäten und die Masse an der Cantilever-Oberflache nimmt zu. Diese Massenzunahme verändert das Schwingungsverhalten des Cantilevers. Die Messung kann hier bevorzugt anhand der Amplitude, der Frequenz und/oder der Phase derThe method according to the invention is based on passing a sample in liquid or gaseous form over the chip sensor. If the desired analytes are present in the sample, they bind in the corresponding specific cavities and the mass on the cantilever surface increases. This mass increase changes the vibration behavior of the cantilever. The measurement can here preferably be based on the amplitude, the frequency and / or the phase of
Schwingung, d.h. ihrer Intensität und ihrem zeitlichen Verhalten gemessen werden. Auf diese Weise erfolgt die Detektion von Analyten in Echtzeit und ohne diese in irgendeiner Form zu verändern oder zu mar- kieren. Dadurch wird eine unerwünschte Beeinflussung durch die Markermoleküle und damit eine Verfälschung der untersuchten Wechselwirkung vermieden. Dies steht im Gegensatz zu klassischen Sensoren, bei denen etwa fluoreszierende Marker zur Kennzeichnung der zu untersuchenden Stoffe verwendet werden.Oscillation, ie its intensity and temporal behavior. In this way, the detection of analytes takes place in real time and without changing or marking them in any way. As a result, an undesired influence by the marker molecules and thus a falsification the investigated interaction avoided. This is in contrast to classical sensors in which, for example, fluorescent markers are used to identify the substances to be investigated.
Die Freisetzung des in den Bindungskavitäten gebundenen Analyten erfolgt vorzugsweise durch chemische oder thermische Desorption, pH-abhängig, durch lyso- somale Hydrolyse und/oder magnetische Wechselwirkung.The release of the analyte bound in the binding cavities preferably takes place by chemical or thermal desorption, pH-dependent, by lysosomal hydrolysis and / or magnetic interaction.
Im letzten Fall werden die magnetischen bzw. magneti- sierbaren Nanopartikel wieder vollständig von der Cantilever-Oberflache entfernt. Dies bringt den großen Vorteil mit sich, dass auf sehr einfache Weise die Cantilever-Oberflache mit neuen Nanopartikeln, die für andere Analyten spezifisch sind, belegt werden kann.In the latter case, the magnetic or magnetizable nanoparticles are again completely removed from the cantilever surface. This has the great advantage that in a very simple way, the cantilever surface can be coated with new nanoparticles that are specific for other analytes.
Verwendung finden die erfindungsgemäßen Chipsensoren für beliebige analytische Fragestellungen. Beispielsweise können die Sensoren in folgenden Bereichen eingesetzt werden:The chip sensors according to the invention are used for any analytical questions. For example, the sensors can be used in the following areas:
• Medizin, sowohl zu diagnostischen wie therapeutischen Zwecken,• medicine, both for diagnostic and therapeutic purposes,
• Lebensmittelchemie, insbesondere zur Qualitätskontrolle von Lebensmitteln und der Überwachung von Prozessen in der Lebensmittelindustrie,• Food chemistry, especially for quality control of food and monitoring of processes in the food industry,
• Umwelt, insbesondere zur Behandlung, Reinigung und/oder Qualitätsverbesserung von Flüssigkeiten, insbesondere von Abwässern wie Industrieabwässern, Prozessabwässern der chemischen oder pharmazeutischen In- dustrie oder der Papier- und Zellstoffin- dustrie, kommunalen Abwässern, Krankenhaus - abwässer, Ausscheidungen von Tieren, auch in Verbindung mit mikrobiellen Behandlungsverfahren, sowie Lebensmittelchemie,• environment, in particular for the treatment, purification and / or quality improvement of liquids, in particular of waste water such as industrial wastewater, process wastewater from the chemical or pharmaceutical industry or paper and pulp industrial effluents, hospital effluents, animal excretions, including in connection with microbial treatment, and food chemistry,
• Laboranalytik im Forschungs- und Screening- bereich,• Laboratory analysis in research and screening,
• Nachweisverfahren für Biowaffen,• detection of biological weapons,
• DNA- bzw. RNA-Nachweis, Sequenzselektivität, Nachweis bestimmter ds DNA-Sequenzen, ss DNA-Sequenzen oder RNA- Sequenzen.• DNA or RNA detection, sequence selectivity, detection of specific ds DNA sequences, ss DNA sequences or RNA sequences.
Der erfindungsgemäße Chipsensor findet dabei Anwendung für den Nachweis von Biomolekülen, insbesondere Bakterien, Viren, Proteine, Peptide, Antigene, Antikörper, Vitamine, Prionen, Tumormarker, ds DNA- Sequenzen, ss DNA-Sequenzen, RNA-Sequenzen, Zellen und spezifische Zelloberflächen sowie Schadstoffe, pharmazeutische Stoffe und Körperpflegemittel, endokrin wirksame Substanzen, Herbizide, Pestizide, Nitrate, Phosphate, chlorierte Kohlenwasserstoffe (Lin- dan, PCB) und organische Phosphorverbindungen in flüssigen Proben, insbesondere Wasser oder Blut, oder gasförmigen Proben, insbesondere in der Luft.The chip sensor according to the invention finds application for the detection of biomolecules, especially bacteria, viruses, proteins, peptides, antigens, antibodies, vitamins, prions, tumor markers, ds DNA sequences, ss DNA sequences, RNA sequences, cells and specific cell surfaces and Pollutants, pharmaceutical substances and personal care products, endocrine disruptors, herbicides, pesticides, nitrates, phosphates, chlorinated hydrocarbons (lindane, PCB) and organic phosphorus compounds in liquid samples, in particular water or blood, or gaseous samples, in particular in the air.
Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungs- gemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einzuschränken .The subject according to the invention is intended to be explained in more detail with reference to the following figures, without restricting it to the specific embodiments shown here.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Can- tilevers.Fig. 1 shows the structure of a Can- tilevers invention.
Fig. 2 zeigt eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Chipsensors . Fig. 3 zeigt eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Chipsensors .2 shows a first variant of a chip sensor according to the invention. 3 shows a second variant of a chip sensor according to the invention.
Fig. 4 zeigt das Funktionsprinzip der Messmethode und des Cantileversensors in Verbindung mit paramagnetischen Nanopartikeln.4 shows the functional principle of the measuring method and of the cantilever sensor in conjunction with paramagnetic nanoparticles.
Fig. 5 zeigt eine Mikrocantileversensoreinheit und die Gesamtansicht der mikrofluidischen Plattform für Mehrfachdetektion und gleichzeitige Probenvorbereitung.Fig. 5 shows a micro-cantilever sensor unit and the overall view of the microfluidic platform for multiple detection and simultaneous sample preparation.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Cantilever 1 dar- gestellt, der auf einer seiner Oberflächen mit einer piezoelektrischen Schicht 2 versehen ist. Auf der piezoelektrischen Schicht ist eine elektromagnetische Schicht angeordnet, durch die eine elektromagnetische Wechselwirkung mit den magnetischen oder magnetisier- baren Nanopartikeln 4 ermöglicht wird. Auf die elektromagnetische Schicht 3 kann hier verzichtet werden, wenn eine andere Bindung der Nanopartikel an dem Cantilever erfolgt, z. B. eine chemische Bindung oder eine Anbindung durch Physisorption oder Chemisorpti- on.FIG. 1 shows a cantilever 1 according to the invention, which is provided on one of its surfaces with a piezoelectric layer 2. An electromagnetic layer is arranged on the piezoelectric layer, by means of which an electromagnetic interaction with the magnetic or magnetizable nanoparticles 4 is made possible. The electromagnetic layer 3 can be omitted here, if another binding of the nanoparticles takes place on the cantilever, z. As a chemical bond or a connection by physisorption or Chemisorpti- on.
In Fig. 2 ist eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Chipsensorsystems dargestellt. Dieses besteht aus einem mikrofluidischen System mit einem Durch- Strömungskanal 5, an dessen Einlassöffnung die den nachzuweisenden Analyten enthaltende Probe eingebracht wird. In dem Durchströmungskanal sind mehrere erfindungsgemäße Cantilever 6, 6' und 6'' angeordnet, die mit der Probe in Kontakt treten, wodurch es zu einer Wechselwirkung zwischen dem Analyten und denFIG. 2 shows a first variant of a chip sensor system according to the invention. This consists of a microfluidic system with a through-flow channel 5, at the inlet opening of which the sample containing the analyte to be detected is introduced. In the flow channel a plurality of inventive cantilevers 6, 6 'and 6' 'are arranged, which come into contact with the sample, thereby causing an interaction between the analyte and the
Bindungskavitäten des molekulargeprägten Polymers an der Cantilever-Oberflache damit zur spezifischen Anbindung kommt. Hierbei ist dann eine Massenzunahme des Cantilevers festzustellen, die anhand der Messung des Schwingungsverhaltens, zum Beispiel der Amplitu- de, der Frequenz und/oder Phase der Schwingung detek- tiert werden kann.Bonding cavities of the molecularly imprinted polymer the cantilever surface thus comes to the specific connection. In this case, an increase in the mass of the cantilever is then detected, which can be detected by measuring the vibration behavior, for example the amplitude, the frequency and / or the phase of the vibration.
In Fig. 3 ist eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Chipsensors dargestellt. Hierbei weist der Durchströmungskanal 5 Gabelungen auf, so dass die Probe über eine erste Einlassöffnung eingebracht wird, und über eine zweite Einlassöffnung weitere Reagenzien zugesetzt werden können, so dass im Durchströmungskanal eine chemische Umsetzung stattfindet. Auch hier sind wieder analog zu Fig. 2 mehrere Canti- lever 6 , 6 ' und 6 ' ' angeordnet .FIG. 3 shows a second variant of a chip sensor according to the invention. In this case, the throughflow channel 5 has bifurcations, so that the sample is introduced via a first inlet opening, and further reagents can be added via a second inlet opening, so that a chemical reaction takes place in the throughflow channel. Again, analogous to FIG. 2, a plurality of cantilevers 6, 6 'and 6 "are arranged again.
In Fig. 4 ist der besseren Übersichtlichkeit das Funktionsprinzip der Messmethode und des Cantilever- sensors in Verbindung mit paramagnetischen Nanoparti- keln schematisch dargestellt.For better clarity, FIG. 4 schematically illustrates the functional principle of the measuring method and the cantilever sensor in connection with paramagnetic nanoparticles.
Die paramagnetischen MIP-Nanopartikel werden in den Mikrocantileversensor 30 injiziert (A), wobei ein magnetisches Feld angelegt ist (B) . Die Nanopartikel ordnen sich auf der Oberfläche des Cantilevers 30 an. Durch Waschen der Sensoreinheit werden nicht immobilisierte Partikel entfernt (C) . Anschließend wird eine Probe, welche die Zielmoleküle enthält, in das System injiziert. Die Zielmoleküle werden von den Na- nopartikeln gebunden und detektiert (D, E) . Nach der Detektion wird das magnetische Feld deaktiviert und das System gewaschen, um alle Nanopartikel zu entfernen (F) . Der unbeschichtete Cantilever kann nun für den nächsten Test verwendet werden. Durch Verwendung anderer MIPs, die mit anderen Zielmolekülen geprägt worden sind, können verschiedene Zielmoleküle mit dem gleichen Cantilever detektiert werden.The paramagnetic MIP nanoparticles are injected into the microcantileversensor 30 (A) with a magnetic field applied (B). The nanoparticles arrange themselves on the surface of the cantilever 30. By washing the sensor unit, non-immobilized particles are removed (C). Subsequently, a sample containing the target molecules is injected into the system. The target molecules are bound and detected by the nanoparticles (D, E). After detection, the magnetic field is deactivated and the system washed to remove all nanoparticles (F). The uncoated cantilever can now be used for the next test. By using of other MIPs that have been imprinted with other target molecules, different target molecules can be detected with the same cantilever.
Vorteile:Advantages:
• Mehrfachdetektion von Zielmolekülen• Multiple detection of target molecules
• Kontinuierliche Überwachung eines Zielmoleküls• Continuous monitoring of a target molecule
• Leichte und schnelle Vorbereitung der Sensoroberfläche • Ausgezeichnete thermische und mechanische Stabilität des Erkennungselements• Easy and fast preparation of the sensor surface • Excellent thermal and mechanical stability of the detection element
• Niedrige Kosten• Low costs
• Wiederverwendbare Sensoreinheit• Reusable sensor unit
Vorteile gegenüber anderen Techniken:Advantages over other techniques:
• Hohe Messempfindlichkeit (im ppt-Bereich)• High measuring sensitivity (in the ppt range)
• Schnelles und gleichzeitiges on-line Screening verschiedener Zielmoleküle• Fast and simultaneous on-line screening of different target molecules
• Selektive Detektion • Keine störenden Matrixeffekte durch Trübung• Selective detection • No disturbing matrix effects due to haze
• Nur kleine Probenmengen erforderlich• Only small amounts of sample required
Fig. 5 zeigt eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Chipsensors in einer mikrofluidischen Platt- form. Dabei ist ein Probenchip 10 über eine Verbindungsbrücke 11 mit einem Detektorchip 12 in einem tragenden Rahmen 15 angeordnet. In dem Probenchip 10 sind im Beispielsfall der Fig. 5 ein Vorratsbehältnis 19 integriert und der Probenchip weist ferner Zugänge für die Proben 16 auf. Im Detektorchip 12 ist einFIG. 5 shows a further application of the chip sensor according to the invention in a microfluidic platform. In this case, a sample chip 10 is arranged in a supporting frame 15 via a connecting bridge 11 with a detector chip 12. In the example chip of FIG. 5, a storage container 19 is integrated in the sample chip 10 and the sample chip also has accesses for the samples 16. In the detector chip 12 is a
Mikrocantileversensorfeld 17 mit einer Abfallkammer 20 angeordnet, sowie ein Partikelreservoir 18. Der Vorteil ist nun, dass die voneinander getrennten Probenchips 10 und Detektorchips 11 leicht über die Verbindungsbrücke 11 miteinander verbunden werden können. Ein weiterer Vorteil eines derartigen Systems besteht nun darin, dass die Probe über die Oberfläche des Cantileversensors im Mikrocantileversensorfeld 17 fließt und dabei keine direkte Reaktion mit der Oberfläche stattfindet. Daher kann das System nach jeder Detektion gereinigt und mit neuen Nanopartikeln wie- derverwendet werden. Durch einfache Modifizierung der fluidischen Kanäle ist auch eine Anwendung für eine kontinuierliche Onlinedetektion umweitrelevanter Stoffe möglich. Mikrocantileversensorfeld 17 arranged with a waste chamber 20, and a particle reservoir 18. Der The advantage now is that the separate sample chips 10 and detector chips 11 can be easily connected to each other via the connecting bridge 11. Another advantage of such a system is that the sample flows over the surface of the cantilever sensor in the micro-cantilever field 17 and there is no direct reaction with the surface. Therefore, the system can be cleaned after each detection and reused with new nanoparticles. By simply modifying the fluidic channels, an application for continuous online detection of environment-relevant substances is also possible.

Claims

Patentansprüche claims
1. Chipsensor zum Nachweis mindestens eines Analy- ten in einer Probe enthaltend mindestens ein Mikrofluidiksystem mit mindestens einem Durchströmungskanal sowie mindestens einem im Durch- Strömungskanal angeordneten Cantilever, wobei auf der Oberfläche des Cantilevers zumindest bereichsweise Nanopartikel enthaltend mindestens ein molekular geprägtes Polymer, das für den mindestens einen Analysten spezifische Bin- dungskavitäten aufweist, angeordnet sind.1. A chip sensor for detecting at least one analyte in a sample containing at least one microfluidic system with at least one throughflow channel and at least one cantilever arranged in the throughflow channel, wherein nanoparticles comprising at least one molecularly embossed polymer, which for the at least one analyst has specific binding cavities arranged.
2. Chipsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Cantilever im wesentlichen aus Siliciumdioxid besteht.2. Chip sensor according to claim 1, characterized in that the cantilever consists essentially of silicon dioxide.
3. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Cantilevers mindestens eine piezoelektrische Schicht zumindest bereichsweise angeordnet ist.3. Chip sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least one piezoelectric layer is arranged at least partially on the surface of the cantilever.
4. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Nanopartikel zumindest bereichsweise mit dem molekular geprägten Polymer beschichtet ist. 4. Chip sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the nanoparticles is at least partially coated with the molecularly imprinted polymer.
5. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel chemisch, durch kovalente oder ionische Bindung, Physisorption oder Chemosorption und/oder über einen Spacer an die Oberfläche des Cantilevers gebunden sind.5. Chip sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the nanoparticles are bound chemically, by covalent or ionic bonding, physisorption or chemosorption and / or a spacer to the surface of the cantilever.
6. Chipsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel über die SiOH-Gruppen der Cantilever-Oberflache an diese gebunden sind.6. The chip sensor according to claim 5, characterized in that the nanoparticles are bound to the SiOH groups of the cantilever surface to this.
7. Chipsensor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel eine Partikelgröße von 10 bis 200 nm, bevorzugt von 10 bis 100 nm und besonders bevorzugt von 10 bis 30 nm aufweisen.7. Chip sensor according to one of claims 5 or 6, characterized in that the nanoparticles have a particle size of 10 to 200 nm, preferably from 10 to 100 nm and more preferably from 10 to 30 nm.
8. Chipsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Cantilever zumindest bereichsweise elektromagnetische Bereiche, insbesondere eine auf der piezoelektrischen Schicht aufgebrachte elektromagnetische Schicht aufweist, die durch elektromagnetische Wechselwirkung eine Anbindung von Nanopartikeln, die ein magnetisches oder magnetisierbares Material enthalten, an der Oberfläche des Cantilevers ermöglicht.8. Chip sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cantilever at least partially electromagnetic regions, in particular an applied on the piezoelectric layer has electromagnetic layer, which by electromagnetic interaction binding of nanoparticles containing a magnetic or magnetizable material, on the surface of the cantilever.
9. Chipsensor nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche des Cantilevers zumindest bereichsweise Nanopar- tikel, die ein magnetisches oder magnetisierba- res Material enthalten, reversibel gebunden sind.9. Chip sensor according to claim 7, characterized in that on the surface of the cantilever at least partially nanoparous particles containing a magnetic or magnetizable material are reversibly bound.
10. Chipsensor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische oder magnetisierbare Material ein eisenhaltigen Material ist, insbesondere Magnetit, Maghemit und/oder Hematit .10. Chip sensor according to claim 8 or 9, characterized in that the magnetic or magnetizable material is an iron-containing material, in particular magnetite, maghemite and / or hematite.
11. Chipsensor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel eine Partikelgröße von 200 bis 1000 nm, insbesondere 500 bis 800 nm aufweisen.11. Chip sensor according to one of claims 8 to 10, characterized in that the nanoparticles have a particle size of 200 to 1000 nm, in particular 500 to 800 nm.
12. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das molekular geprägte Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe be- stehend aus PoIy (meth) acrylsäuren, PoIy (meth) - acrylaten, Polyacrylamiden, Polyolefine, Polydi- olefine, Polyvinylverbindungen, Polylactiden, Polyglykosiden, Polyphosphazenen, Polyor- thoestern, Polyanhydriden, Polyurethanen, PoIy- siloxanen sowie Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon und/oder ausgewählt aus der Gruppe der natürlichen Polymere bestehend aus Stärke, Cellulose, Chitosan und Copolymeren, Blends und Mischungen hiervon.12. Chip sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the molecularly imprinted polymer is selected from the group consisting of poly (meth) acrylic acids, poly (meth) - acrylates, polyacrylamides, polyolefins, polydiolefins, polyvinyl compounds, polylactides , Polyglycosides, polyphosphazenes, polythioesters, polyanhydrides, polyurethanes, polysiloxanes and copolymers, blends and mixtures thereof and / or selected from the group of natural polymers consisting of starch, cellulose, chitosan and copolymers, blends and mixtures thereof.
13. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das molekular ge- prägte Polymer aus mindestens einem Monomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (Meth) acrylsäuren, p-Vinylbenzoesäure, Itacon- säure, 4-Ethylstyrol, Styrol, 4-Vinylpyridin, 2- Vinylpyridin, 1-Vinylimidazol , 2-Acrylamid-2- methyl-1-propansulfonsäure, (Meth) acrylamid, trans-3- (3-pyridyl) -acrylsäure 2,5- Distyrylpyrazin, Diethyl-p-phenylendiacrylat und deren Mischungen gebildet ist .13. Chip sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the molecularly embossed polymer of at least one monomer selected from the group consisting of (meth) acrylic acids, p-vinylbenzoic acid, itaconic acid, 4-ethylstyrene, styrene, 4-vinylpyridine, 2-vinylpyridine, 1-vinylimidazole, 2-acrylamido-2-methyl 1-propanesulfonic acid, (meth) acrylamide, trans-3- (3-pyridyl) -acrylic acid 2,5-distyrylpyrazine, diethyl-p-phenylenediacrylate and mixtures thereof.
14. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das molekular geprägte Polymer mittels eines Quervernetzers aus- gewählt aus der Gruppe bestehend aus Divinylben- zol-Vernetzer, (Meth) acrylsäure-Vernetzer, tri- und tetrafunktionale Vernetzer, Acrylamid- Vernetzer und Mischungen hiervon, insbesondre N, N' -1, 4-phenylendiacrylamin, N, N' - methylendiacrylamid, Ethylenglykoldimethacrylat ,14. Chip sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the molecularly imprinted polymer by means of a crosslinking agent selected from the group consisting of divinylbenzene crosslinker, (meth) acrylic acid crosslinker, tri- and tetrafunctional crosslinkers, acrylamide crosslinkers and mixtures thereof, in particular N, N '-1, 4-phenylenediacrylamine, N, N'-methylenediacrylamide, ethylene glycol dimethacrylate,
3 , 5-Bis (acrylolamido) benzoesäure, Divinylbenzol , N, O-Bisacryloylphenylalaniol, 1, 3-Diisoprenyl- benzol, Tetramethylendimethacrylat , 1,4- Diacryloylpiperazin, 2, 6-Biacryloylamidopyridin, Dimethylformamid, Trimethylpropantrimethacrylat ,3, 5-bis (acrylolamido) benzoic acid, divinylbenzene, N, O-bisacryloylphenylalaniol, 1,3-diisoprenylbenzene, tetramethylenedimethacrylate, 1,4-diacryloylpiperazine, 2,6-biacryloylamidopyridine, dimethylformamide, trimethylpropane trimethacrylate,
Pentaerythrioltetraacrylat und Mischungen hiervon, gebildet ist.Pentaerythritol tetraacrylate and mixtures thereof.
15. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das molekular geprägte Polymer Makroporen mit einer Größe im Bereich von 10 bis 50 nm aufweist, die auf den Zusatz von Porogenen, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylacetat, Was- ser, Alkohole, insbesondere Methanol und Etha- nol, Acetonitril, Dimethylsulfoxid und Mischungen hiervon, bei der Herstellung des Polymers zurückzuführen sind. 15. Chip sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the molecularly imprinted polymer has macropores with a size in the range of 10 to 50 nm, which is based on the addition of porogens, in particular selected from the group consisting of polyvinyl acetate, water. alcohols, especially methanol and ethanol, acetonitrile, dimethylsulfoxide and mixtures thereof, are due to the production of the polymer.
16. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das molekular geprägte Polymer Bindungskavitäten für Biomoleküle, insbesondre Bakterien, Viren, Proteine, Pep- tide, Antigene, Antikörper, Vitamine, Prionen,16. Chip sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the molecularly imprinted polymer binding cavities for biomolecules, insbesondre bacteria, viruses, proteins, peptides, antigens, antibodies, vitamins, prions,
Zellen und spezifische Zelloberflächen sowie Schadstoffe, pharmazeutische Stoffe und Körperpflegemittel, endokrin wirksame Substanzen, Tumormarker, Herbizide und Pestizide aufweist. Cells and specific cell surfaces and pollutants, pharmaceuticals and personal care products, endocrine disruptors, tumor markers, herbicides and pesticides.
17. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Bindungskavitäten durch den Einbau spezifischer Bindungskavitäten durch den Einbau spezifischer Epitope, Rezeptoren oder Teile davon erzeugt wurden und anschließend wieder aus der Polymermatrix entfernt werden, z.B. durch den Einsatz von hydrolytischen Enzymen, thermische oder chemische Zersetzung. 17. A chip sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the specific binding cavities have been generated by the incorporation of specific binding cavities by the incorporation of specific epitopes, receptors or parts thereof and subsequently removed again from the polymer matrix, e.g. through the use of hydrolytic enzymes, thermal or chemical decomposition.
18. Chipsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Bindungskavitäten durch Einbau spezifischer Proteine, Polysaccharide, Fette und/oder Nuclein- säuren erzeugt und mit anschließender Hydrolyse durch lysosomale Enzyme entfernt wurden. 18. Chip sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the specific binding cavities were generated by incorporation of specific proteins, polysaccharides, fats and / or nucleic acids and were removed with subsequent hydrolysis by lysosomal enzymes.
19. Verfahren zum Nachweis mindestens eines Analyten in einer Probe unter Verwendung eines Chipsensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - eine die den mindestens einen Analyten enthaltende und in flüssiger oder gasförmiger Form vorliegende Probe in den Durchströmungskanal eingebracht wird,19. Method for detecting at least one analyte in a sample using a chip sensor according to one of the preceding claims, in which a sample containing the at least one analyte and present in liquid or gaseous form is introduced into the throughflow channel,
- die Probe mit dem Cantilever in Kontakt ge- bracht wird, wobei durch Wechselwirkung zwischen dem mindestens einen Analyten und den Bindungs- kavitäten eine Anbindung an der Cantilever- Oberflache erfolgt,the sample is brought into contact with the cantilever, whereby a binding to the cantilever surface takes place by interaction between the at least one analyte and the binding cavities,
- die durch die Anbindung des mindestens einen Analyten bedingte Massenzunahme des Cantilevers mittels einer Messung des Schwingungsverhaltens bestimmt wird,the mass increase of the cantilever caused by the binding of the at least one analyte is determined by means of a measurement of the vibration behavior,
- eine Freisetzung des an der Cantilever- Oberfläche gebundenen Analyten erfolgt und - die Probe mit dem mindestens einen desorbier- ten Analyten aus dem Durchströmungskanal abgeführt wird.a release of the analyte bound to the cantilever surface takes place and the sample with the at least one desorbed analyte is removed from the flow channel.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des20. The method according to claim 19, characterized in that the measurement of
Schwingungsverhaltens anhand der Amplitude, der Frequenz und/oder der Phase der Schwingung erfolgt.Vibration behavior based on the amplitude, the frequency and / or the phase of the vibration takes place.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Freisetzung durch chemische oder thermische Desorption, pH- abhängig, durch lysosomale Hydrolyse und/oder durch magnetische Wechselwirkung erfolgt. 21. The method according to claim 19 or 20, characterized in that the release is effected by chemical or thermal desorption, pH-dependent, by lysosomal hydrolysis and / or by magnetic interaction.
22. Verwendung des Chipsensors nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Analytik in den Bereichen22. Use of the chip sensor according to one of claims 1 to 18 for analysis in the areas
• Medizin, sowohl zu diagnostischen wie therapeutischen Zwecken, • Lebensmittelchemie, insbesondere zur Qualitätskontrolle von Lebensmitteln und der Überwachung von Prozessen in der Lebensmittelindustrie,• Medicine, both for diagnostic and therapeutic purposes, • Food chemistry, especially for quality control of food and monitoring of processes in the food industry,
• Umwelt, insbesondere zur Behandlung, Reini- gung und/oder Qualitätsverbesserung von• Environment, in particular for the treatment, cleaning and / or quality improvement of
Flüssigkeiten, insbesondere von Abwässern wie Industrieabwässern, Prozessabwässern der chemischen oder pharmazeutischen Industrie oder der Papier- und Zellstoffin- dustrie, kommunalen Abwässern, Krankenhaus- abwässer, Ausscheidungen von Tieren, auch in Verbindung mit mikrobiellen Behandlungsverfahren, sowie Lebensmittelchemie,Liquids, in particular of waste water, such as industrial wastewater, process effluents from the chemical or pharmaceutical industry or the paper and pulp industry, municipal wastewaters, hospital wastewater, animal excrement, including in connection with microbial treatment processes, and food chemistry,
• Laboranalytik im Forschungs- und Screening- bereich,• Laboratory analysis in research and screening,
• Nachweisverfahren für Biowaffen,• detection of biological weapons,
• DNA- bzw. RNA-Nachweis, Sequenzselektivität, Nachweis bestimmter ds DNA-Sequenzen, ss DNA-Sequenzen oder RNA- Sequenzen.• DNA or RNA detection, sequence selectivity, detection of specific ds DNA sequences, ss DNA sequences or RNA sequences.
23. Verwendung nach Anspruch 22 zum Nachweis von Biomolekülen, insbesondere Bakterien, Viren, Proteine, Peptide, Antigene, Antikörper, Vitamine, Prionen, Tumormarker, ds DNA-Sequenzen, ss DNA-Sequenzen, RNA-Sequenzen, Zellen und spezifische Zelloberflächen sowie Schadstoffe, phar- mazeutische Stoffe und Körperpflegemittel, endokrin wirksame Substanzen, Herbizide, Pestizide, Nitrate, Phosphate, chlorierte Kohlenwasserstoffe (Lindan, PCB) und organische Phosphorverbindungen in flüssigen Proben, insbesondere Wasser oder Blut, oder gasförmigen Proben, insbesondere in der Luft. 23. Use according to claim 22 for the detection of biomolecules, in particular bacteria, viruses, proteins, peptides, antigens, antibodies, vitamins, prions, tumor markers, ds DNA sequences, ss DNA sequences, RNA sequences, cells and specific cell surfaces and pollutants , phar- medicines and personal care products, endocrine disruptors, herbicides, pesticides, nitrates, phosphates, chlorinated hydrocarbons (lindane, PCB) and organic phosphorus compounds in liquid samples, in particular water or blood, or gaseous samples, in particular in the air.
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