WO2011154090A1 - Flüssigkeitstransport- und analytische testvorrichtung - Google Patents

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WO2011154090A1
WO2011154090A1 PCT/EP2011/002500 EP2011002500W WO2011154090A1 WO 2011154090 A1 WO2011154090 A1 WO 2011154090A1 EP 2011002500 W EP2011002500 W EP 2011002500W WO 2011154090 A1 WO2011154090 A1 WO 2011154090A1
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liquid
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transport
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Karl Pflanz
Eric Jallerat
Darius HÄUSLER
Markus Hollas
Uwe Andag
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Sartorius Stedim Biotech Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a
  • a liquid transport device comprising a
  • liquid-tight carrier thereupon applied a starting zone for application of transportable transport liquid and a target zone, in which the transport liquid to
  • microporous transport layer in which the
  • Start zone flows to the target zone.
  • the invention further relates to an analytical means
  • Such liquid transport devices and analytical test devices are known from US 2006/0205059 Al. This discloses, in a specific embodiment, an analytical test device commonly known as lateral flow immunoassay.
  • the lateral flow test is based on capillary-driven fluid transport in a thin layer of microporous open-pore material. Under microporous
  • Material here is generally a material having an average pore size of about 0.1 to 50 microns and a
  • cellulose nitrate is used, which is coated in a thin layer on a liquid-tight support, e.g. a glass or plastic carrier is applied.
  • a liquid to be examined which is referred to herein as a sample liquid or neutral as a transport liquid, is applied to the microporous layer at a designated location of the test device. This can e.g. by
  • Transport fluid is brought into contact.
  • the start zone is in the lateral flow test with a selective binder that is a specific antibody to a
  • Transport liquid is mobile and can flow with this.
  • the selective binder is labeled with a detectable label, such as a fluorescent label, a gold or latex particle, a radioactive label, or otherwise.
  • a detectable label such as a fluorescent label, a gold or latex particle, a radioactive label, or otherwise.
  • the design of the target zone including the number of target zones, depends on the purpose and design of the particular test. Frequently, a target zone is defined by having immobilized selective binders for the analyte in it.
  • immobilized means that the selective binders of the target zone are stationary both in the dry and in the moistened state.
  • the analyte already labeled with the selective binder of the start zone is bound to the immobilized selective binder of the target zone and thus fixed in the target zone. This is called a so-called sandwich reaction.
  • Control zones often downstream of the aforementioned first type of target zones, may have non-specific binders immobilized to the selective binder of the start zone, so that in this second control zone marker enrichment occurs in each case of successful assay performance.
  • target zones can also be designed in such a way that their staining just indicates the absence of analyte in the transport fluid. In such lateral flow tests or more generally at
  • Target zone desired This is especially important in home-care testing where the test is done by non-professionals.
  • a large layer thickness also means a large volume of the transport layer, which, in order to realize a liquid flow of the
  • Transport fluid must be filled. However, many analytical tests use only a small amount of liquid, so losses must be kept as low as possible. From this aspect, therefore, a small layer thickness would be desirable.
  • WO 03/025573 AI discloses a further lateral flow test with multiple start and target zones, in particular the latter also as a large-scale target zone with a
  • Test device known that dispenses with microporous material as a transport layer or as a start and target zone. Rather, in this device is a
  • liquid-impermeable carrier provided with a plurality of closely spaced, macroscopic bumps also liquid-impermeable material, which are so close together that a capillary force driven
  • Microtiter plate consisting of a
  • liquid-impermeable carrier and applied, separated humps of microporous material.
  • the individual humps can be different Binders or chemicals are occupied.
  • a liquid to be tested can be applied drop by drop separately to the bumps and brought to react with the impregnation binder or the impregnation chemical. In this way, a so-called micro-array is realized, which involves the observation of a large number of spatially separated and temporally simultaneous reactions in the smallest of spaces
  • the individual sponges are separated from each other by trenches, which are intended to prevent a fluid exchange between the individual humps.
  • a further micro-array device is known, in the so-called Wells, i. Potty, closely cut into a layer of microporous material.
  • the pots are suitable for the uptake of living cells, the microporous wall material, which in each case connects the pots of a group, serves the uniform distribution of nutrient liquid on the
  • Potty The transport of the nutrient fluid within a potty group is driven by the capillary force established by the micropores of the wall material.
  • the feeding of the nutrient solution to each potty group is carried out by
  • Line zone has a plurality of open flow channels, which are separated from each other by microporous webs with open-pore side walls.
  • Liquid transport device is an analytical
  • test device having the features of claim 10, i. an analytical test device, in particular an immunoassay, comprising an aforementioned liquid transport device, wherein in at least one target zone, a selective binder is permanently immobilized, which is one with the
  • Transport liquid transported from the start zone in the target zone, labeled analyte is selectively bindable. It is particularly advantageous if, as in conventional lateral flow tests, in at least one start zone an immobilized in the dry state and movable in the wet state, marked, selective binder is present, which is selectively bindable with an analyte contained in the transport liquid.
  • Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. Basis of the invention is the surprising finding that the speed of the Benet movement front of a
  • Transport fluid in a microporous transport layer can be significantly increased by the transport layer has a plurality of flow channels extending substantially in the direction of the Benet movement front, provided that the side walls of the channels differently than in known
  • Microfluidic channels are not closed but open-pored, i. represent an unlocked entrance into the open-pore micropore system of the transport layer.
  • the exact physical causes of this phenomenon are not yet clear. However, it can be assumed that the
  • This invention allows the use of a
  • the invention can be any suitable material.
  • the transport fluid is particularly viscous or contains solids, such as cells or cell fragments
  • the channels must be made comparatively wide to prevent clogging. Nevertheless, by way of a corresponding dimensioning of the webs, it is nevertheless possible to set precisely the desired extent of the acceleration effect according to the invention and thus the transit time.
  • Transport layer each between 5 microns and 100
  • Micrometers lie. It is particularly advantageous if the width of the channels is between 10 and 50 micrometers. As indicated in more detail below on the basis of concrete experimental measurements, such has become
  • Channels do not have to run exactly along the straight line between the start and finish zones, but that rather “detours” such as serpentine lines, zigzag patterns and the like can be realized as long as the essential directional component of the entire channel points from the start zone to the destination zone Irrespective of the specific shape of the individual channels, it has been found to be advantageous if adjacent channels run parallel to one another. In other words, the width of the bridge between two adjacent channels preferably remains above that Length of the channels equal. As mentioned, the
  • the bottom of the channels also has a thin layer of a microporous material
  • the bottom of the channels is formed by the liquid-impermeable carrier. From a microporous soil layer, taking into account in terms of saving of Transport liquid as small as possible to be kept total thickness of the microporous transport layer would have to be extremely thin, hardly an acceleration effect should be expected, as is the case with the extended
  • Laminated body of the microporous transport layer connected side walls of the channels is the case.
  • the unevenness created by the open pores of such a bottom layer is more likely to have a braking effect. Nevertheless, they are
  • liquid transport device according to the invention can be of arbitrary complexity.
  • intermediate transport zone limited. Rather, variants can also be implemented in which a plurality of separate start zones are applied to the carrier, which are connected via a plurality of separate line zones with a common target zone. Conversely, it is also possible that on the carrier a plurality
  • Separate target zones are applied, which are connected via a plurality of separate line zones with a common start zone. It is not necessary that the respective line zones run parallel to each other. Rather, they can also run at an angle different from zero degrees to each other. Also intersections of line zones, in the previously separate shares of transport liquid or different
  • each of a pair of start and finish zone is assigned to exactly one line zone. Rather, such a pair of start and target zones may be interconnected via a plurality of separate line zones. For example, it is conceivable that the
  • Figure 1 a schematic plan view of a
  • Figure 2 a schematic elevational view of
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 3 a scanning electron micrograph
  • FIG. 4 shows a scanning electron micrograph according to the invention which can be generated with a solid-state Nd: YV04 laser a channel structure which can be generated with a C0 2 laser in the infrared range as a comparative example,
  • Figure 5 an embodiment of an inventive
  • Figure 6 another embodiment of a
  • Figure 1 shows a highly schematic representation of a
  • FIG. 1 Top view of a test device according to the invention.
  • Figures 2 and 3 respectively show details of the device of Figure 1.
  • Figures 1 to 3 will be discussed together below.
  • the test apparatus 10 corresponds in its basic structure to known lateral flow assays.
  • the basis of the device is a carrier 12 which is made, for example, of glass, in particular borosilicate glass, plastic or another liquid-impermeable material, wherein, as a rule, the lowest possible reactivity with components of the intended samples and reagents must be ensured.
  • a surface functionalization eg an aminosilane coating of the Carrier 12, make.
  • the surface modification has the advantage that a subsequently applied to the carrier microporous transport layer adheres better.
  • the microporous support layer for example, cellulose nitrate, polyamide, polysulfone, PVDF, porous ceramics and others can be used.
  • a finished microporous membrane as a microporous support layer may be adhered / laminated to the optionally modified substrate 12 as described above.
  • the microporous carrier layer may also consist of several materials
  • An example is the application of a casting solution of a polymer blend of commercially available cellulose nitrate (5% to 10%) and possibly cellulose acetate (less than 2%) in one
  • the casting solution may also contain conventional wetting agents to ensure safe
  • a porous transport layer 14 is formed on evaporation of the predominant constituents of the solvent mixture with phase inversion.
  • the resulting thicknesses of the transport layer 14 are controlled by the coating thickness of the casting solution. Layer thicknesses of about 100 to 500 micrometers wet thickness lead to dry thicknesses of 10 to 100 micrometers.
  • the illustrated cellulose nitrate layers have a Nd: YV04 solid-state laser with picosecond pulses, in particular at a wavelength of 532 nanometers and a pulse length of 12 picoseconds, a pulse energy of 10 microjoules and a pulse frequency of 10 kilohertz, whose beam is detected by means of a 100 millimeter F theta Optics and a feed of 25 millimeters per second focused on the transport layer has been found suitable.
  • a C0 2 laser proved in the infrared range, which leads to a merger and thus to the closure of
  • channel walls 20 distinguishes that it has no open-pored channel walls 20, but that the channel walls 20 'show a largely closed structure with inhomogeneously distributed over the channel walls 20' openings.
  • FIG. 1 also shows a start zone 24 and two target zones 26, 28. Their representation as rectangles with a homogeneous surface is purely schematic.
  • the first target zone 26 can be optical
  • the starting zone 24 and the second target zone 28 preferably comprise additional reservoirs, for example in the form of glass fiber webs, which are connected in a liquid-conducting manner to the transport layer 14. This way, in the starting zone a larger volume sample liquid can be deposited, which is used continuously as a transport fluid in the
  • Capillaries of the porous webs and the channels in the direction of the target zones 26, 28 flows.
  • the reservoir of the second target zone 28 serves to maintain the transport stream even if the Benet tion front of the transport liquid has reached the downstream end of the transport layer 14.
  • the channel depth or web height corresponded in each case to the layer thickness, i. the channel bottom was formed in each case by the material of the carrier 12. After application of an aqueous solution in the start zone 24 that time was measured, which required the Benet tion front to cover a distance of 40 millimeters.
  • Liquid transport device performed.
  • Table 1 Hiking speed the wetting front in sec / 40 mm, layer thickness of the transport layer: 70 micrometer reference (without structure): 250 sec / 40 mm
  • Layer thickness of the transport layer 35 micrometers reference (without structure): 570 sec / 40 mm
  • Layer thickness of the transport layer 10 micrometer reference (without structure):> 1800 sec / 40 mm
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a
  • This is a bidirectional embodiment which, in contrast to the unidirectional embodiment of FIG. 1, has two main flow directions of substantially perpendicular to one another Transport fluid shows.
  • a further start zone 24 ' is provided on the carrier 12.
  • the transport layer 14 is in a first area
  • Transport layer 14 in each case again mutually parallel channels 16 'comprehensive groups of channels 16' structured, extending from the additional start zone 24 'to the immediate vicinity of the sub-target zones 26a-e. As shown schematically, are in the
  • the second channels 16 are made wider than the first channels 16, so that in this area a transport structure is realized, which is more tolerant to solids entrained in the transport liquid.
  • a first liquid is applied in the start zone 24, which contains certain reagents or washes out of the start zone 24. Via the channels 16, a main flow to the second target zone 28th
  • a sample liquid which solids such as cells or Zellf agmente
  • This liquid passes via the channels 16 'directly in the vicinity of each one of the first partial target zones 26a-e, namely with regard to the aforementioned
  • the difficult to transport liquid is thus via specially dimensioned channels 16 'to the first partial target zones 26a-e where it can mix with the reagent solution introduced via the narrower channels 16.
  • this mixture may result in labeling of an analyte by an immuno-reaction.
  • labeled analytes can be done with corresponding immobilized binders in the first sub-target zones 26a-e in a known manner, which despite the apparent undersizing of the channels 16 for the difficult to transport sample liquid due to the very small, to be bridged track is rapidly possible.
  • the channels 16 and 16 intersect in the same plane. This has the advantage that the entire channel / web structure of the device of Figure 4 from a common transport layer 14, with the carrier 12 was originally occupied, can be worked out.
  • Embodiment according to Figure 5 instead of a start zone 24 in the left region of the carrier 12 of Figure 5, a plurality of start zones 24a-e, via a plurality of conduction paths, the groups of channels 16 '' and webs 18 '' , with the Sub-target zones 26a-e are in communicative connection.
  • the plurality of start zones 26a-e may also be fused to a single start zone passing over the aforementioned conduction paths is connected in parallel with the sub-target zones 26a-e.
  • Carrier layer as well as the concrete dimensioning of webs and channels and the basic course of

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitstransportvorrichtung, umfassend einen flüssigkeitsdichten Träger (12), darauf aufgebracht eine Startzone (24; 24') zur Aufbringung von zu transportierender Transportflüssigkeit und eine Zielzone (26, 28; 26a-e), in die die Transportflüssigkeit zu transportieren ist, sowie eine sich zwischen der Startzone (24, 24') und der Zielzone (26, 28; 26a-e) erstreckende Leitungszone, die eine mikroporöse Transportschicht (14) umfasst, in der die Transport flüssigkeit kapillarkraftvermittelt von der Startzone (24; 24') zur Zielzone (26, 28; 26a-e) strömt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Leitungszone eine Vielzahl offener Strömungskanäle aufweist, die voneinander durch mikroporöse Stege mit offenporigen Seitenwänden getrennt sind.

Description

Sartorius Stedim Biotech
August-Spindler-Str . 11
D-37079 Göttingen SM1012-PCT
Flüssigkeitstransport- und analytische Tes vorrichtung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Flüssigkeitstransportvorrichtung, umfassend einen
flüssigkeitsdichten Träger, darauf aufgebracht eine Startzone zur Aufbringung von zu transportierender Transportflüssigkeit und eine Zielzone, in die die Transportflüssigkeit zu
transportieren ist, sowie eine sich zwischen der Startzone und der Zielzone erstreckende Leitungszone, die eine
mikroporöse Transportschicht umfasst, in der die
Transportflüssigkeit kapillarkraftvermittelt von der
Startzone zur Zielzone strömt.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine analytische
Testvorrichtung unter Verwendung einer solchen
FlüssigkeitstransportVorrichtung .
Stand der Technik
Derartige Flüssigkeitstransportvorrichtungen und analytische Testvorrichtungen sind bekannt aus der US 2006/0205059 AI. Diese offenbart - in einer speziellen Ausführungsform - eine allgemein als Lateral-Flow-Immunoassay bekannte analytische Testvorrichtung . Der Lateral-Flow-Test basiert auf einem durch Kapillarkräfte getriebenen Flüssigkeitstransport in einer dünnen Schicht aus mikroporösem, offenporigem Material. Unter mikroporösem
Material sei hier allgemein ein Material mit einer mittleren Porengröße von etwa 0,1 bis 50 Mikrometer und einem
Volumenanteil der Poren von mindestens 30% verstanden.
Typischerweise wird hierzu Zellulosenitrat verwendet, das in einer dünnen Schicht auf einem flüssigkeitsdichten Träger, z.B. einem Glas- oder Kunststoffträger , aufgebracht ist. Eine zu untersuchende Flüssigkeit, die hier als Probenflüssigkeit oder neutral als Transportflüssigkeit bezeichnet wird, wird an einer vorgesehenen Stelle der Testvorrichtung auf die mikroporöse Schicht aufgebracht. Dies kann z.B. durch
Aufpipettieren der Transportflüssigkeit oder durch
bereichsweises Eintauchen der Testvorrichtung in die
Transportflüssigkeit oder auf andere Weise erfolgen. Häufig ist die Startzone zur Steigerung ihrer
Flüssigkeitsaufnahmekapazität mit einem schwamm- oder
vliesartigen Flüssigkeitsreservoir ergänzt, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich von Bedeutung ist, dass die mikroporöse Transportschicht zu einem gegebenen
Start Zeitpunkt nur an einer oder mehreren definierten
Stellen, nämlich der oder den Startzonen, mit der
Transportflüssigkeit in Kontakt gebracht wird. Typischerweise ist die Startzone beim Lateral-Flow-Test mit einem selektiven Binder, der ein spezifischer Antikörper gegen einen
mutmaßlich in der Transportflüssigkeit enthaltenen Analyten sein kann, derart belegt, dass der spezifische Binder im trockenen Zustand in der Startzone fixiert ist und im
befeuchteten Zustand, d.h. nach Aufbringung der
Transportflüssigkeit, beweglich ist und mit dieser strömen kann. Üblicherweise ist der selektive Binder mit einer detektierbaren Markierung, beispielsweise einem Fluoreszenz- Label, einem Gold- oder Latexpartikel, einer radioaktiven Markierung oder auf andere Weise markiert. Durch Bindung des selektiven Binders an tatsächlich in der Transportflüssigkeit enthaltenen Analyten wird letzterer somit markiert. Aufgrund der Kapillarkraft in der mikroporösen TransportSchicht strömt die Transportflüssigkeit und mit ihr der markierte Analyt bzw. freie, selektive Binder entlang der Erstreckungsrichtung der Transportschicht auf eine vorbestimmte Zielzone zu. Die Ausgestaltung der Zielzone, einschließlich der Anzahl von Zielzonen hängt von Zweck und Ausgestaltung des jeweiligen Tests ab. Häufig wird eine Zielzone dadurch definiert, dass in ihr immobilisierte selektive Binder für den Analyten aufgebracht sind. Immobilisiert bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die selektiven Binder der Zielzone sowohl im trockenen als auch im befeuchteten Zustand ortsfest sind. Der bereits mit dem selektiven Binder der Startzone markierte Analyt wird an dem immobilisierten selektiven Binder der Zielzone gebunden und somit in der Zielzone fixiert. Man spricht hier von einer sogenannten Sandwich-Reaktion.
Hierdurch kommt es zu einer Anreicherung der detektierbaren Markierung in der Zielzone. Eine solche Anreicherung erfolgt normalerweise nur, wenn in der Transportflüssigkeit
tatsächlich Analyt vorhanden ist. Anderenfalls strömen die markierten, nicht an einen Analyten gebundenen selektiven Binder der Startzone durch die Zielzone hindurch. Anreicherung der Markierung in der Zielzone bedeutet bei einer derartigen Testausgestaltung also das Vorhandensein von Analyt in der Transportflüssigkeit. Es sind jedoch auch andere Arten von Zielzonen bekannt. In sogenannten
Kontrollzonen, die häufig stromabwärts der vorgenannten, ersten Art von Zielzonen liegen, können unspezifische Binder für den selektiven Binder der Startzone immobilisiert sein, sodass es in dieser zweiten Kontrollzone in jedem Falle einer erfolgreichen Testdurchführung zu einer Anreicherung von Markierung kommt. Auch können Zielzonen je nach Aufbau des Tests so gestaltet sein, dass ihre Anfärbung gerade auf ein Nicht-Vorhandensein von Analyt in der Transport flüssigkeit schließen lässt. Bei solchen Lateral-Flow-Tests oder allgemeiner bei
derartigen Flüssigkeitstransportvorrichtungen, wie sie üblichen Lateral-Flow-Tests zugrunde liegen, besteht ein bedeutendes Optimierungsdilemma. Einerseits ist ein möglichst schneller Flüssigkeitstransport von der Startzone zur
Zielzone erwünscht. Dies ist insbesondere bei Tests im Home- Care-Bereich, in dem der Test von Laien durchgeführt wird, von wichtiger Bedeutung. Als Beispiel sei der bekannte
Schwangerschaft-Streifentest genannt. Im Hinblick auf eine maximale Transportgeschwindigkeit wäre eine Transport Schicht mit möglichst großer Porengröße günstig. Je größer nämlich die Porengröße ist, desto geringer ist der
Strömungswiderstand und desto größer die resultierende
Benet Zungsgeschwindigkeit , d.h. die Transportgeschwindigkeit der Transportflüssigkeit in der Leitungszone. Daher werden bei üblichen Lateral-Flow-Tests als Transportschichten häufig Zellulosenitratschichten mit einer Porengröße von deutlich mehr als 3 Mikrometer verwendet. Andererseits ist im Hinblick auf eine Optimierung der Signalschärfe in der Zielzone eine möglichst kleine Porengröße günstig. Je kleiner nämlich die Porengröße, desto größer die innere Oberfläche der
mikroporösen Schicht und je größer die innere Oberfläche, desto mehr selektive Binder sind in der Zielzone
immobilisierbar, d.h. desto mehr Fänger für markierte
Analyten stehen in der Zielzone zur Verfügung, was zu einem umso schärferen Signal führt. Schließlich ist bei diesem Optimierungsdilemma auch ein dritter Parameter zu
berücksichtigen, nämlich die Schichtdicke der
Transportschicht . Im Hinblick auf die Optimierung der
Transportgeschwindigkeit wäre eine möglichst große
Schichtdicke wünschenswert. Eine große Schichtdicke bedeutet jedoch auch ein großes Volumen der Transportschicht, welches, um einen Flüssigkeitsstrom zu realisieren, von der
Transportflüssigkeit ausgefüllt werden muss. Bei vielen analytischen Tests steht jedoch nur eine geringe Menge an Flüssigkeit zur Verfügung, sodass es Verluste so gering wie möglich zu halten gilt. Unter diesem Aspekt wäre daher eine geringe Schichtdicke wünschenswert.
Die bekannten Flüssigkeitstransportvorrichtungen bzw. die darauf aufgebauten analytischen Testvorrichtungen lösen das geschilderte Optimierungsdilemma nicht wirklich. Vielmehr werden in allen Aspekten suboptimale Kompromisse realisiert, die je nach konkreter Bestimmung der Anwendung den einen oder den anderen der oben geschilderten Aspekte mehr oder weniger vernachlässigen . Die WO 03/025573 AI offenbart einen weiteren Lateral-Flow- Test mit mehreren Start- und Zielzonen, wobei insbesondere letztere auch als eine großflächige Zielzone mit einer
Mehrzahl von Teilzonen aufgefasst werden können. Im Übrigen birgt die Vorrichtung dieser Druckschrift ebenfalls die oben geschilderten Nachteile.
Aus der WO 2007/149043 AI ist eine analytische
Testvorrichtung bekannt, die auf mikroporöses Material als Transportschicht bzw. als Start- und Zielzone verzichtet. Vielmehr ist bei dieser Vorrichtung ein
flüssigkeitsundurchlässiger Träger mit einer Vielzahl eng beieinander stehender, makroskopischer Höcker aus ebenfalls flüssigkeitsundurchlässigem Material versehen, die so eng beieinander stehen, dass sich ein kapillarkraftgetriebener
Strom der Transportflüssigkeit von der Start- in die Zielzone ergibt. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist die geringe Möglichkeit der Fixierung einer ausreichenden Menge an
Fängern in der Zielzone bzw. an markierten selektiven Bindern in der Startzone aufgrund der geringen Oberfläche, die zur
Anhaftung zur Verfügung steht. Zudem ist die offene Struktur, die durch die Höcker gebildet wird, äußerst anfällig gegen Verdunstung, was im Hinblick auf einen möglichst sparsamen Umgang mit der Transportflüssigkeit als nachteilig angesehen werden muss .
Aus der DE 102 24 568 AI ist eine miniaturisierte
Microtiterplatte bekannt, die aus einem
flüssigkeitsundurchlässigen Träger und darauf aufgebrachten, voneinander getrennten Höckern aus mikroporösem Material besteht. Die einzelnen Höcker können mit unterschiedlichen Bindern oder Chemikalien belegt werden. Eine zu untersuchende Flüssigkeit kann tröpfchenweise separat auf die Höcker aufgebracht und zur Reaktion mit dem Imprägnierungsbinder bzw. der Imprägnierungschemikalie gebracht werden. Auf diese Weise wird ein sogenanntes Micro-Array realisiert, welches die Beobachtung einer Vielzahl räumlich getrennt und zeitlich gleichzeitig ablaufender Reaktionen auf engstem Raum
ermöglicht. Die einzelnen Schwämmchen sind voneinander durch Gräben getrennt, die einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den einzelnen Höckern verhindern sollen.
Aus der DE 10 2005 014 691 AI ist eine weitere Micro-Array- Vorrichtung bekannt, bei der sogenannte Wells, d.h. Töpfchen, eng benachbart in eine Schicht aus mikroporösem Material geschnitten sind. Die Töpfchen eignen sich zur Aufnahme lebender Zellen, das mikroporöse Wandmaterial, das jeweils die Töpfchen einer Gruppe miteinander verbindet, dient der gleichmäßigen Verteilung von Nährflüssigkeit auf die
Töpfchen. Der Transport der Nährflüssigkeit innerhalb einer Töpfchengruppe folgt getrieben von der durch die Mikroporen des Wandmaterials aufgebauten Kapillarkraft. Die Zuführung der Nährlösung zu jeder Töpfchengruppe erfolgt durch
herkömmliche Mikrofluidik-Kanäle, die in das
flüssigkeitsundurchlässige Trägermaterial eingearbeitet sind. Am Transport der Flüssigkeit vom Aufbringungsort zum Zielort, d.h. zur jeweiligen Töpfchengruppe, ist daher bei der
bekannten Vorrichtung keine Leitungszone beteiligt, die mikroporöses Material umfassen würde. Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass eine Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit ohne
gleichzeitige Porenvergrößerung bzw. ohne Erhöhung der
Membrandicke erreicht wird.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des
Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die
Leitungszone eine Vielzahl offener Strömungskanäle aufweist, die voneinander durch mikroporöse Stege mit offenporigen Seitenwänden getrennt sind.
Die bevorzugte Anwendung einer derartigen
Flüssigkeitstransportvorrichtung ist eine analytische
Testvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10, d.h. eine analytische Testvorrichtung, insbesondere ein Immunoassay, umfassend eine vorgenannte Flüssigkeitstransportvorrichtung, wobei in wenigstens einer Zielzone ein selektiver Binder dauerhaft immobilisiert ist, der mit einem mit der
Transportflüssigkeit aus der Startzone in die Zielzone transportierten, markierten Analyten selektiv bindungsfähig ist. Dabei ist es besonders günstig, wenn, wie bei üblichen Lateral-Flow-Tests , in wenigstens einer Startzone ein im trockenen Zustand immobilisierter und im feuchten Zustand beweglicher, markierter, selektiver Binder vorliegt, der mit einem in der Transportflüssigkeit enthaltenen Analyten selektiv bindungsfähig ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Grundlage der Erfindung ist die überraschende Erkenntnis, dass die Laufgeschwindigkeit der Benet zungsfront einer
Transportflüssigkeit in einer mikroporösen Transportschicht deutlich gesteigert werden kann, indem die TransportSchicht eine Vielzahl von Strömungskanälen, die im Wesentlichen in Laufrichtung der Benet zungsfront verlaufen, aufweist, sofern die Seitenwände der Kanäle anders als bei bekannten
Mikrofluidik-Kanälen nicht geschlossen, sondern offenporig sind, d.h. einen unverschlossenen Eingang in das offenporige Mikroporensystem der Transportschicht darstellen. Die genauen physikalischen Ursachen dieser Phänomens sind noch nicht geklärt. Es steht jedoch zu vermuten, dass die
Benetzungscharakteristik der als relativ breite Kapillaren wirkenden Kanäle einerseits und der kapillarkrafterzeugenden Mikroporen der Transportschicht andererseits hier
kapillarkraftverstärkend zusammenwirken.
Diese Erfindung ermöglicht die Verwendung eines
vergleichsweise kleinporigen Materials, was aufgrund seiner großen inneren Oberfläche für eine besonders dichte Anhaftung von selektiven Bindern als Voraussetzung eines scharfen
Signals bei einer analytischen Testvorrichtung geeignet ist, wobei jedoch die nachteilige Bremswirkung auf die
Strömungsgeschwindigkeit, die beim Stand der Technik mit der Kleinporigkeit der Transportschicht verbunden ist, durch die erfindungsgemäßen Kanäle behoben oder gar überkompensiert wird. Auf diese Weise lassen sich bessere Lösungen für das geschilderte Optimierungsdilemma zwischen
Transportgeschwindigkeit und Signalschärfe finden.
Durch geeignete Wahl der Dimensionierung der Kanäle,
insbesondere in ihrem Verhältnis zu den sie trennenden mikroporösen Stegen, lässt sich der erfindungsgemäß
resultierende Beschleunigungseffekt in weiten Bereichen variieren. Spezielle, vorteilhafte Dimensionierungen sind daher Gegenstand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. Diese Abhängigkeit des Beschleunigungseffektes von der
Relativdimensionierung hat eine wichtige praktische
Bedeutung. Ist die Transportflüssigkeit nämlich besonders viskos oder enthält sie Feststoffe, wie beispielsweise Zellen oder Zellfragmente, müssen die Kanäle vergleichsweise breit gewählt werden, um eine Verstopfung zu verhindern. Gleichwohl kann über eine entsprechende Dimensionierung der Stege dennoch genau das gewünschte Ausmaß des erfindungsgemäßen Beschleunigungseffektes und damit die Laufzeit eingestellt werden .
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Breite der Kanäle und der Stege sowie die Höhe der Stege und die Tiefe der Kanäle, d.h. insbesondere die Schichthöhe der
Transportschicht, jeweils zwischen 5 Mikrometer und 100
Mikrometer liegen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Breite der Kanäle zwischen 10 und 50 Mikrometer liegt. Wie weiter unten anhand konkreter Versuchsmessungen noch detaillierter angegeben, hat sich eine solche
Relativdimensionierung von Kanälen und Stegen als besonders vorteilhaft erwiesen, bei der die Breite der Stege dem 0,5- bis 5-fachen, insbesondere dem 0,9- bis 1,2-fachen der Breite der Kanäle entspricht.
Wie oben bereits erwähnt, verlaufen die Kanäle im
Wesentlichen in der Laufrichtung der Benet zungsfront der Transportflüssigkeit in der Transportschicht. „Im
Wesentlichen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die
Kanäle nicht exakt entlang der Geraden zwischen Start- und Zielzone verlaufen müssen, sondern das vielmehr auch „Umwege" wie Schlangenlinien, Zickzack-Muster und ähnliches realisiert sein können, solange die wesentliche Richtungskomponente des Gesamtkanals von der Startzone zur Zielzone weist. Allerdings wird ein gerader Verlauf der Kanäle in den meisten Fällen, insbesondere herstellungstechnisch, günstig sein. Unabhängig von der konkreten Verlaufsform der Einzelkanäle hat es sich als günstig herausgestellt, wenn benachbarte Kanäle parallel zueinander verlaufen. Mit anderen Worten bleibt die Breite des Steges zwischen zwei benachbarten Kanälen bevorzugt über die Länge der Kanäle gleich. Wie erwähnt, hat die
Relativdimensionierung von Stegen und Kanälen einen
wesentlichen Einfluss auf das Ausmaß des erfindungsgemäßen Beschleunigungseffektes. Parallele Kanäle führen daher zu einer gleichmäßigen Ausprägung des Beschleunigungseffektes über die gesamte Kanallänge.
Obgleich es grundsätzlich denkbar ist, dass auch der Boden der Kanäle eine dünne Schicht eines mikroporösen Materials aufweist, hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Boden der Kanäle durch den flüssigkeitsundurchlässigen Träger gebildet wird. Von einer mikroporösen Bodenschicht, die unter Berücksichtigung der im Hinblick auf die Einsparung von Transportflüssigkeit möglichst klein zu haltenden Gesamtschichtdicke der mikroporösen Transportschicht äußerst dünn sein müsste, dürfte kaum ein Beschleunigungseffekt zu erwarten sein, wie dies bei den mit dem ausgedehnten
Schichtkörper der mikroporösen Transportschicht verbundenen Seitenwänden der Kanäle der Fall ist. Die durch die offenen Poren einer derartigen Bodenschicht realisierten Unebenheiten dürften eher eine Bremswirkung haben. Gleichwohl sind
derartige Realisierungen der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen.
Die erfindungsgemäße Flüssigkeitstransportvorrichtung kann grundsätzlich beliebig komplex ausgestaltet sein.
Insbesondere ist sie nicht auf einfache Strukturen mit nur einer Startzone und einer Zielzone mit nur einer
dazwischenliegenden Transport zone beschränkt. Vielmehr können auch Varianten realisiert sein, bei denen auf dem Träger eine Mehrzahl voneinander getrennter Startzonen aufgebracht sind, die über eine Mehrzahl voneinander getrennter Leitungszonen mit einer gemeinsamen Zielzone verbunden sind. Umgekehrt ist es auch möglich, dass auf dem Träger eine Mehrzahl
voneinander getrennter Zielzonen aufgebracht sind, die über eine Mehrzahl voneinander getrennter Leitungszonen mit einer gemeinsamen Startzone verbunden sind. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die jeweiligen Leitungszonen parallel zueinander verlaufen. Vielmehr können sie auch unter einem von Null Grad verschiedenen Winkel zueinander verlaufen. Auch Kreuzungen von Leitungszonen, in den sich bislang getrennte Anteile der Transportflüssigkeit oder unterschiedlicher
Transport flüssigkeiten mischen, sind denkbar. Schließlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch nicht erforderlich, dass jeweils einem Paar von Start- und Zielzone genau eine Leitungszone zugeordnet ist. Vielmehr kann ein solches Paar von Start- und Zielzone über eine Mehrzahl von voneinander getrennten Leitungszonen miteinander verbunden sein. Beispielsweise ist denkbar, dass die
Transportflüssigkeit von einer Startzone der Zielzone auf unterschiedlichen langen Wegen oder auf Wegen mit
unterschiedlichen Kanalbreiten zugeführt wird. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den
Zeichnungen .
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 : eine schematische Draufsicht auf eine
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
TestVorrichtung,
Figur 2 : eine schematische Ausrissdarstellung der
Schnittansicht entlang der Schnittlinie II-II in
Figur 1,
Figur 3: eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme
einer mit einem Nd : YV04 -Festkörperlaser erzeugbaren erfindungsgemäßen Kanalstruktur, Figur 4 : eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer mit einem C02~Laser im Infrarotbereich erzeugbaren Kanalstruktur als Vergleichsbeispiel,
Figur 5 : eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Testvorrichtung und
Figur 6: eine weitere Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Testvorrichtung . Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Figur 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Testvorrichtung. Die Figuren 2 und 3 zeigen jeweils Details der Vorrichtung von Figur 1. Die Figuren 1 bis 3 sollen nachfolgend gemeinsam diskutiert werden.
Gleiche Bezugs zeichen bezeichnen gleiche oder entsprechende Elemente in allen Figuren.
Die Testvorrichtung 10 gemäß Figur 1 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau bekannten Lateral-Flow-Assays. Basis der Vorrichtung ist ein Träger 12, der beispielsweise aus Glas, insbesondere Borosilikatglas , Kunststoff oder einem anderen flüssigkeitsundurchlässigen Material gefertigt ist, wobei in der Regel auf eine möglichst geringe Reaktivität mit Bestandteilen der vorgesehenen Proben und Reagenzien zu achten sein wird. Häufig wird es günstig sein, eine Oberflächen- funktionalisierung, z.B. eine Aminosilanbeschichtung des Trägers 12, vorzunehmen. Die Oberflächenmodifizierung hat den Vorteil, dass eine nachfolgend auf dem Träger aufgebrachte mikroporöse TransportSchicht besser haftet. Als mikroporöse Trägerschicht kann beispielsweise Zellulosenitrat, Polyamid, Polysulfon, PVDF, poröse Keramiken und anderes verwendet werden .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann eine fertige mikroporöse Membran als mikroporöse Trägerschicht auf den optional wie vorstehend beschrieben modifizierten Träger 12 aufgeklebt/laminiert werden.
Die mikroporöse Trägerschicht kann auch aus mehreren
stofflich unterschiedlichen Schichten der vorgenannten
Materialien oder aus stofflich identischen Schichten mit unterschiedlicher Porengrößenverteilung bestehen, wobei diese Mehrschichten-Strukturen durch dem Fachmann bekannte
„Cocasting"-Verfahren auf den Träger aufgebracht werden können .
Beispielhaft sei das Aufbringen einer Gießlösung aus einem Polymerblend von handelsüblichem Zellulosenitrat (5% bis 10%) und ggf. Zelluloseazetat (kleiner 2%) in einem
Lösungsmittelgemisch aus Methylazetat (40%-60%), Alkoholen (30%-50%) und Wasser angegeben. Die Gießlösung kann zudem übliche Netzmittel zur Gewährleistung einer sicheren
Benetzung enthalten, beispielsweise SDBS (Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate) oder SDS (Sodium Dodecyl Sulfate) jeweils in einem Gewichtsanteil unter 0,5%. Beim Trocknen der auf dem Träger 12 aufgebrachten Gießlösungsschicht entsteht bei Verdunstung der überwiegenden Bestandteile des Lösungsmittelgemisches unter Phaseninversion eine poröse Transportschicht 14. Die resultierenden Dicken der Transportschicht 14 werden durch die Beschichtungsdicke der Gießlösung gesteuert. Schichtdicken von ca. 100 bis 500 Mikrometer Nassdicke führen hierbei zu Trockendicken von 10 bis 100 Mikrometer. Nach Trocknung der Transportschicht 14 wird diese strukturiert, indem die mikroporöse Schicht bereichsweise entfernt wird, sodass eine Vielzahl von Kanälen 16 entsteht, zwischen denen jeweils Stege 18 aus mikroporösem Material stehen bleiben. Dabei ist, wie in Figur 2 durch den vergrößerten Ausschnitt 22 schematisch angedeutet und in Figur 3 in der rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme deutlich zu erkennen ist, darauf zu achten, dass die
Materialporen an der Oberfläche der Kanalwände 20, d.h. an den Stegseiten nicht verschlossen werden, sondern offen bleiben, sodass Flüssigkeit aus dem Kanal in das mikroporöse Stegmaterial eindringen kann.
Dies gelingt beispielsweise durch Laserstrukturierung mit auf das jeweilige TransportSchichtmaterial abgestimmten
Lasersystemen. Für die oben beispielhaft im Detail
erläuterten Zellulosenitratschichten hat sich ein Nd:YV04- Festkörperlaser mit Picosekunden-Pulsen, insbesondere bei einer Wellenlänge von 532 Nanometern und einer Pulslänge von 12 Picosekunden, einer Pulsenergie von 10 Mikrojoule und einer Pulsfrequenz von 10 Kilohertz, dessen Strahl mittels einer 100 Millimeter F-Theta-Optik und einem Vorschub von 25 Millimetern pro Sekunde auf die TransportSchicht fokussiert wurde, als geeignet erwiesen. Als ungeeignet hat sich hingegen ein C02-Laser im Infrarotbereich erwiesen, der zu einer Verschmelzung und somit zum Verschluss der
Kanalwandporen geführt hat. Nach Figur 4 resultiert bei der Verwendung eines C02-Lasers im Infrarotbereich eine Kanalstruktur, die sich von der erfindungsgemäßen Kanalstruktur der Figur 3 dadurch
unterscheidet, daß sie keine offenporigen Kanalwände 20 aufweist, sondern daß die Kanalwände 20' eine weitgehend geschlossene Struktur mit inhomogen über die Kanalwände 20' verteilten Durchbrüchen zeigen.
Alternativ zur Laserstrukturierung sind selbstverständlich auch mechanische oder chemische, insbesondere Ätzverfahren einsetzbar. Zur geeigneten Dimensionierung der Kanäle 16 bzw. der Stege 18 sollen weiter unten noch detaillierte Beispiele angegeben werden.
In Figur 1 sind weiter eine Startzone 24 und zwei Zielzonen 26, 28 eingezeichnet. Ihre Darstellung als Rechtecke mit homogener Oberfläche ist rein schematisch zu verstehen.
Insbesondere die erste Zielzone 26 kann optisch
ununterscheidbar von der strukturierten Transportschicht 14 gestaltet sein. Bevorzugt wird sie lediglich dadurch
definiert, dass das poröse Material der Stege in der ersten Zielzone 26 mit immobilisierten, selektiven Bindern belegt ist, die in der Lage sind, zugeführten, markierten Analyten in der Zielzone 26 zu fixieren. Die Startzone 24 und die zweite Zielzone 28 umfassen jedoch bevorzugt zusätzliche Reservoirkissen, beispielsweise in Form von Glasfaservliesen, die in Flüssigkeit leitender Weise mit der Transportschicht 14 verbunden sind. Auf diese Weise kann in der Startzone ein größeres Volumen Probenflüssigkeit hinterlegt werden, welche kontinuierlich als Transportflüssigkeit in die
Transportschicht abgegeben und durch die weiter oben
beschriebene, vermutete Wechselwirkung zwischen den
Kapillaritäten der porösen Stege und der Kanäle in Richtung der Zielzonen 26, 28 strömt. Das Reservoirkissen der zweiten Zielzone 28 dient der Aufrechterhaltung des TransportStroms auch dann, wenn die Benet zungsfront der Transport flüssigkeit das stromabwärtig gelegene Ende der TransportSchicht 14 erreicht hat.
Der erfindungsgemäße Flüssigkeitstransport- beschleunigungseffekt soll nachfolgend an ausgewählten
Beispielen belegt werden. Hierzu wurden unterschiedlich dicke Zellulosenitratschichten 14 in der oben im Detail
geschilderten Weise auf Borosilikat-Träger 12 aufgebracht und mit dem oben als bevorzugt geschilderten Lasersystem in unterschiedlicher Weise, d.h. mit unterschiedlichen Kanal- und Stegbreiten, strukturiert. Die Kanaltiefe bzw. Steghöhe entsprach dabei jeweils der Schichtdicke, d.h. der Kanalboden wurde jeweils von dem Material des Trägers 12 gebildet. Nach Auftrag einer wässrigen Lösung in der Startzone 24 wurde diejenige Zeit gemessen, die die Benet zungsfront benötigte, um eine Strecke von 40 Millimetern zurückzulegen. Zum
Vergleich wurde jeweils eine Messung an einer nicht
strukturierten, im Übrigen jedoch identischen
Flüssigkeitstransportvorrichtung durchgeführt. Die
nachfolgenden Tabellen geben die jeweiligen Ergebnisse wieder : Tabelle 1: Wandergeschw . der Benet zungsfront in sec/40 mm, Schichtdicke der Transportschicht: 70 Mikrometer Referenz (ohne Struktur) : 250 sec/40 mm
Figure imgf000021_0001
Es ist eine deutliche Beschleunigung der
Wandergeschwindigkeit gegenüber der unstrukturierten Referenz erkennbar. Bei gleicher Dimensionierung von Kanälen 16 und Stegen 18 ist der erfindungsgemäße Beschleunigungseffekt deutlich stärker ausgeprägt als bei breiterer Dimensionierung der Stege 18 im Vergleich zu den Kanälen 16.
Tabelle 2: Wandergeschw. der Benet zungsfront in sec/40 mm,
Schichtdicke der TransportSchicht : 35 Mikrometer Referenz (ohne Struktur) : 570 sec/40 mm
Figure imgf000021_0002
Es sind die gleichen Effekte und Tendenzen zu erkennen wie in Tabelle 1, wobei insgesamt die reduzierte Schichtdicke zu einer Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit führt. 002500
Tabelle 3: Wandergeschw . der Benet zungsfront in sec/40 mm,
Schichtdicke der Transportschicht: 10 Mikrometer Referenz (ohne Struktur) : >1800 sec/40 mm
Figure imgf000022_0001
Innerhalb der jeweils selben Kanalbreite sind wieder die gleichen Tendenzen wie in den Tabellen 1 und 2 zu erkennen. Allerdings ist bei der hier realisierten, besonderes geringen Schichtdicke der Transportschicht der Einfluss des
Absolutwertes der Kanalbreite deutlich stärker als bei den zuvor betrachteten, größeren Schichtdicken. Die
Referenzmessung wurde nach 30 min abgebrochen, da die
Wandergeschwindigkeit der Benet zungsfront so gering war, dass hier kaum sinnvolle Anwendungen denkbar sind. Andererseits sind jedoch geringe Schichtdicken gerade für Anwendungen mit geringen Flüssigkeitsmengen interessant, sodass hier die vorliegende Erfindung besonders wertvoll ist. Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Testvorrichtung in schematischer
Darstellung. Es handelt sich hierbei um eine bidirektionale Ausführungsform, die im Gegensatz zu der unidirektionalen Ausführungsform von Figur 1 zwei im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehende Hauptflussrichtungen von Transportflüssigkeit zeigt. Zusätzlich zu der Startzone 24 ist eine weitere Startzone 24' auf dem Träger 12 vorgesehen. Die Transportschicht 14 ist in einem ersten Bereich
vergleichbar mit der Ausführungsform von Figur 1
strukturiert, d.h. mit geraden, parallelen Kanälen 16, die sich von der Startzone 24 zur zweiten Zielzone 28 erstrecken und dabei eine in fünf Teilzielzonen 26a-e aufgeteilte erste Zielzone passieren. In einem zweiten Bereich ist die
TransportSchicht 14 in jeweils wiederum parallel zueinander verlaufende Kanäle 16' umfassende Gruppen von Kanälen 16' strukturiert, die sich von der zusätzlichen Startzone 24' bis in die unmittelbare Nachbarschaft der Teilzielzonen 26a-e erstrecken. Wie schematisch dargestellt, sind bei der
gezeigten Ausführungsform die zweiten Kanäle 16' breiter gestaltet als die ersten Kanäle 16, sodass in diesem Bereich eine Transportstruktur realisiert ist, die toleranter gegen in der Transportflüssigkeit mitgeführte Feststoffe ist. Zum Betrieb dieser Vorrichtung wird in der Startzone 24 eine erste Flüssigkeit aufgebracht, die bestimmte Reagenzien enthält oder aus der Startzone 24 herauswäscht. Über die Kanäle 16 wird ein Hauptstrom zur zweiten Zielzone 28
realisiert. Gleichzeitig, vorher oder später wird in der zusätzlichen Startzone 24' eine zweite Flüssigkeit
aufgebracht, die beispielsweise eine Probenflüssigkeit sein kann, welche Feststoffe wie Zellen oder Zellf agmente
enthält. Diese Flüssigkeit gelangt über die Kanäle 16' unmittelbar in die Nähe je einer der ersten Teilzielzonen 26a-e und zwar im Hinblick auf die vorgenannte
Hauptstromrichtung jeweils stromaufwärts von diesen. Die schwer transportierbare Flüssigkeit wird somit über speziell dimensionierte Kanäle 16' zu den ersten Teilzielzonen 26a-e befördert, wo sie sich mit der über die schmaleren Kanäle 16 beigeführten Reagenzlösung mischen kann. Diese Mischung kann beispielsweise zu einer durch eine Immuno-Reaktion erfolgte Markierung eines Analyten führen. Eine Fixierung des
markierten Analyten kann mit entsprechenden, immobilisierten Bindern in den ersten Teilzielzonen 26a-e in bekannter Weise erfolgen, was trotz der scheinbaren Unterdimensionierung der Kanäle 16 für die schwer transportable Probenflüssigkeit aufgrund der sehr geringen, zu überbrückenden Strecke zügig möglich ist.
Bei der gezeigten Ausführungsform kreuzen sich die Kanäle 16 und 16' in derselben Ebene. Dies hat den Vorteil, dass die gesamte Kanal/Steg-Struktur der Vorrichtung von Figur 4 aus einer gemeinsamen Transportschicht 14, mit der Träger 12 ursprünglich belegt war, herausgearbeitet werden kann.
Selbstverständlich sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen sich
unterschiedliche Kanalgruppen nicht kreuzen, sondern nur aneinander anstoßen. Auch sind Varianten denkbar, bei denen unterschiedliche Transportschichtebenen realisiert sind.
Eine weitere in Figur 6 dargestellte Variante der
Ausführungsform gemäß Figur 5 weist statt der einen Startzone 24 im linken Bereich des Trägers 12 aus Figur 5 eine Mehrzahl von Startzonen 24a-e auf, die über mehrere Leitungswege, die Gruppen von Kanälen 16'' bzw. Stegen 18' ' umfassen, mit den Teilzielzonen 26a-e in kommunizierender Verbindung stehen. Alternativ kann die Mehrzahl von Startzonen 26a-e auch zu einer einzigen Startzone fusioniert sein, welche über die vorgenannten Leitungswege parallel mit den Teilzielzonen 26a- e verbunden ist.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung
diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen
Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Beispielsweise wird er die Wahl der speziellen Materialien der Transportschicht und der
Trägerschicht ebenso wie die konkrete Dimensionierung von Stegen und Kanälen und den grundsätzlichen Verlauf der
Kanal/Steg-Strukturen seiner jeweiligen Anwendung anpassen.
Bezugszeichenliste
10 TestVorrichtung
12 Träger
14 Transportschicht
16 Kanal
16' , 16' ' weitere Kanäle
18 Steg
18' , 18' ' weitere Stege
20, 20' Stegwand/Kanalwand
22 Vergrößerungsfenster von 20
24, 24a-e Startzone
24' zusätzliche Startzone
26 erste Zielzone
26a-e erste Teilzielzonen
28 zweite Zielzone

Claims

Patentansprüche
1. Flüssigkeitstransportvorrichtung, umfassend einen
flüssigkeitsdichten Träger (12), darauf aufgebracht eine Startzone (24; 24') zur Aufbringung von zu
transportierender Transportflüssigkeit und eine Zielzone (26, 28; 26a-e) , in die die Transportflüssigkeit zu transportieren ist, sowie eine sich zwischen der
Startzone (24, 24') und der Zielzone (26, 28; 26a-e) erstreckende Leitungszone, die eine mikroporöse
Transportschicht (14) umfasst, in der die
Transportflüssigkeit kapillarkraftvermittelt von der Startzone (24; 24') zur Zielzone (26, 28; 26a-e) strömt, dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitungszone eine Vielzahl offener
Strömungskanäle aufweist, die voneinander durch
mikroporöse Stege mit offenporigen Seitenwänden getrennt sind.
2. Flüssigkeitstransportvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Breite der Kanäle (16; 16') und der Stege (18; 18') sowie die Höhe der Stege (18; 18') und die Tiefe der Kanäle (16; 16' ) jeweils zwischen 5 Mikrometer und 100 Mikrometer liegen.
3. Flüssigkeitstransportvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Kanäle (16; 16') zwischen 10 und 50 Mikrometer liegt.
4. Flüssigkeitstransportvorrichtung nach' einem der Ansprüche 2 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Breite der Stege (18; 18') dem 0,5- bis 5fachen, insbesondere dem 0,9- bis l,2fachen der Breite der Kanäle (16; 16') entspricht.
5. Flüssigkeitstransportvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kanäle (16; 16') parallel zueinander verlaufen.
6. Flüssigkeitstransportvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Boden der Kanäle (16; 16') durch den
flüssigkeitsundurchlässigen Träger (12) gebildet wird.
7. Flüssigkeitstransportvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf dem Träger eine Mehrzahl voneinander getrennter Startzonen aufgebracht sind, die über eine Mehrzahl voneinander getrennter Leitungs zonen mit einer
gemeinsamen Zielzone verbunden sind.
8. Flüssigkeitstransportvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf dem Träger (12) eine Mehrzahl voneinander getrennter Zielzonen (26, 28) aufgebracht sind, die über eine Mehrzahl voneinander getrennter Leitungszonen mit einer gemeinsamen Startzone (24) verbunden sind.
9. Flüssigkeitstransportvorrichtung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Startzone (24') und die Zielzone (28) über eine Mehrzahl voneinander getrennter Leitungszonen miteinander verbunden sind.
10. Analytische Testvorrichtung, insbesondere Immuno-Assay, umfassend eine Flüssigkeitstransportvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in wenigstens einer Zielzone (26, 28; 26a-e) ein selektiver Binder dauerhaft immobilisiert ist, der mit einem mit der
Transportflüssigkeit aus der Startzone (24; 24', 24a-e)in die Zielzone (26, 28; 26a-e) transportierten, markierten Analyten selektiv bindungsfähig ist.
11. Analytische Testvorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass in wenigstens einer Startzone (24; 24') ein im trockenen Zustand immobilisierter und im feuchten Zustand beweglicher, markierter, selektiver Binder vorliegt, der mit einem in der Transportflüssigkeit enthaltenen
Analyten selektiv bindungsfähig ist.
PCT/EP2011/002500 2010-06-07 2011-05-19 Flüssigkeitstransport- und analytische testvorrichtung WO2011154090A1 (de)

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