WO2014086912A1 - REAKTIONSGEFÄß MIT MAGNETISCHEM VERSCHLUSS - Google Patents

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WO2014086912A1
WO2014086912A1 PCT/EP2013/075637 EP2013075637W WO2014086912A1 WO 2014086912 A1 WO2014086912 A1 WO 2014086912A1 EP 2013075637 W EP2013075637 W EP 2013075637W WO 2014086912 A1 WO2014086912 A1 WO 2014086912A1
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WO
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reaction vessel
subdivision
state
magnetic field
movable
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/075637
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Federico Buersgens
Joachim Stehr
Lars Ullerich
Tobias Andres
Matthias Graessel
Original Assignee
Gna Biosolutions Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5082—Test tubes per se
    • B01L3/50825—Closing or opening means, corks, bungs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/041—Connecting closures to device or container
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/046—Function or devices integrated in the closure
    • B01L2300/047—Additional chamber, reservoir
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/046—Function or devices integrated in the closure
    • B01L2300/049—Valves integrated in closure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts

Definitions

  • the invention relates to a reaction vessel having a first and a second subdivision, wherein in a first state of the reaction vessel, the first of the second
  • Subdivision is separated and in a second state the first with the second
  • reaction vessel in a method for the detection of proteins and / or nucleic acids and in a method for the amplification of nucleic acids is part of the invention.
  • the invention further includes a method for converting the one into the other of the two states of the reaction vessel.
  • the patent application WO 00/12675 describes a device having a first hollow elongate cylinder with a closed end and therein a plurality of
  • Chambers a second hollow elongated cylinder, the inside continuous
  • a sample is introduced into the second cylinder.
  • the second cylinder contains reagents for extraction of nucleic acids.
  • the second cylinder is rotated to an open position B.
  • the extracted nucleic acid remains in a solid state in an upper chamber as the fluid flows into a reservoir.
  • the second cylinder is rotated to the closed position A so that the second cylinder is sealed, water is added, and a cover is closed.
  • a reaction bead from one chamber is added to the second cylinder.
  • the reaction bead contains those for amplification necessary enzymes that are resuspended in the water.
  • the amplification takes place on the solid phase, which contains the extracted nucleic acids.
  • the second cylinder is rotated relative to the first cylinder to a washout position C.
  • the reaction mixture of the amplification may enter the detection chamber and is absorbed by a pad.
  • the reaction mixture is absorbed by a strip.
  • colored microparticles bind to the haptens from the amplification reaction and move to the capture zone on a membrane where they form a visible detection line if the target sequence is present.
  • the patent application WO 2006/050636 A1 describes a PCR reaction vessel with a tubular body and a cap, wherein the inner surface of the cap is provided with an inner tube and the inner tube is provided with at least one hole.
  • the reaction vessel is suitable for performing nested PCR, whereby reagents for the nested inner part of the PCR in the inner tube can be provided. After the first part of the PCR is complete, the reaction vessel can be centrifuged or exposed to vibration so that the reagents are released from the inner tube. Thereafter, the second part of the PCR can be performed.
  • U.S. Patent 5,576,197 discloses a reaction vessel for PCR in which wax is applied to the interior surface.
  • the wax is at a position that is approximately at the height of the meniscus of a filled PCR mix.
  • the wax does not completely close the volume of the vessel.
  • the wax is solid at temperatures below 40 ° C and liquid at PCR temperatures. When the wax liquefies, it spontaneously covers the surface of the PCR mix.
  • the wax is present in an amount sufficient so that when the wax is liquefied, it completely covers the surface of the PCR mix.
  • the molten fat or wax creates a vapor barrier to minimize evaporation of the solution during the thermal PCR cycles and, upon cooling, after the amplification is complete, again forms a solid barrier that, inter alia, reduces the likelihood of contamination of the following reactions.
  • the device comprises a simple sample tube having a chamber which is preferably open at the top so that its contents flow out when the sample tube is turned upside down.
  • the sample tube further comprises a lid, a
  • Microarray for nucleic acids with the amplified samples can hybridize DNA.
  • the invention has for its object to provide an improved reaction vessel and a use for such an improved reaction vessel.
  • the object is achieved by a reaction vessel having a first and a second subdivision.
  • the first in a first state of the reaction vessel, the first is separated from the second subdivision, and in a second state, the first is connected to the second subdivision.
  • one of the two states mentioned can be converted into the other. Transferring one of the two states to the other is called a change of state.
  • the task is also by use of the reaction vessel in a process for purification, modification and / or detection of proteins and / or
  • a further solution of the object according to the invention consists in a method for transferring one into the other of the two states of the reaction vessel.
  • the reaction vessel is a vessel capable of reacting in it.
  • the reaction vessel is closable, z. B. with a lid.
  • the preferred closed reaction vessel is liquid-tight with respect to its environment, particularly preferably it is gas-tight.
  • the reaction vessel can in principle assume any shape and size.
  • the reaction vessel is substantially cylindrical, circular cylindrical or conical, more preferably, the reaction vessel has both an im
  • reaction vessel z.T. plane walls in particular e.g. a rectangular base, as in commercial cuvettes.
  • the volume of the reaction vessel is less than 500 ml, more preferably less than 100 ml, more preferably 50 ml, more preferably less than 25 ml, more preferably less than 10 ml, most preferably less than 5 ml, most preferably less than 2 , 5 ml, particularly preferably less than 1 ml, more preferably less than 0.5 ml and most preferably less than 0.25 ml.
  • the preferred volume of the reaction vessel is greater than 0.05 ml, more preferably greater than 0 , 1 ml.
  • the reaction vessel is at least partially, particularly preferably in its entirety made of one or more inert materials such as glass or plastic, preferably polyethylene, polypropylene or silicone.
  • the reaction vessel is preferably transparent, so that an optical inspection of the
  • Opening mechanism or the opening success is possible.
  • the reaction vessel has at least two subdivisions.
  • the first In the first state, the first is separated from the second subdivision, so that no liquid - preferably also no gases - can flow from one of the two subdivisions into the other.
  • the first In the second state, the first is connected to the second subdivision and liquids - preferably also gases - can flow from one of the two subdivisions into the other.
  • One subdivision may adjoin the other, one may comprise the other.
  • the partitions may also be spaced apart so that they do not abut each other.
  • the sealed reaction vessel encloses the subdivisions.
  • the subdivisions are fixed in the reaction vessel. However, it is also possible that one or both subdivisions are loosely in the reaction vessel.
  • the reaction vessel may preferably have further subdivisions.
  • the further subdivisions may be in the first and / or second state with the first and / or the second subdivision and / or interconnected or separated from each other.
  • the reaction vessel may preferably assume further states.
  • one or more of the further subdivisions may preferably be connected to or separate from one or more of the further subdivisions and / or with the first and / or the second subdivision.
  • the first and / or second state can be converted into the other of the two states by the action of one magnetic field.
  • the first can be separated from the second subdivision or the first can be connected to the second subdivision.
  • the reaction vessel can be used in a process for the purification, modification and / or detection of proteins and / or nucleic acids.
  • a first reaction can take place in the first subdivision, which is initially separated from the second subdivision.
  • the first reaction may, for. Example, the proliferation of nucleic acids by PCR or the purification of nucleic acids or proteins from a sample.
  • the second reaction may, for. B. be a detection reaction to a specific nucleic acid or a specific protein. In this way, nucleic acids and proteins can be analyzed in a particularly simple and low-contamination manner.
  • the modification may be, for example, in a digestion of a sample or label of a protein or a nucleic acid.
  • the reaction vessel can be, for example, in a digestion of a sample or label of a protein or a nucleic acid.
  • the first subdivision with the second subdivision by the action of a
  • the invention further includes a method for changing the state of the reaction vessel.
  • the reaction vessel is exposed to a magnetic field.
  • a magnetic field In this case, either no magnetic field is present before exposure or a previously existing magnetic field is changed when exposed to alignment and / or field strength. This can be accomplished by moving the reaction vessel relative to an existing magnetic field.
  • a non-constant magnetic field may be used, e.g.
  • a magnetic field can be generated or changed by means of an electromagnet.
  • Subdivision be connected to the other, so that the two liquids can mix with each other.
  • the abandonment of the opening of the reaction vessel for mixing the liquids can be the automation of Simplify reactions.
  • waxes are used to separate two liquids in a reaction vessel, which are heated to mix the liquids; as soon as the wax cools down and hardens, mixing is no longer possible or greatly impeded.
  • an inert material can be used to separate the liquids in the subdivisions, no mixing is necessary for mixing the liquids, whereby an impairment of reactions can be avoided.
  • the invention makes it possible to produce a structurally simple, inexpensive reaction vessel.
  • the first and second subdivisions are separated by a movable shutter.
  • the movable closure may in principle take any shape, but preferably the movable closure is spherical or cylindrical in shape.
  • the connection of the first with the second subdivision can be made reversible.
  • a suitable design can also be achieved that a separation of initially associated subdivisions can be brought about by a movement of the movable closure.
  • Reaction vessel leads may consist in a translational or rotational movement or a combination of the two types of movement.
  • the movable shutter may consist of a single or multiple elements.
  • the movable shutter is a ball that closes off the first partition from the second partition.
  • a one-piece movable lock can be
  • the movable closure consists of a flap and a latch.
  • the flap can separate the two divisions against each other, the latch can lock the flap.
  • the latch In order to bring about the state change, in this embodiment, first of all, the latch must be moved, so that the flap is released. Only then can the flap be moved.
  • Two-piece movable closure can be prevented that the change of state, for example, during an optional centrifugation or shocks generated accidentally, for example, by an un-padded case on the ground.
  • Such an unintentional, premature change of state can preferably be prevented by the bar according to the invention also in cases in which in the closed
  • Subdivision a high pressure builds up (be it by a high temperature, by the use of very volatile chemicals, by reaction-induced gas formation or by low external pressure, for example during transport).
  • the movable shutter includes a magnetic component.
  • the movable closure consists of the magnetic component.
  • the preferred magnetic component is cylindrical or spherical.
  • the magnetic component of the movable shutter can be aligned by the action of the magnetic field along the field line of the magnetic field. This can be done both in an inhomogeneous as well as in a homogeneous magnetic field. Due to the magnetic component of the movable shutter, the state change can be achieved particularly easily by the action of the magnetic field.
  • the movable shutter may e.g. of a magnetic component (e.g.
  • the movable shutter may be e.g. Also, consist of a non-magnetic body, which is provided with a ferromagnetic layer, which represents the magnetic component.
  • the movable shutter with the magnetic component may be incorporated in a partition wall between the first and second divisions.
  • the magnetic component By acting on the magnetic field, the magnetic component can move and / or align so as to form a connection between the first and second subdivisions.
  • Reaction vessel can be produced with a particularly low cost of materials.
  • the magnetic component may include a ferromagnetic material or be made of a ferromagnetic material.
  • the magnetic component contains iron. By using iron in the magnetic component, the manufacturing cost of the reaction vessel can be kept particularly low.
  • the magnetic component is at least partially permanent magnetic.
  • the magnetic component consists entirely of a permanent magnet.
  • the magnetic component can exert magnetic component, as if the magnetic component consists only of a ferromagnetic, non-magnetized material.
  • a permanent magnet that aligns the magnetic component in a magnetic field.
  • the magnetic component may align in a magnetic field along the field lines.
  • the alignment along the field lines produces a rotational movement of the magnetic component, by means of which the first and the second subdivision can be connected to one another or separated from one another.
  • the movable closure in the first or second state is non-positively connected to the reaction vessel.
  • a surface of the movable closure is located on a surface of the
  • Reaction vessel so that a force along the surface normal generates sufficient friction between the surfaces to the movable shutter in the
  • the movable shutter moves in the reaction vessel and the first and second subdivisions are connected or disconnected can.
  • Reaction vessel take any shape.
  • the movable closure of a magnetic rotationally symmetrical body preferably of a permanent magnetic circular cylinder or a
  • the body can be inserted into a flexible tube which is closed at one end.
  • the tube is made of silicone.
  • the ratio of the diameter of the body to the inner diameter of the tube is preferably 1: 1, particularly preferably 1, 01: 1, particularly preferably 1, 03: 1, particularly preferably 1, 05: 1, particularly preferably 1, 1: 1, more preferably 1, 2: 1, more preferably 1, 3: 1, and most preferably 1, 5: 1.
  • the hose is stretched during insertion of the body so that a tight connection between the hose and the body is formed.
  • the tube preferably has a wall thickness between 0.1 and 5 mm, more preferably between 0.5 and 3 mm, and most preferably between 0.7 and 1.5 mm.
  • the first subdivision in which a liquid can be located.
  • the stiction holding the body in the tube can be overcome so that the body is removed from the tube and the first partition is connected to a second partition comprising the tube.
  • Reaction vessel the invention can be structurally particularly simple.
  • the movable closure in the first or second state is positively connected to the reaction vessel.
  • a first portion of the movable shutter is arranged to obstruct a second portion of the movable shutter the path leading to the
  • the first portion is a bar which blocks the second portion so that no connection between the first and the second partition can occur.
  • the second portion is a hinged lid and the first portion is a bar containing the magnetic component.
  • Connection of the movable shutter allows a particularly secure separation of the first of the second division in the first state.
  • Accidental release of the movable shutter, e.g. in an optional centrifugation step, can be avoided.
  • the movable closure in the first or second state is firmly bonded to the reaction vessel.
  • the movable closure is irreversible with the rest of the reaction vessel
  • the movable closure z. B. consist of a film with which the first subdivision is closed.
  • a magnetic component present in the film can, by the action of the magnetic field, transmit a force to the film sufficient to destroy the film and thereby connect the first to the second subdivision.
  • the movable closure - with the exception of the magnetic component - in one piece with the rest
  • Reaction vessel are manufactured, preferably predetermined breaking points on the
  • the magnetic component on the movable shutter exerts a force that destroys the predetermined breaking points and thus the state change of the
  • At least one of the subdivisions is at least partially bounded by a cover of the reaction vessel. With the lid open, the reaction liquid can be filled into at least one of the subdivisions. After closing the lid both subdivisions are preferably closed on all sides. In this embodiment, the filling of liquids is particularly simple.
  • the reaction vessel is manufactured in one piece with at least one of the two subdivisions.
  • both subdivisions are made in one piece with the reaction vessel.
  • the moving one Closure may preferably be made in one piece with the rest of the reaction vessel. In this type of production, the reaction vessel can be produced particularly cheap.
  • At least one of the two is located
  • Subdivisions in a hollow body movable in the reaction vessel are not attached in the reaction vessel, but is located loosely in the reaction vessel.
  • Such a subdivision may, for. B. are designed as a hose which is closed on one side by the movable closure and on the other side by a solid wall and is not attached to the rest of the reaction vessel.
  • an already closed subdivision is introduced into the reaction vessel, which may be advantageous when using particularly volatile reagents.
  • the magnetic component may thereby move in the inhomogeneous magnetic field of zones of low magnetic field strength to higher magnetic field strength, wherein preferably the first subdivision is connected to the second subdivision or these two are separated from each other.
  • this can be inhomogeneous
  • the state change of the reaction vessel is brought about by a homogeneous magnetic field. It is preferably the magnetic
  • the magnetic component can be mounted so that the movable shutter is opened by its rotation.
  • the movable shutter may consist of a magnetized ball having a bore.
  • the ball can be rotatably mounted in a bearing, so that in one
  • the orientation of the permanent magnetic sphere may change so that the bore is no longer obscured and the first is connected to the second subdivision via the bore of the sphere.
  • the connection of the subdivisions can be made reversible in this way.
  • the state change of the reaction vessel is done using a permanent magnet or an electromagnet.
  • a permanent magnet By using a permanent magnet, the state change of the reaction vessel can be brought about without an electric device. This is particularly advantageous for mobile use of the reaction vessels.
  • An electromagnet can generate the magnetic field necessary for the change of state in a relatively small size. Since the magnetic field can be switched on and off as desired by the electromagnet, no relative movement of the reaction vessel to the electromagnet is necessary to trigger the change of state. Rather, the reaction vessel can be placed firmly in place and the magnetic field switched on at the appropriate time.
  • the state change of the reaction vessel using two permanent and / or electromagnets which are arranged such that between the permanent and / or electromagnets, a gap is formed.
  • the inventors have found through simulations that such an array of magnets can create an inhomogeneous field whose spatial variation in magnetic flux density is sufficient to provide the necessary force for the change in state of the reaction vessel to the magnetic component.
  • the magnitude of the magnetic field gradient is preferably between 0.001 and 10 T / mm, more preferably between 0.01 and 1 T / mm and most preferably between 0.03 and 0.3 T / mm.
  • the substances presented in the subdivisions can preferably be mixed or
  • the substances are preferably after the
  • FIG. 1 shows the reaction vessel according to the invention with a circular cylindrical movable closure
  • FIG. 2 shows a test setup in which the reaction vessel according to the invention is moved through a magnetic field
  • FIG. 3 shows the reaction vessel according to the invention with a spherical one
  • Figure 4 shows the reaction vessel according to the invention in another embodiment with a spherical movable closure and a lid attached to the partition;
  • FIG. 5 shows the reaction vessel according to the invention with a spherical one
  • FIG. 6 shows the reaction vessel according to the invention with a dividing wall, which is from
  • FIG. 7 shows the reaction vessel according to the invention with a dividing wall along
  • Figure 1 shows the reaction vessel 1 according to the invention, which is made in this embodiment of polypropylene, polyethylene, silicone or other plastic.
  • the reaction vessel 1 consists of an upwardly open circular cylindrical and a lower conical part which is rounded towards the lower end.
  • the outer opening 2 on the circular cylindrical part of the reaction vessel 1 can by a cover.
  • the tube 4 is made of silicone and clamped in the lid 3.
  • the tube 4 can also be made of other materials, preferably plastics.
  • the lid 3 is produced in one piece together with the tube 4 made of polypropylene.
  • Into the tube 4 may be a liquid or a solid, e.g. to fill a powder.
  • the tube 4 can be closed by a movable cylindrical closure 5 in this case. The tube 4 thus encloses, together with the lid 3 and the movable closure 5, the first partition 6, which is surrounded by the remaining reaction vessel 1 as the second partition 7.
  • the circular cylindrical movable shutter 5 includes a magnetic component 8 made of a ferromagnetic or ferrimagnetic material such as iron or ferrite.
  • the entire movable closure 5 consists of the magnetic component 8.
  • the movable closure 5 can also be provided with a plastic coating or consist of a plastic in which magnetic particles are introduced.
  • the movable shutter 5 moves in the inhomogeneous field in the direction of higher magnetic field strength to the permanent magnet 9 and is removed from the tube 4.
  • the liquid previously contained in the tube 4 flows downwards out of the tube 4 out and falls on the liquid which is in the second subdivision 7.
  • the reaction vessel 1 can now be moved.
  • the movable shutter 5 can also be set in motion by an alternating magnetic field (Figure 1, bottom left) so as to mix the liquids, as described e.g. usually carried out with a magnetic fish and a magnetic stirrer. Subsequently, by locating the external permanent magnet 9 laterally, the movable shutter 5 can be removed from the liquid mixture to provide an absorbance measurement of the liquid with a laser 10 or other light source, e.g. LED ( Figure 1, bottom, center and right).
  • a laser 10 or other light source e.g. LED
  • the reaction vessel 1 shown in Figure 1 is particularly for the detection of
  • Nucleic acids using nanoparticles suitable A sample to be tested can be filled into the lower part of the reaction vessel 1 together with PCR mix including primers and polymerase.
  • the nucleic acids required for the detection reaction, conjugated with nucleic acids nanoparticles can be filled as a suspension in the tube 4 on the lid 3.
  • the lid 3 is now closed with the movable closure 5 and placed on the remaining reaction vessel 1.
  • the subdivisions 6, 7 are initially separated from each other.
  • the reaction vessel 1 passes through the temperature cycles necessary for carrying out a PCR in a thermocycler. Thereafter, the amplified nucleic acid is present in the liquid at the bottom of the reaction vessel 1.
  • the movable shutter 5 is removed from the tube 4 by the action of an inhomogeneous magnetic field, so that the nanoparticle suspension is released and flows to the bottom of the reaction vessel (optionally by exposing the reaction vessel to suitable accelerations, such as by shaking).
  • suitable accelerations such as by shaking.
  • the low-frequency alternating field can preferably also be generated by movement of the reaction vessel in the vicinity of a (permanent) magnet.
  • the nanoparticles can bind specifically to the nucleic acid amplified by PCR nucleic acids conjugated to them, whereby a change in the
  • Absorption spectrum of the liquid can be generated.
  • the movable shutter 5 Prior to the measurement of the absorption, the movable shutter 5 is removed from the liquid by the application of an inhomogeneous magnetic field and in the upper region of the liquid
  • Reaction vessel 1 held. Subsequently, the concentration of the desired nucleic acids by absorption measurement by means of a laser 10 is determined.
  • FIG. 2 shows schematically a method with which a change of state can be brought about in the reaction vessel 1 shown in FIG.
  • a gap 12 is located between two external permanent magnets 9, which in this case each consist of three individual, joined individual magnets 11.
  • a reaction vessel 1 with first 6 and second subdivisions 7 separated from one another is interposed from left to right through the gap 12 the external permanent magnet 9 moves.
  • the field strength of the magnetic field in the center of the gap 12 is much stronger than at its edge, so that the movable shutter 5 is pulled out of the tube 4 due to the magnetic component 8 contained therein and the partitions 6, 7 are connected.
  • the liquid contained in the tube 4 can thus mix with the liquid present at the bottom of the reaction vessel 1.
  • the state change can be brought about here without the use of electricity.
  • FIG. 3 shows the reaction vessel 1 according to the invention in a further embodiment.
  • the first subdivision is provided by a tube 4 made of silicone, which is bounded by the lid 3 of the reaction vessel 1 on one side and by the movable shutter 5 on the other side.
  • the movable shutter 5 is not designed here as a circular cylinder 13 but as a ball 14.
  • the ball 14 may for example consist of a ferromagnetic material or contain a ferromagnetic material.
  • the ball 14 may be coated with a plastic material (eg PTFE).
  • the diameter of the ball 14 is slightly larger than that
  • the movable shutter 5 can be particularly easily inserted into the tube 4 in this embodiment, since it does not have to pay attention to whether the axis of rotation of the movable shutter 5 coincides with the axis of the tube 4.
  • an inhomogeneous magnetic field is applied here as well, e.g. at the bottom of the reaction vessel 1 has a higher field strength, so that the ball 14 is pulled out of the tube 4 and the partitions 6, 7 are connected.
  • the magnetic field is chosen so that the strongest gradient of
  • Hose 4 to the bottom of the reaction vessel. 1
  • an alternating magnetic field for example, by the relative movement of the reaction vessel to a
  • the ball 14 mixes the two liquids. Subsequently, as already shown in FIG. 2, a laser absorption measurement can be carried out.
  • the ball 14 need not be removed from the liquid, since it is small enough that the light of the laser 10 above the ball 14 can radiate through the liquid.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of the reaction vessel 1 with a first subdivision 6 fastened to the cover 3.
  • a recess 15 into which the movable closure in the form of a ball 14 is inserted.
  • the ball 14 By the action of a magnetic field, the ball 14 can be pulled down from the first partition 6 and then stored laterally on the reaction vessel 1. The liquid contained in the first subdivision 6 can thus flow into the remaining reaction vessel 1 and mix with the liquid at the bottom of the reaction vessel 1.
  • the magnetic field can also be designed so that the ball 14 is drawn into the first subdivision 6 and the state change of the reaction vessel 1 is thereby brought about.
  • the first one is
  • reaction vessel 1 attached.
  • the reaction vessel 1 is designed so that with the lid open 3 liquids advantageously both directly into the first
  • Subdivision 6 can be filled as the second subdivision 7.
  • Partition 6 is closed at its lower end with a spherical movable shutter 5. Again, the inhomogeneous magnetic field can be generated so that in the state change of the movable shutter 5 is pulled into the first 6 or in the second division 7.
  • the reaction vessel 1 according to the invention is divided into an upper, first subdivision 6 and a lower, second subdivision 7 by a dividing wall 19, which runs parallel to the plane of the lid 3.
  • the partition wall 19 the movable shutter 5 is in the form of a ball 14. Liquid can be filled only in the second partition 7 when the ball 14 is removed.
  • the first subdivision 6 should be empty, in order to avoid that liquid from the first subdivision 6 already gets into the second subdivision 7 during the filling of the liquids.
  • a liquid introduced through the cover 3 can no longer contaminate the contents of the second partition 7.
  • After applying an inhomogeneous magnetic field of the movable shutter 5 are pulled up into the first partition 6, so that the contents of the first 6 and second partitions 7 can mix.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the reaction vessel 1 according to the invention with a vertical dividing wall 19 between the first 6 and second subdivisions 7.
  • the dividing wall 19 lies in a plane of symmetry of the reaction vessel 1.
  • both subdivisions 6, 7 can be filled independently of each other.
  • a spherical, movable shutter 5 can be pulled by the action of a magnetic field in the first 6 or second division 7, so that the two
  • Divisions 6, 7 are connected and the liquid in the subdivisions 6, 7 are mixed with sufficient filling height.
  • reaction vessel 1 according to the invention is shown, which has a first subdivision 6, by the externa ßeren walls of the reaction vessel. 1
  • a second, freely movable subdivision 7 can be added in the first subdivision 6, a second, freely movable subdivision 7 can be added.
  • the second partition 7 is formed by a movable hollow body 20, which is permanently closed at one end and in which a movable closure 5 can be sealingly introduced at the other end. If the subdivisions 6, 7 are to be connected to one another, an inhomogeneous magnetic field can be applied, so that the movable shutter 5 with the second subdivision 7 rests against the wall of the reaction vessel 1.
  • spacers 21 are mounted, which can keep the opening of the second partition 7 at least as far away from the inner wall of the first partition 6 when acting on the inhomogeneous magnetic field, that there is sufficient space to pull out the movable shutter 5.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of the reaction vessel 1 according to the invention with an outer subdivision 6 and a second freely movable therein
  • Subdivision 7 cylindrical and closed with a spherical, movable closure 5.
  • the pulling out of the movable shutter 5 upon the action of an inhomogeneous alternating magnetic field is based here on the lower inertia of the movable shutter 5 in comparison to the remaining second subdivision 7
  • the movable shutter 5 has a substantially lower mass than the second subdivision including the liquid 7 contained therein.
  • the reaction vessel 1 shown in FIG. 10 has a lower conical portion 22 into which a movable closure 5 -here in the form of a sphere 14-can be pressed after filling a liquid. So arises below the ball 14, the first 6 and above the ball, the second subdivision 7. After applying an inhomogeneous magnetic field, the ball 14 is pulled upwards, so that the
  • Subdivisions 6, 7 connect.
  • an elastic ring 23 is inserted, which preferably consists of silicone.
  • the Au JO # mismesser of the ring 23 corresponds to the inner diameter of the reaction vessel 1 and the inner diameter of the ring 23 corresponds to the outer diameter of a circular cylinder 13 (or is slightly smaller), which is the movable shutter 5.
  • the movable shutter 5 is pressed into the ring 23.
  • the ring 23 is pressed with the movable shutter 5 in the reaction vessel 1, whereby two subdivisions 6, 7 arise.
  • the movable shutter can be removed from the ring 23, so that the partitions 6, 7 are connected to each other.
  • a first subdivision 6 on the cover 7 of the reaction vessel 1 is provided by a film 24.
  • a magnetic component 8 which in this embodiment is realized as a ball 14.
  • a liquid is additionally included in the first subdivision 6.
  • the movable shutter 5 consists in this case of two components: the magnetic
  • Component 8 (the ball 14) and the film 24.
  • the ball 14 can be pulled down so that the film 24 breaks and a connection between the two partitions 6, 7 arises.
  • the connection of the two subdivisions 6, 7 is irreversible, the movable shutter 5 is partially destroyed by the action of the magnetic field.
  • the inhomogeneous magnetic field is here detected by a suitable magnet, e.g. one
  • Electromagnet 26 generated.
  • the reaction vessel 1 must therefore, if the
  • the reaction vessel 1 shown in FIG. 13 is a 0.2 ml standard PCR tube (Molecular Bioproducts, Inc., San Diego, CA, USA) and corresponds to the embodiment shown in FIG.
  • the lid 3 of the reaction vessel 1 continues on the inside in a cylindrical projection 25, which is introduced when closing the lid 3 in the opening 2 of the reaction vessel 1 and contributes to a good sealing effect of the lid 3.
  • a tube 4 is pressed, which has a length of 8 mm and is made of silicone.
  • the inner diameter of the tube 4 is 2.45 mm, the outer diameter is 5 mm (quality SL601 and hardness 60 ° Shore, J. Lindemann GmbH, Helmstedt). The pressed into the lid 4 end of the
  • Hose 4 is sealed by the lid 3.
  • the still open end of the tube 4 is closed by the movable shutter 5 in the form of a Teflon coated ball 14 made of magnetic stainless steel (Stainless steel material 1 .4034) with a diameter of 2.54 mm.
  • the movable shutter 5 can be removed again in an inhomogeneous magnetic field, which preferably has a gradient of at least 0.05 T / mm, particularly preferably> 0.1 T / mm.
  • FIG. 14 shows an arrangement with which such an inhomogeneous magnetic field can be generated.
  • the ball may preferably be passed through a small permanent magnet 9 (e.g., 5mm diameter and 10mm length) into a region of the reaction vessel where it will not interfere with further investigation.
  • a small permanent magnet 9 e.g., 5mm diameter and 10mm length
  • Permanent magnet 9 shown from NdFeB, which is right up to the wall of the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reaktionsgefäß (1) mit einer ersten (6) und einer zweiten Unterteilung (7), wobei in einem ersten Zustand des Reaktionsgefäßes (1) die erste (6) von der zweiten Unterteilung (7) getrennt ist und in einem zweiten Zustand die erste (6) mit der zweiten Unterteilung (7) verbunden ist. Durch das Einwirken eines magnetischen Feldes ist einer der beiden Zustände in den anderen überführbar.

Description

Reaktionsgefäß mit magnetischem Verschluss
Beschreibung
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Reaktionsgefäß mit einer ersten und einer zweiten Unterteilung, wobei in einem ersten Zustand des Reaktionsgefäßes die erste von der zweiten
Unterteilung getrennt ist und in einem zweiten Zustand die erste mit der zweiten
Unterteilung verbunden ist. Ferner ist die Verwendung des Reaktionsgefäßes in einem Verfahren zum Nachweis von Proteinen und/oder Nukleinsäuren und in einem Verfahren zur Vervielfältigung von Nukleinsäuren Teil der Erfindung. Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Überführung des einen in den anderen der beiden Zustände des Reaktionsgefäßes.
Stand der Technik
Die Patentanmeldung WO 00/12675 beschreibt eine Vorrichtung mit einem ersten hohlen gestreckten Zylinder mit einem geschlossenen Ende und darin einer Vielzahl von
Kammern, einem zweiten hohlen gestreckten Zylinder, der innen durchgehend
angrenzend an den ersten Zylinder positioniert ist und zu einer relativen Drehung imstande ist. In einer geschlossenen Position A wird eine Probe in den zweiten Zylinder eingebracht. Der zweite Zylinder enthält Reagenzien zur Extraktion von Nukleinsäuren. Nach einer Inkubationsperiode wird der zweite Zylinder in eine offene Position B rotiert. Die extrahierte Nukleinsäure verbleibt in einer oberen Kammer in einer Festphase während die Flüssigkeit in ein Reservoir fließt. Als Nächstes wird der zweite Zylinder in die geschlossene Position A rotiert, so dass der zweite Zylinder versiegelt ist, Wasser wird hinzugefügt und eine Abdeckung wird verschlossen. Wenn ein ausreichender Druck auf die Abdeckung ausgeübt wird, so wird eine Reaktionsperle aus einer Kammer dem zweiten Zylinder hinzugefügt. Die Reaktionsperle enthält die für eine Amplifikation notwendigen Enzyme, die in dem Wasser resuspendiert werden. Die Amplifikation findet an der Festphase statt, die die extrahierten Nukleinsäuren enthält. Nach einer geeigneten Inkubationszeit wird der zweite Zylinder relativ zum ersten Zylinder in eine Auswasch- Position C rotiert. Die Reaktionsmischung der Amplifikation kann in die Detektionskammer eintreten und wird von einem Kissen absorbiert. Wenn das Kissen eine ausreichende Menge an Flüssigkeit aufgesaugt hat, wird die Reaktionsmischung von einem Streifen aufgesogen. Auf dem Streifen binden farbige Mikropartikel an die Haptene aus der Amplifikationsreaktion und bewegen sich zur Fangzone auf einer Membran, wo sie eine sichtbare Detektionslinie bilden, falls die Zielsequenz vorhanden ist.
Die Patentanmeldung WO 2006/050636 A1 beschreibt ein PCR-Reaktionsgefäß mit einem rohrförmigen Körper und einer Kappe, wobei die innere Oberfläche der Kappe mit einer inneren Röhre versehen ist und die innere Röhre mit mindestens einem Loch versehen ist. Das Reaktionsgefäß ist geeignet zum Ausführen einer Nested-PCR, wobei Reagenzien für den verschachtelten, inneren Teil der PCR in der inneren Röhre zur Verfügung gestellt werden können. Nachdem der erste Teil der PCR beendet ist, kann das Reaktionsgefäß zentrifugiert werden oder Vibrationen ausgesetzt werden, sodass die Reagenzien aus der inneren Röhre freigesetzt werden. Danach kann der zweite Teil der PCR ausgeführt werden.
Das US-Patent 5 576 197 offenbart ein Reaktionsgefäß für PCR, in dem Wachs auf die Innenfläche aufgebracht wird. Dabei ist das Wachs an einer Position, die in etwa auf der Höhe des Meniskus eines eingefüllten PCR-Mix ist. Das Wachs verschließt das Volumen des Gefäßes nicht vollständig. Zugleich ist das Wachs bei Temperaturen unter 40 °C fest und flüssig bei PCR-Temperaturen. Wenn das Wachs verflüssigt wird, bedeckt es spontan die Oberfläche des PCR-Mix. Das Wachs liegt in einer ausreichenden Menge vor, so dass wenn das Wachs verflüssigt ist, es die Oberfläche des PCR-Mix vollständig bedeckt.
In der Patentschrift US 5 41 1 876 werden Verbesserungen der PCR beschrieben. Dabei wird die übliche Überschichtung des PCR-Mix mit Mineralöl durch eine Schicht Fett oder Wachs ersetzt, deren Festigkeit bei Raumtemperatur oder darunter eine Barriere gegen das Vermischen der oberhalb und unterhalb der Fett- oder Wachsschicht getrennten wässrigen Reagenzien schafft. Während der PCR verwandelt sich die feste Barriere in eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität, die leichter als Wasser ist und die durch eine wässrige Schicht oberhalb verdrängt wird. Die obere wässrige Schicht enthält alle PCR- Reagenzien, die nicht in der unteren wässrigen Schicht vorhanden sind. In der Folge mischen sich die vorher getrennten Reagenzien, um eine vollständige Reaktion mithilfe der thermischen Konvektion durch die Erhitzung des Reaktionsgefäßes zu schaffen. Das geschmolzene Fett oder Wachs schafft eine Dampfbarriere, um die Verdampfung der Lösung während der thermischen PCR-Zyklen zu minimieren und bildet bei Kühlung, nachdem die Amplifikation vollendet ist, wieder eine feste Barriere, die unter anderem die Wahrscheinlichkeit der Kontamination folgender Reaktionen mindert.
Die Patentanmeldung WO 2008/047272 A2 offenbart eine Vorrichtung, die zur
Verwendung bei der Amplifikation und Detektion von Nukleinsäuren geeignet ist. Die Vorrichtung umfasst ein einfaches Probenröhrchen mit einer Kammer, die vorzugsweise an der Oberseite offen ist, sodass ihr Inhalt herausfließt, wenn das Probenröhrchen auf den Kopf gestellt wird. Das Probenröhrchen umfasst ferner einen Deckel, der ein
Microarray für Nukleinsäuren enthält, mit dem amplifizierte Proben DNA hybridisieren kann.
Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Reaktionsgefäß und eine Verwendung für ein solches verbessertes Reaktionsgefäß bereitzustellen. Zudem besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren unter Einsatz des verbesserten
Reaktionsgefäßes zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäße Lösung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Reaktionsgefäß mit einer ersten und einer zweiten Unterteilung gelöst. Dabei ist in einem ersten Zustand des Reaktionsgefäßes die erste von der zweiten Unterteilung getrennt und in einem zweiten Zustand die erste mit der zweiten Unterteilung verbunden. Durch die Einwirkung eines magnetischen Feldes ist einer der beiden genannten Zustände in den anderen überführbar. Das Überführen eines der beiden Zustände in den anderen wird als Zustandsänderung bezeichnet. Die Aufgabe wird zudem durch eine Verwendung des Reaktionsgefäßes in einem Verfahren zur Aufreinigung, Modifizierung und/oder zum Nachweis von Proteinen und/oder
Nukleinsäuren gelöst. Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Überführung des einen in den anderen der beiden Zustände des Reaktionsgefäßes.
Das Reaktionsgefäß ist ein Gefäß, das dazu geeignet ist, dass eine Reaktion in ihm ausgeführt werden kann. Vorzugsweise ist das Reaktionsgefäß verschließbar, z. B. mit einem Deckel. Das bevorzugt verschlossene Reaktionsgefäß ist gegenüber seiner Umgebung flüssigkeitsdicht, besonders vorzugsweise ist es gasdicht.
Das Reaktionsgefäß kann prinzipiell jede beliebige Form und Größe annehmen.
Bevorzugt ist das Reaktionsgefäß im Wesentlichen zylindrisch, kreiszylindrisch oder konisch, besonders vorzugsweise weist das Reaktionsgefäß sowohl einen im
Wesentlichen kreiszylindrischen Anteil als auch einen im Wesentlichen konischen Anteil auf. In einer anderen Ausführungsform hat das Reaktionsgefäß z.T. plane Wände, ins besondere z.B. eine rechteckige Grundfläche, wie bei handelsüblichen Küvetten.
Vorzugsweise beträgt der Rauminhalt des Reaktionsgefäßes weniger als 500 ml, besonders vorzugsweise weniger als 100 ml, besonders vorzugsweise als 50 ml, besonders vorzugsweise weniger als 25 ml, besonders vorzugsweise weniger als 10 ml, besonders vorzugsweise weniger als 5 ml, besonders vorzugsweise weniger als 2,5 ml, besonders vorzugsweise kleiner als 1 ml, besonders vorzugsweise kleiner als 0,5 ml und ganz besonders vorzugsweise kleiner 0,25 ml. Zugleich ist der bevorzugte Rauminhalt des Reaktionsgefäßes größer als 0,05 ml, besonders bevorzugt ist er größer als 0,1 ml. Vorzugsweise ist das Reaktionsgefäß zumindest teilweise, besonders vorzugsweise in seiner Gesamtheit aus einem oder mehreren inerten Materialien wie Glas oder Kunststoff, vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen oder Silikon, gefertigt. Darüber hinaus ist das Reaktionsgefäß vorzugsweise transparent, damit eine optische Inspektion des
Öffnungsmechanismus bzw. des Öffnungserfolges möglich ist.
Das Reaktionsgefäß weist mindestens zwei Unterteilungen auf. In dem ersten Zustand ist die erste von der zweiten Unterteilung getrennt, sodass keine Flüssigkeit - vorzugsweise auch keine Gase - von einer der beiden Unterteilungen in die andere fließen kann. In dem zweiten Zustand ist die erste mit der zweiten Unterteilung verbunden und Flüssigkeiten - vorzugsweise auch Gase - können von einer der beiden Unterteilungen in die andere fließen.
Eine Unterteilung kann an die andere angrenzen, eine kann die andere umfassen. Die Unterteilungen können auch voneinander beabstandet sein, so dass sie nicht aneinander angrenzen. Das verschlossene Reaktionsgefäß umschließt die Unterteilungen.
Vorzugsweise sind die Unterteilungen im Reaktionsgefäß befestigt. Es ist jedoch auch möglich, dass eine oder beide Unterteilungen sich lose im Reaktionsgefäß befinden.
Beim Übergang vom ersten in den zweiten Zustand werden die Unterteilungen
verbunden. Dies kann reversibel geschehen, sodass das Reaktionsgefäß vom zweiten wieder in den ersten Zustand überführt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, dass der zweite Zustand irreversibel hergestellt wird, z. B. wenn eine Wand, die die erste von der zweiten Unterteilung trennt, bei der Zustandsänderung zerstört wird.
Das Reaktionsgefäß kann vorzugsweise noch weitere Unterteilungen aufweisen. Die weiteren Unterteilungen können in dem ersten und/oder zweiten Zustand mit der ersten und/oder der zweiten Unterteilung und/oder untereinander verbunden oder voneinander getrennt sein. Zudem kann vorzugsweise das Reaktionsgefäß noch weitere Zustände annehmen. In den weiteren Zuständen können vorzugsweise ein oder mehrere der weiteren Unterteilungen mit einer oder mehreren der weiteren Unterteilungen und/oder mit der ersten und/oder der zweiten Unterteilung verbunden oder von diesen getrennt sein.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der erste und/oder zweite Zustand durch das Einwirken eines magnetischen Feldes in den anderen der beiden Zustände überführt werden. Durch Einwirken eines magnetischen Feldes kann die erste von der zweiten Unterteilung getrennt oder die erste mit der zweiten Unterteilung verbunden werden.
Erfindungsgemäß kann das Reaktionsgefäß in einem Verfahren zur Aufreinigung, Modifizierung und/oder zum Nachweis von Proteinen und/oder Nukleinsäuren verwendet werden. Dabei kann eine erste Reaktion in der ersten Unterteilung ablaufen, die zunächst von der zweiten Unterteilung getrennt ist. Die erste Reaktion kann z. B. die Vermehrung von Nukleinsäuren mittels PCR oder die Aufreinigung von Nukleinsäuren oder Proteinen aus einer Probe sein. Durch Verbinden der beiden Unterteilungen können Reagenzien aus der zweiten Unterteilung zu der ersten Unterteilung hinzugefügt werden, sodass eine zweite Reaktion ablaufen kann. Die zweite Reaktion kann z. B. eine Nachweisreaktion auf eine spezifische Nukleinsäure oder ein spezifisches Protein sein. Auf diese Weise können Nukleinsäuren und Proteine besonders einfach und kontaminationsarm analysiert werden. Die Modifizierung kann beispielsweise in einer Verdauung einer Probe oder Markierung eines Proteins oder einer Nukleinsäure bestehen. Das Reaktionsgefäß kann
erfindungsgemäß in einem Verfahren zur Vervielfältigung von Nukleinsäuren verwendet werden. Dabei sind vorzugsweise in der ersten Unterteilung lediglich ein Teil der für die Vervielfältigung benötigten Reagenzien vorhanden. Der übrige Teil ist vorzugsweise ausschließlich in der zweiten Unterteilung enthalten. Zur Ausführung der Vervielfältigung kann die erste Unterteilung mit der zweiten Unterteilung durch Einwirken eines
magnetischen Feldes verbunden werden. Durch die getrennte Lagerung der beiden Teile ist eine höhere Haltbarkeit der Reagenzien erreichbar. Zudem können durch die gezielte An- oder Abwesenheit und die Konzentration der jeweiligen Reagenzien in jedem der beiden Teile die jeweils gewünschten Reaktionsbedingungen optimiert eingestellt werden.
Die Erfindung enthält ferner ein Verfahren zur Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes. In diesem Verfahren wird das Reaktionsgefäß einem magnetischen Feld ausgesetzt. Dabei ist vor dem Aussetzen entweder kein magnetisches Feld vorhanden oder ein zuvor vorhandenes magnetisches Feld wird beim Aussetzen in Ausrichtung und/oder Feldstärke verändert. Dies kann durch eine Bewegung des Reaktionsgefäßes relativ zu einem vorhandenen magnetischen Feld verwirklicht werden. Alternativ kann auch ein zeitlich nicht konstantes magnetisches Feld verwendet werden, z.B. kann zur Zustandsänderung ein magnetisches Feld mit einem Elektromagneten erzeugt oder verändert werden.
Durch die Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, zwei unterschiedliche Flüssigkeiten in zwei Unterteilungen eines Reaktionsgefäßes aufzubewahren, ohne dass sich die Flüssigkeiten vermischen. Zu gegebener Zeit kann dann, vorzugsweise ohne dass das Gefäß geöffnet werden muss, durch Einwirken eines magnetischen Feldes, eine
Unterteilung mit der anderen verbunden werden, so dass sich die beiden Flüssigkeiten miteinander vermischen können. So sind zweistufige Nachweismethoden ohne ein zwischenzeitliches Öffnen des Reaktionsgefäßes möglich, wodurch auf Arbeitsschritte eingespart und Kontaminationen vermieden werden können. Der Verzicht auf die Öffnung des Reaktionsgefäßes zur Vermischung der Flüssigkeiten kann die Automatisierung von Reaktionen vereinfachen. Im Stand der Technik werden Wachse zum Trennen von zwei Flüssigkeiten in einem Reaktionsgefäß verwendet, die zum Vermischen der Flüssigkeiten erhitzt werden; sobald das Wachs erkaltet und somit erhärtet ist dann keine Vermischung mehr möglich bzw. stark erschwert. Erfindungsgemäß kann ein inertes Material zur Trennung der Flüssigkeiten in den Unterteilungen verwendet werden, zur Vermischung der Flüssigkeiten ist kein Erhitzen nötig, wodurch eine Beeinträchtigung von Reaktionen vermieden werden kann. Zudem ermöglicht die Erfindung die Herstellung eines konstruktiv einfachen, günstig zu fertigenden Reaktionsgefäßes.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
Vorzugsweise sind im ersten Zustand die erste und zweite Unterteilung durch einen beweglichen Verschluss voneinander getrennt. Durch eine geeignete Bewegung des beweglichen Verschlusses kann die erste mit der zweiten Unterteilung verbunden werden. Der bewegliche Verschluss kann prinzipiell eine beliebige Form annehmen, vorzugsweise ist der bewegliche Verschluss jedoch sphärisch oder zylindrisch geformt. Durch die Wahl eines geeigneten beweglichen Verschlusses kann die Verbindung der ersten mit der zweiten Unterteilung reversibel gestaltet werden. So kann bei geeigneter Ausführung auch erreicht werden, dass durch eine Bewegung des beweglichen Verschlusses eine Trennung von zunächst verbundenen Unterteilungen herbeigeführt werden kann.
Bewegung des beweglichen Verschlusses, die zur Zustandsänderung des
Reaktionsgefäßes führt, kann in einer translatorischen oder rotatorischen Bewegung oder aus einer Kombination der beiden Bewegungsarten bestehen. Der bewegliche Verschluss kann aus einem einzelnen oder mehreren Elementen bestehen. In einer Ausführungsform ist der bewegliche Verschluss eine Kugel, die die erste Unterteilung gegenüber der zweiten Unterteilung abschließt. Ein einteiliger beweglicher Verschluss kann
vorteilhafterweise besonders einfach produziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform besteht der bewegliche Verschluss aus einer Klappe und einem Riegel. Die Klappe kann die beiden Unterteilungen gegeneinander abgrenzen, der Riegel kann die Klappe arretieren. Um die Zustandsänderung herbeizuführen muss in dieser Ausführungsform zunächst der Riegel bewegt werden, so dass die Klappe freigegeben wird. Erst dann kann die Klappe bewegt werden. Mit einem solchen zweiteiligen beweglichen Verschluss kann verhindert werden, dass die Zustandsänderung z.B. während einer optionalen Zentrifugation oder durch Stöße unbeabsichtigt erzeugt wird, z.B. durch einen ungepolsterten Fall auf den Boden. Eine solche unbeabsichtigte, vorzeitige Zustandsänderung kann vorzugsweise durch den erfindungsgemäßen Riegel auch in solchen Fällen verhindert werden, in denen sich in der verschlossenen
Unterteilung ein hoher Überdruck aufbaut (sei es durch eine hohe Temperatur, durch die Verwendung sehr flüchtiger Chemikalien, durch reaktionsbedingte Gasbildung oder durch geringen Außendruck z.B. während des Transports).
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der bewegliche Verschluss eine magnetische Komponente. Besonders vorzugsweise besteht der bewegliche Verschluss aus der magnetischen Komponente. Die bevorzugte magnetische Komponente ist zylindrisch oder sphärisch. Durch das Einwirken des magnetischen Feldes kann die magnetische Komponente des beweglichen Verschlusses bewegt werden. In einem inhomogenen magnetischen Feld kann sich die magnetische Komponente von einem Ort der schwächeren zu einem Ort der stärkeren magnetischen Feldstärke bewegen.
Alternativ oder zusätzlich kann sich die magnetische Komponente des beweglichen Verschlusses durch Einwirken des magnetischen Feldes entlang der Feldlinie des magnetischen Feldes ausrichten. Dies kann sowohl in einem inhomogenen als auch in einem homogenen magnetischen Feld geschehen. Durch die magnetische Komponente des beweglichen Verschlusses kann die Zustandsänderung durch Einwirken des magnetischen Feldes technisch besonders einfach erreicht werden. Der bewegliche Verschluss kann z.B. aus einer magnetischen Komponente (z.B. aus einem
ferromagnetischen Material) bestehen, die zur besseren Dichtwirkung und/oder zum Korrosionsschutz mit einem Kunststoffüberzug versehen ist. Alternativ kann der bewegliche Verschluss z.B. auch aus einem nichtmagnetischen Körper bestehen, der mit einer ferromagnetischen Schicht versehen ist, die die magnetische Komponente darstellt.
Der bewegliche Verschluss mit der magnetischen Komponente kann in eine Trennwand zwischen der ersten und zweiten Unterteilung eingebracht sein. Durch Einwirken des magnetischen Feldes kann sich die magnetische Komponente so bewegen und/oder sich so ausrichten, dass eine Verbindung zwischen erster und zweiter Unterteilung entsteht. Vorzugsweise bestehen Teile oder die gesamte Trennwand zwischen erster und zweiter Unterteilung aus der magnetischen Komponente. Auf diese Weise kann das
Reaktionsgefäß mit besonders geringem Materialaufwand hergestellt werden.
Die magnetische Komponente kann ein ferromagnetisches Material enthalten oder aus einem ferromagnetischen Material bestehen. Vorzugsweise enthält die magnetische Komponente Eisen. Durch die Verwendung von Eisen in der magnetischen Komponente können die Herstellungskosten des Reaktionsgefäßes besonders niedrig gehalten werden.
In einer Ausführungsform ist die magnetische Komponente zumindest teilweise permanentmagnetisch. Vorzugsweise besteht die magnetische Komponente vollständig aus einem Permanentmagneten. Durch die Verwendung eines Permanentmagneten ist es möglich, dass ein einwirkendes magnetisches Feld eine größere Kraft auf die
magnetische Komponente ausüben kann, als wenn die magnetische Komponente lediglich aus einem ferromagnetischen, nicht magnetisierten Material besteht. Zudem kann durch einen Permanentmagneten erreicht werden, dass sich die magnetische Komponente in einem magnetischen Feld ausrichtet. Zum Beispiel kann sich die magnetische Komponente in einem magnetischen Feld entlang der Feldlinien ausrichten. Bei geeigneter Ausgestaltung entsteht durch die Ausrichtung entlang der Feldlinien eine Drehbewegung der magnetischen Komponente, durch die die erste und die zweite Unterteilung miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der bewegliche Verschluss im ersten oder zweiten Zustand kraftschlüssig mit dem Reaktionsgefäß verbunden ist. Dabei liegt vorzugsweise eine Fläche des beweglichen Verschlusses an einer Fläche des
Reaktionsgefäßes so an, dass eine Kraft entlang der Flächennormale eine ausreichende Reibung zwischen den Flächen erzeugt, um den beweglichen Verschluss in dem
Reaktionsgefäß festzuhalten. Vorzugsweise kann ein Einwirken des magnetischen Feldes eine ausreichende Kraft auf die magnetische Komponente des beweglichen Verschlusses ausüben, um die Reibung der beiden genannten Flächen aufeinander zu überwinden, sodass sich der bewegliche Verschluss im Reaktionsgefäß bewegt und die erste und zweite Unterteilung miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können. Prinzipiell können der bewegliche Verschluss und die angrenzenden Teile des
Reaktionsgefäßes eine beliebige Form annehmen. In einer Ausführungsform besteht der bewegliche Verschluss aus einem magnetischen rotationssymmetrischen Körper, vorzugsweise aus einem permanentmagnetischen Kreiszylinder oder einer
permanentmagnetischen Kugel. Der Durchmesser des Körpers beträgt dabei
vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 mm, besonders vorzugsweise zwischen 1 und 6 mm und ganz besonders vorzugsweise zwischen 2 und 4 mm. Der Körper kann in einen flexiblen Schlauch eingebracht werden, der an einem Ende verschlossen ist. In einer Ausführungsform ist der Schlauch aus Silikon gefertigt. Bei der Ausführung des Körpers als Kugel oder Kreiszylinder beträgt das Verhältnis des Durchmessers des Körpers zu dem Innendurchmesser des Schlauches vorzugsweise 1 :1 , besonders vorzugsweise 1 ,01 :1 , besonders vorzugsweise 1 ,03:1 , besonders vorzugsweise 1 ,05:1 , besonders vorzugsweise 1 ,1 :1 , besonders vorzugsweise 1 ,2:1 , besonders vorzugsweise 1 ,3:1 , und ganz besonders vorzugsweise 1 ,5:1 . Vorzugsweise wird der Schlauch beim Einbringen des Körpers so gedehnt, dass eine dichte Verbindung zwischen Schlauch und Körper entsteht. Der Schlauch hat dabei vorzugsweise eine Wandstärke zwischen 0,1 und 5 mm, besonders vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 mm und ganz besonders vorzugsweise zwischen 0,7 und 1 ,5 mm. In dem verschlossenen Endes des Schlauches befindet sich die erste Unterteilung, in der sich eine Flüssigkeit befinden kann. Durch das Einwirken eines magnetischen Feldes kann die Haftreibung, die den Körper in dem Schlauch hält, überwunden werden, sodass der Körper aus dem Schlauch entfernt wird und die erste Unterteilung mit einer den Schlauch umfassenden zweiten Unterteilung verbunden wird. Durch eine kraftschlüssige Verbindung des beweglichen Verschlusses mit dem
Reaktionsgefäß kann die Erfindung konstruktiv besonders einfach ausgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der bewegliche Verschluss im ersten oder zweiten Zustand formschlüssig mit dem Reaktionsgefäß verbunden.
Vorzugsweise ist ein erster Anteil des beweglichen Verschlusses so angeordnet, dass er einem zweiten Anteil des beweglichen Verschlusses den Weg versperrt, der zur
Verbindung der ersten Unterteilung mit der zweiten Unterteilung zurückgelegt werden muss. Vorzugsweise ist der erste Anteil ein Riegel, der den zweiten Anteil so versperrt, dass keine Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Unterteilung entstehen kann. Besonders bevorzugt ist der zweite Anteil ein schwenkbarer Deckel und der erste Anteil ein Riegel, der die magnetische Komponente enthält. Durch Einwirken des magnetischen Feldes kann so der Riegel verschoben werden, wodurch der Deckel nicht mehr versperrt wird und geöffnet werden kann. Die Öffnung des Deckels kann durch ein geeignetes elastisches Element, z.B. eine Stahlfeder, oder bei einem entsprechenden Material des Deckels durch Vorspannung des Deckels erleichtert werden. Die formschlüssige
Verbindung des beweglichen Verschlusses ermöglicht eine besonders sichere Trennung der ersten von der zweiten Unterteilung im ersten Zustand. Ein versehentliches Lösen des beweglichen Verschlusses, z.B. bei einem optionalen Zentrifugationsschritt, kann so vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der bewegliche Verschluss im ersten oder zweiten Zustand stoffschlüssig mit dem Reaktionsgefäß verbunden. Dabei ist der bewegliche Verschluss irreversibel mit dem übrigen Reaktionsgefäß
zusammengefügt. Eine Zustandsänderung, in der die erste und zweite Unterteilung miteinander verbunden werden, kann nur durch Zerstörung von Teilen des beweglichen Verschlusses erreicht werden. In dieser Ausführung kann der bewegliche Verschluss z. B. in einer Folie bestehen, mit der die erste Unterteilung verschlossen ist. Eine in der Folie vorhandene magnetische Komponente kann durch Einwirken des magnetischen Feldes eine Kraft auf die Folie übertragen, die ausreicht, um die Folie zu zerstören und dadurch die erste mit der zweiten Unterteilung zu verbinden. Vorzugsweise kann der bewegliche Verschluss - bis auf die magnetische Komponente - einteilig mit dem übrigen
Reaktionsgefäß gefertigt werden, wobei vorzugsweise Sollbruchstellen an dem
beweglichen Verschluss angebracht sind, sodass durch Einwirken des magnetischen Feldes die magnetische Komponente auf den beweglichen Verschluss eine Kraft ausübt, die zur Zerstörung der Sollbruchstellen und damit zur Zustandsänderung des
Reaktionsgefäßes führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest eine der Unterteilungen zumindest teilweise von einem Deckel des Reaktionsgefäßes begrenzt. Bei geöffnetem Deckel kann so Reaktionsflüssigkeit in zumindest eine der Unterteilungen eingefüllt werden. Nach Schließen des Deckels ist sind vorzugsweise beide Unterteilungen zu allen Seiten hin verschlossen. In dieser Ausführungsform ist das Einfüllen von Flüssigkeiten besonders einfach.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Reaktionsgefäß mit zumindest einer der beiden Unterteilungen einstückig gefertigt. Vorzugsweise sind beide Unterteilungen mit dem Reaktionsgefäß einstückig gefertigt. Auch der bewegliche Verschluss kann vorzugsweise mit dem übrigen Reaktionsgefäß einstückig hergestellt sein. In dieser Fertigungsart kann das Reaktionsgefäß besonders günstig produziert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich zumindest eine der beiden
Unterteilungen in einem im Reaktionsgefäß beweglichen, hohlen Körper. Vorzugsweise ist dieser hohle Körper dabei nicht im Reaktionsgefäß befestigt, sondern befindet sich lose im Reaktionsgefäß. Eine solche Unterteilung kann z. B. als Schlauch ausgeführt werden, der auf einer Seite durch den beweglichen Verschluss und auf der anderen Seite durch eine feste Wand verschlossen ist und nicht am übrigen Reaktionsgefäß befestigt ist. So ist es möglich, dass eine bereits verschlossene Unterteilung in das Reaktionsgefäß eingeführt wird, was bei der Verwendung von besonders volatilen Reagenzien von Vorteil sein kann.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes wird vorzugsweise ein inhomogenes magnetisches Feld zur Zustandsänderung verwendet. Die magnetische Komponente kann sich dabei in dem inhomogenen magnetischen Feld von Zonen mit niedriger magnetischer Feldstärke zu höherer magnetischer Feldstärke bewegen, wobei vorzugsweise die erste Unterteilung mit der zweiten Unterteilung verbunden wird oder diese beiden voneinander getrennt werden. Zudem kann bei einer permanentmagnetischen magnetischen Komponente sich diese im inhomogenen
Magnetfeld in Richtung der Feldlinien ausrichten und so die Zustandsänderung erreicht werden. Alternativ wird die Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes durch ein homogenes Magnetfeld herbeigeführt. Dabei ist vorzugsweise die magnetische
Komponente permanentmagnetisch, so dass sie sich in dem magnetischen Feld dreht und entlang der Feldlinien ausrichtet. Die magnetische Komponente kann so angebracht werden, dass durch ihre Drehung der bewegliche Verschluss geöffnet wird. Z.B. kann der bewegliche Verschluss aus einer magnetisierten Kugel bestehen, die eine Bohrung aufweist. Die Kugel kann drehbar in einem Lager befestigt sein, so dass in einer
Ausrichtung der Kugel die Bohrung durch das Lager dichtend verschlossen ist. Durch das Einwirken eines geeigneten homogenen magnetischen Feldes kann sich die Ausrichtung der permanentmagnetischen Kugel ändern, so dass die Bohrung nicht mehr verdeckt ist und die erste mit der zweiten Unterteilung über die Bohrung der Kugel verbunden wird. Vorteilhafterweise kann die Verbindung der Unterteilungen auf diese Weise reversibel gestaltet werden.
Vorzugsweise geschieht die Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes unter Verwendung eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten. Durch die Verwendung eines Permanentmagneten kann die Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes ohne ein elektrisches Gerät herbeigeführt werden. Dies ist insbesondere bei einer mobilen Verwendung der Reaktionsgefäße von Vorteil. Ein Elektromagnet kann das zur Zustandsänderung nötige magnetische Feld bei relativ geringer Baugröße erzeugen. Da durch den Elektromagneten das magnetische Feld nach Belieben an- und ausgeschaltet werden kann, ist keine Relativbewegung des Reaktionsgefäßes zum Elektromagneten nötig, um die Zustandsänderung auszulösen. Das Reaktionsgefäß kann vielmehr fest an einem Ort platziert werden und das magnetische Feld zu geeigneter Zeit angeschaltet werden.
In einer bevorzugten Ausführung geschieht die Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes unter Verwendung zweier Permanent- und/oder Elektromagnete, die derart angeordnet sind, dass zwischen den Permanent- und/oder Elektromagneten ein Spalt entsteht. Die Erfinder haben durch Simulationen herausgefunden, dass durch eine derartige Anordnung von Magneten ein inhomogenes Feld erzeugt werden kann, dessen räumliche Änderung der magnetischen Flussdichte ausreichend ist, um die für die Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes nötige Kraft auf die magnetische Komponente bereitzustellen. Dabei ist der Betrag des Gradienten des Magnetfeldes vorzugsweise zwischen 0,001 und 10 T/mm, besonders vorzugsweise zwischen 0,01 und 1 T/mm und ganz besonders vorzugsweise zwischen 0,03 und 0,3 T/mm.
Sobald die Zustandsänderung eine Verbindung der Unterteilungen erlaubt, können sich vorzugsweise die in den Unterteilungen vorgelegten Substanzen vermischen bzw.
miteinander reagieren. Hierbei geraten die Substanzen vorzugsweise nach dem
Herstellen der Verbindung aufgrund der Schwerkraft in Kontakt. Je nach Beschaffenheit der Substanzen (insbesondere in Hinblick auf Oberflächenspannung und Viskosität), sowie je nach Beschaffenheit (u.a. Form, Größe, Oberfläche) der zuvor verschlossenen Unterteilung kann es erforderlich sein, das Reaktionsgefäß zu schütteln, zu vibrieren oder in geeigneter Form einer Zentrifugation auszusetzen, damit die Flüssigkeit herausfließt. Bei wässrigen Lösungen ist hierfür häufig eine Zentrifugalbeschleunigung von vorzugsweise weniger als 10.000 g (g = 9,81 m/s2), besonders vorzugsweise weniger als 1000 g, besonders vorzugsweise von weniger als 100 g und ganz besonders weniger als 10 g erforderlich. Es kann ausreichen, das Reaktionsgefäß in die Hand zu nehmen und eine geeignete, kreisförmige schnelle Bewegung der Hand auszuführen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
Figur 1 das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß mit einem kreiszylindrischen beweglichen Verschluss;
Figur 2 einen Versuchsaufbau, in dem das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß durch ein magnetisches Feld bewegt wird;
Figur 3 das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß mit einem sphärischen
beweglichen Verschluss und einer am Deckel befestigten Unterteilung;
Figur 4 das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß in einer weiteren Ausführungsform mit einem sphärischen beweglichen Verschluss und einer am Deckel befestigten Unterteilung;
Figur 5 das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß mit einem sphärischen
beweglichen Verschluss und einer deckelnahen Unterteilung im
Reaktionsgefäß;
Figur 6 das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß mit einer Trennwand, die vom
Deckel aus nur zu einer Unterteilung direkten Zugang erlaubt;
Figur 7 das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß mit einer Trennwand entlang
Symmetrieebene des Reaktionsgefäßes; das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß mit einer im Reaktionsgefäß frei beweglichen Unterteilung mit Abstandshaltern; in einer schematischen Darstellung den auf Trägheit basierenden
Öffnungsvorgang einer frei beweglichen Unterteilung; das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß, in dem die Trennung der
Unterteilungen durch einen sphärischen beweglichen Verschluss, der in einem konischen Reaktionsgefäß aufliegt, verwirklicht ist; das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß, in dem die Unterteilungen durch eine Ring geschaffen sind, in der sich ein kreiszylindrischer beweglicher Verschluss befindet; das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß, in dem eine Unterteilung am Deckel angebracht ist und der bewegliche Verschluss eine Folie enthält, die bei der Zustandsänderung durch eine sphärische magnetische
Komponente zerstört wird; eine Fotografie des erfindungsgemäße Reaktionsgefäßes in der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform; eine Fotografie des Versuchsaufbaus aus Figur 2
eine Fotografie des erfindungsgemäße Reaktionsgefäßes mit seitlich durch einen Permanentmagneten gesichertem beweglichen Verschluss. Ausführliche Beschreibung der Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß 1 , das in dieser Ausführung aus Polypropylen, Polyethylen, Silikon oder einem anderen Kunststoff gefertigt ist. Das Reaktionsgefäß 1 besteht aus einem nach oben offenen kreiszylindrischen und einem unteren konischen Teil, der zum unteren Ende hin abgerundet ist. Die äußere Öffnung 2 am kreiszylindrischen Teil des Reaktionsgefäßes 1 kann durch einen Deckel 3
verschlossen werden. Auf der Innenseite des Deckels 3 ist ein Schlauch 4 z.B. durch Klemmen, Kleben oder Schweißen befestigt. In dieser Ausführung ist der Schlauch 4 aus Silikon gefertigt und in den Deckel 3 geklemmt. Der Schlauch 4 kann jedoch auch aus anderen Materialien, vorzugsweise Kunststoffen hergestellt werden. Vorzugsweise wird der Deckel 3 einstückig zusammen mit dem Schlauch 4 aus Polypropylen produziert. In den Schlauch 4 kann eine Flüssigkeit oder ein Feststoff, z.B. ein Pulver eingefüllt werden. Nach dem Einfüllen kann der Schlauch 4 durch einen in diesem Fall kreiszylindrischen beweglichen Verschluss 5 verschlossen werden. Der Schlauch 4 umschließt so zusammen mit dem Deckel 3 und dem beweglichen Verschluss 5 die erste Unterteilung 6, die von dem übrigen Reaktionsgefäß 1 als der zweiten Unterteilung 7 umgeben ist. Der kreiszylindrische bewegliche Verschluss 5 enthält eine magnetische Komponente 8, die aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material wie Eisen oder Ferrit besteht. In einer Ausführungsform besteht der gesamte bewegliche Verschluss 5 aus der magnetischen Komponente 8. Alternativ kann der bewegliche Verschluss 5 auch mit einem Kunststoffüberzug versehen sein oder aus einem Kunststoff bestehen, in den magnetische Partikel eingebracht sind. Nachdem der Schlauch 4 durch den beweglichen Verschluss 5 flüssigkeitsdicht versiegelt ist, kann der Deckel 3 auf das Reaktionsgefäß 1 aufgesetzt werden, das bereits mit einer weiteren Flüssigkeit und/oder einem weiteren Feststoff gefüllt ist. Daraufhin kann ein magnetisches Feld erzeugt werden, das auf die magnetische Komponente 8 einwirkt.
In Figur 1 in der Teilabbildung oben rechts wird ein schematisierter externer
Permanentmagnet 9 in die Nähe des Reaktionsgefäßes 1 gebracht und so ein
inhomogenes magnetisches Feld in dem Reaktionsgefäß erzeugt. Der bewegliche Verschluss 5 bewegt sich in dem inhomogenen Feld in Richtung höherer magnetischer Feldstärke auf den Permanentmagneten 9 zu und wird so aus dem Schlauch 4 entfernt. Die zuvor im Schlauch 4 enthaltene Flüssigkeit fließt nach unten aus dem Schlauch 4 heraus und fällt auf die Flüssigkeit die sich in der zweiten Unterteilung 7 befindet. Je nach Beschaffenheit der Flüssigkeit (insbesondere in Hinblick auch Oberflächenspannung und Viskosität), sowie je nach Beschaffenheit (u.a. Form, Größe, Oberfläche) der zuvor verschlossenen Unterteilung kann es erforderlich sein das Reaktionsgefäß zu schütteln, zu vibrieren oder in geeigneter Form einer Zentrifugation auszusetzen, damit die
Flüssigkeit herausfließt. Bei wässrigen Lösungen ist hierfür meistens eine
Zentrifugalbeschleunigung von vorzugsweise weniger als 10,000 g (g = 9,81 m/s2), besonders vorzugsweise weniger als 1000 g, besonders vorzugsweise von weniger als 100 g und ganz besonders weniger als 10 g erforderlich. Es kann ausreichen, das Reaktionsgefäß in die Hand zu nehmen und eine geeignete, kreisförmige schnelle Bewegung der Hand auszuführen.
Um die beiden Flüssigkeiten zu vermischen kann nun das Reaktionsgefäß 1 bewegt werden. Alternativ kann auch durch ein magnetisches Wechselfeld der bewegliche Verschluss 5 in Bewegung versetzt werden (Figur 1 , unten links), um so die Flüssigkeiten vermischen, wie dies z.B. gewöhnlich mit einem Magnetfisch und einem Magnetrührer durchgeführt wird. Anschließend kann durch eine seitliche Platzierung des externen Permanentmagneten 9 der bewegliche Verschluss 5 aus dem Flüssigkeitsgemisch entfernt werden, um eine Absorptionsmessung der Flüssigkeit mit einem Laser 10 oder einer anderen Lichtquelle z.B. einer LED durchzuführen (Figur 1 , unten, in der Mitte und rechts).
Das in Figur 1 dargestellte Reaktionsgefäß 1 ist besonders zum Nachweis von
Nukleinsäuren unter Verwendung von Nanopartikeln geeignet. Eine zu untersuchende Probe kann zusammen mit PCR-Mix einschließlich Primern und Polymerase in den unteren Teil des Reaktionsgefäßes 1 eingefüllt werden. Die zur Nachweisreaktion benötigten, mit Nukleinsäuren konjugierten Nanopartikel können als Suspension in den Schlauch 4 am Deckel 3 eingefüllt werden. Der Deckel 3 wird nun mit dem beweglichen Verschluss 5 verschlossen und auf das übrige Reaktionsgefäß 1 aufgesetzt. Dabei sind die Unterteilungen 6, 7 zunächst voneinander getrennt. Das Reaktionsgefäß 1 durchläuft die zum Ausführen einer PCR nötigen Temperaturzyklen in einem Thermocycler. Danach liegt die vervielfältigte Nukleinsäure in der Flüssigkeit am Boden des Reaktionsgefäßes 1 vor. Um die Nukleinsäure nachzuweisen, wird durch Einwirken eines inhomogenen magnetischen Feldes der bewegliche Verschluss 5 aus dem Schlauch 4 entfernt, so dass die Nanopartikelsuspension freigesetzt wird und zum Boden des Reaktionsgefäßes fließt (gegebenenfalls indem das Reaktionsgefäß geeigneten Beschleunigungen etwa durch Schütteln ausgesetzt wurde). Um eine gute Durchmischung des PCR-Mix mit der Nanopartikelsuspension zu erreichen, wird ein niederfrequentes magnetisches
Wechselfeld angelegt, wodurch der bewegliche Verschluss 5 die Flüssigkeiten am Boden des Reaktionsgefäßes 1 vermischt. Das niederfrequente Wechselfeld kann vorzugsweise auch durch Bewegung des Reaktionsgefäßes in der Nähe eines (Permanent-)Magneten erzeugt werden.
Die Nanopartikel können über an sie konjugierte Nukleinsäuren spezifisch an die durch PCR vervielfachten Nukleinsäuren binden, wodurch eine Änderung des
Absorptionsspektrums der Flüssigkeit erzeugt werden kann. Vor der Messung der Absorption wird der bewegliche Verschluss 5 durch das Anlegen eines inhomogenen magnetischen Feldes aus der Flüssigkeit entfernt und im oberen Bereich des
Reaktionsgefäßes 1 gehalten. Anschließend wird die Konzentration der gesuchten Nukleinsäuren durch Absorptionsmessung mittels eines Lasers 10 bestimmt.
Figur 2 stellt in schematischer Weise ein Verfahren dar, mit dem in dem in Figur 1 dargestellten Reaktionsgefäß 1 eine Zustandsänderung herbeigeführt werden kann. Zwischen zwei externen Permanentmagneten 9, die in diesem Fall jeweils aus drei einzelnen, aneinandergefügten Einzelmagneten 1 1 bestehen, befindet sich ein Spalt 12. Ein Reaktionsgefäß 1 mit voneinander getrennter erster 6 und zweiter Unterteilung 7, wird von links nach rechts durch den Spalt 12 zwischen den externen Permanentmagneten 9 bewegt. Dabei ist die Feldstärke des Magnetfelds im Zentrum des Spalts 12 wesentlich stärker als an seinem Rand, so dass der bewegliche Verschluss 5 aufgrund der in ihm enthaltenen magnetischen Komponente 8 aus dem Schlauch 4 herausgezogen wird und die Unterteilungen 6, 7 verbunden werden. Die im Schlauch 4 befindliche Flüssigkeit kann sich so mit der am Boden des Reaktionsgefäßes 1 vorhandenen Flüssigkeit vermischen. Die Zustandsänderung kann hier ohne Verwendung von Elektrizität herbeigeführt werden. Gerade für Analysen, die außerhalb eines Labors, z.B. am Krankenbett oder in freier Natur, ausgeführt werden sollen, ist es von Vorteil, die Zustandsänderung unabhängig von elektrischem Strom ausführen zu können. Entsprechende Geräte, die in der Lage sind, eine solche Zustandsänderung durch magnetische Felder zu erzeugen, können so besonders klein und robust gestaltet werden. Figur 3 zeigt das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß 1 in einer weiteren Ausführungsform. Auch hier ist die erste Unterteilung durch einen Schlauch 4 aus Silikon geschaffen, der durch den Deckel 3 des Reaktionsgefäßes 1 auf der einen und durch den beweglichen Verschluss 5 auf der anderen Seite begrenzt ist. Im Unterschied zu Figur 1 ist jedoch der bewegliche Verschluss 5 hier nicht als Kreiszylinder 13 sondern als Kugel 14 ausgeführt. Die Kugel 14 kann z.B. aus einem ferromagnetischen Material bestehen oder ein ferromagnetisches Material enthalten. Zur besseren Abdichtung und/oder zum besseren Korrosionsschutz kann die Kugel 14 mit einem Kunststoffmaterial (z.B. PTFE) beschichtet sein. Zudem ist der Durchmesser der Kugel 14 geringfügig größer als der
Innendurchmesser des Schlauches 4, so dass dieser durch die Kugel 14 aufgedehnt wird und damit die Dichtwirkung zwischen Schlauch 4 und beweglichem Verschluss 5 verbessert wird. Aufgrund der Symmetrieeigenschaften der Kugel 14 kann der bewegliche Verschluss 5 in dieser Ausführungsform besonders einfach in den Schlauch 4 eingeführt werden, da nicht darauf geachtet werden muss, ob die Rotationsachse des beweglichen Verschlusses 5 mit der Achse des Schlauches 4 übereinstimmt. Zur Zustandsänderung wird auch hier ein inhomogenes magnetisches Feld angelegt, das z.B. am Boden des Reaktionsgefäßes 1 eine höhere Feldstärke aufweist, so dass die Kugel 14 aus dem Schlauch 4 herausgezogen wird und die Unterteilungen 6, 7 verbunden werden.
Vorzugsweise ist das Magnetfeld so gewählt, dass der stärkste Gradient der
Magnetfeldstärke am Ort der Kugel liegt. Daraufhin fließt die Flüssigkeit aus dem
Schlauch 4 an den Boden des Reaktionsgefäßes 1 . Durch Anlegen eines magnetischen Wechselfelds (z.B. durch die Relativbewegung des Reaktionsgefäßes zu einem
Permanentmagneten) durchmischt die Kugel 14 die beiden Flüssigkeiten. Anschließend kann, wie bereits in Figur 2 gezeigt, eine Laser-Absorptionsmessung durchgeführt werden. Die Kugel 14 muss dabei nicht aus der Flüssigkeit entfernt werden, da sie klein genug ist, dass das Licht des Lasers 10 oberhalb der Kugel 14 durch die Flüssigkeit strahlen kann.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Reaktionsgefäßes 1 mit einer am Deckel 3 befestigten ersten Unterteilung 6. Am Boden der ersten Unterteilung 6 befindet sich eine Aussparung 15, in die der bewegliche Verschluss in Form einer Kugel 14 eingebracht ist. Zur besseren Halterung des beweglichen Verschlusses befinden sich am Rande der Aussparung 15 Wandabschnitte 16, die im Wesentlichen senkrecht zum Boden 17 der ersten Unterteilung 6 angeordnet sind und sich an den eingesetzten beweglichen Verschluss 5 klammerartig anschmiegen können. Vorzugsweise ist das Reaktionsgefäß 1 einschließlich der Unterteilungen 6, 7 aus Polypropylen (oder einem anderen Kunststoff) gefertigt, besonders vorzugsweise ist das gesamte Reaktionsgefäß 1 mitsamt seinen Unterteilungen 6, 7 - bis auf den beweglichen Verschluss - einstückig gefertigt. Durch Einwirken eines magnetischen Feldes kann die Kugel 14 nach unten aus der ersten Unterteilung 6 herausgezogen und dann seitlich am Reaktionsgefäß 1 gelagert werden. Die in der ersten Unterteilung 6 enthaltene Flüssigkeit kann so in das übrige Reaktionsgefäß 1 strömen und sich mit der Flüssigkeit am Boden des Reaktionsgefäßes 1 vermischen. Alternativ kann das magnetische Feld auch so gestaltet werden, dass die Kugel 14 in die erste Unterteilung 6 hineingezogen wird und die Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes 1 dadurch herbeigeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in Figur 5 dargestellt ist, ist die erste
Unterteilung 6 nicht am Deckel 3, sondern an einem oberen Wandbereich 18 des
Reaktionsgefäßes 1 befestigt. Dabei ist das Reaktionsgefäß 1 so gestaltet, dass bei geöffnetem Deckel 3 Flüssigkeiten vorteilhafterweise sowohl direkt in die erste
Unterteilung 6 als die zweite Unterteilung 7 eingefüllt werden können. Die erste
Unterteilung 6 ist an ihrem unteren Ende mit einem sphärischen beweglichen Verschluss 5 verschlossen. Auch hier kann das inhomogene magnetische Feld so erzeugt werden, dass bei der Zustandsänderung der bewegliche Verschluss 5 in die erste 6 oder in die zweite Unterteilung 7 gezogen wird.
In Figur 6 ist das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß 1 durch eine Trennwand 19, die parallel zur Ebene des Deckels 3 verläuft, in eine obere, erste Unterteilung 6 und eine untere, zweite Unterteilung 7 geteilt. In der Trennwand 19 befindet sich der bewegliche Verschluss 5 in Form einer Kugel 14. Flüssigkeit kann nur bei entfernter Kugel 14 in die zweite Unterteilung 7 eingefüllt werden. Dabei sollte die erste Unterteilung 6 leer sein, um zu vermeiden, dass Flüssigkeit aus der ersten Unterteilung 6 bereits beim Einfüllen der Flüssigkeiten in die zweite Unterteilung 7 gerät. Nachdem der bewegliche Verschluss 5 in Position gebracht ist und die Unterteilungen 6, 7 voneinander getrennt sind, kann eine durch den Deckel 3 eingeführte Flüssigkeit nicht mehr den Inhalt der zweiten Unterteilung 7 kontaminieren. Nach Anlegen eines inhomogenen magnetischen Feldes kann der bewegliche Verschluss 5 nach oben in die erste Unterteilung 6 gezogen werden, so dass sich die Inhalte der ersten 6 und zweiten Unterteilungen 7 vermischen können.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktionsgefäßes 1 mit einer vertikalen Trennwand 19 zwischen der ersten 6 und zweiten Unterteilung 7. Die Trennwand 19 liegt in einer Symmetrieebene des Reaktionsgefäßes 1 . Bei geöffnetem Deckel 3 können beide Unterteilungen 6, 7 unabhängig voneinander gefüllt werden. Ein sphärischer, beweglicher Verschluss 5 kann durch Einwirken eines magnetischen Feldes in die erste 6 oder zweite Unterteilung 7 gezogen werden, so dass die beiden
Unterteilungen 6, 7 verbunden werden und bei ausreichender Füllhöhe die Flüssigkeiten in den Unterteilungen 6, 7 miteinander vermischt werden.
In Figur 8 wird das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß 1 dargestellt, das eine erste Unterteilung 6 besitzt, die durch die äu ßeren Wände des Reaktionsgefäßes 1
einschließlich des Deckels 3 umgeben wird. In die erste Unterteilung 6 kann eine zweite, frei bewegliche Unterteilung 7 hineingegeben werden. Die zweite Unterteilung 7 wird durch einen beweglichen hohlen Körper 20 gebildet, der an einem Ende dauerhaft verschlossen ist und in den am anderen Ende ein beweglicher Verschluss 5 dichtend eingebracht werden kann. Wenn die Unterteilungen 6, 7 miteinander verbunden werden sollen, kann ein inhomogenes Magnetfeld angelegt werden, so dass sich der bewegliche Verschluss 5 mit der zweiten Unterteilung 7 an die Wand des Reaktionsgefäßes 1 anlegt. An der zweiten Unterteilung 7 sind Abstandshalter 21 angebracht, die die Öffnung der zweiten Unterteilung 7 beim Einwirken des inhomogenen Magnetfelds mindestens so weit von der Innenwand der ersten Unterteilung 6 entfernt halten können, dass ausreichend Platz vorhanden ist, um den beweglichen Verschluss 5 herauszuziehen.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktionsgefäßes 1 mit einer äu ßeren ersten Unterteilung 6 und einer darin frei beweglichen zweiten
Unterteilung 7 in einem beweglichen hohlen Körper 20. Auch hier ist die zweite
Unterteilung 7 zylindrisch aufgebaut und mit einem sphärischen, beweglichen Verschluss 5 verschlossen. Das Herausziehen des beweglichen Verschlusses 5 beim Einwirken eines inhomogenen magnetischen Wechselfelds basiert hier auf der niedrigeren Trägheit des beweglichen Verschlusses 5 im Vergleich zur übrigen zweiten Unterteilung 7. Dazu weist der bewegliche Verschluss 5 eine wesentlich geringere Masse als die zweite Unterteilung einschließlich der darin enthaltenen Flüssigkeit 7 auf.
Das in Figur 10 gezeigte Reaktionsgefäß 1 weist einen unteren konischen Anteil 22 auf, in den nach Einfüllen einer Flüssigkeit ein beweglicher Verschluss 5 - hier in Form einer Kugel 14 - eingepresst werden kann. So entsteht unterhalb der Kugel 14 die erste 6 und oberhalb der Kugel die zweite Unterteilung 7. Nach Anlegen eines inhomogenen magnetischen Feldes wird die Kugel 14 nach oben gezogen, so dass sich die
Unterteilungen 6, 7 verbinden.
In das Reaktionsgefäß 1 in Figur 1 1 ist ein elastischer Ring 23 eingebracht, der vorzugsweise aus Silikon besteht. Der Au ßendurchmesser des Rings 23 entspricht dem Innendurchmesser des Reaktionsgefäßes 1 und der Innendurchmesser des Rings 23 entspricht dem Außendurchmesser eines Kreiszylinders 13 (oder ist geringfügig kleiner), der den beweglichen Verschluss 5 darstellt. Der bewegliche Verschluss 5 wird in den Ring 23 eingepresst. Daraufhin wird der Ring 23 mit dem beweglichen Verschluss 5 in das Reaktionsgefäß 1 eingepresst, wodurch zwei Unterteilungen 6, 7 entstehen. Durch ein geeignetes inhomogenes Magnetfeld kann der bewegliche Verschluss aus dem Ring 23 entfernt werden, so dass die Unterteilungen 6, 7 miteinander verbunden werden.
In Figur 12 ist eine erste Unterteilung 6 am Deckel 7 des Reaktionsgefäßes 1 durch eine Folie 24 geschaffen. Innerhalb der ersten Unterteilung 6 befindet sich eine magnetische Komponente 8, die in dieser Ausführung als Kugel 14 realisiert ist. Gegebenenfalls ist in der ersten Unterteilung 6 zusätzlich eine Flüssigkeit eingeschlossen. Der bewegliche Verschluss 5 besteht in diesem Fall aus zwei Komponenten: der magnetischen
Komponente 8 (der Kugel 14) und der Folie 24. Wenn das Reaktionsgefäß 1 sich in einem inhomogenen Feld befindet, kann die Kugel 14 nach unten gezogen werden, so dass die Folie 24 reißt und eine Verbindung zwischen den beiden Unterteilungen 6, 7 entsteht. Die Verbindung der beiden Unterteilungen 6, 7 ist irreversibel, der bewegliche Verschluss 5 wird durch das Einwirken des magnetischen Feldes teilweise zerstört. Das inhomogene magnetische Feld wird hier durch einen geeigneten Magneten, z.B. einen
Elektromagneten 26 erzeugt. Das Reaktionsgefäß 1 muss daher, wenn die
Zustandsänderung herbeigeführt werden soll, nicht bewegt werden, es kann vielmehr einfach der Elektromagnet 26 angeschaltet werden. Das in Figur 13 dargestellte Reaktionsgefäß 1 ist eine 0,2 ml Standard PCR Tube (Molecular Bioproducts, Inc., San Diego, CA, USA) und entspricht der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform. Der Deckel 3 des Reaktionsgefäßes 1 setzt sich auf der Innenseite in einen zylindrischen Vorsprung 25 fort, der beim Verschließen des Deckels 3 in die Öffnung 2 des Reaktionsgefäßes 1 eingebracht wird und zu einer guten Dichtwirkung des Deckels 3 beiträgt. In den Vorsprung 25 ist ein Schlauch 4 eingepresst, der eine Länge von 8 mm aufweist und aus Silikon gefertigt ist. Der Innendurchmesser des Schlauchs 4 beträgt 2,45 mm, der Außendurchmesser ist 5 mm (Qualität SL601 und Härte 60 ° Shore, J. Lindemann GmbH, Helmstedt). Das in den Deckel 4 eingepresste Ende des
Schlauches 4 wird durch den Deckel 3 dicht verschlossen. Das noch offene Ende des Schlauches 4 wird durch den beweglichen Verschluss 5 in Gestalt einer mit Teflon beschichteten Kugel 14 aus magnetischem Edelstahl (Nirosta-Material 1 .4034) mit einem Durchmesser von 2,54 mm verschlossen. Der bewegliche Verschluss 5 kann in einem inhomogenen magnetischen Feld wieder entfernt werden, das vorzugsweise einen Gradienten von mindestens 0,05 T / mm besonders vorzugsweise von >0,1 T / mm aufweist. In Figur 14 wird eine Anordnung gezeigt, mit der ein solches inhomogenes Magnetfeld erzeugt werden kann. Zehn hintereinander angeordnete kubische
Einzelmagneten 1 1 aus NdFeB (N48, Energieprodukt jeweils 358-382 kJ/m) mit einer Seitenlänge von 12 mm sind hintereinander angeordnet, so dass zwischen dem fünften und sechsten Einzelmagneten 1 1 ein Spalt 12 verbleibt, der breiter als der
Au ßendurchmessers des Reaktionsgefäßes 1 ist (ca. 6mm). Wenn das Reaktionsgefäß 1 durch den Spalt 12 gezogen wird, so kann die Kugel 14 aus dem Schlauch 4
herausgezogen werden, so dass die Unterteilungen 6, 7 miteinander verbunden werden.
Sofern anschließend z.B. eine optische Transmissionsmessung erfolgen soll, kann die Kugel vorzugsweise durch einen kleinen Permanentmagneten 9 (z.B. 5mm Durchmesser und 10mm Länge) in einen Bereich des Reaktionsgefäßes verbracht werden, wo sie die weitere Untersuchung nicht beeinträchtigt. In Figur 15 ist ein solcher kleiner
Permanentmagnet 9 aus NdFeB gezeigt, der direkt bis an die Wand des
Reaktionsgefäßes 1 geführt wird, so dass sich die Kugel 14 dem Permanentmagnet 9 nähert. Bezugszeichen
1 . Reaktionsgefäß
2. äußere Öffnung des Reaktionsgefäßes
3. Deckel
4. Schlauch
5. beweglicher Verschluss
6. erste Unterteilung
7. zweite Unterteilung
8. magnetische Komponente
9. externer Permanentmagnet
10. Laser zur Absorptionsmessung
1 1 . Einzelmagnet
12. Spalt zwischen zwei externen Permanentmagneten
13. Kreiszylinder
14. Kugel
15. Aussparung in der ersten Unterteilung
16. sich klammerartig an den beweglichen Verschluss anschmiegende Wandabschnitte
17. Boden der ersten Unterteilung
18. oberer Wandbereich des Reaktionsgefäßes
19. Trennwand zwischen erster und zweiter Unterteilung
20. beweglicher hohler Körper
21 . Abstandshalter
22. konischer Anteil des Reaktionsgefäßes
23. elastischer Ring
24. Folie
25. zylindrischer Vorsprung des Deckels
26. Elektromagnet

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Reaktionsgefäß (1 ) mit einer ersten Unterteilung (6) und einer zweiten Unterteilung (7), wobei in einem ersten Zustand des Reaktionsgefäßes (1 ) die erste Unterteilung (6) von der zweiten Unterteilung (7) getrennt ist und in einem zweiten Zustand die erste Unterteilung (6) mit der zweiten Unterteilung (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einwirken eines magnetischen Feldes einer der beiden Zustände in den anderen überführbar ist.
2. Reaktionsgefäß (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Zustand die erste Unterteilung (6) und zweite Unterteilung (7) durch einen beweglichen Verschluss (5) voneinander getrennt sind.
3. Reaktionsgefäß (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Verschluss (5) eine magnetische Komponente (8) enthält.
4. Reaktionsgefäß (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Komponente (8) zumindest teilweise permanentmagnetisch ist.
5. Reaktionsgefäß (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Verschluss (5) im ersten oder zweiten Zustand kraftschlüssig mit dem Reaktionsgefäß (1 ) verbunden ist.
6. Reaktionsgefäß (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Verschluss (5) im ersten oder zweiten Zustand formschlüssig mit dem Reaktionsgefäß (1 ) verbunden ist.
7. Reaktionsgefäß (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Verschluss (5) im ersten oder zweiten Zustand stoffschlüssig mit dem Reaktionsgefäß (1 ) verbunden ist.
8. Reaktionsgefäß (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Unterteilungen (6, 7) zumindest teilweise von einem Deckel (3) des Reaktionsgefäßes (1 ) begrenzt wird.
9. Reaktionsgefäß (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgefäß (1 ) mit zumindest einer der beiden Unterteilungen (6, 7) einstückig gefertigt ist.
10. Reaktionsgefäß (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Unterteilungen (6, 7) sich in einem in dem Reaktionsgefäß (1 ) beweglichen, hohlen Körper (20) befindet.
1 1 . Verwendung des Reaktionsgefäßes (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche in einem Verfahren zur Aufreinigung, Modifizierung und/oder zum Nachweis von Proteinen und/oder Nukleinsäuren.
12. Verwendung des Reaktionsgefäßes (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Verfahren zur Vervielfältigung von Nukleinsäuren.
13. Verfahren zur Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes (1 ) unter Verwendung eines Permanentmagneten (9) oder eines Elektromagneten (26) geschieht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsänderung des Reaktionsgefäßes (1 ) unter Verwendung zweier Permanentmagnete (9) und/oder Elektromagnete (26) geschieht, die derart angeordnet sind, dass zwischen den Permanentmagneten (9) und/oder Elektromagneten (26) ein Spalt (12) ist.
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