WO2020002396A1 - Microfluidic apparatus and method for verifying a target protein of a biological sample - Google Patents

Microfluidic apparatus and method for verifying a target protein of a biological sample Download PDF

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WO2020002396A1
WO2020002396A1 PCT/EP2019/066948 EP2019066948W WO2020002396A1 WO 2020002396 A1 WO2020002396 A1 WO 2020002396A1 EP 2019066948 W EP2019066948 W EP 2019066948W WO 2020002396 A1 WO2020002396 A1 WO 2020002396A1
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antibody
nucleic acid
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acid fragment
target protein
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PCT/EP2019/066948
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Katrin Luckert
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Robert Bosch Gmbh
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    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
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    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
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    • B01L2300/00Additional constructional details
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    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087Multiple sequential chambers

Definitions

  • the breath contains over 3000 different components of different chemical nature.
  • the breath contains non-gaseous aerosols as carriers for non-gaseous components such as
  • Biomarkers allow conclusions to be drawn about an illness or a therapeutic success.
  • the aerosols or their ingredients come from the lung-lining liquid film, so that one
  • biomarkers in particular the proteins, can be detected by analyzing the breathing gas condensate.
  • biomarkers in particular the proteins, can be detected by analyzing the breathing gas condensate.
  • the invention relates to a device for the detection of a target protein in a biological sample.
  • the device comprises one
  • Sample chamber for receiving the biological sample and a first one
  • Antibody and a second antibody are designed to be different from the target protein
  • the first antibody has a predetermined first nucleic acid fragment and the second antibody has a predetermined second
  • the device also includes one with the
  • Sample chamber fluidly connected detection chamber for detection of a third nucleic acid fragment as detection of the target protein, the third nucleic acid fragment when the first nucleic acid fragment binds to the second nucleic acid fragment when the first antibody and the second antibody bind to the target protein with addition of a ligase or a polymerase and under Presence of unbound nucleotides is formed in the sample.
  • the device is to be understood in particular as a microfluidic device, also called a lab-on-a-chip.
  • the target protein can be a protein of a specified type or of a specified type or of a specified type, in particular a protein whose occurrence in the sample indicates an infection or disease of the sampler.
  • the first antibody and the second antibody can in particular be two different types, types or types of antibodies.
  • the first antibody has a first binding site and the second antibody has a second binding site for binding to the target protein, the first binding site being different from the second binding site
  • the first binding site is part of the first nucleic acid fragment and the second
  • the device comprises R. 371836
  • a first antibody or a second antibody is therefore to be understood in particular as a multiplicity of first antibodies or second antibodies.
  • Nucleic acid fragment is in particular part of a nucleic acid
  • the invention advantageously enables protein detection, in particular in the form of a protein ligation assay or a protein extension assay, in a particularly microfluidic device
  • the detection chamber can, for example, be a microarray for a
  • Fluorescence spectroscopy The invention thus advantageously enables parallel, in particular multiplex, detection of several target proteins.
  • the device in particular the detection chamber or the first chamber, is preferably set up to carry out a polymerase chain reaction (PCR for short) of the third nucleic acid fragments and, for this purpose, comprises, for example, the aforementioned microarray for detecting the third nucleic acid fragments reproduced via the PCR.
  • PCR polymerase chain reaction
  • PCR-based readout device has the advantage of signal amplification, that is to say few binding processes of antibodies and target protein can be multiplied by multiplication of a nucleotide sequence (PCR) and thus leave R. 371836
  • the device in particular the detection chamber or the first chamber, is set up to carry out a quantitative real-time PCR (abbreviated to qPCR) and, for this purpose, comprises the optical interface described above for optical detection of the third ones reproduced via the real-time PCR
  • Nucleic acid fragment on a first nucleotide sequence which is complementary to a second nucleotide sequence of the second nucleic acid fragment is complementary to a first nucleotide sequence which is complementary to a second nucleotide sequence of the second nucleic acid fragment.
  • the first nucleotide sequence is the first nucleotide sequence
  • Nucleotide sequences are arranged at one end of the first and the second nucleic acid fragment. This enables a protein extension assay with the device according to the invention in a simple manner
  • the first nucleotide sequence and the second nucleotide sequence are complementary to two further predetermined nucleotide sequences at two locations each.
  • the first antibody is preferably immobilized in the sample chamber or in a first chamber of the device. This means in particular that the first antibodies on a solid phase of the sample chamber
  • the solid phase can in particular be a surface, for example a surface of a
  • the chamber or a microsphere such as particles or beads present in the chamber, which are usually used for immobilization in microfluidic systems, for example Dynabeads®.
  • the particles or beads are preferably R. 371836
  • the target proteins can advantageously be bound to the first antibodies
  • Antibodies are also immobilized in the first chamber and thus on
  • the immobilization can preferably be carried out via a
  • Antibodies can be realized. Alternatively, an indirect binding of the first
  • Antibodies to the solid phase via a protein take the form of a protein-protein bond, for example via the protein A known from the cell wall of the bacterium Staphylococcus aureus.
  • the protein can also be an antibody, for example a species
  • specific antibodies for example isolated from a mammal such as the mouse.
  • the first antibody can also be immobilized in the sample chamber or the detection chamber instead of in the first chamber, in particular for immobilizing the target protein at the location of the detection.
  • the first chamber with the sample chamber is in this case
  • the detection chamber are identical, so that the protein detection takes place in the sample chamber or in the detection chamber.
  • the first chamber is fluidly connected to the sample chamber in order to convey the target proteins incorporated into the device together with the sample into the first chamber.
  • the first chamber can be fluidly connected via the sample chamber or directly to the detection chamber.
  • Antibodies upstream in a second chamber of the device for example in a storage chamber set up for this purpose.
  • the storage chamber and / or the other chambers in which the antibodies can be stored can have a biocompatible coating for reliable storage.
  • the antibodies can be lyophilized as a solid or in solution R. 371836
  • WO 2020/002396 PCT / EP2019 / 066948 6 can be stored, with the antibody being able to be detached by means of microfluidic control when stored in a dry place.
  • the antibodies are preferably stored together with physiological buffer salts for stable storage. This development has the advantage that the second antibodies can be stored separately from the first antibodies and in particular can only be added after the target proteins have bound to the first antibodies.
  • Enzymes for the formation of the third nucleic acid fragments can preferably also be upstream in one chamber, in particular in the second chamber or in a third chamber.
  • the device comprises reaction components for the enzyme functions of the ligase and / or the polymerase.
  • reaction components are in particular physiological buffers and co-factors as well as free nucleotides.
  • the reaction components can preferably also in one
  • the invention also relates to a method for the detection of a
  • Target protein of a biological sample with a device, in particular with a microfluidic device.
  • the biological sample is taken up in a sample chamber of the device.
  • the sample is contacted with a first antibody and with a second antibody, the first
  • Antibodies and the second antibody are designed to bind to the target protein at different locations and the first antibody
  • a ligase or a polymerase is added which, when the R. 371836
  • Nucleic acid fragment causes a binding of the first nucleic acid fragment with the second nucleic acid fragment.
  • Target protein in a detection chamber of the device preferably after a polymerase chain reaction for duplication of the third
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention
  • Figure 2a and b is a schematic representation of the protein extension Assaya
  • FIG. 3 shows an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device 100 according to the invention in the form of a microfluidic device 100 for detecting one or more R. 371836
  • the device 100 has a first opening 110
  • the first chamber 101 comprises first antibodies 121, which are immobilized on a solid phase 131, for example beads 131.
  • the device 100 preferably comprises a magnet 140 which is arranged near the first chamber 101 for movement or fixation of the beads 131.
  • the binding of the first antibodies 121 to the solid phase 131 can preferably be achieved by covalent binding of the first antibodies, in particular via COOH groups.
  • the first antibodies 121 can be indirectly bound to the solid phase 131 via a protein 132, for example a protein-protein binding.
  • the protein 132 can also be an antibody, for example a species-specific antibody.
  • the first chamber 101 is fluid with a second chamber 102
  • the second chamber 102 further comprises primers 127, in particular for carrying out a protein ligation assay or a protein extension assay.
  • a third chamber 103 of the device 100 is fluidly connected to the second chamber 102 and, in addition to a ligase 128 or polymerase 128, can comprise nucleotides 125 and / or reaction components 129 for the enzyme functions of a ligase and / or a polymerase, in particular buffers and co- factors.
  • the ligase 128 or polymerase 128 can comprise nucleotides 125 and / or reaction components 129 for the enzyme functions of a ligase and / or a polymerase, in particular buffers and co- factors.
  • Reaction components can also be stored separately in separate chambers 107, 108, 109, in particular to enable stable storage and to prevent premature mixing.
  • the separate chambers 107, 108, 109 are fluidly connected to the first chamber 101, for example, and can preferably be closed by valves.
  • the device 100 also comprises a detection chamber 105 which is fluidly connected to the first chamber 101 and preferably has a microarray 106 for the detection of nucleotide sequences amplified by PCR.
  • Detection chamber 105 can be connected to a second opening 130 or integrated optics 130 in device 100 for optical readout or a further access or outlet. For the transportation of to the R. 371836
  • Beads 131 bound target proteins in the detection chamber 105 can the
  • Magnet 140 is also movable between the first chamber 101 and the
  • Detection chamber 105 may be arranged. Alternatively, the beads 131 can be conveyed into the detection chamber 105 by rinsing. Furthermore, the detection chamber 105 can be connected to a further chamber 104 for holding detection reagents.
  • FIG. 2a shows an example of a target protein 10, to which a first antibody 121 and a second antibody 122 are bound at different locations on the target protein 10.
  • the first antibody 121 has a predetermined first
  • Nucleic acid fragment 151 and the second antibody 122 have a predetermined second nucleic acid fragment 152.
  • the first nucleic acid fragment 151 is in the presence of ligase, polymerase and nucleotides and the third nucleic acid fragment 153 is formed with the second
  • FIG. 2b shows the situation in a protein ligation assay in which the first
  • Nucleic acid fragment 153 binds to the second nucleic acid fragment 152 via the two unbound nucleotide strands 10, 11.
  • FIG. 3 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of the
  • Method 500 according to the invention which can be carried out, for example, using the exemplary embodiment of the device 100 according to the invention described above.
  • a first step 501 of the method 500 the biological sample is taken up in the sample chamber 111 of the device 100.
  • the sample is contacted with a first antibody 121 and with a second antibody 122, wherein the first antibody 121 and the second antibody 122 are designed to bind to the target protein at different sites and the first antibody 121 given first
  • Nucleic acid fragment and the second antibody 122 have a predetermined second nucleic acid fragment.
  • the sample can first enter the first chamber 101 R. 371836
  • WO 2020/002396 PCT / EP2019 / 066948 10 are conveyed, for example with the aid of the magnet 140 or conventional microfluidic pumps, for example membrane pumps.
  • the beads 131 with the first antibodies 121 bound to them can also be upstream in the sample chamber 111 in order to be transported into the first
  • the magnet 140 can preferably be moved between the sample chamber 111 and the first chamber 101.
  • the sample can then be conveyed further into the second chamber for binding the second antibodies 122 to the target proteins of the sample.
  • the target proteins immobilized by the binding to the first antibodies 121 to the solid phase, here to the beads can also be kept in the first chamber 101, while the second antibodies 122 via fluidic processes, in particular by actuation of pumps in the device 100 in the first chamber 101 is transported for binding with the target proteins.
  • Immobilization also facilitates purification or flushing of the
  • a ligase 128 or a polymerase 128 is added, which binds the first when the first antibody 121 and the second antibody 122 bind to the target protein and in the presence of unbound nucleotides 125 to form a third nucleic acid fragment
  • Nucleic acid fragment with the second nucleic acid fragment Nucleic acid fragment with the second nucleic acid fragment.
  • the ligase 128 or the upstream polymerase 128 upstream for example in the third chamber 103, and the upstream unbound nucleotides 125 can be used together with those likewise in the third
  • Reaction components 129 upstream of the chamber are conveyed from the third chamber 103 into the second chamber 102 or into the first chamber 101. If the reaction components 129 in separate chambers 107, 108, 109
  • Second chamber 102 may further include primers 127 required for ligase reaction or polymer reaction.
  • the third nucleic acid fragment formed is detected as detection of the target protein in the detection chamber 105 of the device 100, preferably after a polymerase chain reaction for duplicating the third
  • the proof can preferably be via a
  • Detection chamber 105 take place via the microarray 106 arranged there. R. 371836
  • the polymerase chain reaction can already be carried out in the
  • Detection chamber 105 are carried out.
  • the duplication and the detection of the target proteins take place via a quantitative real-time polymerase chain reaction, the result of the real-time PCR being able to be followed in real time via the opening or optics 130 of the detection chamber 105.

Abstract

The invention relates to an apparatus (100), in particular to a microfluidic apparatus (100), and a method (500) for verifying a target protein (10) of a biological sample, comprising a sample chamber (111) for receiving the biological sample, a first antibody (121) and a second antibody (122), wherein the first antibody (121) and the second antibody (122) are designed to bind to the target protein (10) at different locations and wherein the first antibody (121) has a specified first nucleic acid fragment (151) and the second antibody (122) has a specified second nucleic acid fragment (152), furthermore comprising a verification chamber (105), fluidically connected to the sample chamber (111), for verification of a third nucleic acid fragment (153) as verification of the target protein (10), wherein the third nucleic acid fragment (153) is formed in the sample during a binding of the first nucleic acid fragment (151) to the second nucleic acid fragment (152) during binding of the first antibody (121) and of the second antibody (122) to the target protein (10), with the addition of ligase (128) or polymerase (128) and in the presence of unbound nucleotides (125).

Description

R. 371836  R. 371836
WO 2020/002396 PCT/EP2019/066948 WO 2020/002396 PCT / EP2019 / 066948
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Beschreibung description
Titel title
Mikrofluidische Vorrichtung und Verfahren zum Nachweis eines Zielproteins einer biologischen Probe  Microfluidic device and method for the detection of a target protein of a biological sample
Stand der Technik State of the art
Der Atem enthält über 3000 unterschiedliche Bestandteile unterschiedlicher chemischer Natur. Neben Gasen und Feuchte enthält der Atem nicht gasförmige Aerosole als Träger für nicht-gasförmige Bestandteile wie beispielsweise The breath contains over 3000 different components of different chemical nature. In addition to gases and moisture, the breath contains non-gaseous aerosols as carriers for non-gaseous components such as
Proteine, Metabolite und Nukleinsäuren, welche als krankheitsspezifische  Proteins, metabolites and nucleic acids, which are considered disease-specific
Biomarker Rückschlüsse auf eine Krankheit oder einen Therapieerfolg erlauben. Gemäß dem Stand der Wissenschaft entstammen die Aerosole beziehungsweise deren Inhaltstoffe dem Lungen-auskleidenden Flüssigkeitsfilm, so dass eine  Biomarkers allow conclusions to be drawn about an illness or a therapeutic success. According to the state of the art, the aerosols or their ingredients come from the lung-lining liquid film, so that one
Analyse der gesammelten Aerosole folglich eine nicht-invasive Analyse- Methode eröffnet.  Analysis of the collected aerosols consequently opened a non-invasive analysis method.
Ein Nachweis dieser Biomarker, insbesondere der Proteine, kann dabei über eine Analyse des Atemgaskondensats erfolgen. In Gullberg und Andersson, Nature Methods 7, (2010) doi:10.1038/nmethJ.306 ist beispielsweise ein These biomarkers, in particular the proteins, can be detected by analyzing the breathing gas condensate. For example, in Gullberg and Andersson, Nature Methods 7, (2010) doi: 10.1038 / nmethJ.306
sensitiver Protein- Nachweis in Form eines Protein- Ligation-Assays beschrieben. sensitive protein detection described in the form of a protein ligation assay.
R. 371836 R. 371836
WO 2020/002396 PCT/EP2019/066948 2 WO 2020/002396 PCT / EP2019 / 066948 2
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Disclosure of the Invention Advantages of the Invention
Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Nachweis eines Zielproteins in einer biologischen Probe. Die Vorrichtung umfasst eine Against this background, the invention relates to a device for the detection of a target protein in a biological sample. The device comprises one
Probenkammer zur Aufnahme der biologischen Probe sowie einen ersten  Sample chamber for receiving the biological sample and a first one
Antikörper und einen zweiten Antikörper. Der erste Antikörper und der zweite Antikörper sind dabei ausgebildet, an das Zielprotein an unterschiedlichen  Antibody and a second antibody. The first antibody and the second antibody are designed to be different from the target protein
Stellen zu binden. Ferner weist der erste Antikörper ein vorgegebenes erstes Nukleinsäurefragment und der zweite Antikörper ein vorgegebenes zweites  Tie bodies. Furthermore, the first antibody has a predetermined first nucleic acid fragment and the second antibody has a predetermined second
Nukleinsäurefragment auf. Die Vorrichtung umfasst außerdem eine mit der  Nucleic acid fragment. The device also includes one with the
Probenkammer fluidisch verbundene Nachweiskammer für einen Nachweis eines dritten Nukleinsäurefragments als Nachweis des Zielproteins, wobei das dritte Nukleinsäurefragment bei einer Bindung des ersten Nukleinsäurefragments mit dem zweiten Nukleinsäurefragment bei Bindung des ersten Antikörpers und des zweiten Antikörpers an das Zielprotein unter Zugabe einer Ligase oder einer Polymerase und unter Anwesenheit von ungebundenen Nukleotiden in der Probe gebildet wird.  Sample chamber fluidly connected detection chamber for detection of a third nucleic acid fragment as detection of the target protein, the third nucleic acid fragment when the first nucleic acid fragment binds to the second nucleic acid fragment when the first antibody and the second antibody bind to the target protein with addition of a ligase or a polymerase and under Presence of unbound nucleotides is formed in the sample.
Unter der Vorrichtung ist insbesondere eine mikrofluidische Vorrichtung zu verstehen, auch Lab-on-a-Chip genannt. Bei dem Zielprotein kann es sich um ein Protein einer vorgegebenen Art oder eines vorgegebenen Typs oder einer vorgegebenen Sorte handeln, insbesondere um ein Protein, dessen Vorkommen in der Probe auf eine Infektion oder Krankheit des Probengebers hinweist. Bei dem ersten Antikörper und dem zweiten Antikörper kann es sich insbesondere um zwei verschiedene Arten, Typen oder Sorten von Antikörpern handeln. The device is to be understood in particular as a microfluidic device, also called a lab-on-a-chip. The target protein can be a protein of a specified type or of a specified type or of a specified type, in particular a protein whose occurrence in the sample indicates an infection or disease of the sampler. The first antibody and the second antibody can in particular be two different types, types or types of antibodies.
Insbesondere weist der erste Antikörper eine erste Bindungsstelle und der zweite Antikörper eine zweite Bindungsstelle für die Bindung an das Zielprotein auf, wobei sich die erste Bindungsstelle von der zweiten Bindungsstelle  In particular, the first antibody has a first binding site and the second antibody has a second binding site for binding to the target protein, the first binding site being different from the second binding site
unterscheidet, so dass der erste Antikörper und der zweite Antikörper an  differs so that the first antibody and the second antibody
unterschiedlichen Stellen an das Zielprotein binden. Insbesonders ist die erste Bindungsstelle Teil des ersten Nukleinsäurefragments und die zweite  bind to the target protein at different locations. In particular, the first binding site is part of the first nucleic acid fragment and the second
Bindungsstelle Teil des zweiten Nukleinsäurefragments. Die Vorrichtung umfasst R. 371836 Binding site part of the second nucleic acid fragment. The device comprises R. 371836
WO 2020/002396 PCT/EP2019/066948 WO 2020/002396 PCT / EP2019 / 066948
- 3 - dabei vorzugsweise eine Mehrzahl der ersten Antikörper und eine Mehrzahl der zweiten Antikörper. Unter einem ersten Antikörper beziehungsweise unter einem zweiten Antikörper sind somit insbesondere eine Vielzahl von ersten Antikörpern beziehungsweise zweiten Antikörpern zu verstehen. Unter einem - 3 - preferably a plurality of the first antibodies and a plurality of the second antibodies. A first antibody or a second antibody is therefore to be understood in particular as a multiplicity of first antibodies or second antibodies. Under a
Nukleinsäurefragment ist insbesondere ein Teil einer Nukleinsäure,  Nucleic acid fragment is in particular part of a nucleic acid,
beispielsweise ein Teil einer DNA oder RNA. Unter dem ersten  for example part of a DNA or RNA. Under the first
Nukleinsäurefragment und dem zweiten Nukleinsäurefragment sind  Nucleic acid fragment and the second nucleic acid fragment
insbesondere zwei verschiedene Nukleinsäurefragmente zu verstehen. Unter der Zugabe einer Ligase oder einer Polymerase ist insbesondere die Zugabe  to understand in particular two different nucleic acid fragments. With the addition of a ligase or a polymerase is in particular the addition
mehrerer Ligaseenzyme beziehungsweise Polymeraseenzyme zu verstehen.  to understand several ligase enzymes or polymerase enzymes.
Die Erfindung ermöglicht es vorteilhafterweise, dass ein Protein- Nachweis, insbesondere in Form eines Protein- Ligation-Assays oder eines Protein- Extension-Assays, in einer insbesondere mikrofluidischen Vorrichtung The invention advantageously enables protein detection, in particular in the form of a protein ligation assay or a protein extension assay, in a particularly microfluidic device
wohldefiniert und zuverlässig erfolgen kann. Ferner erlaubt die  well defined and reliable. Furthermore, the
erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise einen unkomplizierten  Device according to the invention advantageously an uncomplicated
Nachweis der gebildeten dritten Nukleinsäurefragmente in der Nachweiskammer. Dazu kann die Nachweiskammer beispielsweise ein Mikroarray für eine  Detection of the third nucleic acid fragments formed in the detection chamber. For this purpose, the detection chamber can, for example, be a microarray for a
Hybridisierung der dritten Nukleinsäurefragmente an das Mikroarray aufweisen. Alternativ kann eine optische Auslese über eine optische Schnittstelle der  Have hybridization of the third nucleic acid fragments to the microarray. Alternatively, an optical readout via an optical interface of the
Nachweiskammer erfolgen, insbesondere unter Zuhilfenahme einer  Detection chamber, especially with the help of a
Fluoreszenzspektroskopie. Der Erfindung ermöglicht somit vorteilhafterweise einen parallelen, insbesondere multiplexen Nachweis mehrerer Zielproteine.  Fluorescence spectroscopy. The invention thus advantageously enables parallel, in particular multiplex, detection of several target proteins.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung, insbesondere die Nachweiskammer oder die erste Kammer, für die Durchführung einer Polymerase- Kettenreaktion (kurz PCR) der dritten Nukleinsäurefragmente eingerichtet und umfasst dafür beispielsweise den genannten Mikroarray für einen Nachweis der über die PCR vervielfältigten dritten Nukleinsäurefragmente. Dies hat den Vorteil, dass auch sehr niedrige Konzentrationen von Zielproteinen in der Probe effektiv nachgewiesen werden können, was insbesondere bei Proteinen in einer Probe umfassend The device, in particular the detection chamber or the first chamber, is preferably set up to carry out a polymerase chain reaction (PCR for short) of the third nucleic acid fragments and, for this purpose, comprises, for example, the aforementioned microarray for detecting the third nucleic acid fragments reproduced via the PCR. This has the advantage that even very low concentrations of target proteins can be effectively detected in the sample, which is particularly important for proteins in a sample
Atemgaskondensat der Fall sein kann. Die Nutzung einer solchen PCR-basierten Auslesevorrichtung hat den Vorteil der Signal-Amplifikation, das heißt wenige Bindungsvorgänge von Antikörpern und Zielprotein können durch Multipliklation einer Nukleotidsequenz (PCR) vervielfältigt werden und lassen damit R. 371836 Breathing gas condensate may be the case. The use of such a PCR-based readout device has the advantage of signal amplification, that is to say few binding processes of antibodies and target protein can be multiplied by multiplication of a nucleotide sequence (PCR) and thus leave R. 371836
WO 2020/002396 PCT/EP2019/066948 WO 2020/002396 PCT / EP2019 / 066948
- 4 - vorteilhafterweise eine sehr sensitive Nachweisreaktion zu. Alternativ ist die Vorrichtung, insbesondere die Nachweiskammer oder die erste Kammer, für die Durchführung einer quantitativen Echtzeit-PCR (kurz qPCR) eingerichtet und umfasst dazu die oben beschriebene optische Schnittstelle für einen optischen Nachweis der über die Echtzeit-PCR vervielfältigten dritten - 4 - advantageously a very sensitive detection reaction. Alternatively, the device, in particular the detection chamber or the first chamber, is set up to carry out a quantitative real-time PCR (abbreviated to qPCR) and, for this purpose, comprises the optical interface described above for optical detection of the third ones reproduced via the real-time PCR
Nukleinsäurefragmente in Echtzeit.  Real time nucleic acid fragments.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das erste According to an advantageous development of the invention, the first
Nukleinsäurefragment eine erste Nukleotidsequenz auf, welche komplementär zu einer zweiten Nukleotidsequenz des zweites Nukleinsäurefragments ist.  Nucleic acid fragment on a first nucleotide sequence which is complementary to a second nucleotide sequence of the second nucleic acid fragment.
Insbesondere sind die erste Nukleotidsequenz des ersten  In particular, the first nucleotide sequence is the first
Nukleinsäurefragements und die zweite Nukleotidsequenz des zweiten  Nucleic acid fragment and the second nucleotide sequence of the second
Nukleinsäurefragements frei zugänglich, vorzugsweise indem die  Nucleic acid fragments freely accessible, preferably by the
Nukleotidsequenzen an einem Ende des ersten beziehungsweise des zweiten Nukleinsäurefragments angeordnet sind. Dies ermöglicht es auf einfache Weise, ein Protein- Extension- Assay mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung  Nucleotide sequences are arranged at one end of the first and the second nucleic acid fragment. This enables a protein extension assay with the device according to the invention in a simple manner
durchzuführen.  perform.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die erste Nukleotidsequenz und die zweite Nukleotidsequenz an jeweils zwei Stellen komplementär zu zwei weiteren vorgegebenen Nukleotidsquenzen. Dies hat den Vorteil, dass mit der Vorrichtung ein Protein Ligation Assay durchgeführt werden kann, wobei die weiteren Nukleotidsequenzen in ungebundener Form zu den Antikörpern und dem Zielprotein für eine kreisförmige PCR-Amplifikation According to a further advantageous development of the invention, the first nucleotide sequence and the second nucleotide sequence are complementary to two further predetermined nucleotide sequences at two locations each. This has the advantage that a protein ligation assay can be carried out with the device, the further nucleotide sequences in unbound form to the antibodies and the target protein for a circular PCR amplification
hinzugegeben werden können.  can be added.
Vorzugsweise ist der erste Antikörper in der Probenkammer oder in einer ersten Kammer der Vorrichtung immobilisiert. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass die ersten Antikörper an einer Festphase der Probenkammer The first antibody is preferably immobilized in the sample chamber or in a first chamber of the device. This means in particular that the first antibodies on a solid phase of the sample chamber
beziehungsweise der ersten Kammer gebunden sind. Bei der Festphase kann es sich insbesondere um eine Fläche, beispielsweise eine Oberfläche eines  or the first chamber are bound. The solid phase can in particular be a surface, for example a surface of a
Bodens, der Kammer oder um eine Mikrosphäre wie beispielsweise um in der Kammer vorliegende Partikel oder Beads handeln, welche für Immobilisierungen in mikrofluidischen Systemen üblicherweise eingesetzt werden, beispielsweise Dynabeads®. Bei den Partikeln oder Beads handelt es sich vorzugweise um R. 371836 Soil, the chamber or a microsphere such as particles or beads present in the chamber, which are usually used for immobilization in microfluidic systems, for example Dynabeads®. The particles or beads are preferably R. 371836
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- 5 - magnetische oder magnetisierbare Partikel beziehungsweise Beads, so dass diese mit einem Magneten auf einfache Weise in einer gewünschten Kammer gehalten werden können. Durch die Immobilisierung der ersten Antikörper können vorteilhafterweise die Zielproteine über die Bindung an die ersten - 5 - Magnetic or magnetizable particles or beads, so that they can be easily held in a desired chamber with a magnet. By immobilizing the first antibodies, the target proteins can advantageously be bound to the first
Antikörper ebenfalls in der ersten Kammer immobilisiert und somit an  Antibodies are also immobilized in the first chamber and thus on
wohldefinierter Stelle gehalten werden. Dies erleichtert insbesondere eine oder mehrere Spülungen oder Waschschritte zur Entfernung unerwünschter  well-defined position. This particularly facilitates one or more rinses or washing steps to remove unwanted ones
Komponenten. Die Immobilisierung kann dabei vorzugsweise über eine  Components. The immobilization can preferably be carried out via a
kovalente Bindung der ersten Antikörper, insbesondere über eine Peptidbindung ausgebildet durch COOH-Gruppen der Festphase mit Aminogruppen der  covalent binding of the first antibodies, in particular via a peptide bond formed by COOH groups of the solid phase with amino groups of the
Antikörper realisiert sein. Alternativ kann eine indirekte Bindung der ersten  Antibodies can be realized. Alternatively, an indirect binding of the first
Antikörper an die Festphase über ein Protein erfolgenin Form einer Protein- Protein-Bindung , beispielsweise über das aus der Zellwand des Bakteriums Staphylococcus aureus bekannte Protein A. Bei dem Protein kann es sich ferner ebenfalls um einen Antikörper handeln, beispielsweise um einen spezies  Antibodies to the solid phase via a protein take the form of a protein-protein bond, for example via the protein A known from the cell wall of the bacterium Staphylococcus aureus. The protein can also be an antibody, for example a species
spezifischen Antikörper, beispielsweise isoliert aus einem Säugetier wie der Maus.  specific antibodies, for example isolated from a mammal such as the mouse.
Der erste Antikörper kann wie ausgeführt statt in der ersten Kammer auch in der Probenkammer oder der Nachweiskammer immobilisiert vorliegen, insbesondere für eine Immobilisierung des Zielproteins am Ort des Nachweises. Mit anderen Worten ist in diesem Fall die erste Kammer mit der Probenkammer As stated, the first antibody can also be immobilized in the sample chamber or the detection chamber instead of in the first chamber, in particular for immobilizing the target protein at the location of the detection. In other words, the first chamber with the sample chamber is in this case
beziehungsweise der Nachweiskammer identisch, so dass der Proteinnachweis in der Probenkammer beziehungsweise in der Nachweiskammer abläuft.  or the detection chamber are identical, so that the protein detection takes place in the sample chamber or in the detection chamber.
Alternativ ist die erste Kammer mit der Probenkammer fluidisch verbunden, um die in die Vorrichtung aufgenommenen Zielproteine gemeinsam mit der Probe in die erste Kammer zu befördern. Die erste Kammer kann in diesem Fall über die Probenkammer oder direkt mit der Nachweiskammer fluidisch verbunden sein.  Alternatively, the first chamber is fluidly connected to the sample chamber in order to convey the target proteins incorporated into the device together with the sample into the first chamber. In this case, the first chamber can be fluidly connected via the sample chamber or directly to the detection chamber.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zweite The second is in a particularly advantageous development of the invention
Antikörper in einer zweiten Kammer der Vorrichtung vorgelagert, beispielsweise in einer dafür eingerichteten Vorlagerungskammer. Die Vorlagerungskammer und/oder die anderen Kammern, in welchen die Antikörper vorgelagert sein können, können eine biokompatible Beschichtung für eine zuverlässige Lagerung aufweisen. Die Antikörper können dabei als Feststoff lyophilisiert oder in Lösung R. 371836 Antibodies upstream in a second chamber of the device, for example in a storage chamber set up for this purpose. The storage chamber and / or the other chambers in which the antibodies can be stored can have a biocompatible coating for reliable storage. The antibodies can be lyophilized as a solid or in solution R. 371836
WO 2020/002396 PCT/EP2019/066948 6 gelagert sein, wobei bei trockener Lagerung ein Lösen des Antikörpers mittels mikrofluidischer Ansteuerung erreicht werden kann. Vorzugsweise werden die Antikörper gemeinsam mit physiologischen Puffersalze für eine stabile Lagerung vorgelagert. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass die zweiten Antikörper getrennt von den ersten Antikörpern gelagert und insbesondere erst nach einer Bindung der Zielproteine an die ersten Antikörper zugeben werden können. WO 2020/002396 PCT / EP2019 / 066948 6 can be stored, with the antibody being able to be detached by means of microfluidic control when stored in a dry place. The antibodies are preferably stored together with physiological buffer salts for stable storage. This development has the advantage that the second antibodies can be stored separately from the first antibodies and in particular can only be added after the target proteins have bound to the first antibodies.
Somit wird eine vorzeitige Bildung der dritten Nukleinsäurefragmente verhindert.  This prevents premature formation of the third nucleic acid fragments.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die In a particularly preferred development of the invention, the
Vorrichtung die ungebundenen Nukleotide sowie vorzugsweise Primer und  Device the unbound nucleotides and preferably primers and
Enzyme für die Bildung der dritten Nukleinsäurefragmente. Diese können dabei vorzugsweise ebenfalls in einer Kammer vorgelagert sein, insbesondere in der zweiten Kammer oder in einer dritten Kammer.  Enzymes for the formation of the third nucleic acid fragments. These can preferably also be upstream in one chamber, in particular in the second chamber or in a third chamber.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung Reaktionskomponenten für die Enzym- Funktionen der Ligase und/oder der Polymerase. Bei diesen Reaktionskomponenten handelt es sich insbesondere um physiologische Puffer und Co-Faktoren sowie freie Nukleotide. Die Reaktionskomponenten können dabei vorzugsweise ebenfalls in einer According to a particularly advantageous development of the invention, the device comprises reaction components for the enzyme functions of the ligase and / or the polymerase. These reaction components are in particular physiological buffers and co-factors as well as free nucleotides. The reaction components can preferably also in one
Kammer, insbesondere in der zweiten oder dritten Kammer oder in einer vierten Kammer, vorgelagert sein. Die Ligase und/oder Polymerase können  Chamber, in particular in the second or third chamber or in a fourth chamber. The ligase and / or polymerase can
beispielsweise in der zweiten Kammer oder separat in einer fünften Kammer vorgelagert sein.  for example in the second chamber or separately in a fifth chamber.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Nachweis eines The invention also relates to a method for the detection of a
Zielproteins einer biologischen Probe mit einer Vorrichtung, insbesondere mit einer mikrofluidischen Vorrichtung. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird die biologische Probe in eine Probenkammer der Vorrichtung aufgenommen. In einem zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt eine Kontaktierung der Probe mit einem ersten Antikörper und mit einem zweiten Antikörper, wobei der erste  Target protein of a biological sample with a device, in particular with a microfluidic device. In a first step of the method, the biological sample is taken up in a sample chamber of the device. In a second step of the method, the sample is contacted with a first antibody and with a second antibody, the first
Antikörper und der zweite Antikörper ausgebildet sind, an das Zielprotein an unterschiedlichen Stellen zu binden und wobei der erste Antikörper ein  Antibodies and the second antibody are designed to bind to the target protein at different locations and the first antibody
vorgegebenes erstes Nukleinsäurefragment und der zweite Antikörper ein vorgegebenes zweites Nukleinsäurefragment aufweisen. In einem dritten Schritt erfolgt eine Zugabe einer Ligase oder einer Polymerase, welche bei Bindung des R. 371836 have a predetermined first nucleic acid fragment and the second antibody has a predetermined second nucleic acid fragment. In a third step, a ligase or a polymerase is added which, when the R. 371836
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- 7 - ersten Antikörpers und des zweiten Antikörpers an das Zielprotein und unter Anwesenheit von ungebundenen Nukleotiden unter Bildung eines dritten - 7 - first antibody and the second antibody to the target protein and in the presence of unbound nucleotides to form a third
Nukleinsäurefragments eine Bindung des ersten Nukleinsäurefragments mit dem zweiten Nukleinsäurefragment bewirkt. In einem vierten Schritt erfolgt ein  Nucleic acid fragment causes a binding of the first nucleic acid fragment with the second nucleic acid fragment. In a fourth step, a
Nachweis des gebildeten dritten Nukleinsäurefragments als Nachweis des  Detection of the third nucleic acid fragment formed as detection of the
Zielproteins in einer Nachweiskammer der Vorrichtung, vorzugsweise nach einer Polymerase- Kettenreaktion zur Vervielfältigung des dritten  Target protein in a detection chamber of the device, preferably after a polymerase chain reaction for duplication of the third
Nukleinsäurefragments.  Nucleic acid fragment.
Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die oben The advantages of the method according to the invention are set out in the above
ausgeführten korrespondierenden Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.  corresponding advantages of the device according to the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird. Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and are explained in more detail in the description below. The same reference numerals are used for the elements shown in the various figures and acting in a similar manner, and the elements are not repeated.
Es zeigen Show it
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention,
Figur 2a und b eine schematische Darstellung des Protein- Extension Assaya Figure 2a and b is a schematic representation of the protein extension Assaya
beziehungsweise Protein- Ligation-Assay im Kontext der  or protein ligation assay in the context of
Erfindung und  Invention and
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Figure 3 shows an embodiment of the method according to the invention.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in Form einer mikrofluidischen Vorrichtung 100 zum Nachweis eines oder mehrerer R. 371836 FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device 100 according to the invention in the form of a microfluidic device 100 for detecting one or more R. 371836
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Zielproteine. Die Vorrichtung 100 weist eine über eine erste Öffnung 110 Target proteins. The device 100 has a first opening 110
zugängliche Probenkammer 111 auf, welche fluidisch mit einer ersten Kammer 101 verbunden ist. Die erste Kammer 101 umfasst erste Antikörper 121, welche auf einer festen Phase 131, beispielsweise Beads 131, immobilisiert sind.  accessible sample chamber 111, which is fluidly connected to a first chamber 101. The first chamber 101 comprises first antibodies 121, which are immobilized on a solid phase 131, for example beads 131.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 100 dabei einen Magneten 140, welcher für eine Bewegung oder Fixierung der Beads 131 nahe der ersten Kammer 101 angeordnet ist. Die Bindung der ersten Antikörper 121 an die feste Phase 131 kann dabei vorzugsweise über eine kovalente Bindung der ersten Antikörper, insbesondere über COOH-Gruppen realisiert sein. Alternativ kann eine indirekte Bindung der ersten Antikörper 121 an die Festphase 131 über jeweils ein Protein 132 erfolgen, beispielsweise eine Protein-Protein-Bindung. Bei dem Protein 132 kann es sich ferner ebenfalls um einen Antikörper handeln, beispielsweise um einen spezies-spezifischen Antikörper.  The device 100 preferably comprises a magnet 140 which is arranged near the first chamber 101 for movement or fixation of the beads 131. The binding of the first antibodies 121 to the solid phase 131 can preferably be achieved by covalent binding of the first antibodies, in particular via COOH groups. Alternatively, the first antibodies 121 can be indirectly bound to the solid phase 131 via a protein 132, for example a protein-protein binding. The protein 132 can also be an antibody, for example a species-specific antibody.
Die erste Kammer 101 ist fluidisch mit einer zweiten Kammer 102 der The first chamber 101 is fluid with a second chamber 102
Vorrichtung 100 verbunden, wobei in der zweiten Kammer 102 zweite Antikörper 122 vorgelagert sind. Ferner umfasst die zweite Kammer 102 Primer 127, insbesondere für die Durchführung eines Protein- Ligation-Assays oder eines Protein- Extension- Assays. Eine dritte Kammer 103 der Vorrichtung 100 ist mit der zweiten Kammer 102 fluidisch verbunden und kann neben einer Ligase 128 oder Polymerase 128 Nukleotide 125 und/oder Reaktionskomponenten 129 für die Enzym- Funktionen einer Ligase und/oder einer Polymerase umfassen, insbesondere Puffer und Co- Faktoren. Alternativ können die  Device 100 connected, wherein in the second chamber 102 second antibodies 122 are upstream. The second chamber 102 further comprises primers 127, in particular for carrying out a protein ligation assay or a protein extension assay. A third chamber 103 of the device 100 is fluidly connected to the second chamber 102 and, in addition to a ligase 128 or polymerase 128, can comprise nucleotides 125 and / or reaction components 129 for the enzyme functions of a ligase and / or a polymerase, in particular buffers and co- factors. Alternatively, the
Reaktionskomponenten auch getrennt in separaten Kammern 107, 108, 109 vorgelagert sein, um insbesonders eine stabile Lagerung zu ermöglichen und eine vorzeitige Vermischung zu verhindern. Die separaten Kammern 107, 108, 109 sind dabei beispielsweise mit der ersten Kammer 101 fluidisch verbunden und vorzugsweise über Ventile verschließbar.  Reaction components can also be stored separately in separate chambers 107, 108, 109, in particular to enable stable storage and to prevent premature mixing. The separate chambers 107, 108, 109 are fluidly connected to the first chamber 101, for example, and can preferably be closed by valves.
Die Vorrichtung 100 umfasst auch eine mit der ersten Kammer 101 fluidisch verbundenen Nachweiskammer 105 mit vorzugsweise einem Microarray 106 für den Nachweis von über PCR vervielfältigten Nukleotidsequenzen. Die The device 100 also comprises a detection chamber 105 which is fluidly connected to the first chamber 101 and preferably has a microarray 106 for the detection of nucleotide sequences amplified by PCR. The
Nachweiskammer 105 kann dabei für eine optische Auslese oder einen weiteren Zugang oder Auslass mit einer zweiten Öffnung 130 oder einer integrierten Optik 130 in die Vorrichtung 100 verbunden sein. Für eine Beförderung der an die R. 371836 Detection chamber 105 can be connected to a second opening 130 or integrated optics 130 in device 100 for optical readout or a further access or outlet. For the transportation of to the R. 371836
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Beads 131 gebundenen Zielproteine in die Nachweiskammer 105 kann der Beads 131 bound target proteins in the detection chamber 105 can the
Magnet 140 auch beweglich zwischen der ersten Kammer 101 und der  Magnet 140 is also movable between the first chamber 101 and the
Nachweiskammer 105 angeordnet sein. Alternativ kann die Beförderung durch eine Spülung der Beads 131 in die Nachweiskammer 105 erfolgen. Ferner kann die Nachweiskammer 105 mit einer weiteren Kammer 104 zum Vorhalten von Nachweisreagenzien verbunden sein.  Detection chamber 105 may be arranged. Alternatively, the beads 131 can be conveyed into the detection chamber 105 by rinsing. Furthermore, the detection chamber 105 can be connected to a further chamber 104 for holding detection reagents.
Figur 2a zeigt beispielhaft ein Zielprotein 10, an welches ein erster Antikörper 121 und ein zweiter Antikörper 122 an unterschiedlichen Stellen des Zielproteins 10 gebunden sind. Der erste Antikörper 121 weist ein vorgegebenes erstes  FIG. 2a shows an example of a target protein 10, to which a first antibody 121 and a second antibody 122 are bound at different locations on the target protein 10. The first antibody 121 has a predetermined first
Nukleinsäurefragment 151 und der zweite Antikörper 122 ein vorgegebenes zweites Nukleinsäurefragment 152 auf. Das erste Nukleinsäurefragment 151 ist dabei unter Anwesenheit von Ligase, Polymerase und Nukleotiden und unter Bildung des dritten Nukleinsäurefragments 153 mit dem zweiten  Nucleic acid fragment 151 and the second antibody 122 have a predetermined second nucleic acid fragment 152. The first nucleic acid fragment 151 is in the presence of ligase, polymerase and nucleotides and the third nucleic acid fragment 153 is formed with the second
Nukleinsäurefragment 152 verbunden, gemäß einem Ablauf bei einem Protein Extension Assay. In Figur 2b ist im Unterschied zu Figur 2a die Situation bei einem Protein Ligation Assay dargestellt, bei welchem das erste  Nucleic acid fragment 152 linked, according to a procedure in a protein extension assay. In contrast to FIG. 2a, FIG. 2b shows the situation in a protein ligation assay in which the first
Nukleinsäurefragment 151 unter Anwesenheit von Polymerase und zwei  Nucleic acid fragment 151 in the presence of polymerase and two
ungebundenen Nukleotidsträngen 10, 11 und unter Bildung des dritten  unbound nucleotide strands 10, 11 and forming the third
Nukleinsäurefragments 153 mit dem zweiten Nukleinsäurefragment 152 über die beiden ungebundenen Nukleotidstränge 10, 11 eine Bindung eingeht.  Nucleic acid fragment 153 binds to the second nucleic acid fragment 152 via the two unbound nucleotide strands 10, 11.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des FIG. 3 shows a flow diagram of an exemplary embodiment of the
erfindungsgemäßen Verfahrens 500, welches beispielsweise mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 durchgeführt werden kann.  Method 500 according to the invention, which can be carried out, for example, using the exemplary embodiment of the device 100 according to the invention described above.
In einem ersten Schritt 501 des Verfahrens 500 wird die biologische Probe in die Probenkammer 111 der Vorrichtung 100 aufgenommen. In einem zweiten Schritt 502 erfolgt eine Kontaktierung der Probe mit einem ersten Antikörpers 121 und mit einem zweiten Antikörper 122, wobei der erste Antikörper 121 und der zweite Antikörper 122 ausgebildet sind, an das Zielprotein an unterschiedlichen Stellen zu binden und wobei der erste Antikörper 121 ein vorgegebenes erstes In a first step 501 of the method 500, the biological sample is taken up in the sample chamber 111 of the device 100. In a second step 502, the sample is contacted with a first antibody 121 and with a second antibody 122, wherein the first antibody 121 and the second antibody 122 are designed to bind to the target protein at different sites and the first antibody 121 given first
Nukleinsäurefragment und der zweite Antikörper 122 ein vorgegebenes zweites Nukleinsäurefragment aufweisen. Für die Bindung der Zielproteine in der Probe mit dem ersten Antikörper 121 kann die Probe zunächst in die erste Kammer 101 R. 371836 Nucleic acid fragment and the second antibody 122 have a predetermined second nucleic acid fragment. For the binding of the target proteins in the sample with the first antibody 121, the sample can first enter the first chamber 101 R. 371836
WO 2020/002396 PCT/EP2019/066948 10 befördert werden, beispielsweise unter Zuhilfenahme des Magneten 140 oder üblicher mikrofluidischer Pumpen, beispielsweise Membranpumpen. Dazu können die Beads 131 mit den daran gebundenen ersten Antikörpern 121 auch in der Probenkammer 111 vorgelagert sein, um die Beförderung in die erste WO 2020/002396 PCT / EP2019 / 066948 10 are conveyed, for example with the aid of the magnet 140 or conventional microfluidic pumps, for example membrane pumps. For this purpose, the beads 131 with the first antibodies 121 bound to them can also be upstream in the sample chamber 111 in order to be transported into the first
Kammer 101 zu erleichtern. Hierzu ist der Magnet 140 vorzugsweise zwischen der Probenkammer 111 und der ersten Kammer 101 bewegbar. Anschließend kann eine Weiterbeförderung der Probe in die zweite Kammer für eine Bindung der zweiten Antikörper 122 mit den Zielproteinen der Probe erfolgen. Alternativ können die durch die Bindung an die ersten Antikörper 121 an die Festphase, hier an die Beads, immobilisierten Zielproteine auch in der ersten Kammer 101 gehalten werden, während die zweiten Antikörper 122 über fluidische Prozesse, insbesondere durch Aktuation von Pumpen in der Vorrichtung 100 in die erste Kammer 101 für die Bindung mit den Zielproteinen befördert werden. Die  To facilitate chamber 101. For this purpose, the magnet 140 can preferably be moved between the sample chamber 111 and the first chamber 101. The sample can then be conveyed further into the second chamber for binding the second antibodies 122 to the target proteins of the sample. Alternatively, the target proteins immobilized by the binding to the first antibodies 121 to the solid phase, here to the beads, can also be kept in the first chamber 101, while the second antibodies 122 via fluidic processes, in particular by actuation of pumps in the device 100 in the first chamber 101 is transported for binding with the target proteins. The
Immobilisierung erleichtert ferner eine Aufreinigung oder Spülung der  Immobilization also facilitates purification or flushing of the
Zielproteine zur Entfernung unerwünschter Komponenten. In einem dritten Schritt 503 erfolgt eine Zugabe einer Ligase 128 oder einer Polymerase 128, welche bei Bindung des ersten Antikörpers 121 und des zweiten Antikörpers 122 an das Zielprotein und unter Anwesenheit von ungebundenen Nukleotiden 125 unter Bildung eines dritten Nukleinsäurefragments eine Bindung des ersten  Target proteins to remove unwanted components. In a third step 503, a ligase 128 or a polymerase 128 is added, which binds the first when the first antibody 121 and the second antibody 122 bind to the target protein and in the presence of unbound nucleotides 125 to form a third nucleic acid fragment
Nukleinsäurefragments mit dem zweiten Nukleinsäurefragment bewirkt. Dafür können die beispielsweise in der dritten Kammer 103 vorgelagerte Ligase 128 beziehungsweise die vorgelagerte Polymerase 128 sowie die vorgelagerten ungebundenen Nukleotide 125 gemeinsam mit den ebenfalls in der dritten  Nucleic acid fragment with the second nucleic acid fragment. For this purpose, the ligase 128 or the upstream polymerase 128 upstream, for example in the third chamber 103, and the upstream unbound nucleotides 125 can be used together with those likewise in the third
Kammer vorgelagerten Reaktionskomponenten 129 aus der dritten Kammer 103 in die zweite Kammer 102 oder in die erste Kammer 101 befördert werden. Wenn die Reaktionskomponenten 129 in separaten Kammern 107, 108, 109  Reaction components 129 upstream of the chamber are conveyed from the third chamber 103 into the second chamber 102 or into the first chamber 101. If the reaction components 129 in separate chambers 107, 108, 109
vorgelagert sind, können sie aus diesen Kammern herausbefördert werden. Die zweite Kammer 102 kann ferner die für Ligase- Reaktion oder für die Polymerse- Reaktion erforderlichen Primer 127 umfassen. In einem vierten Schritt 504 erfolgt ein Nachweis des gebildeten dritten Nukleinsäurefragments als Nachweis des Zielproteins in der Nachweiskammer 105 der Vorrichtung 100, vorzugsweise nach einer Polymerase- Kettenreaktion zur Vervielfältigung des dritten  are upstream, they can be transported out of these chambers. Second chamber 102 may further include primers 127 required for ligase reaction or polymer reaction. In a fourth step 504, the third nucleic acid fragment formed is detected as detection of the target protein in the detection chamber 105 of the device 100, preferably after a polymerase chain reaction for duplicating the third
Nukleinsäurefragments. Der Nachweis kann dabei vorzugsweise über eine  Nucleic acid fragment. The proof can preferably be via a
Beförderung der vervielfältigten dritten Nukleinsäurefragmente in die  Transport of the reproduced third nucleic acid fragments into the
Nachweiskammer 105 über das dort angeordnete Mikroarray 106 erfolgen. R. 371836 Detection chamber 105 take place via the microarray 106 arranged there. R. 371836
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Alternativ kann auch die Polymerase- Kettenreaktion bereits in der Alternatively, the polymerase chain reaction can already be carried out in the
Nachweiskammer 105 durchgeführt werden. In einer weiteren Variante erfolgen die Vervielfältigung und der Nachweis der Zielproteine über eine quantitative Echtzeit- Polymerase- Kettenreaktion, wobei das Ergebnis der Echtzeit- PCR über die Öffnung oder Optik 130 der Nachweiskammer 105 in Echtzeit verfolgt werden kann.  Detection chamber 105 are carried out. In a further variant, the duplication and the detection of the target proteins take place via a quantitative real-time polymerase chain reaction, the result of the real-time PCR being able to be followed in real time via the opening or optics 130 of the detection chamber 105.

Claims

R. 371836 WO 2020/002396 PCT/EP2019/066948 12 Ansprüche R. 371836 WO 2020/002396 PCT / EP2019 / 066948 12 claims
1. Vorrichtung (100), insbesondere mikrofluidische Vorrichtung (100), zum Nachweis eines Zielproteins (10) einer biologischen Probe umfassend eine Probenkammer (111) zur Aufnahme der biologischen Probe, einen ersten Antikörper (121) und einen zweiten Antikörper (122), wobei der erste Antikörper (121) und der zweite Antikörper (122) ausgebildet sind, an das Zielprotein (10) an unterschiedlichen Stellen zu binden und wobei der erste Antikörper (121) ein vorgegebenes erstes Nukleinsäurefragment (151) und der zweite Antikörper (122) ein vorgegebenes zweites 1. device (100), in particular microfluidic device (100), for detecting a target protein (10) of a biological sample, comprising a sample chamber (111) for receiving the biological sample, a first antibody (121) and a second antibody (122), wherein the first antibody (121) and the second antibody (122) are designed to bind to the target protein (10) at different locations and wherein the first antibody (121) a predetermined first nucleic acid fragment (151) and the second antibody (122) a given second
Nukleinsäurefragment (152) aufweisen, ferner umfassend eine mit der  Have nucleic acid fragment (152), further comprising one with the
Probenkammer (111) fluidisch verbundene Nachweiskammer (105) für einen Nachweis eines dritten Nukleinsäurefragments (153) als Nachweis des Zielproteins (10), wobei das dritte Nukleinsäurefragment (153) bei einer Bindung des ersten Nukleinsäurefragments (151) mit dem zweiten Nukleinsäurefragment (152) bei Bindung des ersten Antikörpers (121) und des zweiten Antikörpers (122) an das Zielprotein (10) unter Zugabe von Ligase (128) oder Polymerase (128) und unter Anwesenheit von ungebundenen Nukleotiden (125) in der Probe gebildet wird.  Sample chamber (111) fluidically connected detection chamber (105) for detection of a third nucleic acid fragment (153) as detection of the target protein (10), the third nucleic acid fragment (153) upon binding of the first nucleic acid fragment (151) to the second nucleic acid fragment (152) upon binding of the first antibody (121) and the second antibody (122) to the target protein (10) with the addition of ligase (128) or polymerase (128) and in the presence of unbound nucleotides (125) in the sample.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der erste Antikörper (121) in der 2. The device (100) according to claim 1, wherein the first antibody (121) in the
Probenkammer (111) oder einer ersten Kammer (101) der Vorrichtung (100) immobilisiert vorliegt.  Sample chamber (111) or a first chamber (101) of the device (100) is immobilized.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei der erste Antikörper (121) an eine 3. The device (100) according to claim 2, wherein the first antibody (121) to a
Festphase (131) gebunden ist, insbesondere an magnetisierbare oder magnetische Partikel (131) oder Beads (131).  Solid phase (131) is bound, in particular to magnetizable or magnetic particles (131) or beads (131).
4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der erste Antikörper (121) über ein Protein (132) an die Festphase (131) gebunden ist, insbesondere über einen weiteren Antikörper (132). R. 371836 4. The device (100) according to claim 3, wherein the first antibody (121) is bound to the solid phase (131) via a protein (132), in particular via a further antibody (132). R. 371836
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5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die erste Kammer (101) mit der Probenkammer (111) fluidisch verbunden ist. 5. The device (100) according to one of claims 2 to 4, wherein the first chamber (101) with the sample chamber (111) is fluidly connected.
6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste 6. The device (100) according to any one of the preceding claims, wherein the first
Nukleinsäurefragment eine erste Nukleotidsequenz aufweist, welche komplementär zu einer zweiten Nukleotidsequenz des zweiten Nukleinsäurefragments ist.  Nucleic acid fragment has a first nucleotide sequence which is complementary to a second nucleotide sequence of the second nucleic acid fragment.
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste 7. Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the first
Nukleotidsequenz und die zweite Nukleotidsequenz an jeweils zwei Stellen komplementär zu zwei weiteren vorgegebenen Nukleotidsquenzen sind.  Nucleotide sequence and the second nucleotide sequence are complementary to two further predetermined nucleotide sequences at two locations each.
8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die weiteren vorgegebenen 8. The device (100) according to claim 7, wherein the further predetermined
Nukleotidsequenzen in einer Kammer (101, 111) der Vorrichtung (100) vorgelagert sind, insbesondere in der Probenkammer (111) oder der ersten Kammer (101).  Nucleotide sequences are upstream in a chamber (101, 111) of the device (100), in particular in the sample chamber (111) or the first chamber (101).
9. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100), insbesondere die erste Kammer (101) oder die Nachweiskammer (105), für die Durchführung einer Polymerase- Kettenreaktion der dritten Nukleinsäurefragmente (153) eingerichtet ist. 9. Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the device (100), in particular the first chamber (101) or the detection chamber (105), is set up for carrying out a polymerase chain reaction of the third nucleic acid fragments (153).
10. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Antikörper (122) in einer zweiten Kammer (102) der Vorrichtung (100) vorgelagert ist. 10. The device (100) according to any one of the preceding claims, wherein the second antibody (122) in a second chamber (102) of the device (100) is upstream.
11. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) die ungebundenen Nukleotide (125) und vorzugsweise Primer (127) sowie Enzyme (128) für die Bildung des dritten Nukleinsäurefragments (153) umfasst. 11. The device (100) according to any one of the preceding claims, wherein the device (100) comprises the unbound nucleotides (125) and preferably primers (127) and enzymes (128) for the formation of the third nucleic acid fragment (153).
12. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) Reaktionskomponenten (129) für die Enzym- Funktionen der Ligase (128) und/oder der Polymerase (128) umfasst. 12. The device (100) according to any one of the preceding claims, wherein the device (100) comprises reaction components (129) for the enzyme functions of the ligase (128) and / or the polymerase (128).
13. Verfahren (500) zum Nachweis eines Zielproteins (10) einer biologischen Probe mit einer Vorrichtung (100), insbesondere mit einer mikrofluidischen Vorrichtung (100), R. 371836 13. Method (500) for the detection of a target protein (10) of a biological sample with a device (100), in particular with a microfluidic device (100), R. 371836
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- 14 - umfassend die Schrite: - 14 - including the steps:
• Aufnahme (501) der biologischen Probe in eine Probenkammer (111) der Vorrichtung (100). • Receiving (501) the biological sample in a sample chamber (111) of the device (100).
• Kontaktierung (502) der Probe mit einem ersten Antikörpers (121) und mit einem zweiten Antikörper (122), wobei der erste Antikörper (121) und der zweite Antikörper (122) ausgebildet sind, an das Zielprotein (10) an unterschiedlichen Stellen zu binden und wobei der erste Antikörper (121) ein vorgegebenes erstes Nukleinsäurefragment (151) und der zweite Antikörper (122) ein vorgegebenes zweites Nukleinsäurefragment (152) aufweisen. • Contacting (502) the sample with a first antibody (121) and with a second antibody (122), the first antibody (121) and the second antibody (122) being formed, to the target protein (10) at different locations bind and wherein the first antibody (121) has a predetermined first nucleic acid fragment (151) and the second antibody (122) has a predetermined second nucleic acid fragment (152).
• Zugabe (503) einer Ligase (128) oder einer Polymerase (128), welche bei Bindung des ersten Antikörpers (121) und des zweiten Antikörpers (122) an das Zielprotein (10) und unter Anwesenheit von ungebundenen Nukleotiden (125) unter Bildung eines driten Nukleinsäurefragments (153) eine Bindung des ersten Nukleinsäurefragments (151) mit dem zweiten • Addition (503) of a ligase (128) or a polymerase (128) which forms upon binding of the first antibody (121) and the second antibody (122) to the target protein (10) and in the presence of unbound nucleotides (125) a third nucleic acid fragment (153) binds the first nucleic acid fragment (151) to the second
Nukleinsäurefragment (152) bewirkt.  Nucleic acid fragment (152) causes.
• Nachweis (504) des gebildeten driten Nukleinsäurefragments (153) als Nachweis des Zielproteins (10) in einer Nachweiskammer (105) oder in der ersten Kammer (101)der Vorrichtung (100), vorzugsweise nach einer Polymerase- Ketenreaktion zur Vervielfältigung des driten • Detection (504) of the third nucleic acid fragment (153) as detection of the target protein (10) in a detection chamber (105) or in the first chamber (101) of the device (100), preferably after a polymerase-ketene reaction to multiply the third
Nukleinsäurefragments (153).  Nucleic acid fragments (153).
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