DE10330717A1 - Apparatus and method for detection of analyte - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nachweis von Analyt. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und Verfahren zum Nachweis von Analyt anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden und die insbesondere weder zwei spezifische Bindungspartner (= sandwich) für den nachzuweisenden Analyt benötigen noch eine aufwendige vorherige Markierung des Analyts einer bestimmten Moleküleklasse erfordern, wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zum Nachweis von Analyt in einer Messprobe aus einem Trägersubstrat, das mit wenigstens zwei Elektroden versehen ist, die einen Zwischenraum umgeben, der immobilisiert spezifische Bindungspartner aufweist, die befähigt sind, komplementär zugehörigen Analyt direkt oder indirekt zu koppeln, wobei der Zwischenraum in seiner Breite und Tiefe so bemessen ist, dass Bindungsereignisse der immobilisierten spezifischen Bindungspartner mit dem komplementär zugehörigen Analyt möglich sind, wobei nach erfolgten Bindungsereignissen der komplementär zugehörige Analyt gezielt mit elektrisch leitfähigem Nachweissubstrat beladbar ist und einen elektrischen Stromfluss über die im Zwischenraum bei an den Elektroden angelegter Spannung ermöglicht, wobei die Elektroden mit einer Messeinheit in Verbindung stehen, so dass der Stromfluss permanent detektierbar ist, besteht.The invention relates to an apparatus and a method for the detection of analyte. DOLLAR A The object of the invention to provide an apparatus and method for the detection of analyte, which overcome the disadvantages of the prior art and in particular neither two specific binding partner (= sandwich) for the analyte to be detected nor require a complex prior labeling of the analyte of a particular Class of molecules is achieved by providing the device for detection of analyte in a sample of a support substrate provided with at least two electrodes surrounding a gap having immobilized specific binding partners capable of complementary complementary analyte directly or indirectly to couple, wherein the gap is dimensioned in its width and depth so that binding events of the immobilized specific binding partner with the complementarily associated analyte are possible, wherein after successful binding events, the complementarily associated analyte targeted with electr Isch conductive detection substrate is loaded and allows an electrical current flow over the space in the voltage applied to the electrodes voltage, wherein the electrodes are in communication with a measuring unit, so that the current flow is permanently detectable exists.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Nachweis von Analyt.The The invention relates to an apparatus and method for detecting Analyte.
Eine Vorrichtung zum Nachweis von Analyten mittels analytspezifischer Reaktion nach Festphasenbindung ist in Form eines Biochips bspw. aus der Schrift WO 01/14425 A1 bekannt.A Device for the detection of analytes by means of analyte-specific Reaction after solid phase binding is in the form of a biochip eg. known from the document WO 01/14425 A1.
Bei diesem handelt es sich um einen Protein-Chip zur Massendiagnostik oder Analyse von Testproben, welcher aus einem Festsubstrat besteht, auf dem eine Vielzahl von Spots aus Testproteinen in einer definierten Anordnung fixiert sind, wobei diese Proteine der Gruppe von Antigenen, Rezeptoren und Enzymen zuzuordnen sind und die Probenproteine auf der Oberfläche über ihre Aminogruppen an die funktionellen Gruppen der auf der Oberfläche aufgebrachten Chemikalien gebunden sind.at this is a protein chip for mass diagnostics or analysis of test samples consisting of a solid substrate, on a variety of spots from test proteins in a defined Are fixed, whereby these proteins belong to the group of antigens, Receptors and enzymes are assigned and the sample proteins on the surface over her Amino groups on the functional groups of the applied on the surface Chemicals are bound.
Der Nachteil dieses Protein-Chips ist, daß bei dem Aufbringen der jeweiligen Spots ein Übersprechen der einzelnen Protein-Proben erfolgen kann, was zur Unbrauchbarkeit des Chips bzw. zu nicht verwertbaren Testergebnissen führt.Of the Disadvantage of this protein chip is that in the application of the respective Spots crosstalk The individual protein samples can be made, resulting in uselessness of the chip or leads to non-usable test results.
Aus
der Schrift
Der Nachteil dieses Protein-Chips ist, daß ausschließlich eine Kopplung der Biomoleküle über deren Aminogruppe erfolgen kann, was bei der Kopplung von Antikörpern dazu führt; daß die antigenbindende, NH2-tragende Region blockiert wird, wodurch keine Antigen-Antikörperreaktion mehr stattfinden kann.The disadvantage of this protein chip is that only a coupling of the biomolecules on their amino group can be done, resulting in the coupling of antibodies to it; that the antigen binding, NH 2 -bearing region is blocked, whereby no antigen-antibody reaction can take place.
Weiterhin ist bekannt, daß man an Kohlenhydratresten oxidierte Antikörper über deren Aldehydreste gerichtet an Oberflächen binden kann (Qian, W. P., Yao, D. F., Xu, B., Yu, F., Lu, Z. H., and Knoll, W., 1999: "Atomic force microscopic studies of site-directed immobilization of antibodies using their carbohydrate residues." Chemistry of Materials, 11(6), 1399–1401). Der Nachteil dieser Oberflächen besteht darin, daß keine Separierung von Oberflächenbereichen erreicht wird, so daß eine Spotbarkeit von verschiedenen Proben ohne Proben-Übersprechen nicht gegeben ist.Farther it is known that one Antibodies oxidized on carbohydrate residues are directed via their aldehyde residues on surfaces (Qian, W.P., Yao, D.F., Xu, B., Yu, F., Lu, Z.H., and Knoll, W., 1999: "Atomic force microscopic studies of site-directed immobilization of antibodies using their carbohydrate residues. "Chemistry of Materials, 11 (6), 1399-1401). The disadvantage of these surfaces is that no Separation of surface areas is achieved, so that a Spotability of different samples without sample crosstalk is not given is.
Der Nachteil aller dieser bekannten Biochips ist, dass sie nicht elektrisch, sondern optisch ausgelesen werden.Of the Disadvantage of all these known biochips is that they are not electric, but optically read out.
So ist bspw. für das optische Auslesen bekannt, daß eine Automatisierung der Bildanalyse auf der Grundlage der Chip-Technologie durch Auslesen der verschiedenen Microarray-Strukturen erfolgen kann. Die meisten verfügbaren Technologien beruhen auf der Detektion von fluoreszenzmarkierten Bindungspaaren, die in einer spezifischen Art auf der Chip-Oberfläche festgehalten sind, wobei die Fluoreszenzdetektion durch optisches Auslesen der reaktiven Zentren des Microarrays ausgeführt wird. Der Gebrauch von fluoreszierenden oder chemilumineszierenden Proben findet dabei wie in den zuvor beschriebenen klassischen Methoden Anwendung und wird mit CCD-Imaging kombiniert (Eggers, M. et al., 1996: Professional Program Proceedings. Electro '96. IEEE, New York, NY, USA, 364 pp.).So is for example for The optical readout known that automation of Image analysis based on the chip technology by reading the different microarray structures can be made. Most available technologies based on the detection of fluorescently labeled binding pairs, held in a specific way on the chip surface are, wherein the fluorescence detection by optical readout of the reactive centers of the microarray is executed. The use of fluorescent or chemiluminescent samples is thereby as in the classical methods described above and becomes with CCD imaging combined (Eggers, M. et al., 1996: Professional Program Proceedings. Electro '96. IEEE, New York, NY, USA, 364 pp.).
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der Schrift
Der Nachteil dieses elektrisch auslesbaren Chips ist, dass die Markierung im allgemeinen entweder an alle Moleküle der interessierenden Substanzklasse angebracht werden müssen, oder aber es wird ein Sandwich-Ansatz benutzt, bei dem ein weiteres Molekül, das eine Markierung trägt, spezifisch an das nachzuweisende und schon an der Oberfläche gebundene Analyt bindet. Dieses Sandwich-Verfahren ist durch die notwendige doppelte spezifische Bindung kompliziert, sowohl durch die zusätzlichen Schritte als auch infolge des Bedarfs an einem zweiten Molekül, welches an das gesuchte bindet.Of the Disadvantage of this electrically readable chips is that the mark generally either to all molecules of the substance class of interest must be attached or a sandwich approach is used in which another molecule, the one Wearing marker, specifically to the detected and already bound on the surface Analyte binds. This sandwich process is through the necessary Double specific binding is complicated by both the additional steps as well as due to the need for a second molecule which binds to the one you are looking for.
Bei der anderen Methode, der Markierung aller Moleküle eines vorliegenden Ensembles (wie z.B. cDNA bei Expressionsstudien), werden Verfahren wie die Polymerasekettenreaktion (PCR) benutzt, durch die sich in diese Moleküle eine Markierung einfügen lässt. Diese Verfahren sind aber nur für ganz spezielle Molekülklassen einsetzbar, und zudem meist aufwendig und teuer. Gerade in Hinblick auf neue Markierungsmethoden, wie z.B. der Markierung mit kolloidalen Metallpartikeln für einen elektrischen Nachweis, ist diese Methode nur schwer bzw. gar nicht anwendbar.In the other method, the labeling of all molecules of a given ensemble (such as cDNA in expression studies), methods such as the polymerase chain reaction (PCR) are used by which a label can be inserted into these molecules. However, these methods can only be used for very specific classes of molecules, and also usually expensive and expensive. Especially in terms of new labeling methods, such as the marking with colloidal metal particles for electrical detection, this method is difficult or even not applicable.
Hinzu kommt, dass beide Methoden den entscheidenden Nachteil aufweisen, dass die Bindungsreaktion durch die Modifikation eines Bindungspartners beinflusst bzw. verändert wird und es nicht möglich ist, mit unmodifizierten Molekülen zu arbeiten, die diese Einflüsse nicht aufweisen würden.in addition comes that both methods have the distinct disadvantage that the binding reaction by the modification of a binding partner influenced or changed will and not be possible is, with unmodified molecules to work out those influences would not have.
Ein schneller und effizienter Nachweis von Biomolekülen ist gerade durch die rasch anwachsenden Zahl bekannter Sequenzen aus Genom und Proteom ein zentrales Problem der modernen Lebenswissenschaften geworden.One faster and more efficient detection of biomolecules is just through the swift increasing number of known sequences from genome and proteome become central problem of modern life sciences.
Eine wichtige Methode zum Nachweis von biologisch interessanten Molekülen beruht auf der spezifischen Bindung dieser Analyt-Moleküle an einem Bindungspartner. Wenn dieser analytspezifische Binder zur Vereinfachung der Auslesung vorher auf einem festen Substrat befestigt wurde, können nach der Bindung durch Waschschritte alle anderen Moleküle entfernt werden. In einem anschließenden Schritt wird nun die Anwesenheit des gesuchten Analyten am Substrat nachgewiesen.A important method for the detection of biologically interesting molecules on the specific binding of these analyte molecules to a binding partner. If this analyte-specific binder to simplify the reading previously attached to a solid substrate, can after the binding is removed by washing all other molecules become. In a subsequent step the presence of the desired analyte on the substrate is now detected.
Diese kann markierungsfrei durch Bestimmung der Änderung bestimmter physikalischer Eigenschaften des Substrates durch die Anbindung erfolgen, wie z.B. Massezunahme (Quarz-Kristallwaage oder Cantilever-basierte Messungen) oder Änderung optischer (dielektrischer) Eigenschaften (surface plasmon resonance) oder Änderung elektrochemischer Eigenschaften.These can be labeled free by determining the change of certain physical Properties of the substrate through the connection, such. Mass increase (quartz crystal balance or cantilever-based measurements) or change optical (dielectric) properties (surface plasmon resonance) or change electrochemical properties.
Diese markierungsfreien Methoden verlangen aber im allgemeinen eine komplizierte Auswertung aufgrund eines komplexen Messsignals, damit sind sie teuer und aufwendig.These Label-free methods, however, generally require a complicated one Evaluation based on a complex measurement signal, that's what they are expensive and expensive.
Eine einfachere Auswertung und zudem oft eine Erhöhung der Empfindlichkeit ist durch den Einsatz von Markierungen (label) zu erreichen, von denen radioaktive und fluoreszente Markierungen die Bekanntesten sind.A easier evaluation and also often an increase in sensitivity to achieve through the use of markers (label), of which radioactive and fluorescent labels are the best known.
Daneben gibt es aber auch Farbstoffe oder kolloidale Metallpartikel. Die Markierungen werden im allgemeinen entweder an alle Moleküle der interessierenden Substanzklasse angebracht oder aber es wird ein Sandwich-Ansatz benutzt, bei dem ein weiteres Molekül, eine Markierung tragend, spezifisch an das nachzuweisende und schon an der Oberfläche gebundene Analyt bindet.Besides But there are also dyes or colloidal metal particles. The Markers are generally either attached to all of the molecules of interest Attached substance class or it will be a sandwich approach using another molecule, bearing a mark, specifically to the detected and already bound on the surface Analyte binds.
Dieses Sandwichverfahren ist kompliziert durch die notwendige doppelte spezifische Bindung, sowohl durch die zusätzlichen Schritte als auch infolge des Bedarfs an einem zweiten Molekül welches an das gesuchte bindet.This Sandwich process is complicated by the necessary duplicate specific binding, both through the additional steps as well due to the need for a second molecule which binds to the one sought.
Bei der anderen Methode, der Markierung aller Moleküle eines vorliegenden Ensembles (wie z.B. cDNA bei Expressionsstudien), werden Verfahren wie PCR benutzt, durch die sich in diese Moleküle eine Markierung einfügen lässt.at the other method of marking all the molecules of a given ensemble (such as cDNA in expression studies), methods such as PCR used to insert a marker into these molecules.
Diese Verfahren sind aber nur für ganz spezielle Klassen einsetzbar, und zudem meist aufwendig und teuer. Gerade in Hinblick auf neue Markierungsmethoden, wie z.B. der Verwendung kolloidaler Metallpartikel für einen elektrischen Nachweis, sind derartige Methoden nur schwer oder gar nicht anwendbar.These Procedures are only for very special classes can be used, and also usually elaborate and expensive. Especially with regard to new labeling methods, e.g. the use of colloidal metal particles for electrical detection, Such methods are difficult or impossible to apply.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und Verfahren zum Nachweis von Analyt anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden und die insbesondere weder zwei spezifische Bindungspartner (= sandwich) für den nachzuweisende Analyt benötigen noch eine aufwendige vorherige Markierung des Analyts einer bestimmten Moleküleklasse erfordern.Of the Invention is based on the object, a device and method to provide for the detection of analyte, the disadvantages of the prior art overcome the technology and in particular neither two specific binding partners (= sandwich) for the need to be detected analyte still a complex prior labeling of the analyte of a particular molecules class require.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten bzw. dritten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die untergeordneten Ansprüche 2 bzw. 4 bis 6 angegeben.According to the invention This object is achieved by the characterizing features of the first or third claim solved. Advantageous embodiments are characterized by the subordinate claims 2 and 4 to 6 indicated.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass durch den elektrischen Nachweis die Detektion vereinfacht wird, da anstelle eines optischen Aufbaus zur Abbildung und eines Bildverarbeitungsalgorithmus zur Konvertierung der analogen optischen Signale in ein digitales Ergebnis und viel direktere Umwandlung des elektrischen Signals in eine digitale Information erfolgen kann, so dass der Einsatz von robusteren Auslesegeräten ermöglicht wird, die wiederum auch ausserhalb des Labors und bspw. direkt vor Ort (z.B. point of care-Diagnostik) betrieben werden könnten.The Essence of the invention is that by the electrical detection the detection is simplified, since instead of an optical design for Figure and an image processing algorithm for conversion the analog optical signals into a digital result and a lot direct conversion of the electrical signal into digital information can be done so that the use of more robust readout devices is made possible, which in turn also outside the laboratory and, for example, directly on site (e.g., point of care diagnostics).
Die erfindungsgemäße Kombination einer spezifischen Bindung zwischen verschiedenen Molekülklassen von Analyt und Bindungsmolekülen mit einem nachfolgenden Klassenspezifischen Markierungsschritt des Analyts erlaubt markierungsbasierte Affinitätstests ohne zweiten Analytspezifische Bindungspartner oder vorherige Markierungsroutinen.The inventive combination a specific binding between different classes of molecules of analyte and binding molecules with a subsequent class-specific marking step of Analyts allows label-based affinity assays without second analyte-specific Binding partner or previous marking routines.
Wenn derartige Reaktionen für die spezifische Bindung des gesuchten Analyts an den elektrisch auszulesenden Chip benutzt werden, ergeben sich überraschenderweise ganz neue Möglichkeiten für den anschließenden Markierungsschritt. Dieser muss nicht, wie nach dem Stand der Technik üblich, molekülspezifisch erfolgen, sondern kann substanz- (Molekülklassen-) spezifisch durchgeführt werden, ohne dass die Spezifität des Signals leidet.If such reactions are used for the specific binding of the desired analyte to the electrically readable chip, surprisingly completely new possibilities arise for the subsequent marking step. This does not have to be molecule-specific, as is customary in the prior art, but can be carried out in a substance-specific (molecular-class) manner without the specificity of the signal suffering.
Aufgrund der Erfindung sind diejenigen bekannten, Molekülklassen-spezifischen Markierungsmethoden, wie sie beispielsweise für die Auswertung von gel-elektrophoretischen Verfahren bei Proteinen als Silberfärbung zum Einsatz kommen, auch für die Chiptechnologie anwendbar.by virtue of of the invention are those known, class of molecule-specific labeling methods, such as for example for the evaluation of gel-electrophoretic methods in proteins as silver staining are used, also for the chip technology applicable.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The The invention will be described below with reference to the drawings and exemplary embodiments explained in more detail. It shows:
Wie
in
Der
Nachweis von Analyt
Der
am immobilisierten Analyt
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die, den Analyt
Dabei
handelt es sich bei den analytspezifischen Bindemolekülen
Besonders
bevorzugt erfolgt die erfindungsgemäße analytspezifische Markierungsreaktionen durch
eine Anlagerung von Metallatomen an den Analyt
Besonders
vorteilhaft sind dabei die einzelnen Nachweisfelder
1. Ausführungsbeispiel:1st embodiment:
DNA zur Bindung von Proteinen am Beispiel des ThrombinsDNA for binding of proteins using the example of thrombin
Zur Reinigung werden Chipsubstrate mit mikrostrukturierten Elektrodenanordnungen jeweils 10 min. in Aceton, Ethanol und Wasser gereinigt. Die Aktivierung der Oberflächen erfolgt für eine Stunde bei 70°C in einer Lösung aus konz. Ammoniaklösung: Wasserstoffperoxid: Wasser im Verhältnis 1:1:1 (v/v/v). Sind keine Gold- oder andere metallische Strukturen auf der Chipoberfläche vorhanden kann die konz. Ammoniaklösung gegen konz. Salzsäure ersetzt werden. die Aktivierung erfolgt dann bei Raumtemperatur für 10 min. Anschließend werden die Chips gründlich mit dest. Wasser gewaschen, um alle Reste der Aktivierungslösung zu entfernen, und für 10 min bei 80°C getrocknet. Zur Weiterverarbeitung sollten die Chips absolut trocken sein.to Cleaning becomes chip substrates with microstructured electrode arrangements every 10 minutes cleaned in acetone, ethanol and water. The activation the surfaces done for one hour at 70 ° C in a solution from conc. Ammonia solution: hydrogen peroxide: Water in proportion 1: 1: 1 (v / v / v). Are not gold or other metallic structures on the chip surface the conc. Ammonia solution against conc. Hydrochloric acid replaced become. the activation then takes place at room temperature for 10 min. Subsequently be the chips thoroughly with dist. Washed water to remove any remains of the activating solution remove, and for 10 min at 80 ° C dried. For further processing, the chips should be absolutely dry be.
Die Modifizierung der Oberfläche der Chips erfolgt in einer 10 mM Glycidoxypropyltrimethoxysilanlösung in trockenem Toluol. Die Inkubation sollte mindestens 4 Stunden bei 70°C betragen. Danach werden die Chips für jeweils 2 × 5 min. gründlich in Toluol, Ethanol und abschließend in Wasser gespült.The Modification of the surface The chips are in a 10 mM Glycidoxypropyltrimethoxysilanlösung in dry toluene. The incubation should be at least 4 hours at 70 ° C. After that, the chips for each 2 × 5 minute thoroughly in toluene, ethanol and finally rinsed in water.
Zur Immobilisation auf den modifizierten Chipoberflächen sollte die Konzentration der 3' oder 5'aminomodifizierten Oligonucleotide zwischen 5 und 50μM, in 0,1 M Kaliumhydroxidlösung, liegen. Die so vorbereiteten Oligolösungen werden nun im angestrebten Muster auf die Chips aufgetragen und für mindestens 4 Stunden bei 37°C in einer Feuchtkammer inkubiert und anschließend bei 80°C eingetrocknet. Die Chips werden nun gewaschen um ungebundene Oligonucleotide zu entfernen, und die Oberfläche außerdem geblockt, um eine weitere Bindung von Molekülen zu verhindern. Die Waschschritte und -lösungen sind Folgende:
- – 5 min in 0,1 % Triton X-100
- – 2 × 2 min in HCl pH 4
- – 10 min in 100mM KCl
- – 1 min in dest. Wasser
- – 15 min 50mM Ethanolamin 0,1 % SDS in 0,1 M Tris, pH 9,0
- – 1 min in dest. Wasser
- - 5 min in 0.1% Triton X-100
- - 2 × 2 min in HCl pH 4
- - 10 min in 100 mM KCl
- - 1 min in dist. water
- - 15 min 50mM ethanolamine 0.1% SDS in 0.1M Tris, pH 9.0
- - 1 min in dist. water
Danach werden die Chips unter einem Stickstoffstrom getrocknet.After that The chips are dried under a stream of nitrogen.
Die Inkubation mit der Thrombin Lösung erfolgt bei Raumtemperatur in einer Feuchtkammer für 2 Stunden. Die bisher nachgewiesenen Thrombinkonzentrationen reichen von 1 μg/ml bis 0,1 ng/ml in PBS pH 7,4. Die Chips werden dann 5 min in PBS pH 7,4, 0,03 % Tween 20 und 2 × 5 min in PBS pH 7,4 gewaschen und unter Stickstoff getrocknet. Nun werden die Chips mit negativ geladenem Gold-Sol bedeckt und für mindestens 2 Stunden inkubiert. Anschließend werden die Chips kurz mit dest. Wasser gespült und unter Stickstoff getrocknet.The Incubation with the thrombin solution takes place at room temperature in a humid chamber for 2 hours. The previously detected thrombin concentrations range from 1 μg / ml to 0.1 ng / ml in PBS pH 7.4. The chips are then incubated for 5 min in PBS pH 7.4, 0.03% Tween 20 and 2 x 5 Washed in PBS pH 7.4 min and dried under nitrogen. Now the chips are covered with negatively charged gold sol and for at least Incubated for 2 hours. Subsequently the chips are briefly dest. Rinsed in water and dried under nitrogen.
Zur Silberverstärkung werden 80 mg Silberacetat in 40 ml dest. Wasser und 200 mg Hydrochinon in Citratpuffer pH 3,8 gelöst. Nun werden beide Lösungen 1:1 gemischt und die Chips in diese Lösung getaucht und für max. 10 min in dieser Lösung unter Lichtabschluß gelassen. Die Reaktion wird durch Waschen mit dest. Wasser gestoppt. Der Silberverstärkungschritt kann so oft wiederholt werden bis die abgeschiedene Silberschicht für einen elektrischen Nachweis ausreicht. Dieser erfolgt auf Chipsubstraten entweder mit Messspitzen oder in einem Auslesegerät.to silver enhancement 80 mg of silver acetate in 40 ml of dist. Water and 200 mg of hydroquinone in Citrate buffer pH 3.8 dissolved. Now both solutions Mixed 1: 1 and the chips dipped in this solution and for max. 10 min in this solution left under light. The reaction is washed by washing with dist. Water stopped. The silver reinforcement step can be repeated as many times as the deposited silver layer for one electrical proof is sufficient. This takes place on chip substrates either with measuring tips or in a reader.
2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment
PNA (Peptide nucleic acid)-DNAPNA (Peptide nucleic acid) DNA
Zur Reinigung werden die Chipsubstrate jeweils 10 min. in Aceton, Ethanol und Wasser gereinigt. Die Aktivierung der Oberflächen erfolgt für eine Stunde bei 70°C in einer Lösung aus konz. Ammoniaklösung: Wasserstoffperoxid: Wasser im Verhältnis 1:1:1 (v/v/v). Sind keine Gold- oder andere metallische Strukturen auf der Chipoberfläche vorhanden kann die konz. Ammoniaklösung gegen konz. Salzsäure ersetzt werden. die Aktivierung erfolgt dann bei Raumtemperatur für 10 min.. Anschließend werden die Chips gründlich mit dest. Wasser gewaschen, um alle Reste der Aktivierungslösung zu entfernen, und für 10 min bei 80°C getrocknet. Zur Weiterverarbeitung sollten die Chips absolut trocken sein.to Cleaning the chips substrates each 10 min. in acetone, ethanol and water cleaned. The activation of the surfaces takes place for one hour at 70 ° C in a solution from conc. Ammonia solution: Hydrogen peroxide: water in the ratio 1: 1: 1 (v / v / v). Are not Gold or other metallic structures may be present on the chip surface the conc. ammonia solution against conc. hydrochloric acid be replaced. activation then takes place at room temperature for 10 min .. then be the chips thoroughly with dist. Washed water to remove any remains of the activating solution remove, and for 10 min at 80 ° C dried. For further processing, the chips should be absolutely dry be.
Die Modifizierung der Oberfläche der Chips erfolgt in einer 10 mM Glycidoxypropyltrimethoxysilanlösung in trockenem Toluol. Die Inkubation sollte mindestens 4 Stunden bei 70°C betragen. Danach werden die Chips für jeweils 2 × 5 min. gründlich in Toluol, Ethanol und abschließend in Wasser gespült.The Modification of the surface The chips are in a 10 mM Glycidoxypropyltrimethoxysilanlösung in dry toluene. The incubation should be at least 4 hours at 70 ° C. After that, the chips for each 2 × 5 minute thoroughly in toluene, ethanol and finally rinsed in water.
Zur Immobilisation auf den modifizierten Chipoberflächen sollte die Konzentration der 3' oder 5'aminomodifizierten PNA zwischen 5 und 50μM, in 0,1M Kaliumhydroxidlösung, liegen. Die so vorbereiteten PNAlösungen werden nun im angestrebten Muster auf die Chips aufgetragen und für mindestens 4 Stunden bei 37°C in einer Feuchtkammer inkubiert und anschließend bei 80°C eingetrocknet. Die Chips werden nun gewaschen um ungebundene PNA zu entfernen, und die Oberfläche außerdem geblockt, um eine weitere Bindung von Molekülen zu verhindern. Die Waschschritte und -lösungen sindto Immobilization on the modified chip surfaces should increase the concentration the 3 'or 5'aminomodified PNA between 5 and 50μM, in 0.1M potassium hydroxide solution, lie. The prepared PNA solutions are now in the desired pattern applied to the chips and for at least 4 hours at 37 ° C incubated in a humid chamber and then dried at 80 ° C. The chips will be now washed to remove unbound PNA, and the surface also blocked to another bond of molecules to prevent. The washing steps and solutions are
- – 5 min in 0,1 % Triton X-100- 5 in 0.1% Triton X-100
- – 2 × 2min in HCl pH 4- 2 × 2min in HCl pH 4
- – 10 min in 100mM KCl- 10 min in 100mM KCl
- – 1 min in dest. Wasser- 1 min in at least. water
- – 15 min 50mM Ethanolamin 0,1 % SDS in 0,1 M Tris, pH 9,0- 15 min 50mM ethanolamine 0.1% SDS in 0.1M Tris, pH 9.0
- – 1 min in dest. Wasser- 1 min in at least. water
Danach werden die Chips unter einem Stickstoffstrom getrocknet.After that The chips are dried under a stream of nitrogen.
Die Chips werden nun in einer Feuchtkammer bei 40°C für mindestens 2 Stunden mit der DNA-Lösung inkubiert und anschließend mit Puffer gewaschen. Nun werden die Chips mit positiv geladenem Gold-Sol bedeckt und für mindestens 2 Stunden inkubiert. Anschließend werden die Chips kurz mit dest. Wasser gespült und unter Stickstoff getrocknet. Zur Silberverstärkung werden 80 mg Silberacetat in 40 ml dest. Wasser und 200 mg Hydrochinon in Citratpuffer pH 3,8 gelöst. Nun werden bide Lösungen 1:1 gemischt und die Chips in diese Lösung getaucht und für max. 10 min in dieser Lösung unter Lichtabschluß gelassen. Die Reaktion wird durch waschen mit dest. Wasser gestoppt. der Silberverstärkungschritt kann so oft wiederholt werden bis die abgeschiedene Silberschicht für einen elektrischen Nachweis ausreicht.The Chips are now in a humid chamber at 40 ° C for at least 2 hours the DNA solution incubated and then washed with buffer. Now the chips are positively charged Gold sol covered and for incubated for at least 2 hours. Subsequently, the chips are briefly with least. Water rinsed and dried under nitrogen. The silver gain is 80 mg of silver acetate in 40 ml dist. Water and 200 mg of hydroquinone in citrate buffer pH 3.8 solved. Now bide solutions Mixed 1: 1 and the chips dipped in this solution and for max. 10 min in this solution left under light. The reaction is washed by dest. Water stopped. the silver reinforcement step can be repeated as many times as the deposited silver layer for one electrical proof is sufficient.
Dieser erfolgt auf Chipsubstraten entweder mit Messspitzen oder in einem Auslesegerät.This takes place on chip substrates either with measuring tips or in one Reader.
- 11
- planaren Substratplanar substratum
- 22
- Bindungspartnerbinding partners
- 33
- Nachweisfelderdetecting patches
- 44
- Analytanalyte
- 55
- Markierungssubstratmarking substrate
- 66
- Elektrodenelectrodes
Claims (8)
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