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EP1221340A1 - Verfahren und modulare Vorrichtung zum Nachweis oder zur Quantifizierung von Molekülen oder Strukturen - Google Patents

Verfahren und modulare Vorrichtung zum Nachweis oder zur Quantifizierung von Molekülen oder Strukturen Download PDF

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Publication number
EP1221340A1
EP1221340A1 EP01100287A EP01100287A EP1221340A1 EP 1221340 A1 EP1221340 A1 EP 1221340A1 EP 01100287 A EP01100287 A EP 01100287A EP 01100287 A EP01100287 A EP 01100287A EP 1221340 A1 EP1221340 A1 EP 1221340A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sample
molecules
tube
test
radius
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01100287A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Dr. Schwertner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schwertner Heiko Dr
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to EP01100287A priority Critical patent/EP1221340A1/de
Publication of EP1221340A1 publication Critical patent/EP1221340A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/028—Modular arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01L2300/0832—Geometry, shape and general structure cylindrical, tube shaped
    • B01L2300/0838—Capillaries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087—Multiple sequential chambers
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0677—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5021—Test tubes specially adapted for centrifugation purposes

Definitions

  • the rapid determination or analysis of molecules or structures is many Areas such as medicine, biotechnology, food industry or forensics an important part of the control, quality assurance or treatment of Human and animal.
  • chromatographic methods e.g. TLC, HPLC, FPLC, GC, CE or column chromatography. These are through immunological (e.g. ELISA, EIA, FIA, RIA etc.) or molecular biological methods (e.g. PCR, primer hybridization) added. A molecule is detected by means of Dye reaction or its physical properties, such as light absorption properties, magnetic or electrochemical properties.
  • OTC tests e.g. pregnancy tests, drug tests
  • strip tests e.g. pH or nickel determination
  • the invention of the universal modular rapid test method on which this patent is based must therefore be adaptable to a variety of different parameters be operated with a large number of sample material and lead to the result without or with little technical equipment. additionally
  • the rapid test procedure should be designed uniformly so that the layperson can use the system only has to learn once and can then use it safely. The expert should be informed about the diverse adaptability of the system and this on can apply a variety of diagnostic parameters so that it can be used in emergencies or difficult situations the system can use or as an upstream test system for screening or screening.
  • test system is intended for a wide variety of areas in which a fast analytics that do not require tools can be used; for example at Food, in human medicine, biotechnology, in forensic analysis in in veterinary medicine or in microbiological processes.
  • the object is achieved by a device which in principle consists of different devices mutually compatible modules solved.
  • the basic module is a tube with an internal flow layer that is also separate can be used and which differ in at least two of each other Zones or areas is divided.
  • the tube is in at least one or more Divide areas that should perform independent tasks.
  • she can consist of different materials, e.g. made of glass, metal, plastic, Ceramics or biopolymers as well as combinations of the materials mentioned. The choice depends on the intended use. By default used a translucent plastic tube.
  • the carrier tube can be designed in various cross-sectional shapes and sizes become. Round, hexagonal and triangular cross-section types have proven particularly useful.
  • the carrier tube material can be made of various materials such as plastic, Glass, quartz, metal or polymers can be produced. Tried and tested have clear and transparent materials here; for example plastics, glass and quartz, since here an evaluation of the test with the help of the human eye is possible. Execution with composite materials is also possible without further ado. Furthermore, an increase in sensitivity by optical detection using fluorine essence, UV or chemical essence can be achieved.
  • a defined volume of fluid can be created as a result of the capillary forces, which depending on the radius and the Test tube material is taken up by simply immersing it in the sample to be tested become. This gives the analyst a defined starting volume that he can refer to in later calculations.
  • the sample ante serves for Recording by simply immersing or inserting it into the sample starting material.
  • the filters serve as a cleaning stage, but can also be coated with chemically active substances or biomolecules as an analytically active zone can be designed, for example, by coupling antibodies to disruptive Substances are removed.
  • the filters can be in cross section, shape, material and Layer can be designed variable.
  • the space between the filters can be filled with different materials, e.g. C18 material, gel or activated carbon. These can be like activated carbon or C18 materials absorb whole groups of substances to undesirable chemical groups to remove from the liquid sample.
  • the test strip base serves as a support for the functional areas and the starting point or derivatization point.
  • the shape is adapted to the test system tube, however planar, curved or kinked.
  • the test strip base can be in different materials, such as plastic, glass, quartz, metal or Polymers. Clear and transparent materials such as Plastic, glass and quartz, since here an evaluation of the test with the help of human Eye is possible. A version with composite materials is also straightforward possible.
  • the functional surfaces are used to hold substances or molecules that are used for Analysis, such as Capture antibodies or small molecules such as Biotin and avidin.
  • the functional surfaces can also be cut out attached to the test carrier base.
  • the functional areas can be in different Materials are made, such as plastic, glass, quartz, metal or polymers. Clear and transparent materials such as plastics, Glass and quartz. A design with composite materials is also straightforward possible.
  • This embodiment variant enables detection by spectroscopic Methods such as UV, IR, laser, visible light, fluorescence or other processes possible.
  • the test strip base is also without the Carrier tube can be used.
  • the test strip base can be used for documentation purposes or serve to further check the result, as well as in further investigations be used.
  • the carrier tube can be designed in various cross-sectional shapes and sizes become. Round, hexagonal and triangular cross-section types have proven particularly useful.
  • the carrier tube material can be made from various materials such as plastic, glass, quartz, metals or polymers. Tried and tested have clear and translucent materials such as plastics, glass and quartz, because here an evaluation of the test with the help of the human eye is possible. Also execution with composite materials is easily possible.
  • the carrier cup is designed so that it is able to test the test system tube in different Hold positions.
  • the closure is usually designed as a twist or clip closure and is Compatible with the closure of the test system tube and / or the encasing tube. This means that sample preparation can be carried out internally and externally.
  • the in Containers inside can be made of fragile material such as glass, Plastic or sponges. Instead of the containers, gels can also be used under pressure, friction, heating, light or electrical Electricity release their ingredients or liquefy. additional fragile containers and / or gels allow the ingredients to be gradually released.
  • the sponge is used to catch excess liquid material while the laser diode, the optical sensor, the conductor tracks etc. form the measuring system.
  • FIG. 008 A compilation of an overall test system using the example of a simple application is shown in FIG. 008. This consists of the basic elements or parts of these described above. A brief description is given in the following table (Tab.002):
  • the so-called start area (Stb) on which the substance to be detected is covalent has been bound, the detection antibody (NAK) is added, so that saturation the substance takes place.
  • particles e.g. gold
  • dyes on the NAK e.g. fluorescein
  • the free substance binds the sample competitively to the detection antibody.
  • the solution, which now contains substance-NAK is generated by means of these capillary forces or Flow forces passed over a capture area (ca).
  • an antibody is used as a positive control given species deviating from the NAK. This migrates with the sample liquid as well as free okadaic acid of the sample on a control layer (KS), on which there is are also covalently bound antibodies that have an affinity for the Fc part own the KAK.
  • KS control layer
  • a multiple parameter system can be developed from this two-parameter system by adding the different NAK to the dye or particle have a further defined binding site for a specific capture antibody (sFAK). These would be bound to separate areas and allow so the determination of several parameters in the sample.
  • sFAK specific capture antibody

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Abstract

1. Titel Verfahren und modulare Vorrichtung zur Herstellung und Durchführung eines universellen Schnelltestverfahrens zum Nachweis oder zur Quantifizierung von Molekülen oder Strukturen. 2.1 Zielsetzung Ziel der vorgestellten Erfindung ist es, ein universelles Schnelltestsystems zu beschreiben, mit dem man in der Lage ist, ohne weitere technische Hilfsmittel eine Analyse, auch mehrerer Parameter, durchzuführen und einfacherweise bestehende Testverfahren wie ELISA-Verfahren zu adaptieren. 2.2 Lösung des Problems Entsprechend der Erfindung wird das Problem durch ein modulares Testsystem, bestehend aus Testträgerröhre, Fliessträger, Schutzhülle und Entnahmehilfe gelöst, mit dem eine komplette Probenvorbereitung, Chromatographie und Analyse auch ohne weitere oder nur mit einfachen technischen Hilfsmitteln ausgeführt werden kann. 2.3 Anwendungsgebiete Die erfindungsgemäße Anwendung des modularen Testsystems kann in der Lebensmittelüberwachung, der Toxikologie, in der medizinischen Diagnostik, der Forensik, der Molekularbiologie oder weiteren Gebieten stattfinden. Wesentliches Merkmal ist die Möglichkeit, bestehende Testkits aus der Forschung oder der Industrie ohne große Probleme auf das Testsystems zu adaptieren. <IMAGE>

Description

Hintergrund der Erfindung
Die schnelle Bestimmung bzw. Analyse von Molekülen oder Strukturen ist in vielen Bereichen wie der Medizin, Biotechnologie, Lebensmittelindustrie oder der Forensik ein wichtiger Bestandteil der Kontrolle, Qualitätssicherung oder der Behandlung von Mensch und Tier.
Die Vielzahl der verschiedenen Parameter und der Bestimmungsmethoden oder - verfahren macht es notwendig, Spezialisten mit teuerer und komplizierter Ausrüstung für diesen Bereich einzusetzen. Diese Fachpersonen sind sowohl für die Durchführung der Bestimmungen als auch für die Interpretation der Resultate oder Messergebnisse verantwortlich.
Solche Spezialisten sind jedoch für die große Anzahl von notwendigen Bestimmungen, für die Kontrolle, Qualitätssicherung oder bei Behandlung von Menschen etc. in zu geringer Zahl vorhanden. Hochproblematisch wird diese Situation in der Notfallanalytik, bei der Kontrolle unter schwierigen Bedingungen, bei der Bestimmung einer großen Anzahl von Proben (z.B. im Falle BSE) oder in der vor Ort Überprüfung von Materialien wie Lebensmitteln, Zellkulturen, Blut, Urin etc..
Daher ist es wünschenswert, die Zahl der Untersuchungen auf ein Minimum von kritischen Proben herabzusetzen. Dies kann nur mit einem universellen Testsystem gelingen, welches vom Laien oder dem Spezialisten Vorort, ohne dass dieser die technischen Hilfsmittel eines Labors zur Verfügung hat, durchgeführt werden kann.
Gegenstand dieser Patentbeschreibung ist die Darstellung eines derartigen universellen Testsystems, das in der Lage ist, Nachweise und/oder Quantifizierungen von Molekülen oder Strukturen zu erbringen.
Stand der Technik
Es ist eine Vielzahl verschiedener chromatographischer Verfahren bekannt, wie z.B. DC, HPLC, FPLC, GC, CE oder Säulenchromatographie. Diese werden durch Immunologische (z.B. ELISA, EIA, FIA, RIA etc.) oder molekularbiologische Verfahren (z.B. PCR, Primer Hybridisierung) ergänzt. Die Detektion eines Moleküls erfolgt mittels Farbstoffreaktion oder dessen physikalischen Eigenschaften, wie Lichtabsorbtionseigenschaften, magnetischen - oder elektrochemischen Eigenschaften.
Alle diese Techniken benötigen komplizierte und meist auch teure Ausrüstung, die zudem nur durch Spezialisten bedienbar ist. Hinzu kommt häufig die Notwendigkeit von besonders ausgestatten Räumlichkeiten.
Die sogenannten OTC-Tests (z.B. Schwangerschaftstests, Drogentests) oder auch die Streifentests (z.B. pH-Wert- oder Nickelbestimmung) machen hier eine Ausnahme. Sie sind extrem einfach in der Anwendung und benötigen kein Messgerät zur Auswertung. Der Laie als auch der Fachmann, kann mit Hilfe dieser Tests verwertbare Ergebnisse erzielen und so vor Ort eine Kontrolle bzw. Analyse und damit eine
Entscheidung herbeiführen.
Alle diese Testformen stellen jedoch kein universelles Testsystem dar, obwohl einzelne Eigenschaften, wie z.B. die einfache Durchführung, kein oder wenig Bedarf an technischer Ausrüstung, eindeutige Bestimmbarkeit des Parameters oder sogar Quantifizierbarkeit erfüllt werden.
Allerdings sind diese Testformen nur für jeweils einen Parameter oder eine Probenart zu verwenden. So kann der Schwangerschaftstest nur mit Urin betrieben werden; Drogenschnelltests können zwar mehrere Parameter bestimmten, diese jedoch nur aus Urin, nicht aber aus Blut. Streifentests zur Nickelbestimmung können nicht den Nickelgehalt aus Lebensmitteln oder gar Blut bestimmen. Auch eine parallele Bestimmung von verschiedenen Metallionen ist nicht möglich.
Vorteile der Erfindung
Das universelle Testsystem hat nach der erfindungsgemäßen Nutzung eine Vielzahl von Vorteilen:
  • Es können verschiedene Probenmaterialien verwendet werden wie Urin, Vollblut, Serum, Liquor, Zellsuspensionen, Gewebebioptate oder Bodenproben.
  • Es können einzelne oder eine Vielzahl von Molekülen (Parametern) oder Strukturen bestimmt werden.
  • Komplexe Gemische können aufgetrennt werden.
  • Proben können aufsteigend, absteigend, horizontal oder in einem beliebigen Winkel betrieben werden.
  • Eine Bestimmung kann quantitativ, semiquantitativ oder binär (ja/nein Antwort) durchgeführt werden.
  • Die Abarbeitung eines Tests kann unter hygienischen Bedingungen durchgeführt werden.
  • Die Entsorgung nach der Abarbeitung, sowohl der Probe und des Testsystems, kann ohne Gefährdung für andere nach den allgemeinen Vorschriften erfolgen.
  • Eine Probenvorbereitung kann integriert oder vorgeschaltet werden.
Durch die oben aufgeführten Vorteile ist es möglich, bestehende Testsysteme wie ELISA-Tests, FIA etc. auf dieses System ohne große Probleme zu adaptieren. Auch eine nachträgliche Steigerung der Sensitivität durch optische Detektion mittels Fluoressenz, UV oder Chemilummessenz ist möglich.
Ziel der Erfindung
Ziel der in dieser Patentschrift vorgestellten Erfindung eines universellen Schnelltestsystems ist es, die bestehenden Nachteile der zur Zeit vorherrschenden Verfahren zu vermeiden.
Keiner der derzeit auf dem Markt verfügbaren Schnelltests besitzt eine derart vielfältige Anwendungsmöglichkeit und erlaubt so eine faktisch unbeschränkte Anwendbarkeit auf verschiedene analytische Situationen. Außerdem sind die derzeitigen Tests keine universellen Testsysteme, sondern Einzelentwicklungen für die jeweilige Situation und abgestimmt auf den speziellen Parameter. Ein wesentliches Ziel der Erfindung ist es, mit einem modularen und universellen Schnelltestsystem in kurzer Zeit Tests für diverse Parameter zu entwickeln, oder auf bestehende ELISA-Tests und andere Tests adaptieren zu können.
Die diesem Patent zugrunde liegende Erfindung des universellen modularen Schnelltestverfahrens, muss deshalb für eine Vielzahl von verschiedenen Parametern adaptierbar sein, mit einer großen Anzahl von Probenmaterial betrieben werden können und ohne bzw. mit geringer technischer Ausrüstung zum Ergebnis führen. Zusätzlich sollte das Schnelltestverfahren einheitlich gestaltet sein, damit der Laie das System nur einmal erlernen muss und anschließend sicher anwenden kann. Der Fachmann sollte über die vielfältige Adaptierbarkeit des Systems informiert sein und dieses auf eine Vielzahl von diagnostischen Parametern anwenden können, so dass er in Notfällen oder schwierigen Lagen das System nutzen kann oder als vorgeschaltetes Testsystem zur Durchmusterung bzw. Screening zur Anwendung bringt.
Ferner soll das Testsystem für die verschiedensten Bereiche, in denen eine schnelle auf Hilfsmittel verzichtende Analytik notwendig ist, einsetzbar sein; beispielsweise bei Lebensmitteln, in der Humanmedizin, Biotechnologie, in der forensischen Analytik in der Veterinärmedizin oder bei mikrobiologischen Verfahren.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, die prinzipiell aus verschiedenen untereinander kompatiblen Modulen gelöst.
Das Basismodul ist eine Röhre mit einer innenliegenden Fließschicht, die auch separat genutzt werden kann und welche in mindestens zwei von einander verschiednen Zonen bzw. Bereichen unterteilt ist. Die Röhre ist in mindestens einem oder mehreren Bereiche aufgeteilt, welche voneinander unabhängige Aufgaben erfüllen sollen. Sie kann aus den verschiedensten Materialien bestehen, z.B. aus Glas, Metall, Kunststoff, Keramik oder Biopolymeren sowie aus Kombinationen aus den genannten Materialien. Die Wahl ist abhängig von der vorgesehenen Nutzung. Standardmäßig wird eine lichtdurchlässige Kunststoffröhre verwendet.
In der Fig. 001 ist der Aufbau einer Testsystemröhre dargestellt. Diese dient als Träger zur Aufnahme von verschieden Bereichen, die für die den Nachweis des gewünschten Parameters benötigt werden:
  • 1. Röhre
  • 2. oberer Innenraum
  • 3. Verschluss
  • 4. Verengung
  • 5. Abstandshalter
  • 6. Filter
  • 7. Filter
  • 8. Öffnung
  • 9. Schraubdeckel
  • 10. Probenvorraum
    • Die Trägerröhre kann in verschiedenen Querschnittsformen und -größen ausgeführt werden. Besonders bewährt haben sich runde, sechseckige und dreieckige Querschnittstypen. Das Trägerröhrenmaterial kann aus verschiedenen Stoffen wie Kunststoff, Glas, Quarz, Metall oder Polymeren hergestellt werden. Besonders bewährt haben sich hier klare und durchsichtige Materialien; beispielsweise Kunststoffe, Glas und Quarz, da hier eine Auswertung des Tests mit Hilfe des menschlichen Auges möglich ist. Auch eine Ausführung mit Verbundwerkstoffen ist ohne weiteres möglich. Ferner kann eine Steigerung der Sensitivität durch optische Detektion mittels Fluoressenz, UV oder Chemilummessenz erzielt werden.
    Durch die Verengung an einem Ende der Teströhre, kann ein definiertes Flüssigkeitsvolumen als Folge der Kapillarkräfte, welche u.a. abhängig vom Radius und dem Teströhrenmaterial sind, durch einfaches Eintauchen in die zu testende Probe aufgenommen werden. Damit erhält der Analytiker ein definiertes Ausgangvolumen, auf das er sich bei späteren Berechnungen beziehen kann. Der Probenvorraum dient zur Aufnahme durch einfaches Eintauchen oder Einstecken in das Probenausgangmaterial.
    Die Filter dienen als Reinigungsstufe, können aber auch durch Beschichtung mit chemisch aktiven Substanzen oder Biomolekülen als eine analytisch aktive Zone ausgestaltet werden, beispielsweise können durch Kopplung von Antikörpern störende Substanzen entfernt werden. Die Filter können in Querschnitt, Form, Material und Schicht variabel ausgestaltet werden.
    Der Raum zwischen den Filtern kann mit verschiedenen Materialien gefüllt werden, z.B. C18-Material, Gel oder Aktivkohle. Diese können wie Aktivkohle oder C18-Materialien ganze Stoffgruppen absorbieren, um unerwünschte chemische Stoffgruppen aus der flüssigen Probe zu entfernen.
    Im oberen Innenraum befindet sich der sogenannte Teststreifen, der in folgende Abschnitten aufgeteilt ist (Fig.002):
  • 1. Teststreifenbasis
  • 2. Funktionsflächen
  • 3. Vorlauffläche
  • 4. Startpunkt und/oder Derivatisierungspunkt
  • 5. Abstandshalter oder Aufnehmer
    • Die Teststreifenbasis dient als Träger der Funktionsflächen und des Startpunktes bzw. Derivatisierungspunktes. Die Form ist der Testsystemröhre angepasst kann jedoch planar, gebogen oder geknickt ausgeführt werden. Die Teststreifenbasis kann in verschieden Materialien ausgeführt werden, wie Kunststoff, Glas, Quarz, Metall oder Polymeren. Besonders bewährt haben sich klare und durchsichtige Materialien wie Kunststoff, Glas und Quarz, da hier eine Auswertung des Tests mit Hilfe des menschlichen Auges möglich ist. Auch eine Ausführung mit Verbundwerkstoffen ist ohne weiteres möglich.
    Die Funktionsflächen dienen zur Aufnahme von Substanzen oder Molekülen die zur Analyse benötigt werden, wie z.B. Fang-Antikörper oder kleine Moleküle wie beispielsweise Biotin und Avidin. Die Funktionsflächen können auch auf Aussparungen in der Testträgerbasis befestigt werden. Die Funktionsflächen können in verschieden Materialien ausgeführt werden, wie Kunststoff, Glas, Quarz, Metall oder Polymeren. Besonders bewährt haben sich klare und durchsichtige Materialien wie Kunststoffe, Glas und Quarz. Eine Ausführung mit Verbundwerkstoffen ist ebenfalls ohne weiteres möglich. Mittels dieser Ausführungsvariante ist eine Detektion durch spektroskopische Methoden wie UV, IR, Laser, sichtbares Licht, Fluoreszenz oder andere Verfahren möglich. In allen Ausführungsvarianten ist die Teststreifenbasis auch ohne die Trägerröhre verwendbar. Die Teststreifenbasis kann zu Dokumentationszwecken oder zur weiteren Überprüfung des Ergebnisses dienen, als auch bei weitern Untersuchungen verwendet werden.
    Das Modul (Fig.003) Umhüllungsröhre dient der Aufnahme der Trägerröhre samt Teststreifenbasis oder der separaten Teststreifenbasis. Es besteht aus folgenden grundlegenden Elementen:
  • 1. Umhüllungsröhre
  • 2. Trägerbecher
  • 3. Verschluss
  • 4. Innenraum
    • Die Trägerröhre kann in verschiedenen Querschnittsformen und -größen ausgeführt werden. Besonders bewährt haben sich runde, sechseckige und dreieckige Querschnittstypen. Das Trägerröhrenmaterial kann aus verschiedenen Stoffen hergestellt werden, wie Kunststoff, Glas, Quarz, Metalle oder Polymeren. Besonders bewährt haben sich klare und durchsichtige Materialien wie Kunststoffe, Glas und Quarz, da hier eine Auswertung des Tests mit Hilfe des menschlichen Auges möglich ist. Auch eine Ausführung mit Verbundwerkstoffen ist ohne weiteres möglich. Der Trägerbecher ist so ausgestaltet, dass er in der Lage ist, die Testsystemröhre in verschiedenen Positionen festzuhalten.
    Die Umhüllungsröhre erfüllt mehrere Funktionen:
    • Halterung der Testsystemröhre in verschiedenen Positionen (horizontal, vertikal oder in verschiedenen Winkeln)
    • Hygienische Umhüllung zum Schutz der Anwender
    • Aufbewahrungsbehälter (vor und/oder nach Gebrauch des Testsystems)
    • Behältnis zum Entsorgen
    Das Modul interne oder externe Probenvorbereitung (Fig.004) ist aus folgenden grundlegenden Elementen aufgebaut:
  • 1. Verschluss
  • 2. Behältnisse oder Gele
  • 3. Röhre
  • 4. Innenraum
    • Der Verschluss ist im Normalfall als Dreh- oder Klippverschluss ausgeführt und ist kompatibel zum Verschluss der Testsystemröhre und/oder der Umhüllungsröhre. Damit kann die Probenvorbereitung intern und extern durchgeführt werden. Die im Innenraum liegenden Behältnisse können aus zerbrechlichem Material wie Glas, Kunststoff oder Schwämmen ausgeführt sein. Statt der Behältnisse können auch Gele verwendet werden, welche unter Druck, Reibung, Erwärmung, Licht oder elektrischem Strom ihre Inhaltsstoffe freigeben oder sich verflüssigen. Zusätzliche zerbrechliche Behälter und/oder Gele erlauben es, schrittweise die Inhaltsstoffe freizugeben.
    Die interne oder externe Probenvorbereitung erfüllt mehrere Funktionen:
    • Probenvorbereitung wie z.B. Sterilisierung, Zerkleinerung, Extraktion, Verdauung, Derivatisierung, Markierung
    • Sicherung von zusätzlichem Probenmaterial
    • Hygieneschutz der Anwender
    • Verlängerung der Haltbarkeit
    Fig.005 zeigt das Modul Spritzenentnahme, welches aus folgenden grundlegenden Elementen besteht:
  • 1. Stempel
  • 2. Röhre
  • 3. Dreh- oder Klickverbindung
  • 4. Stempeldichtung
  • 5. Trägerröhre für die Aufnahme der Teststreifenbasis
  • 6. Dreh- oder Klickspitze
  • 7. Spitzen verschiedener Durchmesser
  • 8. Dreh- oder Klickverbindung
  • 9. Vorraum
  • 10. Ventile
  • 11.Abflusskanal
    • Das Modul Spritzenentnahme hat mehrere Funktionen; die wesentliche besteht in der Aufnahme und/oder Entnahme von flüssigem Probenmaterial wie Serum, Urin, Blut, Liquor, toxikologisch bedenklichen und/oder infektiösen Proben. Weitere Funktionen sind:
    • Probenvorbereitung
    • Probenaliquotierung (über Ventilabnahme) zur Lagerung oder getrennter Weiterverarbeitung
    • Sterile Aufnahme und Abgabe von flüssigem Material
    Eine Quantifizierung durch optische oder spektroskopische Messung ist in der Figur 006 am Beispiel von Laserdioden dargestellt. Hier wird die Teststreifenbasis mittels einer Laserdiode durchstrahlt und die optische Veränderung eines auf der Gegenseite liegenden Sensors ermittelt. Daraus lässt sich mit einfachen mathematischen Berechnungen eine Konzentration ermitteln, sofern die Basisparameter bekannt sind. Die Funktionsflächen sind, wie schon zuvor erläutert, aus optisch durchleuchtbarem Material gefertigt, so dass eine Messung möglich ist. Diese Materialien können gefertigt werden. aus farblosen oder gefärbten Polymeren, Glas, Quarz, Gelen oder einer Vielzahl anderer Stoffe. Damit können die optischen Eigenschaften optimal an das analytische Problem angepasst werden. In der Fig. 006 ist ein grundlegender Aufbau dargestellt, der aus folgenden Elementen zusammengesetzt ist:
  • 1. Schwamm
  • 2. Laserdiode
  • 3. Leiternetzwerk
  • 4. Laserdiodenset
  • 5. Fangschicht
  • 6. Optischer Sensor
  • 7. Leiternetzwerk
  • 8. Analysenröhre
    • Der Schwamm dient zum Auffangen von überschüssigem Flüssigkeitsmaterial, während die Laserdiode, der optische Sensor, die Leiterbahnen etc. das Messsystem bilden.
    Alle Module oder deren Zusammenstellungen erlauben verschiedene Laufrichtungen, welche in der Fig.007 dargestellt sind. Diese Möglichkeiten sind sehr wichtig für die universelle Anpassungsfähigkeit und Adaptierbarkeit, da insbesondere auf die unterschiedlichen Viskositäten von Flüssigkeiten Rücksicht genommen werden muss und Verweilzeiten über die Laufrichtung beeinflusst werden können. Im folgenden werden die wichtigsten Laufrichtungen tabellarisch (Tab.001) erläutert:
    Figure 00090001
    Eine Zusammenstellung eines Gesamttestsystem am Beispiel einer einfachen Anwendung ist in Fig. 008 dargestellt. Dies besteht aus den zuvor beschrieben Grundelementen bzw. Teilen von diesen. Eine kurze Beschreibung ist in der folgenden Tabelle (Tab.002) aufgeführt:
    Figure 00100001
    Für ein solches Gesamtsystem wie es in Fig. 008 dargestellt ist, sind eine Reihe von Validierungen notwendig:
    • Probenvorbereitung (Verdünnungen, Inhaltsstoffe etc.)
    • Laufstreckenmaterial (Wechselwirkungen zwischen Probe / Material und daraus resultierende Fließeigenschaften)
    • Filterschicht (insbesondere deren Durchlässigkeit und Absorbtionseigenschaften)
    • Methode der kovalenten Bindung von Substanzen auf den Fangschichten
    • Aufbau des Funktionsbereiches (Zusatz von Reaktionsstoffen wie Enzymen, Farbstoffen, chemischen Reagenzien oder Partikeln)
    • Haltbarkeiten der Einzelkomponenten und des Gesamtsystems (Lichtabschluss, Lagerungstemperaturen etc.)
    • Reaktionszeiten und -temperaturen
    • Weitere allgemeine Parameter wie Antikörperverhalten, Bindungsfähigkeiten etc.
    Beispiele für ein Essay-Prinzip mit nur einem Antikörper:
    Steht z.B. nur ein Antikörper (AK) zum Nachweis einer Substanz zur Verfügung, wird ein kompetitiver Immuno Essay bevorzugt. Da kein gemischtes Verfahren zwischen den verschiedenen Parametern verwendet werden kann, muss auch für die weiteren zu bestimmenden Komponenten ein kompetitiver Test angewandt werden.
    a) Kompetitiver Essay mit direkt proportionalem Messergebnis.
    Der sogenannte Startbereich (Stb), auf dem die nachzuweisende Substanz kovalent gebunden wurde, wird mit dem Nachweisantikörper (NAK) versetzt, so dass eine Absättigung der Substanz stattfindet. An dem NAK sind Partikel (z.B. Gold) oder Farbstoffe (z.B. Fluorescein) ebenfalls kovalent gebunden. Wird eine substanzhaltige Probe auf diese so vorbehandelte Festphase gegeben, so bindet die freie Substanz der Probe kompetitiv an den Nachweisantikörper. Dieser geht nun in die lösliche Phase über und wird mittels Kapillarkräften oder Fließkräften (1xg) abtransportiert. Die nun Substanz-NAK-haltige Lösung wird mittels ebendiesen Kapillarkräften oder Fließkräften über eine Fangschicht (capture area = ca) geleitet. Auf der "ca" befinden sich kovalent gebundene Antikörper, die eine Affinität gegen den Fc-Teil des NAK besitzen. Der freie NAK reichert sich somit auf der "ca" an und kann mittels visueller Bestimmung oder Farbstoffintensitätsmessung quantifiziert werden. Die Quantifizierung erfolgt positiv (d.h. je mehr Färbung, je höher die Konzentration) und nicht wie im üblichen kompetitiven Immuno-Essay umgekehrt proportional.
    Als Positivkontrolle wird nach Absättigung der Substanz ein Antikörper (KAK) einer vom NAK abweichenden Spezies gegeben. Dieser wandert mit der Probenflüssigkeit ebenso wie freie Okadaic acid der Probe auf eine Kontrollschicht (KS), auf der sich ebenfalls kovalent gebundene Antikörper befinden, die eine Affinität gegen den Fc-Teil des KAK besitzen.
    Aus diesem Zwei-Parametersystem kann ein Mehrfach-Parametersystem entwickelt werden, indem die verschiedenen NAK zusätzlich zum Farbstoff oder Partikel eine weitere definierte Bindungsstelle für einen spezifischen Fangantikörper (sFAK) besitzen. Diese würden auf räumlich getrennte Bereiche gebunden werden und erlauben so die Bestimmung von mehreren Parametern in der Probe.
    b) Kompetitiver Essay mit indirekt proportionalem Messergebnis
    Im indirekt proportionalen Essay gibt es keinen Startbereich. Substanz und weitere Parameter sind auf räumlich getrennten Bereichen kovalent gebunden. Diese Bereiche werden mit den jeweiligen NAK's abgesättigt. Wird eine flüssige Probe über diese Bereiche geführt, welche die nachzuweisenden Parameter enthalten, kommt es zu einer Entfärbung der Bereiche. Die Quantifizierung erfolgt umgekehrt proportional, visuell oder durch Messung der reduzierten Farbintensität.

    Claims (10)

    1. Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung, Trennung und Analyse von Molekülen aller Größen und Funktionen, dadurch gekennzeichnet, dass ein modulares in sich kompatibles System verwendet wird, welches aus mindestens einem Modul wie Testträgerröhre, Fließschicht, interne oder externe Probenvorbereitung, Spritzenentnahme und/oder Aufsteller aufgebaut ist. Weiteres Kennzeichen dieses modularen Analysesystems ist es, dass es ohne elektronische oder spektroskopische Detektion, Moleküle oder Molekülklassen betrieben werden kann, aber nicht muss. Ferner, dass sowohl positive und/oder negative Kontrollen, neben einem oder mehreren zu bestimmenden Parametern analysiert werden können. Weiterhin sind das Verfahren und die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass bestehende analytische Testverfahren adaptiert werden können.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Röhre gleich welcher Querschnittsform, Radius, Länge und Material als Testträgerröhre verwendet wird, welche mindestens eine Filterschicht, Verengung, Nebenkammer, oder Verschluss enthält und damit in verschiedene Funktionsbereiche aufgeteilt werden kann. Als Material können zum Beispiel Glas, Quarz, künstliche oder natürliche Polymere, Metalle, Verbundwerkstoffe oder deren Kombinationen dienen. Zusätzlich kann durch Kapillarkräfte ein definiertes Volumen einer flüssigen Probe aufgenommen werden.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Fliessschicht gleich welcher Querschnittsform, Radius, Länge und Material als Testträgerbasis verwendet wird, welche zur Aufnahme von Funktionsflächen, wie Startfläche, Fangbereichen dient, dabei können diese Funktionsflächen durch direkte Behandlung mittels chemischer oder physikalischer Methoden oder durch aufbringen mindestens einer weiteren Schicht aufgebracht werden.. Diese Fließschichten können Aussparungen gleich welcher Querschnittsform, Radius und Länge enthalten, in denen Festphasen eingepasst werden können, wobei Festphasen und Fließschicht nicht aus dem gleichen Material gefertigt sein müssen.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, ist dadurch gekennzeichnet, dass auf den Funktionsflächen oder Festphasen mittels chemischen oder physikalischen Methoden Moleküle oder Molekülgruppen; lonen oder/und Radikale aufgebracht o-der/und gebunden sind.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionierungshilfe und/oder Schutzhülle in Form einer Röhre gleich welcher Querschnittsform, Radius, Länge und Material für die Testträgerröhre verwendet wird.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Probenvorbereitungsgefäß in Form einer Röhre gleich welcher Querschnittsform, Radius, Länge und Material als verwendet wird, die die zu untersuchende Probe aufnimmt, welche mindestens einen inneren Behälter und/oder ein Gel enthält, welches durch mechanische, physikalische oder chemische Beeinflussung mindestens einen Stoff, Flüssigkeit oder Gas frei gibt, der für die Vorbereitung der Rohprobe verwendet werden kann. Ferner dadurch gekennzeichnet, dass mehrere solcher innenliegender Behälter oder Gele getrennt voneinander, durch direkte mechanische, physikalische oder chemische Beeinflussung mindestens einen Stoff, Flüssigkeit oder Gas freigeben.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Entnahmehilfe gleich welcher Querschnittsform, Radius, Länge und Material, welche als Spritze ausgeführt ist und eingesetzt wird, auf die Testträgerröhre gesetzt werden kann oder als Verschlussersatz auf den unteren Teil und deren Hubkolben auf den oberen Teil der Testträgerröhre aufgeschraubt oder mittels Klippverschluss befestigt werden kann. Ferner kann die Entnahmehilfe mit mindestens einem Ventil versehen sein, das die Abnahme von Probenmaterial ermöglicht, ohne dass dieses das Testsystem passiert.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsbereiche wie Fangbereiche, Startbereiche der Fließschicht mittels spektroskopischer Methoden, wie UV, IR, MNR, sichtbares Licht oder MS untersucht werden, indem jeweiligen elektromagnetische Wellen oder Teilchenstrahlen über oder durch die Funktionsbereiche geleitet und sensorisch ausgewertet werden, oder das elektronisch oder elektrochemisch Veränderungen auf den Funktionsbereichen vor, während oder nach der Analyse zur Untersuchung verwendet werden.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Testträgerrohr mit der Fließschicht oder die Fließschicht isoliert nach Aufnahme der zu untersuchenden Probe senkrecht, waagerecht oder in einem beliebigen Winkel verwendet werden kann, wobei sich der Probenaufnahmebereich oberhalb oder unterhalb der Fliessschicht sich befinden kann, so dass eine aufsteigende-, absteigende oder waagerechte Nutzung im beliebigen Winkel möglich ist.
    10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung binär als JA/NEIN-Antwort, semiquantitativ oder quantitativ, sowohl mittels Sichtbestimmung durch das menschliche Auge als auch mittels elektronische, elektrochemische oder spektroskopische Messverfahren bestimmt werden kann.
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