EP1313562B1 - Multiwell filtrationsplatte und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine neue Multiwell-Filtrationsplatte, vorzugsweise im 96-Well-oder im 384-Well-Format, bestehend aus zwei Einzelteilen, die fest und dicht miteinander verbunden sind. Der erste Teil stellt einen Probeaufnahmeteil mit Filterplättchen dar, und der zweite Teil fungiert als Auslaufteil nach erfolgter Filtration. Diese erfindungsgemäße Platte ist insbesondere für Hochdurchsatzapplikationen in der Nukleinsäuretechnik sowie für die Proteinaufreinigung und -analytik geeignet.
• In den letzten Jahren zeichnete sich ein zunehmender Trend zur Automatisierung bei der Isolierung und Aufreinigung von Nukleinsäuren ab. Die Ursachen liegen darin begründet, dass sich in allen Forschungsfeldern der modernen Biotechnologie molekularbiologische Verfahren immer stärker etablieren. Nicht zuletzt durch die DNA-Sequenzierung innerhalb weltweiter Genomprojekte (z.B. Humanes Genomprojekt) ist eine Automatisierung der Isolierung und Aufreinigung von Plasmid-DNA eine zwingende Voraussetzung geworden. Die Notwendigkeit der Entwicklung von Automatisierungsvarianten beschränkt sich dabei nicht nur auf den Bereich der Plasmid-DNA-Isolierung. Mehr und mehr gewinnt auch die automatisierte Isolierung genomischer DNA aus unterschiedlichsten Ausgangsmaterialien und Mengen sowie die Isolierung von RNA an Bedeutung. Dies umfasst alle Bereiche der molekularen Basisforschung und zunehmend auch den Diagnostikbereich. Verfahren der automatisierten Isolierung von Nukleinsäuren werden z.Z. über Mikrotestplatten mit eingebauten Filtermaterialien realisiert. Dabei sind z.Z. Verwendung findende Formate sog. 96-Well bzw. 384-Well-Mikrotestplatten.
• Die z.Z. verfügbaren 96-Well-Mikrotestplatten mit Filtermaterial sind allerdings für Hochdurchsatzapplikationen extrem teuer. Dies resultiert aus den relativ komplizierten Herstellungsverfahren zur Einbringung des Filtermaterials in die Mikrotestplatte (US-A 4,948,442). Darüber hinaus realisiert bisher keine der bekannten Mikrotestplatten mit Filtereinsatz einen ausreichend hohen Schutz vor Kreuzkontaminationen von Proben bei Anwendung zur Isolierung und Aufreinigung von Nukleinsäuren. Die Ursache liegt in den viel zu kurzen Auslaufstutzen am Boden der Multiwell-Filtrationsplatten. Ein weiteres Problem sind die geringen Volumina der Reaktionskavitäten, z.B. beschrieben im EP-A1 0,098,534. Auch die bekannten 384-Well-Platten des Standes der Technik gestatten nur den Durchsatz geringer Volumina im jeweiligen Analyseverfahren, diese Volumina liegen bei ca. 50-80 µl. Für die Durchführung von Analysen, insbesondere zur automatischen Analyse, und für den Einsatz in Kombination mit Laborrobotem sind in den meisten Fällen jedoch Testplatten, die einen Durchsatz mit großen Volumina erlauben, erforderlich.
• Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Multiwell-Filtrationsplatte bereitzustellen, die Schutz vor Kreuzkontaminationen der Proben gewährt, die kostengünstig herstellbar und vielschichtig einsetzbar ist, wie z.B. für Hochdurchsatzapplikationen in der Nukleinsäuretechnik und in der Proteintechnik.
• Die neue Multiwell-Filtrationsplatte besteht aus zwei dicht verbundenen Einzelteilen. Der obere Teil der Platte wird als Probenaufnahmeteil 1 definiert, der untere Teil der Platte als Auslaufteil 2 mit Filter 3. Dieser Auslaufteil 2 umfaßt für jedes Well erfindungsgemäß geformte Auslaufstutzen 4, über die das Filtrat in ein Auffanggefäß, wie z.B. eine Deep-Well-Platte, zur weiteren Bestimmung läuft. Im wesentlichen ist der Auslaufteil also durch die entsprechend besonders geformten Auslaufstutzen 4, je nach Platte vzw. 96 oder 384, gekennzeichnet.
• Diese Auslaufstutzen besitzen einen inneren Neigungswinkel von 15-25°, vorzugsweise 20° und weisen an der Anschlußstelle zum Oberteil jeweils einen ca. 1,0-1,5mm, vorzugsweise 1,0mm starken Auflageabsatz (Dichtungsabsatz) 5 zur Stabilisierung des Filtereinsatzes 3 auf. Ihre Länge beträgt ca. 5-15mm. 96-Well-Platten weisen Auslaufstutzen mit einer Länge von 10-15 mm auf, vzw. besitzen sie eine Länge von 12 mm. 384-Well-Platten weisen Auslaufstutzen mit einer Länge von ca. 5-8 mm auf, vzw. besitzen sie eine Länge von 5 bis 6 mm. Ggf. ist die Filtrationsplatte an das Auslaufgefäß gekoppelt.
• Desweiteren sind die Auslaufstutzen in der Regel rund, in einer weiteren Ausführungsvariante können sie am Auslaufende oder ganz sternenförmig mit mindestens 8 Öffnungen ausgebildet sein.
• Der innere Neigungswinkel von 15-25°, vorzugsweise 20°, und das besondere Auslaufdesign ermöglichen ein problemloses und vollständiges Auslaufen der gefilterten Probe in das Auffanggefäß, z.B. die Deep-Well Platte (Minimierung des Todvolumens, nahezu 0). Durch die Länge der Auslaufstutzen mit vzw. ca. 12 mm für 96-Well-Platten und mit vzw. 5 bis 6 mm für 384 Well-Platten (bekannte Mikrotiterplatten besitzen Ausläufe mit einer maximalen Länge von 9 mm (96 Well) und < 5 mm (384 Well) können die hochproblematischen Kreuzkontaminationen vermieden werden. Damit ist die erfindungsgemäße Multiwell-Filtrationsplatte auch für Anwendungen in der PCRbasierenden Infektionsdiagnostik nutzbar.
• Die Verlängerung der Auslaufstutzen hat desweiteren zur Folge, dass im Gegensatz zu bislang bekannten Filtrationsplatten die erfindungsgemäße Filtrationsplatte eine vergrößerte Aufnahmevolumen-Kapazität mit einem Kammervolumen von über 1 ml für 96 Well Platten und ca. 300 µl für 384 Well-Platten besitzt, d.h., es können insgesamt größere Probenvolumina als bislang üblich verarbeitet werden. Das führt somit auch zu reproduzierbareren Ergebnissen. Besonders gilt dies für die vom Fachmann sehr gewünschte Anwendung der 384-Well-Platten, deren Durchsatz damit um das 4―6 fache gesteigert werden konnte.
• Gegenstand der Erfindung ist auch das Verfahren zur Herstellung der neuen Multiwell-Filtrationsplatte. Beide Teile der Multiwell-Filtrationsplatte werden in einem besonderen Produktionsablauf fest miteinander über eine hydraulische Verpressung verbunden. Die Verpressung erfolgt jeweils an den Vertiefungen mit den Auslaufstutzen (96 bzw. 384). Werkzeugmäßig sind die inneren Verpressungskanten so geschärft, dass bei der Verpressung, bei der der Filtereinsatz 3 , wie z. B. eine Filtermatte, zwischen Ober- 1 und Unterteil 2 gelegt wird, den Vertiefungen entsprechende Filter sauber gestanzt werden. Diese ausgestanzten Filtereinsätze werden mit dem Oberteil in das Unterteil gepresst und legen sich auf den Auflageabsatz 5 im Unterteil auf. Durch hydraulischen Druck werden Plattenoberteil, Filterplättchen und Plattenunterteil fest und dicht miteinander verpresst.
• Eine solche Verpressung wird erfindungsgemäß möglich, da Unterteil und Oberteil der neuen Multiwell-Filtrationsplatten in zwei absoluten Präzisionswerkzeugen (Heißkanaltechnik), die exakt aufeinander abgestimmt sind, mit einer maximalen Toleranz von 1/1000 mm, gefertigt werden. Scharfe Schneidkanten an den Verpressungsteilen der beiden Plattenteile ermöglichen das Ausstanzen von Einzelfiltern aus einer Filterplatte in einem Arbeitsgang mit dem eigentlichen Verpressen. Das Verpressen erfolgt direkt, d.h. es sind gemäß der Erfindung weder Nut noch Feder (wie aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt) erforderlich, was einen erheblichen technologischen Vorteil bedeutet.
• Die Herstellung der Multiwell-Filtrationsplatte erfolgt bevorzugt im Spritzgußverfahren mit sorgfältig eingestellten Spritzgußparametern. Die erfindungsgemäßen Filtrationsplatten bestehen aus an sich bekannten Materialien, wie z.B. Polystyrol oder Polypropylen. Das eingesetzte Spritzgußmaterial ist bevorzugt ein hochwertiges Polystyrol. Da nur passgenaue Spritzgussteile verwendet werden, erfolgt die Verpressung ohne Dichtungslippen u.ä..
• Die Erfindung löst in idealster Weise alle bestehenden Probleme. Die Herstellung der Platte erfolgt mittels eines neuen technologischen Verfahrens, welches hocheffizient und preiswert die Verbringung eines Filtermaterials in die Multiwell-Filtrationsplatte ermöglicht. Weiterhin ist die neuartige Multiwell-Filtrationsplatte in ihrer konstruktiven Dimensionierung so aufgebaut, dass über die Form der Auslaufstutzen bisher bekannte Kreuzkontaminationen beseitigt werden können. Außenmaße (Breite und Länge) der Platte und die Anordnung der Vertiefungen (vorzugsweise 8 x 12 Matrix) entsprechen einer normalen Mikrotitrationsplatte, wobei ein weiterer Vorteil in der Erhöhung der Volumina der Reaktionskavitäten auf ca. 1 ml (96 Well) bzw. auf ca. 300 µl (384 Well) besteht. Damit können prinzipiell alle Standardapplikationen der automatisierten Isolierung und Aufreinigung von Nukleinsäuren problemlos mit einer Platte realisiert werden. Des weiteren ist die Platte ebenfalls in der Proteinaufreinigung und - analytik problemlos einsetzbar.
• Anschließend wird die Erfindung an den folgenden Beispielen näher erläutert..

Fig. 1

Gesamtansicht einer 96-Well-Vorrichtung

Fig. 2a

Längsschnitt der einzelnen Vorrichtungsteile

Fig. 2b

Längsschnitt mit Filtermembran

Fig. 3

Auslaufstutzen als Querschnitt

Bezugszeichenliste

1

Probeaufnahmeteil (Oberteil)

2

Auslaufteil (Unterteil)

3

Filtereinsatz

4

Auslaufstutzen

5

Auflageabsatz

6

Auslaufende (rund oder sternenförmig)

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Multiwell Filtrationsplatte dadurch gekennzeichnet, dass man das Probeaufnahmeteil (1) und das Auslaufteil (2) mit den Auslaufstutzen (4) mittels Heißkanaltechnik direkt so exakt aufeinander abgestimmt herstellt, dass sie eine maximale Toleranz von 1/1000 mm besitzen, und dass man sie an den Vertiefungen mit den Auslaufstutzen hydraulisch verpresst, so dass eine feste, dichte Verbindung entsteht, ferner dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verwendung geeigneter Werkzeuge die inneren Verpressungskanten so geschärft sind, dass wenn bei der Verpressung ein Filtereinsatz (3) zwischen Probeaufnahmeteil (1) und Auslaufteil (2) gelegt wird, am Ort der Vertiefungen entsprechende Filter gestanzt werden, die mit dem Probeaufnahmeteil (1) in das Auslaufteil (2) gepresst und auf dem Auflageabsatz (5) fixiert werden.
2. Multiwell Filtrationsplatte, hergestellt nach einem Verfahren gemäss Anspruch 1.
3. Multiwell Filtrationsplatte gemäss Anspruch 2, ferner gekennzeichnet durch einen Probeaufnahmeteil (1), das fest und dicht verbunden ist mit einem Auslaufteil (2), das für jedes Well einen Auslaufstutzen (4) aufweist und das eine Länge von:

   - 10 - 15 mm bei einer 96-Well-Platte

   besitzt, wobei sich an der Anschlußstelle von Probeaufnahmeteil und Auslaufteil ein Auflageabsatz (5) befindet, der einen Filtereinsatz (3) trägt.
4. Multiwell Filtrationsplatte gemäss einem der Ansprüche 2-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslaufstutzen (4) rund aufgebaut ist oder ein sternenförmiges Auslaufende (6) aufweist.
5. Multiwell Filtrationsplatte gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sternenförmige Auslaufende (6) acht Öffnungen aufweist.
6. Multiwell Filtrationsplatte gemäss einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine 96-Well-Platte ist, wobei der Auslaufstutzen (4) eine Länge von 10-15 mm aufweist, vorzugsweise 12 mm.
7. Multiwell Filtrationsplatte gemäss einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine 384-Well-Platte ist.
8. Verwendung einer Mutiwell-Filtrationsplatte gemäß einem der Ansprüche 2-7 für Hochdurchsatzapplikationen in der Nukleinsäuretechnik.

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