NL1027031C2

NL1027031C2 - Titer plate.

Info

Publication number: NL1027031C2
Application number: NL1027031A
Authority: NL
Inventors: Adrianus Bossche; Vladimir Gueorguiev Kutchoukov; Yuval Garini; Ian Theodore Young
Original assignee: Univ Delft Tech
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-14
Also published as: WO2006031105A1

Description

TiterplaatTiter plate

De uitvinding heeft betrekking op een titerplaat voor chemische en/of biochemische analyse.The invention relates to a titre plate for chemical and / or biochemical analysis.

Een dergelijke titerplaat is bekend uit de praktijk, bijvoorbeeld in de vorm van een zogeheten nanolitér titer-5 plaat waarmee voorzien is in een analysemogelijkheid onder gebruikmaking van circa tien reactiekamers per mm2 plaatopper-vlak.Such a titer plate is known from practice, for example in the form of a so-called nanolite titer plate with which an analysis possibility is provided using approximately ten reaction chambers per mm 2 of plate surface.

Een doelstelling van de uitvinding is om een verdere efficiency-verbetering .te bewerkstelligen door het aantal per 10 oppervlakte-eenheid aanwezige reactiekamers substantieel te verhogen en daarbij tegelijkertijd een gelijktijdige uitle-zing van deze reactiekamers te faciliteren.It is an object of the invention to achieve a further improvement in efficiency by substantially increasing the number of reaction chambers present per unit area while simultaneously facilitating a simultaneous reading of these reaction chambers.

Een andere doelstelling is om het gebruik van reagentia en dergelijke welke in de reactiekamers moeten worden 15 aangebracht te verminderen zodat de kosten van het gebruik van de titerplaat worden beperkt.Another objective is to reduce the use of reagents and the like to be introduced into the reaction chambers so that the cost of using the titer plate is limited.

Weer een andere doelstelling is om door toename van het aantal reactiekamers per oppervlakte-eenheid titerplaat de vervaardigingskosten van de titerplaat gerekend per reac-20 tiekamer neerwaarts bij te stellen.Yet another objective is to increase the manufacturing costs of the titer plate calculated per reaction chamber downwards by increasing the number of reaction chambers per surface unit of titer plate.

In een eerste aspect van de uitvinding is de titerplaat gekenmerkt door een transparant substraat, een op het substraat aangebrachte metallische laag waarin een array van reactiekamers is aangebracht, en een aan de van het substraat 25 afgekeerde zijde van de metallische laag aangebrachte transparante afdekplaat, waarbij de reactiekamers reiken vanaf de bovenzijde van de metallische laag tot aan of in het daaronder liggende substraat.In a first aspect of the invention, the titer plate is characterized by a transparent substrate, a metallic layer applied to the substrate in which an array of reaction chambers is provided, and a transparent cover plate disposed on the side of the metallic layer remote from the substrate, wherein the reaction chambers extend from the top of the metallic layer to or in the underlying substrate.

De titerplaat volgens de uitvinding maakt het moge-30 lijk om eenvoudig en effectief een gelijktijdige uitlezing van alle reactiekamers te bewerkstelligen doordat zowel het substraat als de afdekplaat transparant is en de uitlezing van de reactiekamers door gelijktijdige belichting van de reactiekamers kan plaatsvinden.The titer plate according to the invention makes it possible to effect a simple and effective simultaneous reading of all reaction chambers because both the substrate and the cover plate are transparent and the reading of the reaction chambers can take place by simultaneous exposure of the reaction chambers.

35 In overeenstemming daarmee is de uitvinding tevens 1097031 12 belichaamd in een meetinrichting voor chemische en/of biochemische analyse omvattende een titerplaat volgens de uitvinding, een lichtbron voor belichting van deze titerplaat en een lichtmeetopnemer.Accordingly, the invention is also embodied 1097031 12 in a measuring device for chemical and / or biochemical analysis comprising a titer plate according to the invention, a light source for illuminating this titer plate and a light measuring sensor.

5 Een bepaald aspect van de uitvinding betreft bij de ze meetinrichting dat gebruik gemaakt wordt van het zogeheten fotonplasmoneffect dat optreedt bij belichting van een dunne metallische laag of film die voorzien is van een veeltal gaten. Deze gaten worden in het onderhavige geval gevormd door 10 de reactiekamers.A particular aspect of the invention relates to the metering device that use is made of the so-called photon plasma effect which occurs upon exposure of a thin metallic layer or film which is provided with a plurality of holes. These holes are formed in the present case by the reaction chambers.

Het zojuist bedoelde effect brengt met zich mee dat a) de lichtintensiteit na passage van de reactiekamers groter is dan op basis van klassieke optische berekeningen wordt voorspeld.The effect just referred to implies that a) the light intensity after passage of the reaction chambers is greater than predicted on the basis of classical optical calculations.

15 b) de transmissie door de reactiekamers een beïn vloedbaar spectrum bezit; en c) het licht dat de reactiekamers passeert een beperkte mate van diffractie kent in de orde van grootte van 3° .B) the transmission through the reaction chambers has an influenceable spectrum; and c) the light passing through the reaction chambers has a limited degree of diffraction in the order of magnitude of 3 °.

20 Onder gebruikmaking van dit effect is een verder as pect van de uitvinding dat de lichtopnemer een dichtbij de titerplaat maar buiten het nabije veld opgestelde lens omvat die samenwerkt met een optische opnemer.Using this effect, a further aspect of the invention is that the light sensor comprises a lens disposed close to the titer plate but outside the near field which cooperates with an optical sensor.

Voor de optische opnemer kan bij voorkeur een CCD-25 camera worden toegepast, hetgeen een simultane uitlezing van de lichtopbrengst per reactiekamer mogelijk maakt.A CCD-25 camera can preferably be used for the optical pick-up, which makes it possible to simultaneously read the light output per reaction chamber.

De opstelling van de lens geschiedt bij voorkeur op een afstand in het bereik 1-1000 μτη ten opzichte van de titerplaat .The arrangement of the lens preferably takes place at a distance in the range 1-1000 μτη from the titer plate.

30 Verder is voor het effectieve gebruik van de titer plaat volgens de uitvinding wenselijk dat de afdekplaat en de metallische laag aan weerzijden van een kanaal liggen voor transport van een testvloeistof of spoelwater.Furthermore, for the effective use of the titer plate according to the invention, it is desirable that the cover plate and the metallic layer lie on opposite sides of a channel for transport of a test liquid or rinsing water.

Bij voorkeur is daarbij op de metallische laag een 35 het kanaal begrenzende hydrofobe laag aanwezig. Hiervoor kan bijvoorbeeld geschikt silicium worden gebruikt. Een dergelijke hydrofobe laag maakt een selectieve toevoer van reagentia en/of testvloeistof naar de reactiekamers mogelijk. De laag ΐη5>7Π31 3 kan daartoe in een vooraf bepaald patroon worden aangebracht.Preferably, a hydrophobic layer bounding the channel is present on the metallic layer. Suitable silicon can be used for this purpose, for example. Such a hydrophobic layer allows a selective supply of reagents and / or test fluid to the reaction chambers. The layer ΐη5> 7Π31 3 can be provided for this purpose in a predetermined pattern.

Voor het gelijktijdig kunnen uitvoeren van een veelvoudige test ten aanzien van een te onderzoeken sample van een testvloeistof is het wenselijk dat ten minste een van de 5 reactiekamers is voorzien van een voorafbepaalde selectie uit de groep omvattende antilichamen, reagentia, DNA.In order to be able to conduct a multiple test simultaneously for a test fluid sample to be tested, it is desirable that at least one of the reaction chambers is provided with a predetermined selection from the group comprising antibodies, reagents, DNA.

Teneinde een hoge testintensiteit en een verminderd gebruik in reagentia en dergelijke te kunnen realiseren is in een verder aspect van de uitvinding de titerplaat erdoor ge-10 kenmerkt dat de reactiekamers in de metallische laag zijn aangebracht in een dichtheid van ten minste circa een miljoen per mm2. De hierbij toe te passen reactiekamers bezitten een inhoud in de orde van grootte van een of meer attoliter.In order to be able to realize a high test intensity and a reduced use in reagents and the like, in a further aspect of the invention the titer plate is characterized in that the reaction chambers in the metallic layer are arranged in a density of at least approximately one million per mm 2 . The reaction chambers to be used herein have contents in the order of magnitude of one or more attoliter.

De titerplaat volgens de uitvinding is er verder 15 door gekenmerkt dat de reactiekamers in het vlak van de metallische laag een doorsnede-maat bezitten in het gebied 50-150 nm.The titer plate according to the invention is further characterized in that the reaction chambers in the plane of the metallic layer have a cross-sectional dimension in the range 50-150 nm.

De uitvinding zal in het navolgende verder worden toegelicht aan de hand van een niet beperkend uitvoerings-20 voorbeeld en onder verwijzing naar de tekening aan de hand waarvan zich diverse aspecten van de uitvinding laten toelichten.The invention will be further elucidated hereinbelow on the basis of a non-limiting exemplary embodiment and with reference to the drawing on the basis of which various aspects of the invention can be explained.

De tekening toont in een enkele figuur schematisch een meetinrichting voorzien van een titerplaat volgens de 25 uitvinding.The drawing shows schematically in a single figure a measuring device provided with a titer plate according to the invention.

De schematisch· getoonde meetinrichting 1 dient voor chemische en/of biochemische analyse en omvat een titerplaat 2, een lichtbron 3 voor belichting van de titerplaat 2 en een buiten het nabije veld van de titerplaat 2 opgestelde lens 4 30 die samenwerkt met een optische opnemer 5 welke bijvoorbeeld gevormd is als een CCD-camera.The measuring device 1 shown diagrammatically serves for chemical and / or biochemical analysis and comprises a titer plate 2, a light source 3 for illuminating the titer plate 2 and a lens 4 arranged outside the near field of the titer plate 2 and cooperating with an optical pickup 5 which is, for example, shaped like a CCD camera.

De lens 4 is nabij de titerplaat 2 opgesteld, echter niet in het nabije veld waarbij de afstand minder dan 300 nanometer zou bedragen maar op een afstand van 1-1000 μπι. De 35 met de lens 4 samenwerkende optische opnemer kan op conventionele wijze op een grotere afstand zijn gesteld ten opzichte van de lens 4, bijvoorbeeld in het bereik 0.1-100 cm.The lens 4 is arranged near the titer plate 2, but not in the near field where the distance would be less than 300 nanometers but at a distance of 1-1000 μπι. The optical pickup cooperating with the lens 4 can be set at a greater distance with respect to the lens 4 in a conventional manner, for example in the range 0.1-100 cm.

De titerplaat 2 is gekenmerkt door een transparant 1027031 4 substraat 6, een op het substraat 6 aangebrachte metallische laag 7 waarin een array van reactiekamers 8 is aangebracht, en een aan de van het substraat 6 afgekeerde zijde van de metallische laag 7 aangebrachte transparante afdekplaat 9. De 5 metallische laag is bij voorkeur uitgevoerd als een laagje goud.The titer plate 2 is characterized by a transparent 1027031 4 substrate 6, a metallic layer 7 provided on the substrate 6 in which an array of reaction chambers 8 is provided, and a transparent cover plate 9 disposed on the side of the metallic layer 7 remote from the substrate 6. The metallic layer is preferably designed as a layer of gold.

Verder is kenmerkend voor de titerplaat 2 dat de af-dekplaat 9 en de metallische laag 7 aan weerszijden van een kanaal 10 liggen dat dient voor transport van een testvloei-10 stof of spoelwater.It is further characteristic of the titer plate 2 that the cover plate 9 and the metallic layer 7 lie on either side of a channel 10 which serves for transport of a test liquid or rinsing water.

Op de metallische laag 7 is verder bij voorkeur een het kanaal 10 begrenzende hydrofobe laag 11 aanwezig. Geschikt kan hiervoor silicium worden toegepast.Furthermore, a hydrophobic layer 11 bounding the channel 10 is preferably present on the metallic layer 7. Silicon can suitably be used for this purpose.

Het voor het transparante substraat 6 te gebruiken 15 materiaal kan bijvoorbeeld glas zijn. Voor de afdekplaat 9 kan tevens glas worden toegepast.The material to be used for the transparent substrate 6 can be, for example, glass. Glass can also be used for the cover plate 9.

Voordat de titerplaat 2 in de in de figuur getoonde gerede vorm wordt gebracht geniet het de voorkeur dat de reactiekamers 8 worden beladen met een stof die vooraf geselec-20 teerd is uit de groep omvattende antilichamen, DNA, reagentia. Overigens toont de figuur duidelijk dat de reactiekamers 8 zich uitstrekken over de gehele dikte van de metallische laag 7. Hierbij kan worden opgemerkt dat in voorkomend geval een of meer van de reactiekamers 8 zich gedeeltelijk kan uit-25 strekken in het materiaal van het substraat 6. Hiertoe kan in het oppervlak daarvan dat gekeerd is naar de metallische dunne laag 7 enig materiaal weggeëtst worden.Before the titer plate 2 is brought into the finished form shown in the figure, it is preferable that the reaction chambers 8 be loaded with a substance that has been pre-selected from the group comprising antibodies, DNA, reagents. Incidentally, the figure clearly shows that the reaction chambers 8 extend over the entire thickness of the metallic layer 7. It can be noted here that, if appropriate, one or more of the reaction chambers 8 can partially extend into the material of the substrate 6 For this purpose some material can be etched away in the surface thereof that faces the metallic thin layer 7.

Verder kan worden opgemerkt dat de dunne metalen laag 7 een dikte bezit van circa 100 tot 200 nanometer, dat 30 de reactiekamers 8 in het vlak van de metallische laag 7 een doorsnede-maat bezitten in het gebied 50-150 nanometer en dat de reactiekamers 8 zijn aangebracht in een dichtheid van ten minste circa één miljoen per mm2 titerplaatoppervlak.It can further be noted that the thin metal layer 7 has a thickness of approximately 100 to 200 nanometers, that the reaction chambers 8 have a cross-sectional dimension in the plane of the metallic layer 7, and that the reaction chambers 8 be applied at a density of at least about one million per mm 2 titre plate surface.

1027031__1027031__

Claims

Titer plate (2) for chemical and / or biochemical analysis, characterized by a transparent substrate (6), a metallic layer (7) applied to the substrate (6) in which an array of reaction chambers (8) is arranged, and a the transparent cover plate (9) arranged away from the substrate (6) and facing away from the substrate (6), the reaction chambers (8) extending from the top of the metallic layer (7) to or in the underlying substrate ( 6).

Titer plate (2) according to claim 1, characterized in that the cover plate (9) and the metallic layer (7) lie on opposite sides of a channel (10) for transporting a test liquid or rinsing water.

Titer plate (2) according to claim 2, characterized in that a hydrophobic layer (11) bounding the channel (10) is present on the metallic layer (7).

4. Titer plate (2) according to any one of claims 1-3, characterized in that at least one of the reaction chambers (8) is provided with a predetermined selection from the group comprising antibodies, reagents, DNA.

Titer plate (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the reaction chambers (8) are arranged in the metallic layer (7) at a density of at least approximately one million per mm 2.

Titer plate (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the reaction chambers (8) in the plane of the metallic layer (7) have a cross-sectional dimension in the range 50-150 nm.

7. Measuring device (1) for chemical and / or biochemical analysis, comprising a titer plate (2), a light source (3) for illuminating the titer plate (2), and a light measuring sensor (4, 5), with characterized in that a titer plate (2) according to any one of claims 1-6 is used and that the light measuring sensor (4, 5) is a lens (4) disposed close to the titer plate (2) but outside the near field. 1027031 which coincides with an optical pickup (5).

Measuring device (1) according to claim 7, characterized in that the lens (4) is placed at a distance in the range 1-1000 μπι of the titer plate (2).

Measuring device according to claim 7 or 8, characterized in that the optical pickup (5) is a CCD camera. 1027031