DE10053472B4 - Device and method for the combinatorial immobilization of sample molecules on fiber elements - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zur Immobilisierung von Molekülen
auf der Außenoberfläche jeweils
einer Endlosfiber oder einem Fiberelement,
mit einer im Wesentlichen
röhrenförmigen Reaktoreinheit (1),
mit
zumindest einer Einführöffnung für eine Endlosfiber oder
ein Fiberelement,
mit einer Zuführleitung (2) zur Zuführung eines
Fluides, welches die gewünschten
Probenmoleküle
oder Probenmolekülspezies
oder Probenmolekülspeziesgruppe
zur Immobilisierung enthält
dadurch
gekennzeichnet,
dass die Moleküle Probenmolekülen sind,
welche ausgewählt
sind aus der Gruppe bestehend aus Nukleinsäuren, Proteine, Peptide, Saccharide
sowie Mischungen dieser Probenmoleküle
dass die Vorrichtung
eine Mehrzahl von einen reaktor bildenden Reaktoreinheiten (1) umfasst,
und
dass die Zuführleitung
(2) eine strinseitig der Reaktoreinheiten (1) anbringbare und austauschbare
Maske (5) umfasst.Device for immobilizing molecules on the outer surface of each of an endless fiber or a fiber element,
with a substantially tubular reactor unit (1),
with at least one insertion opening for an endless fiber or a fiber element,
with a supply line (2) for supplying a fluid which contains the desired sample molecules or sample molecule species or sample molecule species group for immobilization
characterized,
the molecules are sample molecules which are selected from the group consisting of nucleic acids, proteins, peptides, saccharides and mixtures of these sample molecules
in that the device comprises a plurality of reactor units (1) forming a reactor, and
in that the supply line (2) comprises a mask (5) which can be attached to the reactor units (1) and is exchangeable on the line side.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren damit zur Immobilisierung von Probenmolekülen auf Fiberelementen.The The invention relates to a device according to the preamble of the claim 1 and a method thus for the immobilization of sample molecules on fiber elements.
Bauteile des vorstehenden Aufbaus dienen der schnellen Analyse von Proben auf die Anwesenheit oder Abwesenheit von Targetmolekülen. Es handelt sich im Kern um ein paralleles Verfahren, da eine Probe gleichzeitig mit mehreren oder allen Elementen des Bauteils kontaktiert wird und Targetmoleküle mit jenen Elementen reagieren, welche für das Targetmolekül spezifische Probenmoleküle tragen.components of the above construction are for the rapid analysis of samples on the presence or absence of target molecules. It is essentially a parallel process, as a sample simultaneously contacted with several or all elements of the component is and target molecules with react to those elements which are specific for the target molecule sample molecules wear.
Biochips
sind in den verschiedensten Ausführungsformen
bekannt. Beispielsweise, die
Ein Bauteil anderen Aufbaus ist aus der US-6037186 A bekannt. Demgemäß werden eine Mehrzahl von porösen Stäben hergestellt, welche jeweils mit einer Lösung enthaltend eine selektierte Probenmolekülspezies gleichsam getränkt werden. Nach Bündelung der getränkten Stäbe werden von dem Bündel in einer Ebene orthogonal zur Längserstreckung des Bündels Scheiben abgeschnitten, welche das Bauteil bilden. Die Schnittflächen bilden dabei die Spots. Diese Technologie erlaubt zwar eine Massenproduktion eines Biochiptyps, weist jedoch den wesentlichen Nachteil auf, daß Kontaminationen der Spots mit den Probenmolekülen jeweils benachbarter Spots stattfinden und folglich in störendem Maß "crosstalking" bei der Auslesung stattfindet. Diverse übliche Detektionsmethoden sind zudem bei porösen Körpern nicht anwendbar. Schließlich haben poröse Körper schlechtere kinetische Eigenschaften aufgrund diffusionskontrollierter Transportprozesse im Poreninneren.One Component of other construction is known from US-6037186 A. Accordingly, become a plurality of porous ones rods each prepared with a solution containing a selected sample molecule species soaked, as it were become. After bundling the soaked Become a staff from the bundle in a plane orthogonal to the longitudinal extent of the bunch Slices cut off, which form the component. The cut surfaces form while the spots. Although this technology allows mass production a Biochiptyps, but has the significant disadvantage that contamination of the Spots with the sample molecules each adjacent spots take place and consequently disturbing "crosstalking" in the reading takes place. Various usual Detection methods are also not applicable to porous bodies. Finally, porous bodies have worse kinetic properties due to diffusion - controlled transport processes in the Pores inside.
Beiden vorstehend beschriebenen Bauteilen ist der Nachteil gemeinsam, daß eine nur geringe wirksame Sensorfläche mit Probenmolekülen zur Verfügung steht. Hinzu kommt, daß zur Auslesung ein geeigneter Detektor über der Oberfläche, aber diese nicht kontaktierend exakt positioniert werden muß. Bei zunehmender Miniaturisierung verstärken sich Positionierungprobleme und das Risiko von falschen Zuordnungen zwischen Signalen und Spots steigt beachtlich.Both The components described above have the common disadvantage that only one low effective sensor area with sample molecules to disposal stands. In addition, that to Reading a suitable detector above the surface, but this does not have to be positioned exactly contacting. With increasing miniaturization strengthen themselves Positioning problems and the risk of misallocation between Signals and spots increase considerably.
Ein
Bauteil des eingang genannten Aufbaus ist aus der
Aus
den DE-Druckschriften
Weiterhin ist demgemäß Stand der Technik ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils mit den folgenden Verfahrensstufen: a) es wird zumindest eine Endlosfiber hergestellt, b) die Endlosfiber wird durch ein Fluid enthaltend eine selektierte Probenmolekülspezies oder eine selektierte Probenmolekülspeziesgruppe geleitet, c) die Probenmoleküle der Probenmolekülspezies oder der Probenmolekülspeziesgruppe werden an der Endlosfiber immobilisiert, d) optional wird die Endlosfiber zumindest einer Waschverfahrensstufe zugeführt, e) der Endlosfiber wird die jeweils in Stufe c) an der Fiber immobilisierte Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppe direkt oder indirekt zugeordnet, f) von verschiedenen Endlosfibern oder aus verschiedenen Bereichen einer Endlosfiber wird jeweils ein Fiberelement abgeschnitten und die Fiberelemente werden mit einem Tragelement verbunden oder gebündelt. Grundsätzlich können eine Mehrzahl von Endlosfibern jeweils durch verschiedene Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppen enthaltende Fluide geleitet werden. Alternativ wird bei einer einzelnen Endlosfiber abschnittsweise das Fluid gewechselt.Accordingly, the prior art discloses a method for producing such a component with the following process stages: a) at least one continuous fiber is produced, b) the endless fiber is passed through a fluid containing a selected sample molecule species or a selected sample molecule species group, c) the sample molecules of the D) optionally the continuous fiber is fed to at least one washing process stage; e) the endless fiber is assigned directly or indirectly to the sample sample or sample molecule group immobilized on the fiber in step c); f) of different continuous fibers or from different A fiber element is cut off in each case in regions of an endless fiber, and the fiber elements are connected or bundled with a support element. In principle, a plurality of continuous fibers may each be passed through different sample molecule species or fluid containing sample molecule species groups. Alternatively, the fluid is changed in sections in a single continuous fiber.
Im Zusammenhang mit solchen Bauteilen ist es wünschenswert, eine besonders effiziente Technologie der Immoilisierung zu entwickeln.in the In connection with such components, it is desirable to have a particular develop efficient technology of immoilization.
Aus
der Druckschrift
In
der Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels welcher auf besonders effiziente Weise Fiberelemente mit Probenmolekülen versehen werden können, wobei Insbesondere eine kombinatorische Synthese von Probenmolekülen an den Fiberelementen durchführbar sein soll und bei die Probenmoleküle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nukleinsäuren, DNA, RNA, PNA, Aptamere, Proteine, Peptide, Saccharide sowie Mischungen dieser Probenmoleküle sind.Of the Invention is based on the object, a method and an apparatus specify by means of which in a particularly efficient way fiber elements with sample molecules can be provided In particular, a combinatorial synthesis of sample molecules to the Fiber elements feasible and the sample molecules selected from the group consisting from nucleic acids, DNA, RNA, PNA, aptamers, proteins, peptides, saccharides and mixtures of these sample molecules are.
Zur Lösung diese Aufgabe lehrt die Erfindung eine Vorrichtung zur Immobilisierung von Probenmolekülen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nukleinsäuren, DNA, RNA, PNA, Aptamere, Proteine, Peptide, Saccharide sowie Mischungen diese Probenmoleküle auf der Außenoberfläche jeweils einer Endlosfiber oder einem Fiberelement, mit einer im Wesentlichen röhrenförmigen Reaktoreinheit, mit zumindest einer, vgrzugsweise an einer Stirnfläche der Reaktoreinheit angebrachten Einführöffnung für eine Endlosfiber oder ein Fiberelement, mit einer Zuführleitung zur Zuführung eines Fluides, welches die gewünschten Probenmoleküle oder Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppe zur Immobilisierung enthält. Im Wesentlichen rohrenförmig meint, dass i.e. auch beliebige andere Querschnittsflächen möglich sind, sofern der größte Durchmesser klein gegenüber der Länge ist. Der Reaktor kann, muß aber nicht, an der gegenüberliegenden Stirnfläche eine Abzugsöffnung für Fibern aufweisen.to solution this object the invention teaches a device for immobilization of sample molecules selected from the group consisting of nucleic acids, DNA, RNA, PNA, aptamers, Proteins, peptides, saccharides and mixtures of these sample molecules on the Outer surface respectively an endless fiber or a fiber element, with a substantially tubular reactor unit, with at least one, preferably at one end face of the Reactor unit mounted insertion opening for an endless fiber or a fiber element, with a feed line for feeding a Fluids, which the desired sample molecules or sample molecule species or sample molecule species group for immobilization contains. Essentially tubular means that Any other cross-sectional areas are possible, provided the largest diameter small opposite the length is. The reactor can but must not, on the opposite face a vent for fibers exhibit.
In der Zuführleitung kann ein vorzugsweise elektrisch ansteuerbares Abschlußventil oder Durchflußregelventil eingebracht sein.In the supply line may be a preferably electrically controllable shut-off valve or flow control valve be introduced.
Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von vorzugsweise parallel zueinander, bezogen auf eine Reaktormittenachse, laufenden Reaktoren aufweisen. Dann lassen sich mehrere Endlosfibern oder Fiberelemente parallel prozessieren.The Device may have a plurality of preferably parallel to each other, relative to a reactor center axis, running reactors have. Then Several endless fibers or fiber elements can be processed in parallel.
Der Reaktor kann aus zwei zueinander spiegelsymetrischen Reaktorhälften reversibel zusammengefügt sein. Dies erlaubt es beispielsweise, eine Endlosfiber oder ein Fiberelement zunächst in eine Reaktorhälfte einzulegen und dann durch Anfügen der zweiten Reaktorhälfte diesen zu schließen. Dabei kann eine solche Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Reaktoren aus zwei Halbblöcken, enthaltend jeweils zueinander komplementäre Reaktorhälften, reversibel zusammengefügt sein. Znächst werden dann alle Fibern in dem einen Halbblock eingelegt und dann wird der zweite Halbblock gleichsam übergestülpt.Of the Reactor can be reversible from two mutually mirror symmetrical reactor halves together be. This allows, for example, an endless fiber or a Fiber element first in a reactor half insert and then by attaching the second half of the reactor to close this. In this case, such a device with a plurality of reactors from two half-blocks, containing mutually complementary reactor halves, reversibly joined together. Znächst then all the fibers are inserted in the one half block and then becomes the second half block as it were pushed over.
Zwei oder mehr solcher Konstrukte können reversibel gleichsam stapelnd reversibel miteinander verbunden sind, wobei alle Reaktoren vorzugsweise parallel zueinander verlaufen. Die vorstehend beschrieben Bestückung mit Fibern erfolgt dann Ebene für Ebene, bezogen auf die Halbblöcke.Two or more of such constructs can be reversible as it were stacked reversibly connected to each other, wherein all reactors preferably run parallel to one another. The above described equipment with fibers then takes place for Plane, referring to the half-blocks.
Die Zuführleitung kann an der Zylindermantelfläche eines Reaktors angeschlossen sein. Es versteht sich, daß bei Einrichtung einer Mehrzahl von Reaktoren eine Zuführleitung alle Reaktoren, nur einen Teil der Reaktoren oder jeweils nur einen Reaktor speisen kann. Die Zuführleitung an einer Stirnfläche des Reaktors angeschlossen ist. Es gilt Entsprechendes. Fluid kann aus dem Reaktor entweder über die Zuführleitung oder über separate, ggf. über Ventile verschließbare Abführleitungen abgezogen werden.The feed line can be connected to the cylinder jacket surface of a reactor. It will be appreciated that when a plurality of reactors are set up, one supply line can feed all the reactors, only a portion of the reactors, or only one reactor at a time. The feed line is connected to an end face of the reactor. The same applies. Fluid may be transferred from the reactor via either the supply line or via separate, possibly closed via valves discharge lines are deducted.
Bei Einrichtung einer Mehrzahl von Reaktoren und reaktorstirnseitiger Zuführung des Fluids kann die Zuführleitung eine reaktorstirnseitig der Vorrichtung anbringbare Maske umfassen. Eine solche Maske besitzt für bestimmte Reaktoren Durchlässe für ein Fluid, während andere Reaktoren gegenüber dem Fluid abgetrennt sind. Durch Austausch der Maske sowie des zuzuführenden Fluids bzw. der Probenmolekülspezies lassen sich die Fibern mit einer Mehrzahl von Probenmolekülspezies belegen; es läßt sich sogar eine kombinatorische Synthese durchführen. Ebenso ist beispielsweise auch eine Sequenzierung von Nukleinsäuren möglich. Ein Maskensatz wird nach Maßgabe der gewünschten Kombinatorik aus einer Mehrzahl von Masken zusammengesetzt. Es ist aber auch möglich eine Maske aus einem Werkstoff anzufertigen, in welchem sich in an dem Reaktor montiertem Zustand Öffnungen anbringen und auch wieder verschließen lassen, beispielsweise thermisch mittels eines Lasers. Es ist auch möglich, einen Schieber, welcher gleichsam einem Lochstreifen codiert nacheinander auf dem Schieber verschiedene Masken enthält vor den Stirnflächen der Reaktoren in diskreten Schritten, einer Maskendimensionseinheit, vorbei laufen zu lassen. Während der "Weiterschaltung" kann dabei auf den Schieber ein Waschfluid aufgegeben sein, um Kreuzkontaminationen zu verhindern.at Establishment of a plurality of reactors and reactor front side feed the fluid can be the supply line comprise a mask attachable to the reactor end face of the device. Such a mask has for certain reactors passages for a fluid, while other reactors over that Fluid are separated. By replacing the mask and the supplied Fluids or the Probenmolekülspezies can be the fibers with a plurality of sample molecule species occupy; it can be done even perform a combinatorial synthesis. Likewise, for example also a sequencing of nucleic acids possible. A mask set becomes in accordance with the desired Combination composed of a plurality of masks. It is but also possible to make a mask of a material in which in the reactor mounted state openings attach and also reseal, for example thermally by means of a laser. It is also possible a slider, which as it were a perforated tape coded successively on the slide contains different masks in front of the faces the reactors in discrete steps, a mask dimension unit, pass by. While the "forwarding" can on the slider a washing fluid should be abandoned to prevent cross-contamination.
Die Erfindung lehrt weiterhin ein Verfahren zur Immobilisierung von Probenmolekülen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus "Nukleinsäuren, DNA, RNA, PNA, Aptamere, Proteine, Peptide, Saccharide sowie Mischungen dieser Probenmoleküle" auf der Außenfläche eines Fiberelements oder einer Endlosfiber, wobei das Fiberelement oder die Endlosfiber in eine Reaktoreinheit eingebracht wird, wobei über eine Zuführleitung ein Fluid enthaltend die gewünschten Probenmoleküle oder Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppe der Reaktoreinheit zugeführt wird und wobei dann in der Reaktoreinheit die Immobilisierung der Probenmolekülspezies oder der Probenmoleküle oder der Probenmolekülspeziesgruppe durchgeführt wird.The Invention further teaches a method for the immobilization of sample molecules selected from the group consisting of "nucleic acids, DNA, RNA, PNA, aptamers, proteins, peptides, saccharides and mixtures of these sample molecules "on the outer surface of a Fiber element or an endless fiber, wherein the fiber element or the continuous fiber is introduced into a reactor unit, wherein via a feed a fluid containing the desired sample molecules or sample molecule species or sample molecule species group fed to the reactor unit is and then wherein in the reactor unit, the immobilization of the Sample molecule species or the sample molecules or the sample molecule species group carried out becomes.
Die Zufuhr von Probenmolekülen, ggf. auch die Immobilisierung, kann mit verschiedenen Fluiden enthaltend verschiedene Probenmolekülspezies wiederholt werden. Wenn in Wiederholungszyklen nicht eine Immobilisierung, sondern eine Kettenverlängerungsreaktion durchgeführt wird, ist insbesondere auch eine kombinatorische Synthese möglich, wenn die jeweiligen Probenmolekülspezies der jeweiligen Fluide sich in Kettenverlängerungsreaktion aneinander reagieren lassen. Im Falle von Nukleinsäuren sind die Probenmolekülspezies dann einzelne Basen, aus denen dann beispielsweise ein Oligonukleotid aufgebaut wird und zwar in jedem Reaktor und folglich auf jeder Fiber eine andere.The Supply of sample molecules, possibly also the immobilization, can containing different fluids different sample molecule species be repeated. If in repetition cycles there is no immobilization, but a chain extension reaction carried out In particular, a combinatorial synthesis is possible if the respective sample molecule species the respective fluids in chain extension reaction to each other react. In the case of nucleic acids, the sample molecule species are then individual bases, from which then, for example, an oligonucleotide is built up in each reactor and therefore on each Fiber another.
Insofern umfaßt der Begriff der Probenmolekülspezies auch Bausteine einer daraus erstellten Probenmolekülstruktur (fertige Probenmolekülspezies). Die kombinatorische Synthese stellt einen selbstständigen Aspekt der Erfindung dar.insofar comprises the concept of sample molecule species also building blocks of a sample molecule structure created from this (finished sample molecule species). The combinatorial synthesis is an independent aspect of the invention.
Zweckmäßigerweise wird dabei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet.Conveniently, In this case, a device according to one of claims 1 to 9 is used.
Definitionen:definitions:
- – Als Fiberelemente sind von einer Endlosfiber abgeschnittene Stücke bezeichnet. In der Regel wird der Schnitt in einer Ebene orthogonal zur Längserstreckung der Endlosfiber ausgeführt sein, es ist jedoch selbstverständlich auch eine demgegenüber weniger als 90° abgewinkelte Schnittebene möglich.- When Fiber elements are designated by an endless fiber cut pieces. As a rule, the cut in a plane becomes orthogonal to the longitudinal extent the endless fiber is executed but it is self-evident also a contrast less than 90 ° angled Cutting plane possible.
- – Eine Endlosfiber ist ein stabartiges oder fadenartiges Gebilde, mit gegenüber der Länge von Fiberelementen großer Längserstreckung, welches typischerweise mittels Ziehtechnologien, Blastechnologien und/oder Extrusionstechnologien hergestellt und auf Trommeln oder dergleichen aufgewickelt und bevorratet sein können. Eine Endlosfiber und/oder ein Fiberelement kann in einer zur Längserstreckung orthogonalen Querschnittsebene die verschiedensten Querschnittsformen aufweisen. Lediglich bevorzugt ist ein im wesentlichen kreisförmiger Querschnitt. Insofern umfaßt der Begriff der Mantelfläche im Rahmen der Erfindung nicht nur Zylindermantelflächen, sondern auch Mantelflächen im Falle nicht-kreisförmiger Querschnitte. Insofern bezeichnet der Begriff der radialen Richtung im Rahmen der Erfindung alle Richtungen in einer Querschnittsebene. Insofern bezeichnet schließlich der Durchmesser im Rahmen der Erfindung d = 2·(F/2π)0,5, wobei F die Querschnittsfläche (beliebiger Form) ist. Die Stirnfläche eines Fiberelementes ist durch einen Schnitt durch eine Endlosfiber gebildet.An endless fiber is a rod-like or thread-like structure, opposite to the length of long-length fiber elements, which can typically be made by means of drawing technologies, blowing technologies and / or extrusion technologies and wound and stored on drums or the like. An endless fiber and / or a fiber element can have the most varied cross-sectional shapes in a cross-sectional plane that is orthogonal to the longitudinal extent. Only preferred is a substantially circular cross-section. In this respect, the term of the lateral surface in the context of the invention comprises not only cylinder jacket surfaces, but also lateral surfaces in the case of non-circular cross-sections. In this respect, the term radial direction in the context of the invention denotes all directions in a cross-sectional plane. In this respect, finally, the diameter in the context of the invention designates d = 2 * (F / 2π) 0.5 , where F is the cross-sectional area (of any shape). The end face of a fiber element is formed by a section through an endless fiber.
- – Beabstandung der Fiberelemente meint, daß die Mantelflächen benachbarter Fiberelemente einander nicht berühren. Es ist dann eine Bündelung der Fiberelemente ohne Linienkontakt zwischen einzelnen Fiberelementen des Bündels geschaffen. Linienkontakt bedeutet, daß der (mechanische) Kontakt nicht in Bereichen zueinander paralleler Flächen benachbarter Fiberelemente besteht. Einer Beabstandung der Fiberelemente und/oder einem Linienkontakt zwischen benachbarten Fiberelementen gleichwertig ist die Einrichtung von sich in radialer Richtung erstreckenden Nasen im Bereich der Mantelfläche eines Fiberelements, wodurch benachbarte Fiberelemente bis auf den Punkt-, Linien-, oder Flächenkontakt im Bereich der Nasen voneinander beabstandet gehalten werden.- spacing the fiber elements means that the lateral surfaces adjacent Fiber elements do not touch each other. It is then a bundling the fiber elements without line contact between individual fiber elements of the bunch created. Line contact means that the (mechanical) contact not in areas of mutually parallel surfaces of adjacent fiber elements consists. A spacing of the fiber elements and / or a line contact between equivalent fiber elements is equivalent to the device of radially extending noses in the region of lateral surface a fiber element, whereby adjacent fiber elements except for the Point, line or surface contact be kept spaced apart in the region of the noses.
- – Ein Fiberelementebündel weist in der Regel zueinander coplanare Stirnflächen der gebündelten Fiberelemente auf. Es ist aber auch möglich, innerhalb eines Fiberelementebündels Gruppen von Fiberelementen mit jeweils coplanaren Stirnflächen auszubilden, wobei die Strinflächen von Fiberelementen unterschiedlicher Gruppen zueinander nicht coplanar sind.- One Fiber elements Buffer usually has mutually coplanar faces of the bundled Fiber elements on. However, it is also possible to have groups within a fiber element bundle of fiber elements with coplanar faces, the strin areas of fiber elements of different groups to each other are not coplanar.
- – Probenmoleküle sind Moleküle, welche mit Targetmolekülen eine spezifische Wechselwirkung eingehen können. Beispiele für solche Wechselwirkungen sind: Antikörper-Antigen, Lectin-Kohlenhydrat, Protein- Aptamer, Nukleinsäure-Nukleinsäure, Nukleinsäure-Ribozym, Biotin-Avidin, usw.- are sample molecules molecules which with target molecules can enter into a specific interaction. Examples of such Interactions are: antibody antigen, Lectin carbohydrate, protein aptamer, Nucleic acid nucleic acid, nucleic acid ribozyme, biotin-avidin, etc.
- – Targetmoleküle sind Moleküle, auf welche eine zu analysierende Probe, welche dem Bauteil aufgegeben wird, untersucht wird. Targetmoleküle können aber auch Moleküle sein, die gezielt aus einer (z.B. mit anderen Methoden oder auch mit der gleichen Methode zu analysierenden) Probe entfernt werden sollen.- are target molecules molecules on which a sample to be analyzed, which abandoned the component is being investigated. But target molecules can also be molecules specifically from one (for example with other methods or with the same method to be analyzed) sample should be removed.
- – Eine Probenmolekülspezies enthält Probenmoleküle ausschließlich einer Struktur, beispielsweise einer Sequenz im Falle von Nukleinsäuren oder Proteinen oder Peptiden. Alternativ kann der Begriff der Probenmolekülspezies im Rahmen der kombinatorischen Synthese aber auch Bausteine für eine Probenmolekülspezies in dem vorstehenden Sinne umfassen, beispielsweise Nukleotide, Aminosäuren, Zuckereinheiten und dergleichen.- One Sample molecule species contains sample molecules exclusively a structure, for example a sequence in the case of nucleic acids or Proteins or peptides. Alternatively, the notion of sample molecule species in the context of combinatorial synthesis but also building blocks for a sample molecule species in the above sense, for example nucleotides, amino acids, sugar units and the same.
- – Eine Probenmolekülspeziesgruppe enthält als Gruppenelemente zumindest zwei Probenmolekülspezies. Hierbei kann es bei den Probenmolekülspezies um gleichartige oder verschiedenartige Probenmolekültypen handeln. Als Probenmolekültypen werden beispielsweise Nukleinsäuren, Peptide, Proteine und Saccharide bezeichnet.- One Sample molecule species group contains as group elements at least two sample molecule species. This may be the case with the sample molecule species to deal with similar or different sample molecule types. As sample molecule types for example, nucleic acids, Called peptides, proteins and saccharides.
- – Als funktionelle Gruppen eines Polymerwerkstoffes sind solche chemische Gruppen des Polymergerüstes bezeichnet, welche eine unspezifische Bindung zwischen Targetmolekülen und dem Polymerwerkstoff ermöglichen. Im Falle von Nukleinsäuren als Targetmolekülen wären funktionelle Gruppen beispielsweise Aminogruppen, Hydroxylgruppen, Thiolgruppen oder Carboxylgruppen. Es, versteht sich, daß das Gesagte auch auf dem Polymerwerkstoff ggf. zugegebene Hilfsstoffe zutrifft.- When functional groups of a polymer material are such chemical Groups of polymer backbone denotes a non-specific binding between target molecules and enable the polymer material. In the case of nucleic acids as target molecules would be functional Groups, for example, amino groups, hydroxyl groups, thiol groups or carboxyl groups. It goes without saying that what is said on the Polymer material optionally added excipients applies.
- – Kooperative Effekte zwischen Molekülen mehrerer Probenmolekülspezies und einer Targetmolekülspezies sind dadurch gekennzeichnet, daß der energetische Gewinn durch simultane Wechselwirkung zwischen jeweils den Molekülen der verschiedenen Probenmolekülspezies einerseits und den zwischen den verschiedenen Probenmolekülspezies und dem Targetmolekül insgesamt andererseits größer ist als die Summe der energetischen Gewinne der Wechselwirkungen eines Moleküls jeweils einer Probenmolekülspezies mit einem Molekül der Targetmolekülspezies. Im Falle der Nukleinsäuren als Probenmoleküle und Targetmoleküle sind beispielshaft Stacking Effekte zu nennen. Der Stacking Effekt ist ein Energiegewinn durch Wechselwirkungen, nämlich Delokalisation der n-Elektronen der hydrophoben Ringstrukturen benachbarter Basen in doppelsträngigen Nukleinsäuren. Im Falle der Proteine können kooperative Effekte aus speziellen Sekundärstrukturen miteinander wechselwirkender Proteine resultieren. Generell wird mit kooperativen Effekten eine höhere Spezifität und Bindungsenergie einer Bindung zwischen Probenmolekülen und einem Targetmolekül erreicht.- Cooperative Effects between molecules several sample molecule species and a target molecule species are characterized in that the energetic gain through simultaneous interaction between each the molecules the different sample molecule species on the one hand and between the different sample molecule species and the target molecule overall, on the other hand, is larger as the sum of the energetic gains of the interactions of a molecule each of a sample molecule species with a molecule the target molecule species. In the case of nucleic acids as sample molecules and target molecules are examples of stacking effects. The stacking effect is an energy gain through interactions, namely delocalization of n-electrons the hydrophobic ring structures of adjacent bases in double-stranded nucleic acids. in the Trap of proteins can cooperative effects from special secondary structures interacting with each other Proteins result. In general, cooperative effects become one higher Specificity and Binding energy of a bond between sample molecules and a target molecule reached.
Es ist bevorzugt, wenn die Fiberelemente optische Fiberelemente sind. Mit dieser Ausführungsform lassen sich Signale beispielsweise Floureszenzsignale aus entsprechenden Markergruppen von an den Fibern gebundenen Molekülen (optisch) anregen und zur Detektion mittels optischer Sensoren zu optisch kontaktierbaren Stellen der Fiberelemente leiten. Aber auch Luminescenz kann detektiert werden. Solche Stellen können insbesondere die Stirnflächen der Fiberelemente sein. Optische Fibern können beispielsweise zumindest teilweise aus Glas bestehen. Bevorzugt ist es allerdings, wenn die Fiberelemente aus einem Polymerwerkstoff gebildet sind, welcher vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehen aus "Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polytherephthalat (PETP), Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylenoxid (PPO), Polyphenylensulfid (PPS), Polybuthylenterephthalat (PBT, Polyoxymethylen (POM), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polyamid(PA) und Mischungen sowie Copolymere der Monomere solcher Polymere", insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus "Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol und Mischungen sowie Copolymere der Monomere solcher Polymere". Wesentlich bei der Werkstoffauswahl ist lediglich, daß der Werkstoff ausreichend (dauer-) temperaturbeständig gegen im Zuge einer Prozessierung oder eines Einsatzes der Biochips auftretenden Temperaturen ist. Als in diesem Sinne hochtemperaturbeständig werden alle Polymerwerkstoffe bezeichnet, welche sich bei Exposition unter zumindest 90°C, vorzugsweise zumindest 120°C, insbesondere zumindest 140°C, über 1000 Stunden als beständig erweisen. Typischerweise ist dies erfüllt, wenn die Glastemperatur überhalb der genannten Temperaturgrenze liegt.It is preferred if the fiber elements are optical fiber elements. With this embodiment Signals, for example, fluorescence signals from corresponding Stimulate (optically) marker groups of fibers bound to the fibers and to Detection by means of optical sensors to optically contactable Guide the points of the fiber elements. But also luminescence can be detected. Such bodies can in particular the faces be the fiber elements. For example, optical fibers can at least partly made of glass. It is preferred, however, if the Fiber elements are formed from a polymer material, which preferably selected is from the group consist of "polyethylene (PE), Polycarbonate (PC), Polyvinylchloride (PVC), Polystyrene (PS), Polytherephthalate (PETP), Polyethersulfone (PES), Polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene oxide (PPO), polyphenylene sulfide (PPS), polybuthylene terephthalate (PBT, Polyoxymethylene (POM), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI), polyamide (PA) and mixtures and copolymers of the monomers of such polymers ", in particular selected from the group consisting of "polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene and mixtures as well as copolymers the monomers of such polymers ". Essential in the selection of materials is only that the material is sufficient (permanently) temperature resistant against in the course of processing or use of the biochips occurring temperatures. As in this sense, be resistant to high temperatures all polymer materials, which under exposure to at least 90 ° C, preferably at least 120 ° C, in particular at least 140 ° C, over 1000 hours as resistant prove. Typically, this is satisfied when the glass transition temperature is above half the said temperature limit is.
Besonders temperaturbeständig ist beispielsweise Polycarbonat mit einer Glastemperatur von 150°C. Es versteht sich, daß der Polymerwerkstoff in der Kunststofftechnologie übliche Hilfsstoffe enthalten kann, wie beispielsweise Weichmacher, Lichtstabilisatoren, insbesondere UV-Stabilisatoren, und dergleichen. Auch können die (wellenlängenabhängige) Dielektrizitätskonstante beeinflussende Zusätze eingebracht sein zum Zwecke der Optimierung der optischen Eigenschaften in einem interessierenden Wellenlängenbereich.Especially temperature resistant is for example polycarbonate with a glass transition temperature of 150 ° C. It understands that the Polymer material in plastic technology contain conventional excipients can, such as plasticizers, light stabilizers, in particular UV stabilizers, and the like. Also, the (wavelength dependent) dielectric constant influencing additives be incorporated for the purpose of optimizing the optical properties in a wavelength range of interest.
Ein Fiberelement kann auch aus mehreren Werkstoffen im Verbund hergestellt sein. Insbesondere können im Bereich der Mantelfläche von dem Werkstoff des Cores verschiedene Werkstoffe eingesetzt sein, beispielsweise um die Reflektivität von in dem Fiberelement laufenden Lichts an der Grenzfläche fest/flüssig bzw. fest/gas ggf wellenlängenselektiv zu modifizieren. Auch kann beispielsweise das Core aus einem mechanisch starren Werkstoff bestehen, beispielsweise Metall, Glas oder Polycarbonat, während der das Core umgebende optisch transparente Werkstoff dann weniger starr sein kann.One Fiber element can also be made of several materials in a composite be. In particular, you can in the area of the lateral surface be different materials used by the material of the core, for example, the reflectivity of running in the fiber element Light at the interface solid / liquid or solid / gas optionally wavelength-selective to modify. Also, for example, the core of a mechanical rigid material, for example metal, glass or polycarbonate, during the the core surrounding optically transparent material then less rigid can be.
In geometrischer Hinsicht können die Fiberelemente wie folgt ausgebildet und angeordnet sein. Die Fiberelemente weisen vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,01 μm bis 1000 μm und eine Länge im Bereich von 0,1 μm bis 100 mm auf. Das Verhältnis Durchmesser zu Länge kann im Bereich von 100 bis 10–9 liegen. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Fiberelemente in einer Dichte von 1 bis 107 Fibern/cm2, bezogen auf eine radiale Querschnittsebene der Fiberelemente, gepackt sind.In geometric terms, the fiber elements may be formed and arranged as follows. The fiber elements preferably have a diameter in the range of 0.01 μm to 1000 μm and a length in the range of 0.1 μm to 100 mm. The diameter to length ratio can range from 100 to 10 -9 . Furthermore, it is preferred if the fiber elements are packed in a density of 1 to 10 7 fibers / cm 2 , based on a radial cross-sectional plane of the fiber elements.
Die Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppe kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus "Nukleinsäuren, DNA, RNA, PNA, Aptamere, Proteine, Peptide, Saccharide sowie Mischungen dieser Probenmoleküle". Im Falle der Nukleinsäuren kann es sich um einzelsträngige oder doppelsträngige Nukleinsäuren handelt. Die Basen der Nukleinsäuren können natürlicherweise vorkommende Basen sein, sie können aber auch chemisch derivatisiert sein, beispielsweise durch Einbau von Markergruppen. Entsprechendes gilt im Falle der weiteren Verbindungsklassen der vorstehend genannten Gruppe. Ebenso können die Sequenzen natürlich oder nicht-natürlich sein. Im Falle der Nukleinsäuren kann die Anzahl der Basen einer hybridisierbaren Region grundsätzlich beliebige lang sein. Es empfiehlt sich allerdings, die Anzahl der Basen möglichst klein zu halten, beispielsweise auf maximal 25, besser 17, zu begrenzen, damit ein Mismatch zwischen einem Probenmolekül und einem Targetmolekül in lediglich einer Base zu einer hinreichenden Destabilisierung führt.The Sample molecule species or sample molecule species group can be selected be from the group consisting of "nucleic acids, DNA, RNA, PNA, aptamers, Proteins, peptides, saccharides and mixtures of these sample molecules. "In the case of nucleic acids it is single-stranded or double-stranded nucleic acids is. The bases of the nucleic acids can naturally occurring bases, they can but also chemically derivatized, for example by incorporation of marker groups. The same applies in the case of the other classes of compounds the aforementioned group. Likewise, the sequences can be natural or not natural be. In the case of nucleic acids In principle, the number of bases of a hybridizable region can be arbitrary To be long. However, it is recommended that the number of bases possible keep small, for example, to a maximum of 25, better 17, limit, thus a mismatch between a sample molecule and a target molecule in only a base leads to a sufficient destabilization.
Die Probenmoleküle können unmittelbar oder über Spacerverbindungen an die Fiberelemente gebunden sein. Letzteres ist bevorzugt. Als Spacerverbindungen kommen alle fachüblichen Verbindungen in Frage. Beispielsweise kann die Spacerverbindung aus einer Kette (beispielsweise der Länge 5 bis 80, vorzugsweise 25 bis 40 Basen) von (gleichen) Nukleinsäurebasen, beispielsweise Thymidin, gebildet sein. Dann ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Basen in der Spacerverbindung größer als die Anzahl der Basen in einer hybridisierbaren Region des Probenmoleküls ist. Es ist auch möglich, synthethische organische Oligomere oder Polymere einzusetzen, in deren Polymerkette beispielsweise Carbamatgruppen eingebaut sein können. Es ist auch möglich zwei oder mehr Probenmoleküle über eine Spacerverbindung zu verbinden und die Spacerverbindung über eine Bindungsstelle der Spacerverbindung an dem Fiberelement zu binden.The sample molecules can directly or via Spacer compounds to be bonded to the fiber elements. The latter is preferred. As spacer compounds are all customary Connections in question. For example, the spacer compound from a chain (for example, the length 5 to 80, preferably 25 to 40 bases) of (identical) nucleic acid bases, for example thymidine, be formed. Then it is advantageous if the number of bases greater than in the spacer compound is the number of bases in a hybridizable region of the sample molecule. It is also possible, to use synthetic organic oligomers or polymers in whose Polymer chain, for example carbamate groups can be incorporated. It is possible, too two or more sample molecules over one To connect spacer compound and the spacer compound via a Binding site of the spacer compound to bind to the fiber element.
Jedes Fiberelement kann Probenmoleküle einer jeweils selektierten, unterschiedlichen Probenmolekülspezies tragen. Mit anderen Worten ausgedrückt, jedes Fiberelement trägt Probenmoleküle einer einzigen Struktur, wobei die Strukturen der Probenmoleküle verschiedener Fiberelemente sich unterscheiden. Es ist aber auch möglich, daß jedes Fiberelement Probenmoleküle einer jeweils selektierten, unterschiedlichen Probenmolekülspeziesgruppe trägt, wobei die Gruppenelemente jeder Probenmolekülspeziesgruppe gemeinsam unter Ausbildung von kooperativen Effekten, beispielsweise Stacking, an ein definiertes Targetmolekül binden. Dann trägt jedes Fiberelement Probenmoleküle mit zwei (oder mehr) verschiedenen Strukturen (Gruppenelemente), wobei verschiedene Fiberelemente unterschiedliche Kombinationen an Probenmolekülen unterschiedlicher Strukturen tragen. In Hinblick auf die genutzten kooperativen Effekte wird es sich empfehlen, die molaren Mengen der Probenmoleküle unterschiedlicher Strukturen auf einem Fiberelement innerhalb von Abweichungen bis zu + 50% gleich groß zu halten. Es empfiehlt sich, daß die Probenmoleküle unterschiedlicher Struktur auf einem Fiberelement hinsichtlich der räumlichen Anordnung der Bindungstellen an dem Fiberelement stochastisch verteilt sein sollten.each Fiberelement can be a sample molecules each selected, different sample molecule species wear. In other words, each fiber element carries sample molecules one single structure, where the structures of the sample molecules different Fiber elements differ. But it is also possible that each Fiber element sample molecules a respective selected, different Probenmolekülspeziesgruppe carries, wherein the group elements of each sample molecule species group together under Training of cooperative effects, such as stacking, to a defined target molecule tie. Then wear each fiber element sample molecules with two (or more) different structures (group elements), wherein different fiber elements have different combinations on sample molecules bear different structures. In terms of used Cooperative effects will be recommended, the molar amounts the sample molecules different structures on a fiber element within Deviations up to + 50% the same size. It is advisable, that the Sample molecules different Structure on a fiber element in terms of spatial Arrangement of the binding sites on the fiber element stochastically distributed should.
Es ist auch möglich, innerhalb eines oder mehrerer der Fiberelemente jeweils diskrete Felder einzurichten, welche unterschiedliche Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppen tragen.It is possible, too, within one or more of the fiber elements each discrete Fields set up which different sample molecule species or sample molecule species groups wear.
In Hinblick auf eine Reduktion unspezifischer Bindung von Targetmolekülen direkt an den Oberflächen der Fiberelemente ist es vorteilhaft, wenn der Polymerwerkstoff keine funktionalen Gruppen an seiner Oberfläche trägt, und wenn die Probenmoleküle Nukleinsäuren sind, daß die Nukleinsäuren aus einer vorzugsweise wäßrigen Lösung unter Bestrahlung mit UV-Licht an die Oberfläche des Polymerwerkstoffes gebunden sind.In With regard to a reduction of non-specific binding of target molecules directly on the surfaces the fiber elements, it is advantageous if the polymer material carries no functional groups on its surface, and if the sample molecules are nucleic acids, that the nucleic acids from a preferably aqueous solution below Irradiation with UV light to the surface of the polymer material are bound.
Selbstverständlich läßt sich ein erfindungsgemäßes Bauteil nicht nur analytisch zur Detektion von Targetmolekülen, sondern auch präparativ, beispielsweise zur gezielten Abtrennung von Stoffen aus komplexen Gemischen, wie beispielsweise Blut.Of course it is possible an inventive component not only analytically for the detection of target molecules, but also preparative, For example, for the targeted separation of substances from complex Mixtures, such as blood.
Ein erfindunggemäßer Reaktor kann aus den verschiedensten Werkstoffen aufgebaut sein. So ist es beispielsweise möglich, den Reaktor bzw. Bauteile aus einem optisch transparenten Werkstoff, insbesondere für UV transparent, zu gestalten. Dann ist es möglich, Immobilisierungsverfahren unter UV Bestrahlung durchzuführen, und zwar simultan in allen Reaktoren einer baulichen Einheit.A erfindunggemäßer reactor can be constructed of a variety of materials. So it is possible, for example, the reactor or Bautei le from an optically transparent material, in particular for UV transparent to make. Then it is possible to carry out immobilization processes under UV irradiation, simultaneously in all the reactors of a structural unit.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsformen darstellenden Beispielen näher erläutert. Es zeigt:in the Below, the invention is based on merely embodiments illustrative examples closer explained. It shows:
Die
Figuren sprechen für
sich, so daß darauf verwiesen
werden darf. In einem solchen Reaktor läßt sich beispielsweise die
folgende Reaktion durchführen.
Ein Oligonukleotid der Sequenz T(20)-AGT CTA ATC TGA TCT AGA wird
in eine Crosslink-Lösung
enthaltend 1 M NaCl, 0,2 M MgCl2 und 0,3
M Tris, pH8, in einer Konzentration von 10 nM eingebracht. In eine
Reaktoreinheitshälfte
- 11
- Reaktorreactor
- 22
- Reaktorhälfteretort half
- 33
- VentilValve
- 44
- Zuführleitungfeed
- 55
- elektrische Steuerleitungenelectrical control lines
- 66
- Passbuchsepass socket
- 77
- Passstiftdowel
- 88th
- Maskemask
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DE102014207184A1 (en) | Method for producing an electrode arrangement for a sequencing device |
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