DE4216696A1 - Measurement of complementary interaction, e.g. in immunoassays - comprising measurement of fluorescence or redox (current) strength with double measurements and comparisons of at least two measuring zones - Google Patents

Measurement of complementary interaction, e.g. in immunoassays - comprising measurement of fluorescence or redox (current) strength with double measurements and comparisons of at least two measuring zones

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Abstract

Claimed is (A) a sensitive method for immunoassays or assays based on complementary interaction by (a) quick and repetitive measurements of electric current or fluorescence, and (b) double measurements either in at least two measuring zones or by internal calibration of the system using stable redox or IR-fluorescence-labelled analytes followed by comparison of the two measurements obtd.. Also claimed is an appts. for performing (A) wherein the analytes recognising complementary mols. (antibodies (ABs), receptors, DNA-fragments) are immobilised at special surfaces. USE/ADVANTAGE - The new method is used in the detection of binding pairs such as in immunoassays. This method is simpler, faster, more correct, cheaper and more sensitive than known methods such as ELISAs RIAs or EIAs.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein allgemein anwendbares Verfah­ ren, das aus einer Kombination ausgewählter Schritte besteht und Vorrichtungen für extrem empfindliche und ungestörte Konzentra­ tionsbestimmungen beliebiger Antikörper-Antigenpaare komplementä­ rer Molekül-Rezeptorpaare, komplementärer DNA-Stränge sowie selek­ tiver Gast-/Wirtsmolekülpaare. Ferner betrifft sie eine Vor­ richtung zur Empfindlichkeits- und Selektivitätssteigerung bei Immuno-Assays, Molekül-Rezeptor-, DNA-komplementär-DNA und Gast-Wirtsmolekül-Wechselwirkungs-Assays.The invention is directed to a generally applicable method ren, which consists of a combination of selected steps and Devices for extremely sensitive and undisturbed concentra complementary determination determinations of any antibody-antigen pairs rer molecule-receptor pairs, complementary DNA strands and selek tive guest / host molecule pairs. It also concerns a pre direction to increase sensitivity and selectivity Immunoassays, Molecule Receptor, DNA Complementary DNA and Guest-host molecule interaction assays.

Die quantitative Analyse komplexer Stoffgemische unter Ausnutzung der sehr selektiven Antikörper-Antigen-Bindung (Schlüssel-Schloß-Prin­ zip) und der DNA-Paarbildung bei den sog. DNA-Sonden ist in der Biochemie und klinischen Chemie eine etablierte Analysen­ methode und dementsprechend weit verbreitet. Meist werden kompeti­ tive Tests mit markierten Antigenen, Antikörpern oder DNA-Molekü­ len benutzt. Beim Radio-Immuno-Assay (RIA) ist das der Meßlösung zugesetzte Antigen (bzw. das Antikörpermolekül bei der Sandwich- Methode) radioaktiv markiert. Beim Enzym-Immuno-Assay (EIA oder das heterogene Enzym-Linked-Adsorbend-Assay, ELISA) ist an den betreffenden Markermolekülen ein sog. Marker-Enzym gebunden. Diese markierten Moleküle konkurrieren mit den zu messenden, unmarkier­ ten Molekülen (zu bestimmender Stoff = Analyt) um die Bindung an den meist trägergebundenen Antikörper (bzw. DNA-Sequenz), so daß sich die unbekannte Menge Antigen (DNA-Art und Menge) bestimmen läßt, wenn zum Vergleich ein Test mit einem Antigen (DNA-Molekül) bekannter Konzentration durchgeführt wird. Die Meßsignale sind bei dieser Methode umgekehrt proportional zur Konzentration. Bei den sog. Sandwichtests werden markierte Antikörper benutzt. Diese bin­ den sandwichartig an Antigenmoleküle an, die ihrerseits zuvor kon­ zentrationsabhängig an trägergebundene Antikörper gebunden sind.The quantitative analysis of complex substance mixtures using the very selective antibody-antigen binding (key-lock-prin zip) and the DNA pair formation in the so-called DNA probes is in an established analysis of biochemistry and clinical chemistry method and accordingly widely used. Most are competi tive tests with labeled antigens, antibodies or DNA molecules len used. In the radio immunoassay (RIA), this is the measurement solution added antigen (or the antibody molecule in the sandwich Method) radioactively marked. In the enzyme immunoassay (EIA or the heterogeneous enzyme-linked adsorbend assay (ELISA) is to the a so-called marker enzyme bound. These labeled molecules compete with the unlabeled ones to be measured molecules (substance to be determined = analyte) to bind the mostly carrier-bound antibody (or DNA sequence), so that determine the unknown amount of antigen (DNA type and amount)  if, for comparison, a test with an antigen (DNA molecule) known concentration is carried out. The measurement signals are at this method is inversely proportional to concentration. Both So-called sandwich tests, labeled antibodies are used. This am the sandwiched to antigen molecules, which in turn previously con are bound to carrier-bound antibodies depending on the concentration.

Die sehr spezifische Bindung zweier komplementärer Moleküle erlaubt natürlich auch umgekehrt die quantitative Bestimmung des größeren Partners (Antiköper-, Rezeptor-Analyse resp. des komple­ mentären DNA-Moleküls (oder Bio-Oberfläche), welches mindestens in einem Teilbereich eine komplementäre DNA-Sequenz zur markierten Sequenz aufweist) und sind daher die wichtigsten biochemischen Analysenverfahren. Nachdem es inzwischen möglich ist, auch für kleinere Moleküle (Haptene) monoklonale Antikörper in beliebigen Mengen zu produzieren, werden diese immunologischen Methoden auch für die Umweltanalytik zunehmend bedeutsam. Beispielsweise kann man unter Verwendung monoklonaler Antikörper für die verschiedenen Dioxine die gesamten Analysenkosten dadurch erheblich senken, daß nur bei positivem Ergebnis des immunologischen Tests die sehr teuere GC-MS Analyse durchgeführt werden muß (Screening).The very specific binding of two complementary molecules conversely, of course, also allows the quantitative determination of the larger partners (antibody, receptor analysis or comple mental DNA molecule (or bio-surface), which is at least in a partial area a complementary DNA sequence to the labeled Sequence) and are therefore the most important biochemical Analytical method. Now that it is possible, also for smaller molecules (haptens) monoclonal antibodies in any These immunological methods will also produce quantities increasingly important for environmental analysis. For example one using monoclonal antibodies for the various Dioxins significantly reduce the total analysis costs in that only if the result of the immunological test is positive expensive GC-MS analysis must be carried out (screening).

Die inzwischen traditionellen immunologischen Bestimmungsverfahren (RIA und EIA bzw. ELISA) weisen erhebliche Nachteile auf, die hin­ länglich bekannt sind. Entweder treten wegen der Verwendung radio­ aktiven Materials Entsorgungs-, Versand- und Lagerprobleme auf oder man muß mit einer Beeinflussung der immunologischen Reaktion durch das meist, verglichen zum relativ kleinen Antigenmolekül, voluminöse Enzymmolekül rechnen. Enzymmarkierte Antigen- oder Antikörpermoleküle (bzw. eines der Partner von Molekül-Rezeptor-, Gast-Wirtsmolekül-, DNA-komplementär DNA-Wechselwirkungsmethoden) weisen alle Nachteile enzymatischer Verfahren auf. Die Lebensdauer des Enzyms ist begrenzt und die enzymatische Reaktion (Biokatalyse) kann bei unbekannten Umweltmatrices durch Inhibito­ ren oder Enzymgifte (z. B. Schwermetalle) empfindlich gestört wer­ den, so daß falsche Ergebnisse auftreten. Meist muß die enzymmar­ kierte Verbindung aus Stabilitätsgründen kühl gelagert werden. Wegen dieser abnehmenden Aktivität sind zusätzliche Kalibrier­ schritte erforderlich und die GLP-Richtlinien (Gute Labor Praxis), die bei quantitativen Analysen eingehalten werden müssen, erfor­ dern durch Rückstellproben eine Menge der teureren enzymmarkierten Verbindungen. Auch ist eine Phasentrennung erforderlich, ein Sub­ strat muß zugegeben werden, wodurch die Handhabung sehr kompli­ ziert wird. Die erforderlichen Arbeitsschritte benötigen i.d.R. einige Stunden. Ohne Phasentrennung laufen die sog. homogenen Enzym-Immuno-Assays (EMIT) ab, die kompetitiv arbeiten und sich nur für kleine Antigenmoleküle eignen.The now traditional immunological methods of determination (RIA and EIA or ELISA) have considerable disadvantages are well known. Either kick radio because of the use active material disposal, shipping and storage problems or one has to influence the immunological reaction mostly because compared to the relatively small antigen molecule, voluminous enzyme molecule. Enzyme-labeled antigen or Antibody molecules (or one of the partners of molecule receptor, Guest-host molecule, DNA complementary DNA interaction methods) have all the disadvantages of enzymatic processes. The lifespan of the enzyme is limited and the enzymatic reaction (Biocatalysis) can be done with unknown environmental matrices by Inhibito or enzyme poisons (e.g. heavy metals) the so that wrong results occur. Usually the enzymmar Kiert connection be stored cool for stability reasons. Because of this decreasing activity there are additional calibrations steps required and the GLP guidelines (good laboratory practice),  that have to be observed in quantitative analyzes retained a lot of the more expensive enzyme-labeled samples Links. A phase separation is also required, a sub strat must be added, which makes handling very complicated is decorated. The necessary work steps usually require some hours. The so-called homogeneous run without phase separation Enzyme immunoassays (EMIT) that work competitively and themselves only suitable for small antigen molecules.

Über eine einfache und allgemein anwendbare analytisch-chemische Ausnutzung selektiver Molekül-Rezeptor Wechselwirkungskräfte, DNA-Paarbildungsreaktionen sowie der gleichermaßen selektiven Gast-Wirts­ beziehungen der supramolekularen Chemie zum Zwecke einer quantitativen Bestimmung oder gar zum Aufbau von entsprechenden Sensoren existieren nur wenige Vorarbeiten.Via a simple and generally applicable analytical-chemical Exploitation of selective molecular receptor interaction forces, DNA pairing reactions as well as the equally selective guest host relationships of supramolecular chemistry for the purpose of a quantitative determination or even to build up corresponding Sensors do little preliminary work.

Der vorteilhafte Aufbau eines einfachen und preiswerten elektro­ chemischen Meßsystems, das in Form der Potentiometrie oder Ampero­ metrie den geringsten apparativen Aufwand erfordert, scheitert in der Regel daran, daß der zu bestimmende Stoff (Analyt) nicht als potentialbestimmendes Ion, sondern als neutrales Molekül vorliegt bzw. nicht elektrochemisch selektiv umgesetzt werden kann. Die Verwendung optischer Methoden (Spektralphotometrie, Fluoreszenz­ messung, Ellipsometrie, Surface Plasmon Resonance Spektroskopie, Methode der evaneszenten Welle, usw.) zur Erfassung der oben­ erwähnten spezifischen Molekül-Wechselwirkungen ist beschrieben worden. Einige können die immunologische Reaktion auch ohne mar­ kierten Partner aufgrund der Änderung des Brechungsindexes an einer Phasengrenze erfassen, haben aber große Probleme bei kleinen Analytmolekülen (wie in der Umweltanalytik üblich) im Spuren­ bereich (< 1 ppm), da die nicht spezifische Bindung von störenden Begleitstoffen, die sogar meist in einem großen Überschuß neben dem Analyten in einer realen Probe mitanwesend sind, empfindlich­ keitslimitierend ist.The advantageous structure of a simple and inexpensive electro chemical measuring system, in the form of potentiometry or ampero requires the least amount of equipment, fails in the rule that the substance to be determined (analyte) is not as potential determining ion, but as a neutral molecule or can not be selectively implemented electrochemically. The Use of optical methods (spectrophotometry, fluorescence measurement, ellipsometry, surface plasmon resonance spectroscopy, Evanescent wave method, etc.) to capture the above The specific molecular interactions mentioned are described been. Some can see the immunological response without mar selected partners due to the change in the refractive index a phase boundary, but have big problems with small ones Analyte molecules (as usual in environmental analysis) in the trace range (<1 ppm) because the non-specific binding of disruptive Accompanying substances, which are even mostly mostly in a large excess the analyte is present in a real sample is limiting.

Optische Verfahren mit den üblichen Fluoreszenzmarkern, die eine Anregungswellenlänge im UV oder sichtbaren Bereich erfordern, benötigen einen hohen apparativen Aufwand, der einer weitverbrei­ teten Routineanwendung im Wege steht. Der Aufwand zur Stabilisie­ rung der Lichtquelle, zur Monochromatisierung mittels eines streu­ lichtfreien Monochromators, zur Vermeidung von Fremdlichteinflüs­ sen, zur Empfindlichkeitssteigerung etc. erfordert apparative Auf­ bauten, die sehr komplex und damit teuer sind. Außerdem werden neben den fluoreszierenden Molekülgruppen des Markers auch viele Stoffe in typisch biologischen Matrices mitangeregt (z. B. Trypto­ phan u. a.), so daß ihre Fluoreszenz nicht von der des Markermole­ küls unterschieden werden kann, was die Nachweisgrenze extrem ver­ schlechtert. Lediglich die Markierung mittels spezieller Fluores­ zenzmarker, die nach der Methode der zeitverzögerten Fluoreszenz arbeiten, kann diese Probleme umgehen. Diese Methode benötigt aber teurere Geräte und wird praktisch nur mittels sog. Enhancement-Schritte zur Steigerung der Empfindlichkeit durchgeführt, was aber einen zusätzlichen Arbeitsgang bedeutet.Optical methods with the usual fluorescent markers, the one Require excitation wavelength in the UV or visible range, need a lot of equipment, which is widespread routine application is in the way. The effort to stabilize  tion of the light source, for monochromatization using a scatter light-free monochromator, to avoid extraneous light influences sen, to increase sensitivity, etc. requires equipment buildings that are very complex and therefore expensive. Also be besides the fluorescent molecular groups of the marker also many Substances also stimulated in typical biological matrices (e.g. trypto phan u. a.), so that their fluorescence does not differ from that of the marker mole küls can be distinguished, which extremely ver the detection limit worsened. Only the marking with special fluorescence zenzmarker using the method of time-delayed fluorescence can work around these problems. However, this method requires more expensive devices and is practically only by means of so-called enhancement steps done to increase sensitivity, but what means an additional operation.

In der deutschen Patentanmeldung DE 39 16 432 A1 von 1990 wird ein potentiometrisches Verfahren zur Detektion einer Immuno-Reaktion zwischen unmarkierten komplementären Partnern beschrieben, welches aber ebenfalls bei kleineren Analytmolekülen in einem Bereich unter 1 ppm anwendbar ist.In German patent application DE 39 16 432 A1 from 1990 a potentiometric method for the detection of an immuno-reaction between unmarked complementary partners described which but also for smaller analyte molecules in one area below 1 ppm is applicable.

Bei Immuno-Assays, die wie die Affinitätschromatographie betrieben werden und bei denen eine Verdrängungsreaktion mit einem markier­ ten Analytmolekül ausgenutzt wird, beschreibt der Stand der Tech­ nik bisher nur Messungen mittels Durchflußmeßzellen, bei denen die Wechselwirkungszeit (=reine Meßzeit) mit den messenden Größen (Licht, Strom etc.), durch die Strömungsgeschwindigkeit vorgege­ ben, relativ kurz (nur wenige Sekunden) ist. Eine derartig kurze Meßzeit erlaubt vor allem bei Durchflußmessungen keine hohe elek­ tronische Dämpfung. Daher sind der elektronischen oder optoelek­ tronischen Verstärkungstechnik durch das in den empfindlichsten Bereichen stark abfallende Signal-zu-Rausch-Verhältnis (S/R-Ver­ hältnis) Grenzen gesetzt. Ebenfalls unmöglich sind bei dem schnel­ len Durchströmen der markierten Substanz durch den Durchfluß-De­ tektor Wiederholmessungen, die sich bei Mittelwertbildung ähn­ lich positiv auf das S/R-Verhältnis auswirken. Darüber hinaus benötigen Wiederholmessungen einen Bezugspunkt, d. h. eine Unter­ grundmessung (Blindwertmessung oder engl. blanc value), die eine entsprechende Vorrichtung verlangt. For immunoassays that operate like affinity chromatography and in which a displacement reaction with a marker The state of the tech describes the analyte molecule Up to now, only measurements using flow measuring cells in which the Interaction time (= pure measuring time) with the measuring quantities (Light, electricity etc.), given by the flow velocity ben, is relatively short (only a few seconds). Such a short one Measuring time does not allow high elec. Especially with flow measurements tronic damping. Hence the electronic or optoelek tronic amplification technology through the most sensitive Areas of strongly falling signal-to-noise ratio (S / R-Ver ratio) set limits. Are also impossible with the fast len flow of the labeled substance through the flow De Repeat measurements that are similar when averaging positive effect on the S / R ratio. Furthermore repeat measurements need a reference point, d. H. a sub basic measurement (blank value measurement or blanc value), the one appropriate device requires.  

Über eine einfache und quasi automatische Abtrennung der ebenfalls aus der immonologischen Reaktionszone austretenden Probenmatrix mit störenden Komponenten wird außer im Zusammenhang mit den heterogenen ELISA-Techniken, die einen zusätzlichen Abtrennungs­ schritt vorschreiben, im Stand der Technik nichts berichtet. Dies ist aber für richtige Messungen von zentraler Bedeutung und unabdingbare Voraussetzung bei repetitiven Messungen, bei denen sich natürlich Fehlmessungen ebenfalls addieren.With a simple and quasi-automatic separation of the sample matrix emerging from the immunological reaction zone with disruptive components except in connection with the heterogeneous ELISA techniques that require an additional separation prescribe step, nothing reported in the state of the art. But this is for correct measurements of central importance and an essential requirement for repetitive measurements, which of course involve incorrect measurements also add.

Eine Gleichstellung von Immunoreaktionen mit Rezeptorreaktionen bzw. DNA-Paarbildung und molekülerkennenden Gast-/Wirtsmolekül- Einlagerungen bezüglich der erfindungsgemäßen, allgemein gültigen, sensorisch ausnutzbaren Anordnung wurde bisher nicht beschrieben, da die Markierung mit einem voluminösen Enzym diese selektiven Bindungsreaktionen sehr stark behindert (sterische Behinderung). Dies ist bei den relativ kleinen Redox-Systemen oder IR-fluores­ zierenden Molekülen nicht der Fall.Equalization of immunoreactions with receptor reactions or DNA pairing and molecule-recognizing guest / host molecule Storage with regard to the generally applicable arrangement that can be used by sensors has not yet been described, since labeling with a voluminous enzyme makes these selective Binding reactions very severely hampered (steric disability). This is the case with the relatively small redox systems or IR fluores decorative molecules are not the case.

Es besteht daher ein Bedürfnis für ein generell anwendba­ res Verfahren und eine Vorrichtung, die die bekannten Nachteile der direkt anzeigenden und auch der mit markierten immu­ nologischen Partnern ablaufenden Verfahren (alle derzeitigen Immuno-Assays) vermeidet.There is therefore a need for a generally applicable res method and a device that the known Disadvantages of the direct display and also those marked with immu processes running through the biological partners (all current Immunoassays).

Die Aufgabe der Erfindung, die Empfindlichkeit zu erhöhen bei gleichzeitiger Verminderung der bekannten Querstörungen aller traditionellen Immuno-Assays und ähnlicher Verfahren, wird erreicht insb. durch die ausgewählte Kombination von mehreren Verfahrensschritten gemäß Anspruch 1. The object of the invention to increase the sensitivity while reducing the known cross interference of all traditional immunoassays and similar methods, is achieved in particular through the selected combination of several process steps according to Claim 1.  

Zur Erzielung der geforderten extrem niedrigen Nachweisgrenze im Spu­ renanalysenbereich werden erfindungsgemäß anstelle der anfälligen und un­ genauen enzymatischen Signal-Verstärkungsmethoden repetitierbare elektro­ chemische und optische Meßmethoden zusammen mit einer speziellen elek­ tronischen Signalaufbereitung (Signal-Mittelwertsbildung) und ent­ sprechenden Meßanordnungen angewandt.To achieve the required extremely low detection limit in the spu Renal analysis area according to the invention instead of the vulnerable and un exact enzymatic signal amplification methods repeatable electro chemical and optical measuring methods together with a special elec tronic signal processing (signal averaging) and ent speaking measuring arrangements applied.

Der zu bestimmende Immuno-Partner (Antigen oder Antikörper, Mole­ kül oder dazugehöriger Rezeptor, Gastmolekül oder dazugehöriges Wirtsmolekül, DNA-Strang und dazugehörige komplementäre Sequenz) wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entweder mit einem stabi­ len Redox-System oder einer stabilen, im Infrarotbereich (< 700 nm) fluoreszierenden Verbindung haltbar (z. B. kovalent gebunden) verbunden. Die Auswahl dieser beiden Marker-Molekülsorten erfolgte nach umfangreichen Vorversuchen und an Hand bestimmter Kriterien, die hiermit offenbart werden. Als Redox-Systeme eignen sich vor­ zugsweise anorganische oder organische Systeme mit hohen Standard­ austauschstromdichten an inerten Metallelektroden. Bei den Fluo­ reszenz-Markern sind Moleküle, die mit preiswerten Laserdioden zur Fluoreszenz im fernen Infrarot (< 800 nm) angeregt werden können, die vorteilhaftesten Markermoleküle.The immuno-partner to be determined (antigen or antibody, mole cool or associated receptor, guest molecule or associated Host molecule, DNA strand and associated complementary sequence) is in the method according to the invention either with a stabi len redox system or a stable, in the infrared range (<700 nm) fluorescent compound durable (e.g. covalently bound) connected. These two marker molecule types were selected after extensive preliminary tests and based on certain criteria, which are hereby disclosed. Are suitable as redox systems preferably inorganic or organic systems with high standards exchange current densities on inert metal electrodes. With the Fluo Resence markers are molecules that are used with inexpensive laser diodes Fluorescence in the far infrared (<800 nm) can be excited, the most advantageous marker molecules.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfacher, empfindlicher, schneller, richtiger und daher letztendlich auch preiswerter als alle bisher beschriebenen Immuno-Assays. Vor­ teilhafter ist auch die direkte, extrem empfindliche und schnelle Erfassung von kleineren Antigenen, die nach den obenerwähnten Offenlegungsschriften mit den dort beschriebenen Verfahren nur man­ gelhaft oder überhaupt nicht möglich ist. Gerade hier existiert aber ein großer Anwendungsbereich für die neue Molekülanalytik (Schadstoff­ analytik) vor allem im Bereich des Umweltschutzes oder der Überwachung von maximalen Arbeitsplatzkonzentrationen sowie der klinischen Chemie (medizinischen Diagnose, Pathologie, Gerichtsmedizin). The method according to the invention is simpler more sensitive, faster, more correct and therefore ultimately also cheaper than all previously described immunoassays. Before direct, extremely sensitive and fast is also more partial Detection of smaller antigens according to the above Disclosures with the procedures described there only one is liquid or not possible at all. Exists here but a large area of application for the new molecular analysis (pollutant analytics) especially in the area of environmental protection or monitoring of maximum workplace concentrations and clinical chemistry (medical diagnosis, pathology, forensic medicine).  

Das erfindungsgemäße Verfahren kann unterschiedlich durchgeführt werden:The method according to the invention can be carried out in different ways will:

In einer vorteilhaften Version wird das markierte Analytmolekül zuvor an dem immobilisierten Partner gebunden. Das unmarkierte Analytmolekül in der Probe verdrängt bei Kontakt mit den gebun­ denen, markierten Partnern sein markiertes Gegenstück (redox- oder fluoreszenzmarkiertes Antigen- oder Antikörpermolekül = markiertes Analytmolekül) aus der Oberflächenbindung, welches dann durch eine Flüssigkeitsströmung wegtransportiert wird.In an advantageous version, the labeled analyte molecule previously tied to the immobilized partner. The unmarked Analyte molecule in the sample displaces on contact with the well those, marked partners its marked counterpart (redox or fluorescence-labeled antigen or antibody molecule = labeled Analyte molecule) from the surface bond, which is then replaced by a Liquid flow is transported away.

In einer anderen Version wird der Probe das markierte Analytmole­ kül in einem bekannten Verhältnis zugesetzt und man läßt die Mischung mit den immobilisierten Immuno-Partnern (worunter alle obenerwähnten komplementären Systeme zu verstehen sind) in Wech­ selwirkung treten. Je nach der Konzentration des Analyten werden unterschiedliche Mengen des markierten Analytmoleküls kompetitiv gebunden, wobei eine umgekehrte Relation besteht. Bei beiden Ver­ sionen werden die nichtgebundenen oder freigesetzten markierten Analytmoleküle auf kleinstem Raum wieder mittels des betreffenden immunologischen (komplementären) Partners, der immobilisiert oder örtlich begrenzt und fixiert vorliegt, gesammelt, aufkonzentriert und durch Spülen von anhaftender Probenmatrix gereinigt.In another version, the labeled analyte mole becomes the sample added cool in a known ratio and the Mix with the immobilized immuno partners (including all complementary systems mentioned above are to be understood) in Wech interaction. Depending on the concentration of the analyte  competitive different amounts of the labeled analyte molecule bound, with an inverse relation. In both ver sions are the unbound or released marked Analyte molecules in the smallest space again by means of the relevant one immunological (complementary) partner who immobilizes or localized and fixed, collected, concentrated and cleaned by rinsing of adhering sample matrix.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der eine elektrochemisch und optisch zugängliche Oberfläche vorliegt, kann aber auch der Teil Vermessen werden, der nicht der Eluatsammlung entspricht. Beim kompetitiven Test, bei dem die Oberfläche der Vorrichtung vor Kon­ takt mit der Probe mit immobilisierten Partnermolekülen bedeckt ist, die mit ihrem markierten Komplementärmolekül abgesättigt sind, kann auch die Abnahme der Intensität der Markierung gemessen werden, die der Analytmenge proportional ist. Bei dem anderen kom­ petitiven Test, bei dem markierte und unmarkierte Analytmoleküle zusammen zu den immobilisierten Komplementärmolekülen, die freie Bindungsstellen haben, zugesetzt werden, ist die Zunahme an mar­ kierten Molekülen in diesem Oberflächenbereich der Konzentration des Analyten umgekehrt proportional. Hier ist die Menge der mar­ kierten Moleküle, die die immunogene Zone ungebunden passieren, der Analytmenge direkt proportional. Bei der Messung zugänglichen Oberflächen kann man also bei einer derartigen immunologisch-ana­ lytischen Vorrichtung das Analysenergebnis doppelt (redundant) erhalten. Diese zweifache Bestimmungsmöglichkeit ist neu und ver­ bessert die Zuverlässigkeit des gesamten Immuno-Assays erheblich. Fehler und Störungen können durch die mangelnde Übereinstimmung dieser beiden Meßwerte sofort erkannt werden.In the device according to the invention, in which an electrochemical and optically accessible surface is present, but also the part Be measured that does not correspond to the eluate collection. At the competitive test in which the surface of the device before Kon clocked with the sample covered with immobilized partner molecules is saturated with its labeled complementary molecule the decrease in the intensity of the marking can also be measured which is proportional to the amount of analyte. The other com petitive test in which labeled and unlabeled analyte molecules together to form the immobilized complementary molecules that are free Binding sites have to be added, the increase in mar cated molecules in this surface area of concentration of the analyte is inversely proportional. Here is the amount of mar labeled molecules that pass through the immunogenic zone unbound, directly proportional to the amount of analyte. Accessible during measurement Surfaces can be seen in such an immunological-ana lytic device the analysis result double (redundant) receive. This twofold determination possibility is new and ver significantly improves the reliability of the entire immunoassay. Errors and malfunctions can result from the lack of agreement of these two measured values can be recognized immediately.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft auf eine Doppelbestimmung des Analyten hinaus. Die Abnahme der über die immunogene Zone integrierten Signalinten­ sität (konzentrationsproportional) muß bei einem Verdrängungsassay der betreffenden Zunahme in der "Molekülfänger"-Zone entsprechen (s. Abb. 2). Analoges gilt auch für die Methode, bei der das markierte Analyt­ molekül vor jeder Analyse der Probe in einem bekannten Verhältnis beigemischt wird. Durch ein Auffangen der nichtgebundenen markier­ ten und unmarkierten Analytmoleküle in einer speziellen Fängerzone läßt sich aus der dort meßbaren Konzentration an markierten Ana­ lytmolkülen direkt auf die Konzentration der unmarkierten Analyt­ moleküle, die in der Probe vorliegen, schließen. Je höher die Konzentration an markierten Analytmolekülen nach dem Durchströmen der immunogenen Zone, desto hoher die Analytkonzentration in der Probe.The method according to the invention amounts to a double determination of the analyte. The decrease in the signal intensity integrated over the immunogenic zone (proportional to the concentration) must correspond to the relevant increase in the "molecule trap" zone in a displacement assay (see FIG. 2). The same applies analogously to the method in which the labeled analyte is mixed in a known ratio before each analysis of the sample. By collecting the non-bound labeled and unlabeled analyte molecules in a special capture zone, the concentration of the labeled analyte molecules that can be measured there is directly indicative of the concentration of the unlabeled analyte molecules that are present in the sample. The higher the concentration of labeled analyte molecules after flowing through the immunogenic zone, the higher the analyte concentration in the sample.

Ein weiterer Vorteil (empfindlicher und ungestörter als bisherige Verfahren auf nichtenzymatischer Basis der Erfindung) ist die Abtrennung der nicht spezifisch gebundenen Matrixsubstanzen vor der eigentlichen Messung sowie die Sammlung oder Anreicherung der markierten Moleküle auf einer fla­ chen Oberfläche, auf der unmarkierte Partnermoleküle mit freien Bindungsstellen fest angebunden sind, so daß sie die markierten Partner, die den anderen immunologischen Bindungsbereich ungebun­ den durchlaufen haben oder dort durch den unmarkierten Analyten freigesetzt (aus der Bindung verdrängt) wurden, spezifisch anbin­ den. Die auf einer flachen Oberfläche angebundenen markierten Ana­ lytmoleküle, deren Menge nach Kalibration eine Information über die in der Probe vorliegenden (unmarkierten) Analytmoleküle erlaubt, können dann, je nach Art der Markierung, elektrochemisch oder optisch bestimmt werden, wobei sowohl lange Meßzeiten mit hoher Dämpfung als auch zyklische oder repetitive Messungen mit elektronischer (oder rechnergestützter) Mittelwertbildung möglich sind. Nach den Gesetzen der Statistik läßt sich durch N Messungen das Signal-zu-Rausch-Verhältnis um den Faktor Wurzel-N verbessern.Another advantage (more sensitive and undisturbed than previous methods on the non-enzymatic basis of the invention) is the separation of the specifically bound matrix substances before the actual measurement and the collection or enrichment of the labeled molecules on a fla surface on which unlabelled partner molecules with free Binding sites are firmly attached so that they are the marked Partners who unbound the other immunological binding area have passed through or there through the unlabelled analyte released (dislodged from the binding), specifically bind the. The marked Ana tied up on a flat surface lytmolecules, the amount of which, after calibration, provides information about the (unlabelled) analyte molecules present in the sample allowed, can then, depending on the type of marking, electrochemically or be determined optically, with both long measuring times with high damping as well as cyclical or repetitive measurements with electronic (or computer-based) averaging possible are. According to the laws of statistics, N measurements can be used improve the signal-to-noise ratio by the factor root-N.

Anstelle der spezifisch bindenden Immuno-Partner-Moleküle mit freien Bindungsplätzen als selektive "Molekülfänger" nach der pri­ mären kompetitiven Immuno-Reaktion können auch andere Sammelphasen verwendet werden. Bei lipophilen Analytmolekülen reicht dazu eine zu durchströmende Zone, die mit Öl oder Wachs (oder PVC plus Weichmacher o. ä.) getränkt ist, aus. Alternativ kann dafür auch ein Material verwendet werden, daß in der reversed phase Chromato­ graphie üblich ist (z. B. RP-18 stationäre Phase). Das letztere bietet sich insbesondere an, wenn ionisch vorliegende Analytmole­ küle festgehalten werden sollen. Hier gibt man der Fließlösung ein entsprechend geladenes, lipophiles Gegenion zu. Dadurch kommt es zu einer Ionenpaarbindung im Öl oder Fett, welche eine Erschwerung der Passage der markierten Analytmoleküle durch diese Molekül­ fängerzone bewirkt. Sie werden sich bei einer strömenden Trägerlösung gegen Ende der lipohilen Zone anreichern und können so der empfindlichen Messung zugänglich gemacht werden.Instead of the specifically binding immuno-partner molecules with free binding sites as selective "molecule scavengers" according to the pri Competitive immuno-response may also include other collection phases be used. One is sufficient for lipophilic analyte molecules Zone to be flowed through with oil or wax (or PVC plus Plasticizer or the like) is soaked. Alternatively, you can a material that is used in the reversed phase Chromato is common (e.g. RP-18 stationary phase). The latter lends itself particularly well when ionic analyte moles are present cooler should be held. Here you enter the flow solution appropriately charged, lipophilic counterion. That’s what happens to an ion pair bond in oil or fat, which complicates the passage of the labeled analyte molecules through this molecule catcher zone causes. You will find yourself pouring Enrich and can add carrier solution towards the end of the lipophilic zone  be made accessible to the sensitive measurement.

Eine besonders einfache und elegante Vorrichtung stellt im Zusammenhang mit der Erfindung die Verwendung von teststreifenähnlichem chromatogra­ phischen Material dar. Hier kann sowohl die Papierchromatographie (erweitert um die Membranfiltermaterialien auf Celluloseacetat, -nitrat o. ä. Basis) als auch die Dünnschichtchromatographie Material-Lie­ ferant sein (s. Abb. 2). Die Produktion der erfindungsgemäßen Vorrich­ tungen geschieht denkbar einfach und rationell. Im Bereich der umweltanalytischen Anwendung des hier offenbarten Verfahrens wer­ den die entsprechenden poly- oder monoklonalen Antikörper bzw. Fab-Fragmente mit Hilfe bekannter Bindungstechniken (kovalente Immobilisierung mittels Spacermoleküle und Fc-Teil bindenden Kom­ ponenten) richtig orientiert (Bindungsstellen nach außen) auf über 75% der Teststreifenfläche aufgebracht. Nach Fixierung dieser analyterkennenden Makromoleküle auf der Teststreifenoberfläche wird der Anfangsbereich in eine Lösung getaucht, die nur markierte Analytmoleküle enthält. Dadurch werden alle Bindungsstellen mit diesem markierten Analytmolekül abgesättigt. Die Länge dieser immunogenen Zone entspricht dabei der Größe des Meßbereichs. Danach wird gründlich gespült, um rein adsorptiv gebundene, mar­ kierte Analytmoleküle zu entfernen. Der Rest des Teststreifens enthält nunmehr die analyterkennenden Antikörpermoleküle (oder bei den anderen analogen Reaktionen, die entsprechenden DNA′s oder Wirtsmoleküle) mit freien Bindungsstellen und dient als Molekül­ fänger für die spätere Messung. Zum Abschluß dieser Sammelzone kann vorteilhafterweise eine dünne Zone mit Dialysier-Eigenschaf­ ten verwendet werden.A particularly simple and elegant device in connection with the invention is the use of test strip-like chromatographic material. Here, both paper chromatography (expanded by membrane filter materials based on cellulose acetate, nitrate or the like) as well as thin layer chromatography material supplier can be used be (see Fig. 2). The production of Vorrich lines according to the invention is very simple and efficient. In the area of environmental analytical application of the method disclosed here, the corresponding poly- or monoclonal antibodies or F ab fragments are correctly oriented using known binding techniques (covalent immobilization by means of spacer molecules and F c part-binding components) (binding sites to the outside) applied over 75% of the test strip area. After these analyte-recognizing macromolecules have been fixed on the test strip surface, the initial area is immersed in a solution which contains only labeled analyte molecules. As a result, all binding sites are saturated with this labeled analyte molecule. The length of this immunogenic zone corresponds to the size of the measuring range. It is then rinsed thoroughly to remove labeled analyte molecules that are bound by adsorption. The rest of the test strip now contains the analyte-recognizing antibody molecules (or in the other analogous reactions, the corresponding DNA's or host molecules) with free binding sites and serves as a molecule scavenger for later measurement. At the end of this collection zone, a thin zone with dialysis properties can advantageously be used.

Dadurch wird erreicht, daß der fließende Grundelektrolyt (durch die Art der Antikörpermoleküle bestimmt) zwar diese Zone passieren kann, die größeren markierten Analytmoleküle aber zurückgehalten werden und dadurch in einer extrem kleinen Zone auch angereichert werden. Diese Anordnung kann auch in durchsichtigen Glasröhren oder preiswerteren Plastikröhren, gefüllt mit dem betreffenden chromatographischen Material, durch­ geführt werden. Falls diese Röhre mit der Dialysiermembran abge­ schlossen wird, kann man auch auf andere Sammelzonen verzichten. Hier muß nur der ungehinderte Zugang der optischen Strahlengänge garantiert werden, die hier vorzugsweise nicht seitlich der Röhre, sondern axial angebracht werden. Bei redoxmarkierten Analytmolekü­ len wird diese Dialysierfolie demontierbar angebracht, so daß deren Innenseite mit den aufgesammelten, markierten Analytmolekü­ len, die in der primären Immunozone analytproportional freigesetzt worden sind, der planaren elektrochemischen Zelle zugänglich gemacht werden. Selbstverständlich kann letztere auch zuvor durch mikroelektronische Methode fest auf die Innenseite der Dialysier­ folie aufgebracht sein.This ensures that the flowing base electrolyte (by the type of Antibody molecules are determined) while this zone can pass through the larger ones but labeled analyte molecules are retained and thereby in a extremely small zone can also be enriched. This arrangement can also in clear glass tubes or cheaper plastic tubes, filled with the relevant chromatographic material be performed. If this tube with the dialysis membrane abge closed, you can do without other collection zones. Here only the unobstructed access of the optical beam paths is required guaranteed, which are preferably not to the side of the tube, but be attached axially. With redox-labeled analyte molecules  len this dialysis film is removably attached so that the inside with the collected, labeled analyte molecules len, which is analytically proportional released in the primary immunozone have been accessible to the planar electrochemical cell be made. Of course, the latter can also be done beforehand microelectronic method firmly on the inside of the dialyzer film applied.

Die Elektrodenflächen sind miniaturisiert und erfordern nur minimale Edelmetallmengen, so daß auch in diesem Fall die Prüfröhrchen-ähnlichen Gebilde nach einer Messung verwor­ fen werden können. Die Röhrenanordnung erfaßt wegen der größeren Menge an immobilisierten analyterkennenden und -bindenden Anti­ körpermolekülen einen größeren Konzentrationsbereich des Analyten, d. h. die Kalibrierkurve geht später als bei den planaren Anordnun­ gen in einen Sättigungsbereich über. Die Auswertung kann auch über die verdrängten Strecken (oder integriert davon) erfolgen (s. Abb. 2). Dazu kann ein preiswerter Laserdioden-Scanner verwendet werden.The electrode areas are miniaturized and require only minimal amounts of precious metal, so that in this case the test tube-like structures can be discarded after a measurement. Because of the larger amount of immobilized analyte-recognizing and binding antibody molecules, the tube arrangement covers a larger concentration range of the analyte, ie the calibration curve changes later than in the planar arrangements into a saturation range. The evaluation can also be carried out on the displaced routes (or integrated thereof) (see Fig. 2). An inexpensive laser diode scanner can be used for this.

Zur Anreicherung der freigesetzten oder nicht gebundenen markier­ ten Analytmoleküle kann sowohl bei der Verdrängungsmethode als auch beim kompetitiven Verfahren (jeweiliger Zusatz von markierten Analytmolekülen zu Beginn des Assays) auch eine freie Endzone der oben erläuterten Anordnungen dienen, bei der aber das Lösungs­ mittel verdampft. Die ausgewählten, stabilen Redox-Marker-Moleküle sowie die IR-Fluoreszenzmoleküle vertragen dabei auch Tempera­ turerhöhungen. Bei Antikörperverträglichkeit lassen sich auch leichter verdampfbare Lösungsmittel zu Effizienzsteigerung verwen­ den, wobei auch eine Zudosierung nach der primären immunogenen Zone möglich wird. Wichtig ist, daß die Verdampfung zur Konzen­ trierung der Markermoleküle auf eine kleine Zone (Bereich) beschränkt wird. Weil dadurch das Lösungsmittel die zu detektie­ renden Moleküle dorthin transportiert bevor es verdampft und seine Transportfracht dort zurück läßt. Die Abb. 1 bis 2 verdeutlichen anhand von Skizzen die verschiedenen Anordnungsmöglichkeiten. To enrich the released or unbound labeled analyte molecules, both in the displacement method and in the competitive process (addition of labeled analyte molecules at the beginning of the assay), a free end zone of the arrangements explained above can also be used, but in which the solvent evaporates. The selected, stable redox marker molecules as well as the IR fluorescence molecules also tolerate temperature increases. In the case of antibody compatibility, more easily evaporable solvents can also be used to increase efficiency, and dosing after the primary immunogenic zone is also possible. It is important that the evaporation to concentrate the marker molecules is limited to a small zone (area). Because this means that the solvent transports the molecules to be detected there before it evaporates and leaves its transport cargo behind. Fig. 1 to 2 illustrate the various arrangement options using sketches.

Die erfindungsgemäß optimierte elektrochemische Meßmethode stellt eine zyklische Voltammetrie in Verbindung mit einem stabilen Redox-System dar, wobei sich letzteres von allen möglichen dadurch aus­ zeichnet, daß es eine besonders hohe Standardaustauschstromdichte besitzt. Die zyklische Voltammetrie garantiert bei Dünnschicht-Meß­ zellen, daß nettomäßig keine Meßsubstanz elektrochemisch umgesetzt, d. h. verbraucht wird. Hierbei wird stets nur oxidiert und reduziert. Die höchste Meßempfindlichkeit wird erfindungs­ gemäß dann erzielt, wenn der Potentialbereich, in dem die Arbeits­ elektrode(n) zyklisch betrieben wird, das Halbstufenpotential des Redoxmarkers einschließt (+/- 200-600 mV). Bei hohen Potential­ änderungsgeschwindigkeiten (» 500 mV/sec Scanrate) entstehen bei Arbeitselektroden <10 µm anodische und kathodische Stromspitzen, die der Konzentration des Redoxsystems proportional sind. Je höher die Scanrate desto größer werden die Stromspitzen, was einer Empfindlichkeitssteigerung gleichkommt. Werden als Redox-Marker, Systeme mit den höchsten Standardaustauschstromdichten (z. B. Ferrocenverbindungen, Rutheniumkomplexe, Hexacyanoferrat II/III, J⁻/J u. a. verwendet, dann stören nicht vollständig abgetrennte Redoxsystem aus der Probenmatrix wesentlich weniger, wenn mit kur­ zen Zykluszeiten (schneller Spannungsrampen) gearbeitet wird. Die besten, reversiblen Redoxsysteme lassen hierbei durchaus über 1000 zyklische Voltammogramme pro Sekunde (1000 Hz!) zu. Restbestände von weniger reversiblen, eventuell störenden Redoxsystemen aus der Probenmatrix lassen sich elektrochemisch nicht so schnell umsetzen und erzeugen daher auch kein Meßsignal (Stromfluß).The electrochemical measuring method optimized according to the invention represents a cyclic voltammetry in connection with a stable redox system represents, the latter of all possible records that it has a particularly high standard exchange current density owns. Cyclic voltammetry guarantees thin-film measurement cells that have no electrochemical measuring substance implemented, d. H. is consumed. This is always only oxidized  and reduced. The highest sensitivity is fiction according to achieved when the potential range in which the work electrode (s) is operated cyclically, the half-stage potential of the Includes redox markers (+/- 200-600 mV). With high potential Change speeds (»500 mV / sec scan rate) arise at Working electrodes <10 µm anodic and cathodic current peaks, which are proportional to the concentration of the redox system. The higher the scan rate the bigger the current peaks become what a Increase in sensitivity equals. Are used as redox markers, Systems with the highest standard exchange current densities (e.g. Ferrocene compounds, ruthenium complexes, hexacyanoferrate II / III, J⁻ / J u. a. used, then do not interfere completely separated Redox system from the sample matrix much less if with short zen cycle times (faster voltage ramps). The the best, reversible redox systems leave well over 1000 cyclic voltammograms per second (1000 Hz!). Remainders of less reversible, possibly disruptive redox systems from the Sample matrix cannot be converted electrochemically so quickly and therefore do not generate a measurement signal (current flow).

Alternativ können andere elektrochemische Methoden angewandt werden, die zu keinem Verbrauch oder Netto-Umsatz des reagierenden Systems führen, d. h. auch die Methode der Pulsvoltammetrie oder der diffe­ rentiellen Pulsvoltammetrie oder der Square-wave Voltammetrie sind hierzu geeignet, lassen sich aber aus prinzipiellen Gründen nicht so schnell zyklisch betreiben.Alternatively, other electrochemical methods can be used resulting in no consumption or net sales of the responsive system lead, d. H. also the method of pulse voltammetry or diffe profitable pulse voltammetry or square-wave voltammetry suitable for this, but cannot be used for fundamental reasons operate cyclically so quickly.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Verfahrensschritt, der vorteil­ hafterweise zur gewünschten extremen Empfindlich­ keitssteigerung führt, liegt in einer speziellen Kompensations­ methode für den bei schnellen Arbeitselektrodenpotential-Scanraten zunehmenden kapazitiven Strom, der den Signaluntergrund bildet. Dazu wird ein computergesteuertes Auswertsystem verwendet, das mittels eines schnellen AD-Wandlers wie ein Scanrecorder arbeitet. Die Kompensation des nicht faradayschen Untergrundstromes, die ebenfalls zur Empfindlichkeitsteigerung einen entscheidenden Anteil beiträgt, kann auf zwei Arten erfolgen, die für sich allein oder zusammen verwendet werden können. Bei Arbeitselektroden mit Durchmessern über 10 µm wird die Kanalzuordnung des Scanrecorders bei Erreichen des Potentialumkehrpunktes ebenfalls umgekehrt, als ob mit einem X-Y-Schreiber die Spannung an der Arbeitselektrode gegen den fließenden Strom (engl. C-V Diagram) aufgezeichnet würde. Da dies einer einfachen Signaladdition gleich kommt, kompen­ sieren sich pro Meßkanal (Zeitfenster oder Potential) gleich große anodische und kathodische Ströme. Lediglich bei den um ca. 60 mV auseinanderliegenden Stromspitzen ist das nicht der Fall.Another method step according to the invention, the advantage liable to the desired extreme sensitivity leads to a special compensation method for scanning at high working electrode potential increasing capacitive current that forms the signal background. A computer-controlled evaluation system is used for this, the works like a scan recorder using a fast AD converter. The compensation of the non-Faraday underground current, the also a crucial one to increase sensitivity Contribution can be done in two ways, by itself or can be used together. With working electrodes with The channel assignment of the scan recorder becomes more than 10 µm in diameter when the potential reversal point is reached also reversed as  whether with an X-Y recorder the voltage on the working electrode recorded against the flowing current (C-V diagram) would. Since this is equivalent to a simple signal addition, compensate the same size per measurement channel (time window or potential) anodic and cathodic currents. Only for those around 60 mV This is not the case for current peaks that are apart.

Ein weiterer Schritt , der für das Ziel dieser Erfindung wesentlich von Vorteil ist, ist die erst durch schnelle Wieder­ holmessungen ohne Verbrauch der gemessenen Substanz mögliche elek­ tronische Mittelwertbildung. Mit einem Signalmittelwertbildner läßt sich zusätzlich dabei auch noch das Signal/Rauschverhältnis (S/R) drastisch steigern, weil man mehrere Tausend Zyklen mitteln kann. Da man bei reversiblen Redoxsystemen leicht weit über 100 Potentialzyklen pro Sekunde (» 100 Hz) durchscannen kann, ergibt sich hier beispielsweise schon in einer Sekunde eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses um den Faktor 10. Bei Meß­ zeiten, die denen der Immuno-Assay-Verfahren mit Enzymmarkern ent­ sprechen, ergeben sich Verbesserungen dieses die Nachweisgrenze bestimmenden S/R-Verhältnisses um mehrere Größenordnungen, ohne daß die Nachteile der empfindlichen Eiweißmoleküle (Enzyme) hier stören. Das zweite Verfahren zur Unterdrückung des störenden kapa­ zitiven Stromuntergrundes bei der zyklischen Voltammetrie verwen­ det als Arbeitselektrode ein Ultramikroelektroden-Array mit Ein­ zelelektrodendurchmessern von unter 10 µm. Hier entstehen keine anodischen und kathodischen Stromspitzen mehr, sondern eine Strom­ stufe mit gut ausgeprägten Plateaus. Die Stufenhöhe ist ähnlich wie bei der Polarographie der Konzentration des elektrochemisch umgesetzten Redoxsystems (Markermoleküls) proportional. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung verwendet hierzu eine planare Array-Anord­ nung von ca. 2000 Einzelelektroden mit 3 µm Durchmesser, bei der die Bezugs- und Gegenelektrode bereits optimiert in die Oberfläche integriert vorliegt. Hier hat sich nur eine von vielen möglichen geometrischen Anordnungen als geeignet erwiesen (siehe Abb. 3).Another step, which is of great advantage for the aim of this invention, is the electronic averaging, which is only possible through rapid repeat measurements without consumption of the measured substance. With a signal averager, the signal-to-noise ratio (S / R) can also be increased drastically because several thousand cycles can be averaged. Since one can easily scan well over 100 potential cycles per second (»100 Hz) in reversible redox systems, the signal-to-noise ratio can be improved by a factor of 10 in just one second Immunoassay methods with enzyme markers correspond, there are improvements in this S / R ratio which determines the detection limit by several orders of magnitude, without the disadvantages of the sensitive protein molecules (enzymes) interfering here. The second method for suppressing the disruptive capacitive current background in cyclic voltammetry uses an ultramicroelectrode array with individual electrode diameters of less than 10 μm as the working electrode. Anodic and cathodic current peaks no longer arise here, but a current stage with well-defined plateaus. Similar to polarography, the step height is proportional to the concentration of the electrochemically converted redox system (marker molecule). For this purpose, the device according to the invention uses a planar array arrangement of approximately 2000 individual electrodes with a diameter of 3 μm, in which the reference and counter electrodes are already integrated into the surface in an optimized manner. Only one of many possible geometrical arrangements has proven suitable here (see Fig. 3).

Die neue Anwendung der zyklischen Voltammetrie zur Erzie­ lung extremer Meßempfindlichkeiten bei Redoxsystemen oder Marker­ molekülen mit Redoxgruppen ist dadurch möglich, weil durch die abwechselnde Oxydation und Reduktion kein Verbrauch des Meßstoffes auftritt. Eine Wegdiffusion des Redoxsystems wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Dünnschichtzellen-Anordnung gewählt wird. Hierbei werden die Arbeitselektrode(n) sowie die Gegen- und Refe­ renzelektrode gegen die mit Grundelektrolyt befeuchtete Oberfläche mit den redoxmarkierten Partnermolekülen gedrückt. Gegebenenfalls können die unmarkierten Partnermoleküle, die die redoxmarkierten Moleküle binden, auch direkt auf oder unmittelbar neben der Elek­ trodenoberfläche immobilisiert sein. Die Zyklisierung ist bei Nachweisgrenzen unter 1 ppb (Redox-System) notwendig, denn bei solch extrem kleinen Konzentrationen müssen möglichst alle Mole­ küle elektrochemisch erfaßt werden. Dann entspricht eine Strom­ stärke von einem µA einer umgesetzten Substanzmenge von ca. 10-10 mol/sec. Derzeitig erlauben gute elektrochemische Meßzellen auch noch zuverlässige Strommessungen im nA-Bereich, was einer tausend­ fach kleineren Umsatzrate entspricht. Durch die Signalmittelwert­ bildung werden nunmehr Pico- und Femto-Amperströme meßbar, was zu Umsatzraten von 10-16 resp. 10-19 mol/sec führt.The new application of cyclic voltammetry for the development of extreme measuring sensitivities in redox systems or marker molecules with redox groups is possible because no alternation of the medium occurs due to the alternating oxidation and reduction. A path diffusion of the redox system is solved according to the invention in that a thin-film cell arrangement is selected. Here, the working electrode (s) as well as the counter and reference electrode are pressed against the surface moistened with the base electrolyte with the redox-marked partner molecules. If necessary, the unlabeled partner molecules that bind the redox-labeled molecules can also be immobilized directly on or immediately next to the electrode surface. The cyclization is necessary at detection limits below 1 ppb (redox system), because at such extremely low concentrations, all molecules must be detected electrochemically if possible. Then a current of one µA corresponds to a converted amount of substance of approx. 10 -10 mol / sec. At the moment, good electrochemical measuring cells also allow reliable current measurements in the nA range, which corresponds to a conversion rate that is a thousand times smaller. Due to the signal averaging, pico and femto ampere currents can now be measured, which leads to conversion rates of 10 -16 and . 10 -19 mol / sec leads.

Bei der optischen Detektion erhält man die gewünschte Empfindlichkeitsstei­ gerung durch die Kombination von mehreren, mindestens zwei Verfahrensmaßnahmen.The desired sensitivity level is obtained with optical detection combination of several, at least two Procedural measures.

Als erste Maßnahme verwendet man Markermoleküle, die im IR stark absor­ bieren, und im noch ferneren Infrarot fluoreszieren, weil dadurch der störende Fluoreszenzuntergrund von einigen Eiweißmolekülen (z. B. bei biologischen Matrices) nicht auftritt und die preiswer­ ten Laserdioden als Anregungsquelle hoher spektraler Leuchtdichte besonders vorteilhaft sind. Das emittierte Laserlicht erlaubt durch seine geringe Strahlkonvergenz besonders exakte Abgrenzungen des Meßfensters. Als weitere Maßnahme verwendet Fluoreszenzmarker­ moleküle, deren Fluoreszenz besonders langsam abklingt, so daß man diese Fluoreszenz gut von der schnell abklingenden der störenden Moleküle in der Probenmatrix abtrennen kann. Im Gegensatz zu einer kommerziell erhältlichen Anordnung, bei der einfach das Anregungs­ licht durch einen Shutter unterbunden wird, und die eigentliche Messung des Fluoreszenzlichtes erst nach einigen Millisekunden (nach völligen Abklingen der Störfluoreszenzstrahlung) beginnt und über eine gewisse Zeit integriert wird, geschieht die Auswertung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über eine direkt und schneller messende elektronische Berücksichtigung der langsameren Abklingzeit. Hierzu wird ein Lock-In Verstärker benutzt, der eine frequenz- und phasenselektive Verstärkung ermöglicht. Die Unter­ drückung der störenden Fluoreszenz mit der schnellen Abklingzeit geschieht hier durch eine geeignete Wahl des Phasenwinkels am Meß­ gerät. Vorteil dieser Methode gegenüber der Zählratenmethode (Photonenzählung) der kommerziellen Version ist die höhere Empfindlichkeit, weil die frequenzselektive Verstärkung nur einen Bruchteil des meist weißen elektronischen Rauschens des Photo-Empfän­ gers verstärkt und weil bei höheren Licht-Chopper Frequenzen gearbeitet werden kann, was die Anzeigegeschwindigkeit drastisch erhöht, so daß auch Durchflußmessungen, wie bei der FIA üblich, noch entsprechend sensitiv durchgeführt werden können.The first measure is to use marker molecules that are strongly absorbed in the IR beers, and fluoresce in the far infrared because of that the disruptive fluorescent background of some protein molecules (e.g. with biological matrices) does not occur and which is inexpensive ten laser diodes as excitation sources with high spectral luminance are particularly advantageous. The emitted laser light allows due to its low beam convergence, particularly precise demarcations of the measuring window. Fluorescence markers are used as a further measure molecules whose fluorescence decays particularly slowly, so that one this fluorescence well from the quickly fading of the distracting Can separate molecules in the sample matrix. In contrast to one commercially available arrangement where simply the excitation light is prevented by a shutter, and the actual Measurement of the fluorescent light only after a few milliseconds (after the interfering fluorescence radiation has completely decayed) begins and the evaluation takes place over a certain period of time in the method according to the invention via a direct and faster measuring electronic consideration of the slower Cooldown. For this a lock-in amplifier is used, the one  frequency and phase selective amplification enabled. The sub suppressing the disturbing fluorescence with the fast decay time happens here by a suitable choice of the phase angle on the measurement device. Advantage of this method compared to the count rate method (Photon count) of the commercial version is the higher one Sensitivity because the frequency selective gain only one Fraction of the mostly white electronic noise of the photo receiver gers amplified and because at higher light chopper frequencies Can work what the display speed is drastic increased, so that flow measurements, as usual with the FIA, can still be carried out accordingly sensitively.

Diese u. a. Vorteile werden bei der Erfindung erhalten:This u. a. Advantages are obtained with the invention:

  • A) eine Art Affinitätschromatographischer Säule oder auch eine offene oder der optischen und elektrochemischen Messung zugängli­ chen Oberfläche eines beliebigen Trägermaterials mit immobilisier­ ten Partnermolekülen zu dem zu bestimmenden Molekül (Analyt);A) a kind of affinity chromatographic column or one open or accessible to optical and electrochemical measurements Chen surface of any carrier material with immobilized th partner molecules to the molecule to be determined (analyte);
  • B) eine gleichartige der Messung zugängliche "Sammeloberfläche" für freigesetzte markierte Analytmoleküle (im Falle einer Verdrän­ gungsreaktion auf obiger Säule oder Oberfläche, die möglichst vollständig mit markierten immunogen gebundenen Analytmolekülen belegt ist, durch unmarkierte Analytmoleküle);B) a similar "collecting surface" accessible to the measurement for released labeled analyte molecules (in the event of displacement reaction on the above column or surface, if possible completely with labeled immunogen-bound analyte molecules is documented by unlabelled analyte molecules);
  • C) eine erfindungsgemäße flache elektrochemische Meßzelle in einer aus zwei oder drei Elektroden bestehenden potentiostatischen Schaltung mit einer oder mehreren Arbeitselektroden, die eine Zyklovoltammetrie im elektroaktiven Bereich des betreffenden Redoxsystems (repetitive Oxidation und Reduktion) durchführt und die in unmittelbaren Kontakt mit der "Sammeloberfläche" oder der unter A) genannten gebracht werden kann;C) a flat electrochemical measuring cell according to the invention in a potentiostatic consisting of two or three electrodes Circuit with one or more working electrodes, the one Cyclic voltammetry in the electroactive area of the concerned Redox systems (repetitive oxidation and reduction) and those in direct contact with the "collection surface" or the can be brought under A) mentioned;
  • D) eine Fluoreszenzanordnung, die mittels Laserdioden zur Fluores­ zenz bei Emissionswellenlängen < 700 nm anregt und die schnell zwischen einem unmarkierten Untergrund und den Stellen, wo die optisch markierten Analytmoleküle auf den betreffenden Oberflächen festgehalten werden hin und her oszilliert (alternativ können auch Fluoreszenzmarker verwendet werden, die die Methode der zeitverzö­ gerten Fluoreszenz ermöglichen, wobei aber hier die direkte und schnelle Messung mittels eines elektronischen phasenselektiven Verstärkers erfolgt, die ebenfalls mit Hilfe von Lichtleitern schnell zwischen einem unmarkierten und markierten Untergrund hin und her oszillieren kann).D) a fluorescence arrangement using fluorescent laser diodes excitation at emission wavelengths <700 nm and that quickly between an unmarked surface and the places where the optically marked analyte molecules on the surfaces concerned are held oscillating back and forth (alternatively, too Fluorescent markers are used, the time-delayed method  enabled fluorescence, but here the direct and rapid measurement using an electronic phase selective Amplifier is done, which is also done with the help of light guides quickly between an unmarked and marked surface and can oscillate here).
  • E) einen elektronischen Signalmittelwertbildner oder eine com­ putergestütze Aufaddition von Signal-Zeit-Kurven (Zeit proportio­ nal zur Spannung bei der elektrochemischen Detektion oder zum Meßort beim optischen Verfahren). Dabei mittelt sich ein statisti­ sches elektronisches Rauschen in den höchsten Empfindlichkeitsbe­ reichen zu Null.E) an electronic signal averager or a com computer-aided addition of signal-time curves (time proportio for voltage in electrochemical detection or Measurement location for the optical method). A statistical is averaged electronic noise in the highest sensitivity ranges range to zero.
  • F) Falls bei der auswertenden Messung sowohl die Änderung der mar­ kierten Analytmoleküle in der primären immunogenen Zone als auch die in der Sammelzone erfaßt wird, kann man neben einer Doppelmes­ sung auch durch Quotientenbildung eine Art innere Standardisierung durchführen. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Messungen ähnlich wie bei der internen Standardisierung von emissionsspek­ troskopischen Methoden.F) If both the change in the mar cated analyte molecules in the primary immunogenic zone as well which is recorded in the collection zone, you can next to a double measurement a kind of internal standardization by forming quotients carry out. This improves the reliability of the measurements similar to the internal standardization of emission spec troscopic methods.

Die Oberfläche mit dem immobilisierten immunologischen Partner­ molekül zum Analyten sollte im Interesse eines großen Meßbereichs hoch beladen sein. Auch muß das betreffende Molekül mit einer richtigen Orientierung (Epitop-Bereich außen) dort immobilisiert sein. Dies läßt sich u. a. auch unter Zuhilfenahme eines geeignet gewählten elektrischen Feldes (oder Stromes) an der Phasengrenze Trägeroberfläche/Meßlösung bewerkstelligen. Dadurch kommt es zu einer gerichteten Immobilisierung dieser Partner, ohne daß teure Spezialsubstanzen (als übliche Spacermoleküle) dafür benötigt wer­ den. Die gerichtete Immobilisierung ergibt zusammen mit einer hohen Immobilisierungsdichte eine hohe Meßempfindlichkeit und einen großen Meßbereich. Alternativ können die immobilisierten Partnermoleküle aber auch durch die bekannten Techniken mittels Fc-Teil bindender Spacermoleküle (bei der im Umweltanalytikbereich üblichen Immobilisierung von Antikörpern) an Trägeroberflächen (z. B. Glas-Beads, chromatographische stationiäre Phasen, Mikro­ titerplatten etc.) angebunden werden.The surface with the immobilized immunological partner molecule to the analyte should be highly loaded in the interest of a large measuring range. The molecule in question must also be immobilized there with a correct orientation (epitope area outside). This can be accomplished, among other things, with the help of a suitably chosen electric field (or current) at the phase boundary of the carrier surface / measurement solution. This leads to a directed immobilization of these partners, without the need for expensive special substances (as usual spacer molecules). The directional immobilization together with a high immobilization density results in a high measuring sensitivity and a large measuring range. Alternatively, the immobilized partner molecules can also be bound to carrier surfaces (e.g. glass beads, chromatographic stationary phases, micro titer plates, etc.) by means of the known techniques using spacer molecules which bind F c part (in the immobilization of antibodies customary in environmental analysis) .

Als besondere Variante der Ausführungsbeispiele bietet sich auch Papier als preiswerter Träger an. Hier kann sowohl laborübliches Filterpapier als auch Membranfilter auf der Basis von Cellulose oder anderer Materialien dienen. Auch chroma­ tographische Dünnschicht-Träger sind hierfür hervorragend geeignet, da sie oberflächlich leicht zu modifizieren sind. Eine bevorzugte Art sind in diesem Zusammenhang Dünnschichtplatten mit oder ohne Fluoreszenzgrundmarkierung, die schon in ein sog. Rever­ sed Phase (RP-Material) modifiziert wurden. Hier gelingt die gerichtete Immobilisierung der Partner Molekülsorte (d. h. des jeweils nicht den Analyt darstellenden Partners dieser sich gegen­ seitig bindenden komplementären Moleküle) dann besonders gut, wenn man diesen Molekülen gezielt gegenüber dem Epitopbereich eine oder mehrere langkettige aliphatische Reste (C6-C25) ansynthetisiert oder bei Antikörpern die gentechnisch erzeugten Fab-Fragmente mit den spezifischen Bindungsstellen lipophile Molekülgruppen an der gegenüberliegenden Molekülstelle erzeugen läßt. Die lipophilen Reste der zu immobilisierenden Moleküle tauchen dann in die ali­ phatische Molekülbürste der Trägeroberfläche ein und werden so bei höchster Dichte ohne Beeinträchtigung des Bindungsverhaltens fixiert. Sie können aber bei Denaturierung oder Desaktivierung wie in der Chromatographie üblich eluiert werden, so daß der Träger für eine Immobilisierung mit frischen Molekülen zur Verfügung steht. Bei Verwendung von Dünnschichtplatten auf Basis einer Alu­ miniumfolie läßt sich letztere auch elegant bei der elektro­ chemischen Detektionsmethode als Gegenelektrode verwenden.As a special variant of the exemplary embodiments, paper also offers itself as an inexpensive carrier. Both laboratory filter paper and membrane filters based on cellulose or other materials can be used here. Chroma-tographic thin-film supports are also ideally suited for this, since they are easy to modify on the surface. A preferred type in this context are thin-layer plates with or without basic fluorescence marking, which have already been modified in a so-called reversed phase (RP material). Here, the directed immobilization of the partner molecule type (ie the partner of the complementary molecules that does not represent the analyte, which mutually binds to one another) is particularly successful if one specifically targets one or more long-chain aliphatic residues (C 6 -C 25 ) towards the epitope region. synthesized or, in the case of antibodies, the genetically engineered F ab fragments with the specific binding sites can produce lipophilic molecular groups at the opposite molecular site. The lipophilic residues of the molecules to be immobilized are then immersed in the aliphatic molecular brush on the carrier surface and are thus fixed at the highest density without impairing the binding behavior. However, in the case of denaturation or deactivation, they can be eluted as is customary in chromatography, so that the support is available for immobilization with fresh molecules. When using thin-layer plates based on an aluminum foil, the latter can also be used elegantly as a counterelectrode in the electrochemical detection method.

Dieser Prozeß kann auch dynamisch im Rahmen einer Fließinjektions­ analyse automatisiert werden, d. h. auf die unbeladene RP-Ober­ fläche werden zunächst die zu immobilisierenden Moleküle (ohne gebundenes Analytmolekül mit Marker aber auch mit) gegeben bevor nach einer Spülung zum Entfernen des Überschusses im Fall der unbeladenen Moleküle die markierten Analytmoleküle bis zur Absät­ tigung über die Oberfläche geleitet werden. Nach einer erneuten Spülung kann dann die Probe aufgegeben werden. Die Verwendung von zugänglichen flachen Oberflächen für die Immobilisierung der Part­ nermoleküle kann einen Verfahrensschritt ersparen, denn man kann die Menge der dort gebundenen markierten Analytmoleküle bei beiden Versionen (Vorimmobilisierung mit markierten Analytmolekülen und Konkurrenzbindung von der mit der Probe zugesetzten markierten Analytmolekülen) sowohl mit der planaren elektrochemischen Meß­ zelle (durch einfaches Aufpressen auf die Oberfläche) als auch mit der optischen Fluoreszenzmethode leicht bestimmen ohne eine zusätzliche Sammeloberfläche zu benutzen.This process can also be dynamic as part of a flow injection analysis are automated, d. H. on the unloaded RP waiter The molecules to be immobilized (without bound analyte molecule with marker but also given before) after a rinse to remove the excess in the case of unloaded molecules the labeled analyte molecules until they are sown be passed over the surface. After another The sample can then be rinsed. The use of accessible flat surfaces for the immobilization of the part nermolecules can save one process step, because you can the amount of labeled analyte molecules bound there in both Versions (pre-immobilization with labeled analyte molecules and Competitive loyalty from the one marked with the sample Analyte molecules) both with the planar electrochemical measurement  cell (by simply pressing it onto the surface) as well as with the optical fluorescence method easily determine without one to use additional collection surface.

Bei beiden Detektionsmethoden ist es wichtig, daß störende Stoffe aus der Probenmatrix vor den eigentlichen Messungen fortgespült werden. Dies erfolgt durch reine, gepufferte Elektrolytlösung, die sowohl die Stabilität der Biomoleküle unterstützt als auch den Grundelektrolyt für die elektrochemische oder optische Detektions­ art darstellt.With both detection methods it is important that interfering substances washed away from the sample matrix before the actual measurements will. This is done by pure, buffered electrolyte solution, which supports both the stability of the biomolecules and the Basic electrolyte for electrochemical or optical detection represents kind.

Als Redox-Systeme werden bei der Erfindung diejenigen angewählt, die an dem verwendeten Arbeitselektrodenmaterial (Platin, Gold, anderes Edelmetall) die höchsten Standardaustauschstromdichten zeigen. Hierzu zählen von allen möglichen Redoxsystemen vorzugs­ weise nur die besonders reversiblen Systeme, wie die auf der Basis von Ferrocen, Rutheniumkomplexen, Hexacyanoferrat (II/III), Jod/Jodid etc. Besonders vorteilhafte Redoxsysteme haben ein Redoxpotential in der Nähe desjenigen von Sauerstoff, so daß sie von letzterem nicht gestört werden und man in diesem Fall die zyklische Voltammetrie auch ohne Inertgasspülung durchführen kann.In the invention, the redox systems selected are those the working electrode material used (platinum, gold, other precious metal) the highest standard exchange current densities demonstrate. This includes preference of all possible redox systems only the particularly reversible systems, such as those based on of ferrocene, ruthenium complexes, hexacyanoferrate (II / III), Iodine / iodide etc. Particularly advantageous redox systems have one Redox potential close to that of oxygen so that it not be disturbed by the latter and in this case the can perform cyclic voltammetry even without inert gas flushing.

Bei der elektrochemischen Zelle läßt sich besonders vorteilhaft auch eine planare Mikroelektroden-Array-Anordnung einsetzen, weil bei Einzelelektrodendurchmessern < 10 µm die Vorteile von Ultra­ mikroelektroden auftreten. Letztere sind: Redox-Stufen statt Peaks im Voltammogramm, Verminderung des Verhältnisses von kapazitiven zu faradayschen Strom, Rührunabhängigkeit, quasi-verbrauchslose Messung schon ohne die Spannung zu zyklisieren u. a.The electrochemical cell is particularly advantageous also use a planar microelectrode array arrangement because The advantages of Ultra for single electrode diameters <10 µm microelectrodes occur. The latter are: redox levels instead of peaks in the voltammogram, reduction of the ratio of capacitive to Faraday current, agitation independence, quasi-consumptionless Measurement without cycling the voltage u. a.

Als besonders vorteilhafte Molekülklasse für die Fluoreszenz­ markierung bieten sich z. B. an Bis-isothiocyanat-Derivat von 2-(4′-chloro-7′(3′′-ethyl-2′′-benzothiazolinyliden)-3′,5′-(1′′′-pro­ panediyl)-1′,3′,5′-heptatrien-1′-yl)-3-ethylbenzothiazoliumbromid große Porphyrinringe oder geeignete Phthalocyanine an (siehe Abb. 4). Sie lassen sich durch die preiswerten langwelligen monochromatischen und fremdlichtfreien Laserlichtquellen anregen und erzeugen eine Fluoreszenz in einem Wellenlängenbereich, wo kaum andere Moleküle stören. Die Verwendung von Laserdioden mit entsprechenden IR-empfindlichen Halbleiterdetektoren erlaubt besonders kleine Meßaufbauten (z. B. Handmeßgeräte).As a particularly advantageous class of molecules for fluorescence labeling z. B. bis-isothiocyanate derivative of 2- (4'-chloro-7 '(3''-ethyl-2''- benzothiazolinylidene) -3', 5 '- (1''' - per panediyl) -1 ', 3', 5'-heptatrien-1'-yl) -3-ethylbenzothiazolium bromide on large porphyrin rings or suitable phthalocyanines (see Fig. 4). They can be excited by the inexpensive long-wave monochromatic and extraneous light-free laser light sources and generate fluorescence in a wavelength range where hardly any other molecules interfere. The use of laser diodes with corresponding IR-sensitive semiconductor detectors enables particularly small measurement setups (e.g. hand-held measuring devices).

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Arbeitsweisen werden anhand von Beispielen noch näher erläutert:The devices and methods of operation according to the invention explained in more detail using examples:

Beispiel 1example 1

Verdrängung des markierten Analytmoleküls vom immunologisch präpa­ rierten Oberflächenbereich durch das unmarkierte Analytmolekül in der Probe:Displacement of the labeled analyte molecule from the immunological prep surface area through the unlabeled analyte molecule in the sample:

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf einer kompetitiven Reaktion zwischen markiertem und unmarkiertem Analytmolekül. Hier kompensieren sich nichtspezifische Anbindungen, da sie in beiden Fällen im gleichen Ausmaß auftreten. Wünschenswert ist ferner, daß das unmarkierte Analytmolekül eine etwas geringere Bindungs­ konstante als das markierte aufweist, um es effektiver verdrängen zu können. Dies ist in der Regel der Fall, da die kovalente Ver­ knüpfung mit einem relativ großen Markermolekül die Antikörper- Antigen-(bzw. allgemein: Molekül-Komplementärmolekül-) Bindung schwächt, weil sich beide Moleküle nicht mehr optimal nähern kön­ nen.An advantageous embodiment of the arrangement according to the invention and the method according to the invention is based on a competitive Reaction between labeled and unlabeled analyte molecule. Here compensate for non-specific connections because they are in both Cases occur to the same extent. It is also desirable that the unlabeled analyte molecule has a slightly lower binding has constant than the marked, to more effectively displace it to be able to. This is usually the case because the covalent ver linkage with a relatively large marker molecule the antibody Antigen (or generally: molecule complement molecule) binding weakens because both molecules can no longer optimally approach each other nen.

Als Modellanalyt wurde in diesem Beispiel Humanserumalbumin (HSA) gewählt. Als immobilisiertes Partnermolekül wurde der dazugehörige Antikörper (anti-HSA) verwendet. Die anti-HSA Antikörper wurden mit den bekannten Immobilisierungstechniken an die Oberfläche von Sepharose-Material kleiner Korngröße (150 µm) angebunden und mit fluoreszenzmarkierten HSA belegt. Als Fluoreszenzmolekül wurde eine Europiumchelat (BCPDA) gewählt. An ein HSA Makromolekül konn­ ten mehrere fluoreszierende Chelatkomplexe kovalent angebunden werden (20-30). Die Europiumchelatverbindung wurde in diesem Bei­ spiel anstelle des IR-Licht emittierenden Markers genommen, weil die hier auftretende Fluoreszenz wesentlich langsamer abklingt als die der störenden Probenmatrix (Eiweißmoleküle bei biologischen Proben). Gemessen wurde am Ende einer kleinen Säule, die mit den Sepharose-Material und dem markierten Immunkomplex beladen war. Bei Zugabe von unmarkierten HSA wurde das mit dem Fluoreszenz­ marker versehene von der Oberfläche der mit HSA-Antikörpern beladenen Sepharose-Partikel verdrängte HSA Molekül in einer Durchflußmeßzelle vermessen. Dazu wurde Licht der Wellenlänge 350 nm verwendet, dessen Strahlengang durch einen optischen Chopper mit einer Frequenz von 140 Hz zerhackt wurde. Im rechten Winkel zum Anregungslicht wurde das Fluoreszenzlicht gemessen. Als Licht­ detektor wurde ein Photomultiplier verwendet und am Lock-In Ver­ stärker ein Phasenwinkel von 0° eingestellt. Die Abb. 5 zeigt die Signale, die durch die Zugabe von unmarkiertem HSA gemessen werden können. Sie sind der HSA-Konzentration der auf die Säule aufgege­ benen Probe proportional. Durch diese Meßtechnik lassen sich pro Zeiteinheit wesentlich mehr Proben analysieren, als mit der Photo­ nenzählung, die auch der FIA-Technik verschlossen bleibt. Neben HSA konnten durch die Immobilisierung entsprechender mono- und polyklonaler Antikörper auch andere Analyte, wie Atrazin oder andere Schadstoffe sehr empfindlich im sub ppm-Bereich mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.In this example, human serum albumin (HSA) was chosen as the model analyte. The associated antibody (anti-HSA) was used as the immobilized partner molecule. The anti-HSA antibodies were bound to the surface of Sepharose material with a small grain size (150 µm) using known immobilization techniques and coated with fluorescence-labeled HSA. A europium chelate (BCPDA) was chosen as the fluorescence molecule. Several fluorescent chelate complexes could be covalently attached to one HSA macromolecule (20-30). In this example, the europium chelate compound was used instead of the IR light-emitting marker because the fluorescence that occurs here decays much more slowly than that of the interfering sample matrix (protein molecules in biological samples). Measurements were taken at the end of a small column that was loaded with the Sepharose material and the marked immune complex. When unmarked HSA was added, the HSA molecule provided with the fluorescence marker and displaced from the surface of the Sepharose particles loaded with HSA antibodies was measured in a flow measuring cell. For this, light with a wavelength of 350 nm was used, the beam path of which was chopped by an optical chopper with a frequency of 140 Hz. The fluorescent light was measured at right angles to the excitation light. A photomultiplier was used as the light detector and a phase angle of 0 ° was set at the lock-in amplifier. Fig. 5 shows the signals that can be measured by adding unlabelled HSA. They are proportional to the HSA concentration of the sample placed on the column. With this measuring technique, significantly more samples can be analyzed per unit of time than with the photo count, which also remains closed to the FIA technique. In addition to HSA, other analytes such as atrazine or other pollutants could also be determined very sensitively in the sub ppm range with high accuracy by immobilizing the corresponding mono- and polyclonal antibodies.

Beispiel 2Example 2

Elektrochemische Detektion von Redox-markierten Analytmolekülen:Electrochemical detection of redox-labeled analyte molecules:

Als Analyt wurde das umweltrelevante Atrazin gewählt. Letzteres wurde durch Standardmethoden der organischen Synthese in 6 Stufen mit einem modifizierten Ferrocen-Molekül kovalent verknüpft. Das ausgewählte, sehr reversible Redox-System mußte zuvor in eine was­ serlösliche Form durch Anfügen stark polarer Seitenketten über­ führt werden. Die einzelnen chemischen Syntheseschritte, die - ausgehend vom kommerziell erhältlichen Ausgangsprodukt - notwendig waren sind in Abb. 6 aufgeführt.The environmentally relevant atrazine was chosen as the analyte. The latter was covalently linked to a modified ferrocene molecule in 6 steps using standard methods of organic synthesis. The selected, very reversible redox system had to be carried out beforehand in a water-soluble form by adding strongly polar side chains. The individual chemical synthesis steps that were necessary - starting from the commercially available starting product - are shown in Fig. 6.

Die letzte Verbindung, das redoxmarkierte Atrazin wurde nach Rei­ nigung sowohl für die Verdrängungsmethode als auch für die kompe­ titive Methode in einem Atrazin-Assay eingesetzt. Die entsprechenden Antikörper wurden von Hock et al. in der Literatur beschrieben (1,2). Die Abb. 7 zeigt zyklische Voltammogramme die­ ses redoxmarkierten Atrazins in extrem hoher Verdünnung auf einer Trägeroberfläche. Bedingt durch den unmittelbaren Kontakt des Redoxsystems mit der Arbeitselektrodenoberfläche und dem Nichtvor­ handensein von andiffundierenden oder abdiffundierenden Redoxmole­ külen ergeben sich im zyklischen Voltammogramm schärfere Peaks als üblich. Dieser Effekt wirkt auch empfindlichkeitssteigernd.The last compound, the redox-labeled atrazine, was used in an atrazine assay after cleaning both for the displacement method and for the competitive method. The corresponding antibodies were by Hock et al. described in the literature (1,2). Fig. 7 shows cyclic voltammograms of this redox-labeled atrazine in extremely high dilution on a carrier surface. Due to the direct contact of the redox system with the working electrode surface and the absence of diffusing or diffusing redox moles, the cyclic voltammogram results in sharper peaks than usual. This effect also increases sensitivity.

Beispiel 3Example 3

Steigerung der Nachweisgrenze durch repetitive elektrochemische Oxidation mit anschließender Reduktion:Repetitive electrochemical detection limit increased Oxidation with subsequent reduction:

Als reversibles Redox-System wurde Hexacyanoferrat (II/III) in einem Verhältnis von etwa 1 : 1 gewählt. Die typische Nachweis­ grenze für dieses System bei der klassischen zyklischen Voltamme­ trie liegt im millimolaren Konzentrationsbereich. Durch die Methode der elektronischen Signalmittelwertbildung, die hier wegen der verbrauchslosen Meßtechnik angewandt werden kann, lassen sich, wie Abb. 8 zeigt, noch extrem geringe Redoxkonzentrationen weit unterhalb des mikromolaren (µmol/L) Bereiches mit einem sehr guten Signal/Rauschverhältnis quantitativ bestimmen. Bei einer Zyklusfrequenz von ca. 1000 Hz können beispielsweise in einer Sekunde 1000 Oxidations- und Reduktionsreaktionen durchgeführt werden, was bezüglich des elektrochemischen Signals gleichbedeu­ tend mit einer zehntausendfach höheren Redoxmittelkonzentration (verglichen zur üblichen 0,1 Hz Arbeitsweise) ist oder einer ent­ sprechend erhöhten Elektronentransferzahl entspricht, was gleich­ bedeutend wäre mit einem Analytmolekül, an dem eine entsprechende Anzahl von Ein-Elektronen-Redoxmolekülen angebunden wären.Hexacyanoferrate (II / III) was chosen as the reversible redox system in a ratio of about 1: 1. The typical detection limit for this system in the classic cyclic voltammetry is in the millimolar concentration range. The method of electronic signal averaging, which can be used here due to the consumption-free measuring technology, can, as Fig. 8 shows, still extremely low redox concentrations far below the micromolar (µmol / L) range with a very good signal / noise ratio. At a cycle frequency of approx. 1000 Hz, for example, 1,000 oxidation and reduction reactions can be carried out in one second, which in terms of the electrochemical signal is equivalent to a ten thousand times higher redox agent concentration (compared to the usual 0.1 Hz mode of operation) or a correspondingly increased electron transfer number corresponds to what would be of equal importance with an analyte molecule to which a corresponding number of one-electron redox molecules would be attached.

Beispiel 4Example 4

Unterdrückung des kapazitiven Stromanteils bei schnellen zykli­ schen Voltammogrammen durch Anwendung der zyklischen Mittelwert­ bildung: Suppression of the capacitive current component in the case of fast cycles voltammograms by applying the cyclic mean education:  

Bekanntlich tritt bei schnellen Potentialänderungsgeschwindig­ keiten wegen der entsprechenden Umladung der Doppelschichtkapazi­ tät an der Arbeitselektroden-Grenzfläche ein sog. kapazitiver Strom auf, dessen Größe leider proportional zur Änderungsgeschwindigkeit ist, so daß eigentlich eine extrem schnelle Zyklusgeschwindigkeit bei der zyklischen Voltammetrie ausgeschlossen sein sollte, weil dieser Anteil den des betreffenden Redox-Peaks (faradayscher Strom) bei weitem übersteigt und zu Voltammogrammen führt, wie sie in Abb. 9 dargestellt werden. Führt man hingegen bei Makro-Arbeits­ elektroden die Spannungskoordinatenwerte ähnlich wie bei einem X-Y-Schreiber rückwärts zählend auf die einzelnen Digi­ talkanäle des Mittelwertbildners oder Scan-Recorders mit dieser Vorrichtung, so führt die Umkehrung des Vorzeichens der Strom­ stärke bei der Aufaddition in ein und denselben Kanal (der einem genau bestimmten Arbeitselektrodenpotential zugeordnet ist) zu einer Kompensation des kapazitiven Stromanteils. Dies geschieht nahezu vollständig, da der Kapazitätsstrom bei konstanter Doppel­ schichtkapazität (bei gleichem Arbeitselektrodenpotential bis auf das Vorzeichen der Potentialänderungsgeschwindigkeit dU/dt propor­ tional ist. Lediglich die faradayschen Strompeaks, die proportio­ nal der Konzentration des Redoxsystems sind, werden durch diesen Schaltungstrick nicht kompensiert, da sie bei unterschiedlichen Potentialen ablaufen. Man erhält also ein rauscharmes, gemitteltes zyklisches Voltammogramm, daß wie in Abb. 8e gezeigt, aussieht. Erst durch diese schaltungstechnische und elektronische Vorrich­ tung ist es möglich, mit Potentialzyklusraten von weit über 100 Hz zu arbeiten.As is well known, a so-called capacitive current occurs at fast potential change speeds because of the corresponding charge reversal of the double layer capacitance at the working electrode interface, the size of which is unfortunately proportional to the rate of change, so that an extremely fast cycle speed should actually be ruled out in cyclic voltammetry because this Share far exceeds that of the relevant redox peak (Faraday current) and leads to voltammograms, as shown in Fig. 9. If, on the other hand, the voltage coordinate values for macro working electrodes are counted down to the individual digi tal channels of the averaging device or scan recorder using this device, similar to an XY recorder, then the reversal of the sign of the current during addition leads to one and the same Channel (which is assigned to a precisely determined working electrode potential) for compensation of the capacitive current component. This happens almost completely, since the capacitance current with a constant double layer capacity (with the same working electrode potential is proportional except for the sign of the potential change rate dU / dt). Only the Faraday current peaks, which are proportional to the concentration of the redox system, are not compensated by this circuit trick. Since they run at different potentials, a low-noise, averaged cyclic voltammogram is obtained, which looks as shown in Fig. 8. It is only through this circuitry and electronic device that it is possible to work with potential cycle rates of well over 100 Hz.

Beispiel 5Example 5

Unterdrückung des kapazitiven Stromanteils durch Anwendung eines Ultra-Mikroelektroden-Arrys:Suppression of the capacitive current component by using a Ultra Micro Electrode Arrys:

Wird die Oberfläche der Arbeitselektrode verkleinert, so verrin­ gert dich die zugehörige Doppelschichtkapazität wesentlich stärker als die faradaysche Stromdichte, d. h. das Verhältnis von faraday­ schem Strom (der analytproportional ist) zu kapazitivem wird extrem verbessert, so daß extrem schnelle Potentialänderungs­ geschwindigkeiten vom < 500 V/sec möglich werden. Zusätzlich sor­ gen die veränderten Diffusionsbedingungen für die elektroaktive Species zu einer anderen Signalform. Ultra-Mikroelektroden (Durchmesser < 10 µm) erlauben zum Unterschied zu einer planaren Diffusion bei Makroelektroden sphärische Diffusionsbedingungen und setzen so wenig Substanz um, daß es zu keiner in die Lösung hin­ einwachsenden Verarmungsschicht kommt, was sich im Voltammogramm durch eine klare Stufe und ein stabiles Grenzstromplateau zeigt. Die Abb. 10 zeigt den Unterschied zwischen einem zyklischen Voltammogramm einer Spur eines Redoxsystems bei einer Makroelek­ trode und einem Ultra-Mikroelektroden-Array der in Abb. 3 offen­ barten geometrischen Anordnung. Das Array hat genau die gleichen Eigenschaften wie eine einzelne Ultra-Mikroelektrode, hat jedoch den Vorzug, daß die Stromstärke entsprechend der Anzahl der Elek­ troden vergrößert ist.If the surface of the working electrode is reduced, the associated double-layer capacity is reduced considerably more than the Faraday current density, ie the ratio of Faraday current (which is proportional to the analyte) to the capacitive is extremely improved, so that extremely fast potential change speeds of <500 V / sec possible. In addition, the changed diffusion conditions for the electroactive species to a different signal form. In contrast to planar diffusion in macroelectrodes, ultra-microelectrodes (diameter <10 µm) allow spherical diffusion conditions and convert so little substance that there is no depletion layer growing into the solution, which is indicated in the voltammogram by a clear step and a stable one Current limit plateau shows. Fig. 10 shows the difference between a cyclic voltammogram of a trace of a redox system in a macroelectrode and an ultra-microelectrode array of the geometrical arrangement shown in Fig. 3. The array has exactly the same properties as a single ultra-microelectrode, but has the advantage that the current strength is increased in accordance with the number of electrodes.

Beispiel 6Example 6

Anordnung für eine besonders einfache Ausführungsform:Arrangement for a particularly simple embodiment:

Anstelle der erzwungenen Strömung bei der Fließinjektionsanalyse können vorzugsweise auch Kapillarkräfte herangezogen werden. Neben dem Prinzip der Papier und Dünnschichtchromatographie können auch andere Träger für die immobilisierten Partnermoleküle verwendet werden. Ein Beispiel dafür kann ein Stück einer säulenförmigen Kreide (oder Sinterglas/keramik) darstellen. Hier werden bei haptenähnlichen Analyten die Antikörpermoleküle schon vor der Immobilisierung an der Kreideoberfläche mit den markierten Analyt­ molekülen abgesättigt. Die Immobilisierung kann durch einfaches Eintauchen in dieser Lösung geschehen, wobei man die Laufstrecke beobachten kann. Die Molekül-Assoziate werden mittels bifunktio­ neller Reagenzien quervernetzt bzw. an der Oberfläche fixiert. Von dieser primären immunologischen Zone wird, getrennt durch eine unbehandelte Fließstrecke, eine zweite Molekül-Sammelzone errich­ tet. Aus Gründen einer hohen Empfindlichkeit genügt hierbei ein schmaler Bereich unmittelbar am Ende des Kreideträgers. Im Bei­ spiel wird die Endoberfläche mit den gleichen Antikörpern versehen, die auch in der primären immunologischen Zone verwendet wurden, nur mit dem Unterschied, daß hier die analytselektiven Bindungs­ stellen frei sind, so daß sie die durch den unmarkierten Analyten in der Probe freigesetzten markierten Analytmoleküle wieder aufsam­ meln und auf kleinstem Raum konzentrieren. Die elektrochemische oder fluorimetrische Messung erfolgt dann auf der polierten End­ fläche der Kreidesäule. Die Strömung eines Trägerelektrolyten oder der Probe durch die Kapillarkräfte wird durch Aufsetzen eines saugfähigen Pfropfens auf diese Endfläche aufrechterhalten. Die vermessene Probemenge muß aus der Abnahme des Probenvolumens ermittelt werden.Instead of the forced flow in the flow injection analysis capillary forces can preferably also be used. Next the principle of paper and thin layer chromatography can also other carriers are used for the immobilized partner molecules will. An example of this can be a piece of a columnar Make chalk (or sintered glass / ceramic). Here at hapten-like analytes the antibody molecules before Immobilization on the chalk surface with the labeled analyte saturated molecules. Immobilization can be done by simple Immerse yourself in this solution, taking the running route can watch. The molecular associations are determined using bifunctional cross-linked reagents or fixed to the surface. From this primary immunological zone is separated by a untreated flow section, establish a second molecule collection zone tet. For reasons of high sensitivity, this is sufficient narrow area directly at the end of the chalk support. In the case the end surface is provided with the same antibodies, which were also used in the primary immunological zone  only with the difference that here the analyte-selective binding are free, so that they are the by the unlabelled analyte Labeled analyte molecules released in the sample are released again Gather and concentrate in the smallest space. The electrochemical or fluorometric measurement then takes place on the polished end surface of the chalk column. The flow of a carrier electrolyte or the sample by the capillary forces by placing a maintain absorbent graft on this end face. The measured sample quantity must be taken from the decrease in the sample volume be determined.

Wird bei der Erfindung ein Träger (z. B. Durchfluß-Säule, Fließ­ papier, Membranfilter etc. verwendet, an dem ein Partner gebunden ist, wird dieser mittels einer kompetitiven Reaktion durch den unmarkierten Analyten verdrängt. Er wird jedoch am Ausgang der Säule noch vor der Messung erneut von immobilisierten Komplement­ molekülen gebunden und dadurch zur eigentlichen Messung angerei­ chert, wobei gleichzeitig auch störende Begleitstoffe durch Spülen entfernt werden können, bevor die extrem empfindliche elektrochemi­ sche oder optische Messung repetitiv durchgeführt wird und durch Signalmittelwertbildung das Signal-zu-Rausch-Verhältnis beliebig gesteigert wird.In the invention, a carrier (z. B. flow column, flow paper, membrane filter, etc. to which a partner is bound is done by means of a competitive reaction displaced the unlabeled analyte. However, he will be at the exit of the Before the measurement again, the immobilized complement column molecules bound and thus prepared for the actual measurement chert, while also annoying accompanying substances by rinsing can be removed before the extremely sensitive electrochemi cal or optical measurement is carried out repetitively and by The signal-to-noise ratio is arbitrary is increased.

Literatur:Literature:

1) S. Wüst, U. Doht, Th. Giersch, Ch. Wittmann, B. Hock, GIT, Fachz. Lab. 2 (1990) 99-106.
2) B. Hock, Z. Wasser-Abwasser-Forsch. 22 (1989) 78-84.
1) S. Wüst, U. Doht, Th. Giersch, Ch. Wittmann, B. Hock, GIT, Fachz. Lab. 2 (1990) 99-106.
2) B. Hock, Z. Wasser-Abwasser-Forsch. 22: 78-84 (1989).

Claims (28)

1. Verfahren zur Durchführung besonders empfindlicher Immuno-Assays und weiteren Assays, die auf Molekül-Rezeptor-, DNA-komplementär-DNA-Strang sowie Gast-Wirtsmolekül-Wechsel­ wirkungskräften beruhen, gekennzeichnet durch schnelle und repetitive Messungen der Stromstärke oder des Fluoreszenzlichtes und Doppelmessung und Vergleich/Quotienten­ bildung in mindestens zwei Meßzonen bzw. Kalibrierung analog der Methode des inneren Standards, unter Verwendung stabiler redox- oder IR-fluoreszenzmarkierter Analytmoleküle bei immuno Assays und ähnlichen Assays. 1. A method for carrying out particularly sensitive immunoassays and other assays which are based on molecular receptor, DNA complementary DNA strand and guest-host molecule interaction forces, characterized by rapid and repetitive measurements of the current intensity or fluorescent light and double measurement and comparison / quotient formation in at least two measuring zones or calibration analogous to the method of the internal standard, using stable redox- or IR-fluorescence-labeled analyte molecules in immunoassays and similar assays. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als analyterkennende Moleküle oder Molekülassoziationen die jeweiligen Partner der sich extrem selektiv verbindenden Molekül-Paare: Antikörper (Antikörperfragment mit Bindungsstelle) - Anti­ gen, Molekül - Rezeptor, DNA-Abschnitt - komplementärer DNA-Abschnitt sowie Gastmolekül - Wirtsmolekül an besonderen Ober­ flächen und in bestimmten Zonen verteilt immobilisiert verwendet werden.2. Device according to claim 1, characterized, that as analyte-recognizing molecules or molecular associations the respective partner of the extremely selectively connecting Molecule pairs: Antibody (antibody fragment with binding site) - anti gene, molecule - receptor, DNA segment - more complementary DNA section and guest molecule - host molecule on special waiter areas and used immobilized in certain zones will. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Analyten komplementäre Partnermolekül an einem statio­ nären Träger an zwei getrennten Zonen immobilisiert wird, wobei die Moleküle der ersten Zone zu Beginn einer Analyse mit dem redox- oder fluoreszensmarkierten Analytmolekül abgesättigt wer­ den, so daß dadurch alle Bindungsstellen blockiert sind und bei Kontakt mit dem nicht markierten Analytmolekül aus der Probe eine Verdrängung der markierten Analytmoleküle stattfindet, wobei letz­ tere aber an anderer Stelle der Vorrichtung auf möglichst kleinem Volumen wieder gesammelt werden, bevor sie elektrochemisch oder optisch repetitiv bis zum gewünschten Signal/Rauschverhältnis ver­ messen werden.3. Device according to claim 2, characterized, that the partner molecule complementary to the analyte at a statio när carrier is immobilized in two separate zones, wherein the molecules of the first zone at the beginning of an analysis with the redox- or fluorescent-labeled analyte molecule the, so that thereby all binding sites are blocked and at Contact with the unlabelled analyte molecule from the sample Displacement of the labeled analyte molecules takes place, the latter tere but elsewhere in the device on the smallest possible Volume can be collected again before being electrochemical or optically repetitive up to the desired signal / noise ratio will measure. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Verdrängungsreaktion auch eine kompetitive Bindungs­ reaktion zwischen dem unmarkierten Analytmolekül in einer Probe und dem redox- oder fluoreszenzmarkierten Analytmolekül, das jeder Probe im bekannten Verhältnis zugegeben werden muß, an träger­ gebundene Partnermoleküle ablaufen kann, wobei hier nach Spülung der nicht gebundenen Moleküle und Entfernen der Probenmatrix die repetitive elektrochemische oder optische Messung erfolgen kann.4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized, that besides the displacement reaction also a competitive binding reaction between the unlabeled analyte molecule in a sample and the redox or fluorescent labeled analyte molecule that everyone Sample in the known ratio must be added to the carrier bound partner molecules can run off, here after rinsing  of the unbound molecules and removal of the sample matrix repetitive electrochemical or optical measurement can take place. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffenden analyterkennenden Komplementmoleküle auf Trä­ geroberflächen immobilisiert sind, die die repetitive elektro­ chemische oder optische Messung ermöglichen, also entweder den innigen Kontakt mit einer planaren elektrochemischen Drei-Elektro­ den-Meßzelle erlauben bzw. die Messung des IR-Fluoreszenzlichtes ermöglichen.5. The device according to claims 2-4, characterized, that the relevant analyte-recognizing complement molecules on Trä surfaces are immobilized that the repetitive electro enable chemical or optical measurement, i.e. either intimate contact with a planar electrochemical three-electro allow the measuring cell or the measurement of the IR fluorescent light enable. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger für die an bestimmten Stellen fixierten analyt­ erkennenden und selektiv bindenden Komplementmoleküle neben dem typischen Mikrotitermaterial Polystyrol vorzugsweise chromato­ graphische stationäre Phasen, wie adsorbentiengefüllte Säulen, RP-18 ähnliche Materialien, Fließpapierstreifen, Membranfilterstrei­ fen auf Cellulosebasis o. ä., die Kapillarflußeigenschaften haben, verwendet werden.6. The device according to claim 2-5, characterized, that as a carrier for the analyte fixed at certain points recognizing and selectively binding complement molecules next to the typical microtiter material polystyrene preferably chromato graphic stationary phases, such as adsorbent-filled columns, RP-18-like materials, flow paper strips, membrane filter strips cellulose-based or the like, which have capillary flow properties, be used. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Probenlaufstrecke (Art affinitätschromatographischer Miniatursäule) mindestens eine primäre immunologische (oder allge­ mein: analytspezifisch bindende) Zone gegebenenfalls zusammen mit einer weiteren Sammel- und Anreicherungszone vorhanden ist. 7. The device according to claim 2-6, characterized, that on a sample run (kind of affinity chromatographic Miniature column) at least one primary immunological (or gen my: analyte-specific binding) zone if necessary together with another collection and enrichment zone is available.   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die affinitätschromatographische Abtrennung, Verdrängung oder kompetitive Anbindung entweder planar durchgeführt wird, so daß die planare elektrochemische Drei-Elektroden-Meßkette ungehinder­ ten Kontakt mit unterschiedlichen Oberflächenabschnitten finden kann und auch die optische Messung alternativ zwischen einem Trä­ geruntergrund und den Meßzonen oszillieren kann.8. The device according to claim 7, characterized, that the affinity chromatographic separation, displacement or competitive connection is carried out either planar, so that the planar three-electrode electrochemical electrode is unimpeded Find contact with different surface sections can and the optical measurement alternatively between a Trä background and the measuring zones can oscillate. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Sammel- und Anreicherungsphase eng begrenzte Zonen in der Proben-Fließrichtung hinter der primären immunogenen Zone (obiger Definition) angelegt werden, die aus den betreffenden analyt­ erkennenden und -bindenden Komplementmolekülen bestehen, die aber freie Bindungsstellen haben und die so gesammelten redox-aktiven oder fluoreszierenden Analytmoleküle der repetitiven Messung zuführen.9. The device according to claim 7, characterized, that as a collection and enrichment phase, narrowly defined zones in the Sample flow direction behind the primary immunogenic zone (above Definition) created from the relevant analyt recognizing and binding complement molecules exist, but have free binding sites and the redox-active thus collected or fluorescent analyte molecules of repetitive measurement respectively. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Sammel- und Anreicherungszone die Lipophilie der markierten Analytmoleküle dadurch ausgenutzt wird, daß anstelle der betreffenden Komplementmoleküle eine lipophile Zone mit öl- oder wachsgetränkter Oberfläche oder RP-18 Material verwendet wird, wobei bei ionalen Analyten dieser Phase noch ein lipophiles Gegenion zur Ionenpaarbildung zugefügt wird. 10. The device according to claim 9, characterized, that as the second collection and enrichment zone the lipophilicity of the labeled analyte molecules is used in that instead of the complement molecules in question a lipophilic zone with oil or wax-soaked surface or RP-18 material used is, with ionic analytes of this phase still a lipophilic Counter ion is added to the ion pair formation.   11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammel- und Anreicherungsphase für die in der primären Reaktionszone verdrängten markierten Analytmoleküle durch eine entsprechend der Molmasse des markierten Analytmoleküls gewählten Dialysemembran gegeben ist, die in einem gewissen Abstand zur pri­ mären Reaktionszone angebracht ist, und die sowohl stationär mit­ tels aufgedampfter Elektroden wie auch demontiert elektrochemisch vermessen werden kann.11. The device according to claim 9, characterized, that the collection and enrichment phase for those in the primary Labeled analyte molecules displaced by a reaction zone selected according to the molar mass of the labeled analyte molecule Dialysis membrane is given, which is at a certain distance from the pri reaction zone is attached, and both stationary with evaporated electrodes and disassembled electrochemically can be measured. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese Dialysiermembran zusätzlich an der in Fließrichtung an erster Stelle liegenden Oberfläche die analytbindenden Komplemen­ tärmoleküle immobilisiert enthält.12. The device according to claim 11, characterized, that this dialysis membrane is also attached to the flow direction first surface is the analyte-binding complemen contains immobilized molecules. 13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammel- und Anreicherungszone dadurch erzielt wird, daß das Lösungsmittel durch Anwendung von Hitze und Transportgas am Ende der Probenlaufstrecke verdampft wird.13. The apparatus according to claim 9, characterized, that the collection and enrichment zone is achieved in that the solvent by applying heat and transport gas on Is evaporated at the end of the sample run. 14. Vorrichtung nach Anspruch 2-13, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre analyterkennende und -bindende Reaktionszone und die davon getrennte Sammel- und Anreicherungszone innerhalb eines teststreifenähnlichen Trägers mit Kapillarkräften liegt, so daß der Transport der flüssigen Probe durch die verschiedenen Zonen durch letztere erreicht werden kann und keine externe Pumpe not­ wendig ist, wobei die Auswertung über konzentrationsproportionale Strecken oder integrale Signale über die charakteristischen Streckenabschnitte erfolgt und auch redundant ist. Das Auswertgerät ist hier ein Scanner mit optischer oder elektrischer Messung. Bei dem elektrochemischen Scannen werden walzenförmige Arbeitselektroden verwandt.14. The device according to claim 2-13, characterized, that the primary analyzer-recognizing and binding reaction zone and the separate collection and enrichment zone within one test strip-like carrier with capillary forces, so that the transport of the liquid sample through the different zones  can be achieved by the latter and no external pump is necessary is agile, with the evaluation over concentration-proportional distances or integral signals over the characteristic route sections done and is also redundant. The evaluation device is a scanner with optical or electrical measurement. With electrochemical scanning roller-shaped working electrodes used. 15. Vorrichtung nach Anspruch 2-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Konzentration der redoxmarkierten Analytmole­ küle auf den entsprechenden Oberflächenzonen der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die elektrochemische Methode der schnellen zyklischen Voltammetrie oder einer anderen Methode, die ohne Netto-Umsatz (Substanzverbrauch) arbeitet, mittels einer planaren Drei-Elektrodenmeßzelle, die zusammen mit einem geeigneten Grund­ elektrolyten auf diese Stellen gepreßt wird, erfolgt (Prinzip der Dünnschicht-Meßzelle).15. The apparatus according to claim 2-14, characterized, that the measurement of the concentration of the redox-labeled analyte moles cool on the corresponding surface zones of the invention Device by the electrochemical method of fast cyclic voltammetry or another method without Net sales (substance consumption) works, using a planar Three-electrode measuring cell, together with a suitable reason electrolyte is pressed onto these points, takes place (principle of Thin-film measuring cell). 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die planare oder quasi-planare elektrochemische Drei-Elektro­ denmeßzelle anstelle einer Makro-Arbeitselektrode aus einem Edel­ metall, wie Platin, Gold o. ä. ein Ultra-Mikroelektroden-Array aus den gleichen Materialien mit Einzelelektrodendurchmessern < 10 µm enthält, um den bei schnellen zyklischen Voltammogrammen stark ansteigenden kapazitiven Strom zu verkleinern.16. The apparatus of claim 15, characterized, that the planar or quasi-planar electrochemical three-electro denmeßzelle instead of a macro working electrode made of a noble metal, such as platinum, gold or the like, from an ultra-microelectrode array the same materials with single electrode diameters <10 µm contains to the strong in fast cyclic voltammograms to decrease the increasing capacitive current. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselektrode oder das dazu benutzte Ultra-Mikro­ elektroden-Array in die betreffenden Zonen des Assays integriert sind. 17. The apparatus of claim 15 and 16, characterized, that the working electrode or the ultra-micro used for this electrode array integrated into the relevant zones of the assay are.   18. Vorrichtung nach Anspruch 15-17, dadurch gekennzeichnet, daß das zyklische Voltammogramm mit einer hohen Repetitionsrate im Bereich 1 bis » 100 Hz nicht wie üblicherweise auf einem X-Y-Schreiber, sondern auf einem elektronischen Mittelwertbildner regi­ striert wird, der so geschaltet ist, daß die digitalisierten Stromsignale in beiden Potentialrichtungen auf ein und denselben spannungsproportionalen Kanal addiert werden, was wegen des unter­ schiedlichen Vorzeichens des kapazitiven Stromanteils bei den unterschiedlichen Änderungsrichtungen einer nahezu 100%igen Kom­ pensation dieses störenden nichtfaradayschen Stromes gleichkommt, während die konzentrationsabhängigen Stromspitzen der Redox­ moleküle bei unterschiedlichen Potentialen auftreten und daher sich gegenseitig nicht kompensieren.18. The apparatus according to claim 15-17, characterized, that the cyclic voltammogram with a high repetition rate in Range 1 to »100 Hz not as usual on an X-Y recorder, but regi on an electronic averager striert, which is switched so that the digitized Current signals in both potential directions on one and the same voltage-proportional channel are added, which is because of the under different sign of the capacitive current share in the different directions of change of an almost 100% com compensation of this disturbing non-Faraday current while the concentration-dependent current peaks of the redox molecules occur at different potentials and therefore do not compensate each other. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitselektrode das Ultra-Mikroelektroden-Array verwendet wird.19. The apparatus according to claim 18, characterized, that the ultra-microelectrode array is used as the working electrode becomes. 20. Vorrichtung nach Anspruch 15-19, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßvorgang eines Analyten automatisch computergesteuert in der Weise abfolgt, daß sowohl die von der Anordnung aufgenommene Probemenge als auch die Sammelzeit reproduzierbar eingehalten wer­ den und die repetitive elektrochemische Messung jeweils mit gleicher Zahl an Additionszyklen, die von dem Signal/Rauschverhältnis abhängt, durchgeführt wird. 20. The apparatus of claim 15-19, characterized, that the measuring process of an analyte is automatically computer controlled in follows the way that both the picked up by the arrangement Sample quantity and the collection time reproducibly observed the and the repetitive electrochemical measurement with each same number of addition cycles by the Signal / noise ratio depends, is carried out.   21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Redox-Marker-Moleküle, die mit dem Analytmolekül kovalent verknüpft werden, Redox-Systeme mit besonders hoher Standard­ austauschstromdichte verwendet werden, die sich im betreffenden Lösungsmittel oder in der Probenmatrix lösen.21. The apparatus according to claim 20, characterized, that as redox marker molecules that are covalent to the analyte molecule linked, redox systems with a particularly high standard exchange current density can be used, which is in the concerned Dissolve solvent or in the sample matrix. 22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als besonders reversible Redox-Systeme wasserlösliche, stabile und lagerfähige Ferrocenderivate, Rutheniumkomplexe, Hydrochinone, Hexacyanoferrat (II/III), Jod/Jodid o. ä. verwendet werden, die über Spacermoleküle mit dem Analytmolekül verbunden werden.22. The apparatus according to claim 21, characterized, that as particularly reversible redox systems, water-soluble, stable and storable ferrocene derivatives, ruthenium complexes, hydroquinones, Hexacyanoferrate (II / III), iodine / iodide or the like can be used are connected to the analyte molecule via spacer molecules. 23. Vorrichtung nach Anspruch 2-14, dadurch gekennzeichnet, daß als Markermoleküle für die repetitive optische Detektion sta­ bile, lagerfähige spezielle Moleküle verwendet werden, die Licht der Wellenlänge < 700 nm absorbieren und im langwelligeren Bereich wieder als Fluoreszenzlicht emittieren.23. The device according to claims 2-14, characterized, that as marker molecules for repetitive optical detection sta bile, storable special molecules are used that light absorb the wavelength <700 nm and in the longer wavelength range emit again as fluorescent light. 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Molekülklasse für die vorteilhafte IR-Fluoreszenz­ markierung das Bis-isothiocyanat-Derivat von 2-(4′-chloro-7′(3′′- ethyl-2′′-benzothiazolinyliden)-3′,5′-(1′′′-propanedyl)-1′,3′,5′-hep-­ tatrien-1′yl)-3-ethylbenzothiazoliumbromid, Porphyrin­ derivate mit großen 2n+1 Pi-Elektronensystemen oder Phthalocyanine verwendet werden, die sich auch durch besonders hohe Extinktions­ koeffizienten auszeichnen.24. The device according to claim 23, characterized, that as a class of molecules for advantageous IR fluorescence labeling the bis-isothiocyanate derivative of 2- (4′-chloro-7 ′ (3 ′ ′ - ethyl-2 ′ ′ - benzothiazolinylidene) -3 ′, 5 ′ - (1 ′ ′ ′ - propanedyl) -1 ′, 3 ′, 5′-hep- tatrien-1'yl) -3-ethylbenzothiazolium bromide, porphyrin derivatives with large 2n + 1 Pi electron systems or phthalocyanines  be used, which are also characterized by particularly high extinction mark coefficients. 25. Vorrichtung nach Anspruch 2-14, dadurch gekennzeichnet, daß die repetitive optische Messung, die dem Mittelwertbildner zugeführt wird dadurch erreicht wird, daß abwechselnd die zu mes­ sende fluoreszierende Oberflächenzone und der Trägeruntergrund an einer nicht mit der Sammelphase oder den Komplementärmolekülen bedeckten Stelle gemessen wird, was durch eine Relativbewegung des optisches Strahles erreicht werden kann.25. The device according to claim 2-14, characterized, that the repetitive optical measurement that the averager is achieved by alternating the to mes send in the fluorescent surface zone and the substrate one not with the collection phase or the complementary molecules covered area is measured, which is indicated by a relative movement of the optical beam can be achieved. 26. Vorrichtung nach Anspruch 2-14, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Anregungsquelle anstelle einer weißen Lichtquelle und eines Monochromators eine intermittierend betriebene Laser­ diode im IR-Wellenlängenbereich mit hoher Strahlungsdichte, Mono­ chromasie und Streulichtfreiheit zusammen mit einer Lock-In Ver­ stärkungstechnik verwendet wird.26. The device according to claim 2-14, characterized, that as an optical excitation source instead of a white light source and a monochromator an intermittently operated laser diode in the IR wavelength range with high radiation density, mono chromasie and no stray light together with a lock-in ver strengthening technology is used. 27. Verfahren zur Konzentrationsbestimmung eines Partners eines sich chemisch selektiv erkennenden komplementären Molekülpaars (Antikörper-Antigen, Rezeptor-Rezeptormolekül, DNA-Sequenz-komple­ mentärer DNA-Strang, Gast-Wirtsmolekül) mittels eines Immuno-Assays nach den Ansprüchen 1-26, dadurch gekennzeichnet, daß redox- und fluoreszenzmarkierte Analytmoleküle eingesetzt wer­ den und die elektrochemische bzw. optische Messung der Verteilung dieser markierten Moleküle in den verschiedenen Zonen der Testvor­ richtung ohne Materialverbrauch erfolgt, so daß beliebig viele repetitive Messungen möglich sind.27. Procedure for determining a partner's concentration complementary pairs of molecules that recognize each other chemically selectively (Antibody antigen, receptor receptor molecule, DNA sequence comple mental DNA strand, guest-host molecule) by means of a Immunoassays according to claims 1-26, characterized, that redox and fluorescence-labeled analyte molecules are used the and the electrochemical or optical measurement of the distribution of these labeled molecules in the different zones of the test direction without material consumption, so that any number  repetitive measurements are possible. 28. Verfahren nach Anspruch 27 und Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die repetitiven Messungen in reproduzierbaren Art und Weise einem Signalmittelwertsbildner zugefügt werden, so daß das Signal/Rauschverhältnis zwischen dem faradayschen Strom und dem Untergrund sowie der Oberfläche mit den fluoreszierenden Molekülen und der freien Trägeroberfläche entscheidend verbessert wird.28. The method according to claim 27 and claim 1, characterized, that the repetitive measurements in a reproducible manner be added to a signal mean, so that the Signal / noise ratio between the Faraday current and the Background as well as the surface with the fluorescent molecules and the free carrier surface is significantly improved.
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