DE10001116C2 - Vorrichtung und Verfahren zur optischen oder elektrochemischen quantitativen Bestimmung chemischer oder biochemischer Substanzen in flüssigen Proben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie Verfah­ ren zur optischen oder elektrochemischen quantitati­ ven Bestimmung chemischer oder biochemischer Substan­ zen in flüssigen Proben, wobei hierfür häufig auch der Begriff Bio- bzw. Immun-Assays verwendet wird. Die Erfindung kann u. a. in der medizinischen Diagno­ stik, in der Umwelt- und Lebensmittelanalytik einge­ setzt werden, wobei bei entsprechender Modifizierung unterschiedliche physikalische Messprinzipien ausge­ nutzt werden können.

Solche Tests oder Assays können z. B. mit Antikörper- Antigen-Systemen oder auch in etwas allgemeinerer Form mit Rezeptor-Liganden-Systemen durchgeführt wer­ den. Dabei kann die jeweilige Substanz bzw. Komponen­ te auf optischem Wege, durch Messung der Intensität von angeregtem Fluoreszenzlicht eines an sich bekann­ ten fluoreszierenden Stoffes, mit dem eine Komponente bzw. ein Partner eines Systems markiert wird, gemes­ sen werden und die gemessene Intensität des Fluores­ zenzlichtes als Maß für die quantitative Bestimmung in einer flüssigen Probe benutzt werden. Um definier­ te Verhältnisse für diese Bestimmung einhalten zu können, wird üblicherweise die Fluoreszenzlichtanre­ gung innerhalb eines evanescenten Feldes ausgenutzt. Entsprechende Lösungen für diese Fluoreszenz-Immuno­ tests sind z. B. in DE 196 28 002 C1, DE 197 11 281 C1 und DE 197 47 572 C1 beschrieben.

Bei diesen und anderen hier nicht genannten Lösungen werden sogenannte Chips oder eine nahezu herkömmliche Spritze, als Einwegartikel verwendet. Für den Trans­ port der flüssigen Probe ist bei diesen Lösungen eine zusätzliche Pumpe, die extern angeordnet sein kann oder auch integraler Bestandteil eines solchen Vor­ richtung ist, erforderlich. Bei der in DE 197 47 572 C1 beschriebenen Lösung wird eine nahezu herkömmlich ausgebildete Spritze verwendet, wobei hier der Trans­ port der flüssigen Probe durch Relativbewegung einer Kolben-Zylindereinheit realisiert wird.

Insbesondere der Aufwand für den Transport der flüs­ sigen Probe ist mit erhöhten Kosten verbunden, da sehr hohe Fertigungsgenauigkeiten erforderlich sind und der Montageaufwand in Vorbereitung der Durchfüh­ rung eines solchen Tests bzw. Assays ebenfalls rela­ tiv hoch ist.

Eine andere Möglichkeit, um den Anteil einer Substanz bzw. einer Komponente in einer flüssigen Probe auf optischem Wege zu bestimmen, besteht in der Auswer­ tung eines in Folge einer Reaktion auftretenden Farb­ umschlages, der photometrisch erkannt und ausgewertet werden kann.

Eine weitere Alternative ist die elektrochemische Bestimmung, bei der auf an sich bekannte Elektroden­ systeme, bestehend aus einer Arbeitselektrode und einer Referenzelektrode, zurückgegriffen wird. Es kann hier auf die bekannte Kombination einer Platinarbeitselektrode mit einer Ag/AgCl-Referenz­ elektrode zurückgegriffen werden, um eine enzymati­ sche Umsetzung amperometrisch nachweisen zu können.

Des weiteren ist in der DE 196 48 695 A1 eine Vorrichtung zur automatischen und kontinuierlichen Analyse von Flüssigkeitsproben beschrieben, bei der solche Flüs­ sigkeitsproben mit bestimmten Reagenzien vermischt werden sollen. Hierzu werden Membranpumpen, Mischkam­ mern, Verbindungskanäle und für eine Auswertung ge­ eigneten Sensoren verwendet, die u. a. durch anisotro­ pes Ätzen in einer Silicium-Wafer-Struktur ausgebil­ det werden können. Dabei sollen die mit den Pumpkam­ mern in Verbindung stehenden Kanäle mit unterschied­ lichen Querschnittsgeometrien ausgestattet sein, die einen nicht linearen Strömungswiderstand darstellen.

Aus der EP 0 803 288 A2 ist eine Vorrichtung zur Ana­ lyse von Proben beschrieben, die eine Pumpkammer, ei­ nen Saugkanal, einen Abschnitt für die analytische Messung sowie eine Öffnung zur Aufnahme der Probe enthält. Die Probe wird dabei über den Anpreßdruck durch die Öffnung und den Saugkanal in den analyti­ schen Abschnitt gesogen.

Aus der EP 0 903 180 A2 ist eine saugkrafterzeugende Ein­ richtung und eine Probenanalysevorrichtung, bei der eine solche Einrichtung genutzt werden kann, bekannt. Dabei wird eine flüssige Probe durch eine Saugöffnung infolge einer Saugkraft, die mittels einer saugkraft­ erzeugenden Kammer erzeugt worden ist, über einen Ka­ nal in einen Analysebereich transportiert. Die Sau­ göffnung ist dabei über einem Kanal mit dem Analyse­ bereich verbunden und eine flüssige Probe wird über diesen Kanal unmittelbar in den Analysebereich trans­ portiert.

In der DE 37 39 046 A1 ist eine Agglutinationskammer für eine immunchemische Reaktion einer flüssigen Testpro­ be beschrieben, bei der die flüssige Testprobe durch definierte Kanalabschnitte, die bestimmte Kapillaren bilden, für die Agglutination geführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren für die quantitative Bestimmung chemi­ scher oder biochemischer Substanzen in Flüssigkeiten vorzuschlagen, die einfach aufgebaut, kostengünstig herstellbar ist und für das Befüllen und/oder den Transport der flüssigen Probe keine zusätzlichen Pum­ pen erforderlich sind, wobei die Aufnahme der flüssi­ gen Probe, auf passivem oder auch aktivem Wege mög­ lich sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrich­ tung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiter­ bildungen ergeben sich aus den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine mit einer Befüllöffnung verbundene Pumpkammer auf, bei der zu­ mindest die Außenwandung der Pumpkammer aus einem elastisch verformbaren Material besteht. Wirkt nun eine Zug- und/oder Druckkraft von außen auf die Pump­ kammer, kann das Befüllen einer solchen Vorrichtung oder der Transport der flüssigen Probe innerhalb der Vorrichtung durch die entsprechende Veränderung des Pumpkammervolumens erreicht werden.

Zur Befüllung sowie den Transport der flüssigen Probe sind zusätzlich Kapillarkörper in den verschiedenen Kanälen oder Kanalteilen und der Pumpkammer angeord­ net, so daß die Befüllung bzw. der Transport der Pro­ be zumindest kapillarkraftunterstützt erfolgen kann. Die Pumpkammer kann dabei mit Flüssigkeit oder Gas gefüllt sein.

Der Anteil der jeweiligen chemischen oder biochemschen Substanz in der flüssigen Probe kann dann optisch, aber auch elektrochemisch bestimmt werden.

Für die optische Bestimmung bestehen zwei alternative Möglichkeiten, wofür es jedoch in beiden Fällen er­ forderlich ist, dass der Bereich der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung, in dem die Messung durchgeführt wer­ den soll, aus einem entsprechenden optisch transpa­ renten Material besteht. Dies kann beispielsweise ein Kanal, die Pumpkammer oder eine weitere Kammer, die nachfolgend als Messkammer bezeichnet werden soll, sein.

Dabei kann die Messung während des Transportes der flüssigen Probe innerhalb der Vor­ richtung aber auch quasi stationär in einer Kammer bzw. einem Kanal der Vorrichtung durchgeführt werden.

Der Anteil der jeweiligen Substanz kann auf optischem Wege, wie bereits im Stand der Technik bekannt, durch Fluoreszenzlichtanregung, aber auch photometrisch be­ stimmt werden.

Soll der Anteil der jeweiligen Substanz elektroche­ misch bestimmt werden, wird in einem Kanal, der Pump­ kammer, bevorzugt aber in der Messkammer ein Elektro­ densystem eingesetzt, das in der Regel aus einer Ar­ beits- und einer Referenzelektrode gebildet ist, die über entsprechende Kontakte nach außen geführt sind, so dass die elektrischen Größen ohne weiteres von außen erfasst werden.

Die Vorrichtung ist im Wesentlichen flächig ausgebildet und kann bevorzugt aus drei einzelnen Teilen gebildet werden. Dabei handelt es sich um einen an einer Außenseite angeordneten Träger und eine auf der entsprechend anderen Außenseite angeord­ nete Abdeckung, die einen Kanalträger einschließen und miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind im Ka­ nalträger sämtliche Kanäle und Kammern ausgebildet, so dass Träger und Abdeckung ansonsten ebene flächige Gebilde darstellen können.

Träger, Kanalträger und Abdeckung können aus Kunst­ stoff, Keramik oder Glas bestehen. Es können Polyme­ thylmethacrylat, Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polyoximethylen, Ethylen/Propylen-Cop, Polyvinylidenchlorid, Polychlortrifluorethylen, Poly­ vinylbutyral, Celluloseacetat, Polypropylen, Polya­ mid, Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen-Cop, Poly­ tetrafluorethylen, Phenol-Formaldehyd, Epoxid, Polyu­ rethan, Polyester, Silikon, Melamin-Formaldehyd, Harnstoff-Formaldehyd, Anilin-Formaldehyd, Capton, aber auch andere Kunststoffe für diese Elemente der Vorrichtung eingesetzt werden.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, auf einen Kanalträger zu verzichten und die jeweiligen Kanäle und Kammern entweder in Träger- oder Abdeck­ ungsmaterial auszubilden und diese beiden Elemente dann unmittelbar miteinander zu verbinden.

Die Befüllöffnung kann als Durchbruch, der z. B. in der Abdeckung ausgebildet ist, aber auch als einfache Öffnung, die in beiden Fällen über einen Kanal mit der Pumpkammer verbunden ist, ausgebildet sein.

Die Pumpkammer kann über mindestens einen weiteren Kanal mit mindestens einer Messkammer verbunden sein, in der nach dem Transport der flüssigen Probe inner­ halb der Vorrichtung die eigentliche Messung durchge­ führt wird.

Eine so beschriebene Vorrichtung kann gegebenenfalls nach einer Befüllung mit der Probe in eine Fixiervor­ richtung eingespannt und insbesondere für eine opti­ sche Bestimmung dort entsprechend positioniert wer­ den, so dass sie in Bezug auf zumindest eine Licht­ quelle und mindestens einen optischen Detektor ent­ sprechend ausgerichtet ist.

An der Fixiervorrichtung ist mindestens ein transla­ torisch oder rotatorisch bewegbares Element vorhan­ den, das an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zumin­ dest im Bereich der jeweiligen Pumpkammer angreift und dort eine Zug- und/oder Druckkraft auf zumindest eine Außenwandung ausüben kann, so dass sich je nach Bewegungsrichtung eines solchen Elementes das Pumpka­ minerinnenvolumen vergrößert oder verkleinert.

Die Änderung des Pumpkammerinnenvolumens sollte je­ doch mindestens 1% des unbeeinflussten Pumpkammervo­ lumens ausmachen, bevorzugt jedoch mindestens 20% ausmachen.

Das zug- und/oder druckkraftausübende Element kann ein Stempel sein, der auf eine Seite der Vorrichtung, also auf den Träger oder die Abdeckung wirkt und beispielsweise hydraulisch oder mit einem herkömmlichen Nockenantrieb translatorisch bewegt werden kann.

Dabei kann ein solcher Stempel gegen die äußere Wan­ dung der Vorrichtung wirken und lediglich eine Druck­ kraft ausüben, so dass das Volumen der Pumpkammer allein durch eine Druckkraft entsprechend verringert wird und nach Entlastung eines solchen Stempels in­ folge der Elastizität das ursprüngliche Pumpkammer­ volumen wieder erreicht werden kann.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Oberfläche der Vorrichtung mit einer Öse oder einem anderen hierzu geeigneten Element zu versehen, in das der entsprechend ausgebildete Stempel hakenförmig form­ schlüssig eingreifen kann, so dass sowohl eine Druck- als auch eine Zugkraft zur Veränderung des Pumpkammervolumens eingesetzt werden kann.

In einer anderen Alternative kann an einem solchen Stempel auch ein Saugnapf vorhanden sein, der gegen die Oberfläche der Vorrichtung gepresst wird und mit dem ebenfalls eine Druck- und eine Zugkraft auf die Pumpkammer ausgeübt werden kann.

Ein solches Element kann aber auch ein um eine Dreh­ achse rotierender Nocken sein, der je nach Drehwinkel eine mehr oder weniger große Druckkraft auf die Aussenwand der Pumpkammer ausübt und demzufolge das Kammervolumen entsprechend verkleinert oder wieder vergrößert. Ein solcher Nocken kann aber auch als Mehrnocken ausgebildet werden, über dessen Umfang mehrere nockenförmige Elemente verteilt sind, die bei entsprechender Drehung sukzessive entsprechende Druckkräfte auf die Pumpkammerwandung ausüben.

Um den Transport der flüssigen Probe, wie auch das Befüllen der Vorrichtung zu erleichtern, kann an der Vorrichtung eine temporär verschließbare Druckaus­ gleichsöffnung vorhanden sein, um den Transport der flüssigen Probe ohne ein diesen behinderndes Gaspol­ ster zu ermöglichen. Eine solche Druckausgleichsöff­ nung kann an einer der Kammern oder auch einem der Kanäle angeordnet und mit diesen verbunden sein, wo­ bei sie bei Bedarf freigegeben werden kann.

Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn sie im Bereich der Pumpkammer angeordnet und mit dieser ver­ bunden ist und ein für das temporäre Verschließen der Druckausgleichsöffnung geeignetes Dichtelement am Stempel, der mit einer Druckkraft gegen die Außenwan­ dung der Pumpkammer wirkt, versehen ist, so dass die Druckausgleichsöffnung bei Volumenverringerung in der Pumpkammer verschlossen ist und bei einer entspre­ chenden entgegengesetzten Bewegungsrichtung eines solchen Stempels freigegeben wird.

Insbesondere bei der Durchführung von Fluoreszenzim­ munoassays kann es vorteilhaft sein, die eigentliche Messung erst nach Ablauf einer assayspezifischen vor­ gegebenen Inkubationszeit durchzuführen. Die Inku­ bation kann beispielsweise innerhalb der Pumpkammer erfolgen.

Der Transport der flüssigen Probe wird, wie bereits beschrieben, in Kombination dieser beiden Wir­ kungen erreicht werden. Dabei kann die Pumpkammer mit Flüssigkeit oder Gas gefüllt werden.

Für einen gezielten Transport der jeweiligen flüssigen Probe innerhalb der Vorrichtung können die jewei­ ligen Kanäle unterschiedlich ausgebildet werden, so dass der Strömungswiderstand der verschiedenen Kanäle ebenfalls unterschiedlich ist. Der Flüssigkeitstrans­ port erfolgt dabei bevorzugt in der Richtung, in der der geringere Strömungswiderstand liegt. Hierfür kön­ nen unterschiedliche Kanallängen, Kanalquerschnitte, Kanaloberflächen oder auch Kanalführungen eingesetzt werden. So können beispielsweise die inneren Ober­ flächen der verschiedenen Kanäle entweder struk­ turiert, unstrukturiert, aufgerauht, nicht aufgerauht oder in unterschiedlicher Form strukturiert bzw. auf­ gerauht sein.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die freien Querschnitte der Ein- bzw. Ausgänge der verschiedenen Kanäle unterschiedlich zu gestalten, so dass bei­ spielsweise ein Rückströmen von Probenflüssigkeit aus der Befüllöffnung vermieden bzw. jedoch zumindest behindert werden kann. Hierzu können aber auch an einem solchen Kanal ein Rückschlagventil, wie es all­ gemein bekannt ist, eingesetzt werden.

Vor der Befüllung der Vorrichtung kann die Pumpkammer flüssigkeitsfrei und nur mit ei­ nem Gas befüllt sein. Durch entsprechende Veränderung des Pumpkammervolumens erfolgt dann der Flüssigkeits­ transport durch Saug- oder Druckwirkung, wobei in diesem Fall an der Pumpkammer ein entsprechend geeig­ netes Ventil vorhanden sein sollte, um ein Rückströ­ men zu verhindern.

Wird auf ein solches Ventil verzichtet, sollte jedoch die bereits erwähnte Druckausgleichsöffnung ein­ gesetzt werden.

Eine solche Druckausgleichsöffnung kann durch Abzie­ hen einer aufgeklebten Folie oder das Durchstechen einer solchen Folie oder der Außenwandung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung im Bereich eines Kanals oder einer Kammer erfolgen.

In den Kanälen, insbesondere aber in der Pumpkammer und/oder der Messkammer bzw. gegebenenfalls einer gesondert ausgebildeten Inkubationskammer, können vor der Befüllung mit der flüssigen Probe chemische oder biochemische Substanzen (Komponenten) eingebracht werden, die dann mit anderen Substanzen bzw. Kompo­ nenten, die in der flüssigen Probe enthalten sind, Reaktionen eingehen.

So können beispielsweise Biokomponenten (Antigene, Antikörper) auf der Innenwandung von Kammern oder Kanälen oder der Innenwandung der Träger oder der Abdeckung immobilisiert werden, wobei die Immobili­ sierung reversibel, aber auch dauerhaft erfolgen kann.

Zur Immobilisierung solcher Substanzen/Komponenten können hierfür geeignete Materialien, bevorzugt in poröser Form, wie z. B. Papier, Vlies, Gewebe, Gewir­ ke, Netze, Schwämme, Fritten, an sich bekannte Mem­ branmaterialien, makroskopische (Durchmesser im Mil­ limeterbereich) oder mikroskopische (Durchmesser im Nano- und Mikrometerbereich) Partikel aus Glas, Ke­ ramik, Kunststoff u. a. eingesetzt werden.

Zur Verringerung der Reaktionszeit zwischen freibe­ weglichen Substanzen/Komponenten innerhalb der flüs­ sigen Probe und den immobilisierten Reaktionspartnern wird die flüssige Probe in oszillierende Strömung zu versetzt und die flüssige Probe in dieser Form "gerührt". Hierzu wird das Pumpkammer­ volumen sich periodisch wiederholend verändert, wobei dann mit relativ kleiner Amplitude gear­ beitet werden kann. Die flüssige Probe wird dadurch in oszillierende Strömung versetzt, und der Rühref­ fekt kann zusätzlich durch Strukturierung bzw. Aufrauhung der Pumpkammer und/oder Messkammerinnen­ wandung durch vergrößerte Wirbelbildung verstärkt werden. Auf diese Art und Weise kann der Transport von freibeweglichen Biokomponenten zu immobilisierten Biokomponenten beschleunigt und die erforderliche Messzeit erheblich verkürzt werden. Ein Messzeit­ verkürzung ist insbesondere auch bei den Fluoreszen­ zimmunoassays dadurch möglich, dass mittels einer zeitaufgelösten Messung lediglich der Anstieg des Messsignals ermittelt und als Maß für den Anteil der jeweiligen Biokomponente benutzt wird.

Die bereits erwähnten Kapillarkörper, die in den ver­ schiedenen Kanälen oder Kammern angeordnet werden und den Probentransport zumindest unterstützen, können außerdem auch als Träger von immobili­ sierten Komponenten dienen.

Die Vorrichtung ist einfach aufge­ baut, kann sehr gut gehandhabt werden und die Entsor­ gung ist nach Durchführung der jeweiligen Messung problemlos, da die Probenflüssigkeit innerhalb der Vorrichtung eingeschlossen bleibt.

Sie kann mit bekannten Herstellungsverfahren in gro­ ßer Stückzahl kostengünstig hergestellt werden, und auch die Miniaturisierung kann relativ weit getrieben werden, so dass auch der Materialeinsatz relativ ge­ ring ist.

Während der Durchführung der verschiedenen Messungen müssen keine wiederholten Pipettier- und Waschschrit­ te durchgeführt werden. Auch zusätzliche Pumpen sind nicht erforderlich, da deren Aufgabe von der inte­ grierten Pumpkammer ohne weiteres übernommen werden kann.

Die flüssige Probe kann sowohl auf passivem Wege, z. B. mit Hilfe einer Pipette, aber auch auf aktivem Wege unter Ausnutzung einer Pipettenwirkung der er­ findungsgemäßen Vorrichtung, in die Vorrichtung be­ füllt werden.

Werden sogenannte Bio-Assays mit der Vorrichtung durchgeführt, kann im Nachgang zur Herstellung der Vorrichtung eine Batch-Kalibrierung vorgenommen werden. Es sind die verschiedensten be­ kannten Assay-Formate, wie z. B. kompetitive Assays, Verdrängungsassays, Sandwich-Assays oder Titrations- Assays, ohne weiteres möglich.

Die einzelnen Teile der Vorrichtung können durch die bekannten Standardverfahren, wie z. B. Spritzgießen oder Folienlaminieren, hergestellt werden. So können der Träger, der Kanalträger und auch die Abdeckung einzeln z. B. in Folientechnologie hergestellt werden und anschließend die einzelnen Teile mittels herkömmlicher biokompatibler Kleber miteinander verbunden bzw. verschweißt werden.

Es können aber auch doppelseitig klebende Folien insbesondere für den Kanalträger verwendet werden.

Der Einsatz von Folien für die verschiedenen Teile und insbesondere für den Kanalträger ist dadurch mög­ lich, dass die Kanal- und Kammertiefen relativ klein gehalten werden können. So kann der Kanalträger bei­ spielsweise eine Dicke im Bereich von einigen Mikro­ metern oder einigen hundert Mikrometern aufweisen.

Wird eine doppelseitig klebende Folie als Kanalträ­ ger, aus der die verschiedenen Kammern und Kanäle ausgestanzt worden sind, verwendet, können von beiden Seiten beispielsweise im Spritzgußverfahren herge­ stellte Träger und Abdeckung so mit dem Kanalträger verbunden werden. Träger und Kanalträger bzw. Kanal­ träger und Abdeckung können auch einstückig, z. B. im Spritzgußverfahren, hergestellt werden.

Die Formen und Anordnungen der einzelnen Kammern und Kanäle können relativ frei gewählt und den Anforde­ rungen der Fluidik sowie dem eingesetzten Messverfah­ ren entsprechend variiert werden, wobei innerhalb einer Vorrichtung auch mehrere solcher Messsysteme unabhängig voneinander in paralleler Anordnung einge­ setzt werden können.

Der Träger, die Abdeckung und gegebenenfalls auch der Kanalträger können eine Dicke zwischen 1 µm und 10 mm aufweisen, wobei der Träger und die Abdeckung vor­ zugsweise eine Dicke im Bereich von 100 µm bis eini­ gen hundert Mikrometern aufweisen können.

Die Durchmesser der verschiedenen Kammern sollten zwischen einigen hundert Mikrometern und einigen Zen­ timetern, vorzugsweise bei einigen Millimetern liegen und die Breite der Kanäle zwischen 1 µm und einigen Millimetern, vorzugsweise bei einigen hundert Mikrometern gewählt werden.

Die verschiedenen Kanäle und Kammern können aber auch unterschiedliche Höhen aufweisen, so dass sie den jeweils erforderlichen Strömungsverhältnissen ange­ passt werden können.

Die Dicke von Abdeckung und/oder Träger muss jedoch materialspezifisch so gewählt werden, dass bei aus­ reichender Elastizität den jeweils wirkenden Druck- bzw. Zugkräften entsprechend eine ausreichende Fes­ tigkeit gegeben ist und die jeweilige Veränderung des Pumpkammerinnenvolumens erreicht werden kann.

Für den Transport der flüssigen Probe ist mindestens eine einmalige Veränderung des Pumpkammervolumens, also eine entsprechende Volumenvergrößerung oder -verringerung erforderlich.

Die Vorrichtung kann in verschieden­ ster Form variiert und modifiziert werden, wobei die Anzahl der verwendeten Kanäle und Kammern, deren An­ ordnung und die jeweils verwendete Verbindung der einzelnen Kammern mit unterschiedlichen Kanälen vari­ iert werden können, so dass parallele oder nachein­ ander angeordnete Kammer-Kanalsysteme eingesetzt wer­ den können, so dass beispielsweise gleichzeitig mit einer einzigen Vorrichtung ver­ schiedene Komponenten, auch auf verschiedene Art und Weise, sowohl optisch als auch elektrochemisch an einer einzigen flüssigen Probe durchgeführt werden können.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher beschrieben werden, wobei nicht alle Merkmale der Vorrichtung, insbesondere die Kapillarkörper in allen Figuren eingezeichnet sind.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel einer Vor­ richtung, die bevorzugt für eine Bestimmung verschiedener chemischer oder biochemischer Substanzen mit optischen Mitteln geeignet ist;

Fig. 2 ein Beispiel einer Vor­ richtung gemäß Fig. 1 mit verschiedenen Möglichkeiten für den Einsatz von Kapillar­ körpern;

Fig. 3 ein zweites Beispiel einer Vorrichtung in drei verschiedenen Mo­ difikationen;

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Durchführung eines kompetitiven Immunoassays;

Fig. 5 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Immunoassays im Sandwich-Format und

Fig. 6 eine Vorrichtung für einen elektrochemi­ schen Nachweis.

In der Fig. 1 ist ein erstes Beispiel einer Vorrichtung gezeigt. Diese besteht aus einer planaren Anordnung eines Trägers 1, eines Kanalträgers 2 sowie einer Abdeckung 3. Diese drei Einzelelemente, sind wie unter c) gezeigt, zu einer Einheit zusammengefasst, wobei der Kanalträger 2 zwischen Träger 1 und Abdeckung 3 angeordnet ist. Dieser Aufbau ist, bis auf einen Durchbruch 11 in der Abdeckung 3, die als Befüllöffnung der Vorrichtung dient, sowie den rechten Kanalausgang 10, flüssig­ keitsdicht abgeschlossen.

Neben dem Durchbruch 11 in der Abdeckung 3 ist im Kanalträger 2 eine Aufnahmekammer 5, mit dem Durch­ bruch 11 kommunizierend, angeordnet. Des Weiteren ist im Kanalträger 2 ein Kanal 6, der die Aufnahmekammer 5 mit einer Pumpkammer 7 verbindet, und ein weiterer Kanal 8, der die Pumpkammer 7 mit einer Messkammer 9 verbindet, sowie ein weiterer Kanal 10, der von der Messkammer 9 ausgeht, ausgebildet.

Alternativ können die Kammern 5, 7 und 9 sowie die Kanäle 6, 8 und 10 auch innerhalb der Abdeckung 3 oder innerhalb des Trägers 1 ausgebildet sein, wobei in diesem Fall auf einen zusätzlichen Kanalträger 2 verzichtet werden kann.

Eine so ausgeführte Vorrichtung kann über den Durch­ bruch 11 mit einer entsprechenden Probenflüssigkeit ohne weiteres befüllt werden, und die Probenflüssig­ keit gelangt über den Durchbruch 11 in die Aufnahme­ kammer 5. Die Probenflüssigkeit kann dann über den Kanal 6 in die Pumpkammer 7 gelangen, wobei dort auch eine Inkubation durchgeführt werden kann, so dass man diese Kammer auch als kombinierte Pump- und Inkuba­ tionskammer 7 bezeichnen kann. Für die Befüllung der Pumpkammer 7 können Kapillarkräfte ausgenutzt werden, mit deren Hilfe die Probenflüssigkeit aus der Aufnah­ mekammer 5 in die Pumpkammer 7 gelangen kann. In ei­ nem solchen Fall sollte jedoch der Kanal 8 so ausge­ bildet sein, dass eine Kapillarwirkung weitestgehend vermieden ist, so dass ein ungewollter Transport der Probenflüssigkeit aus der Pumpkammer 7 in die Mess­ kammer 9 vermieden werden kann.

Nachdem die Probe über einen vorgebbaren Zeitraum in der Pumpkammer 7 zur Inkubation der Probenflüssigkeit gehalten worden ist, kann durch Ausübung einer Druck­ kraft auf die erfindungsgemäße Vorrichtung, die bevorzugtermaßen zumindest im Bereich der Pumpkammer 7 wirkt, das Volumen der Pumpkammer 7 reduziert und die Probenflüssigkeit demzufolge über den Kanal 8 in die Messkammer 9 transportiert werden. Hierzu können die Kanäle 6 und 8 entsprechend dimensioniert bzw. gestaltet sein, so dass ein Rücktransport von Proben­ flüssigkeit in den Kanal 6 weitestgehend ausgeschlos­ sen ist und zumindest ein großer Teil der Probenflüs­ sigkeit in die Messkammer 9 transportiert wird.

Um diesen Effekt zu erreichen, kann in nicht darge­ stellter Form aber auch am bzw. im Kanal 6 ein Rück­ schlagventil, das beispielsweise aus einer flexiblen Membran bestehen kann, eingesetzt werden.

Außerdem kann diese Vorrichtung, ebenfalls in nicht dargestellter Form, dahingehend ergänzt werden, dass auf dem Träger 3 im Bereich des Durchbruchs 11, der als Befüllöffnung dient, ein Rand oder eine Wulst ausgebildet ist, um den Befüllvorgang einfacher und sicherer zu machen und außerdem eine Vergrößerung der Aufnahmekammer 5 zu sichern.

Auf Möglichkeiten für die Verwendung und die Durch­ führung verschiedener Tests bzw. Assays soll bei der Beschreibung nachfolgender weiterer Beispiele erläu­ ternd eingegangen werden.

In der Fig. 2 sind weitere Modifizierungen der Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, dargestellt.

Dabei entspricht die in Fig. 2a gezeigte Ausführung eines Kanalträgers 2 derjenigen, die in Fig. 1 dargestellt und erklärt worden ist.

In Fig. 2b ist in der Pumpkammer 7 ein Kapillarkör­ per 13 angeordnet. Der Kapillarkörper 13 unterstützt den Transport der Probenflüssigkeit aus der Aufnahme­ kammer 5 über den Kanal 6 und verhindert ansonsten einen unkontrollierten Transport der flüssigen Probe, der infolge relativ kleiner Kapillarkräfte über den Kanal 8 auftreten könnte.

Im Kapillarkörper 13 können aber auch, wie in einer Pumpkammer 7 ohne Kapillarkörper 13, verschiedene Biokomponenten immobilisiert werden.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, mehrere Kapillarkörper schichtweise übereinander in der Pumpkammer 7 anzuordnen, wobei die Kapillarkörper beispielsweise als Vlies- oder Papierschichten aus­ gebildet sein können und als funktionale Schichten zur Vorbereitung der Probe dienen.

Bei dem Beispiel nach Fig. 2b ist außerdem im Kanal 10 ein weiterer Kapillarkörper 16 vorhanden, der die gleiche Funktion hat wie der Kapillarkörper 12 (siehe Fig. 2c).

An den Kanal 10, der gegebenenfalls mit einem Kapil­ larkörper 16 versehen ist, kann eine nicht darge­ stellte zusätzliche Kammer für die Aufnahme der flüssigen Probe nach der Durchführung von Messungen vorhanden sein, in die die ausgewertete Probenflüs­ sigkeit gesammelt und aufgenommen werden kann, so dass eine problemlose Entsorgung möglich ist.

Mit Hilfe der Kapillarkörper 16 und insbesondere des Kapillarkörpers 12, der ebenfalls ein Vlies sein kann, kann der Transport der flüssigen Probe aus der Pumpkammer 7 über den Kanal 8 in die Messkammer 9 gezielt beeinflusst werden, wenn ein Kontakt Flüssig­ keit und Kapillarkörper 12 aufgetreten ist. Dadurch kann der Transport der flüssigen Probe aus der Pump­ kammer 7 in die Messkammer 9 durch die Kapillarwir­ kung des Kapillarkörpers 12 unterstützt werden.

In der Fig. 2d ist eine Modifikation mit zusätzli­ chen Kapillarkörpern 13, 14 und 15, die in der Auf­ nahmekammer 5, dem Kanal 6 sowie der Pumpkammer 7 angeordnet sind, gezeigt.

Der Kapillarkörper 14 kann Aufgaben der Probenvorbe­ reitung erfüllen. Bei einer schichtweisen Ausbildung eines solchen Kapillarkörpers 14 in Form von funktio­ nellen Schichten, wie Membranen oder Säulen (Immun­ säule) oder Filter, können die flüssigen Proben in verschiedenster Form vorbereitet bzw. beeinflusst werden, so dass je nach Ausgangsprobe bzw. durchzu­ führenden Assays entsprechende vorbereitende Maßnah­ men erreicht werden können.

Dient ein Kapillarkörper 14 z. B. als Filter, so kön­ nen zelluläre Bestandteile aus Vollblutproben sepa­ riert werden und das so gefilterte Blutplasma gelangt dann über den Kanal 6, der gegebenenfalls mit einem Kapillarkörper 15 versehen worden ist, in die Pump­ kammer 7.

Solche funktionellen Schichten für die Vorbereitung der flüssigen Proben können z. B. aus den nachfolgend genannten Materialien bestehen:
Papier, Glasfasermembranen, permeable oder semiperme­ able Membrane, Kernspurmembrane, Polyelektrolyten, Hydrogel, Cellulose, Nitrocellulose, Polypropylen, Polycarbonat, Polyvinylbifluorid, fibröses Material u. a. m.

Bei dem in Fig. 2e gezeigten Beispiel einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung sind Kapillarkörper 12, 13 und 15, die, wie bereits beschrieben, ausgebildet sein können, im Kanal 6, in der Pumpkammer 7 und der Messkammer 9 angeordnet.

In der Fig. 3 sind verschiedene Modifikationen eines weiteren Beispiels einer Vorrich­ tung dargestellt, wobei diese einseitig mit einem spitz zulaufenden Ende 17 ausgebildet ist. In den drei gezeigten Modifizierungen ist auf die Darstellung eines Trägers 1 sowie einer Abdeckung 3 verzich­ tet worden und nur die entsprechende Ausbildung des Kanalträgers 2 mit den verschiedenen Kanälen und Kam­ mern gezeigt.

Im Kanalträger 2' ist im Bereich des spitz zulaufen­ den Endes 17 eine Befüllöffnung 18, über die die Be­ füllung mit der flüssigen Probe möglich ist, ausge­ bildet, die mit der Pumpkammer 7 in kommunizierender Verbindung steht, ausgebildet.

An die Pumpkammer 7 schließen sich wieder ein Kanal 8, eine Messkammer 9 sowie ein weiterer Kanal 10 an.

Wird nunmehr eine Vorrichtung gemäß Fig. 3a, bei der im Kanal 6' ein Kapillarkörper 15' vorhanden ist, in eine flüssige Probe eingetaucht, gelangt die flüssige Probenflüssigkeit über die Befüllöffnung 18 infolge Kapillarwirkung über den Kanal 6' in die Pumpkammer, in der ebenfalls ein Kapillarkörper 13 angeordnet ist.

Nach einer vorgebbaren Inkubationszeit kann durch Ausübung einer Druckkraft von der Ober- und/oder Un­ terseite der Vorrichtung, also auf den Träger 1 und/­ oder die Abdeckung 3, infolge der Volumenreduzierung innerhalb der Pump-Kammer die Probenflüssigkeit über den Kanal 8 in die Messkammer 9 transportiert werden. Dabei sollten der Träger 1 und/oder die Abdeckung 3 zumindest im Bereich der Pumpkammer 7 aus einem ge­ eigneten elastisch verformbaren Material bestehen.

Nach erfolgtem Transport der flüssigen Probe in die Messkammer 9 kann dort die jeweilige Analyse der Probenflüssigkeit auf optischem oder auch auf elek­ trochemischem Wege durchgeführt werden.

Bei dem Beispiel gemäß Fig. 3b wird bei einer so ausgebildeten Vorrichtung eine Pipettenwirkung ausge­ nutzt.

Hierzu wird das spitz zulaufende Ende 17 der Vorrich­ tung in eine Probe eingetaucht.

Im Gegensatz zum vorab beschriebenen Beispiel gelangt aber keine Probenflüssigkeit ohne weiteres in die Pumpkammer 7. Erst wenn infolge einer Druckkraftaus­ übung das Kammervolumen der Pumpkammer 7 verringert wird, kann bei nachfolgender Druckkraftentlastung infolge des dort erzeugten Unterdruckes der Flüssig­ keitstransport durch die Öffnung 18, den Kanal 6' in die Pumpkammer 7 erfolgen, wobei die Pumpkammer 7 leer oder, wie hier gezeigt, zusätzlich mit einem Kapillarkörper 13 ausgestattet sein kann. Bei vorhan­ denem Kapillarkörper 13 unterstützen die Kapillar­ kräfte den Flüssigkeitstransport über den Kanal 6' in die Pumpkammer 7.

Nach Ablauf einer vorgebbaren Inkubationszeit kann eine Öffnung für einen Luftaustritt, beispielsweise durch ein Durchstechen einer temporär verschließbaren Öffnung, die in der Abdeckung 3 bzw. im Träger 1 möglichst im Bereich des Kanals 10 vorhanden ist, freigegeben werden. Dadurch kann der Transport der flüssigen Probe aus der Pumpkammer 7 über den Kanal 8 in die Messkammer 9 erfolgen, wobei dieser Flüssig­ keitstransport entweder allein durch Kapillarkraft­ wirkung bzw. Druckkraftausübung auf die Pumpkammer 7 oder in Kombination dieser beiden Fälle erreicht wer­ den kann.

Das in Fig. 3c gezeigte Beispiel ist gegenüber dem Beispiel gemäß Fig. 3b, dahingehend modifiziert wor­ den, dass der Kapillarkörper 15", den Kanal 6' nur teilweise ausfüllt und ein Kapillarkörper 16 im Kanal 10, an Stelle des Kapillarkörpers 12 in der Messkam­ mer 9, vorhanden ist.

Der Kapillarkörper 15" kann die Pipettenwirkung des Kanals 6' mit der Pumpkammer 7 unterstützen. Außerdem unterstützt der Kapillarkörper 16 im Kanal 10 den Flüssigkeitstransport infolge Kapillarkraftwirkung in die Messkammer 9, wobei auch hier eine temporär ver­ schließbare Öffnung für einen Druckausgleich, in nicht dargestellter Form, vorhanden sein kann.

Eine solche Luftaustrittsöffnung kann auch mit einer abziehbaren Folie temporär verschlossen sein. Ebenso kann auch hier wieder ein mit einer Dichtung ver­ sehener Stempel in Verbindung mit einer Luftaus­ trittsöffung verwendet werden.

Die bisher beschriebenen Beispiele können in nicht dargestellter Form auch so verändert werden, dass zusätzliche Kanäle 8 mit mindestens einer Pumpkammer 7 in Verbindung stehen und über diese zusätzlichen Kanäle 8 die flüssige Probe in mehrere Messkammern 9 transportiert werden kann, wobei in den verschiedenen Messkammern 9 auch unterschiedliche Tests bzw. Assays durchgeführt werden können. Die Pumpkammern können dabei vor oder hinter den Messkammern angeordnet sein.

Eine Vorrichtung, wie sie in den vorab beschriebenen Beispielen gezeigt und im allgemeinen Teil der Be­ schreibung erläutert worden ist, kann in eine Mess­ vorrichtung eingesetzt und dort fixiert werden. In einer solchen Messvorrichtung kann ein Stempel vor­ handen sein, der die für den Transport der flüssigen Probe erforderliche Druckkraft zur temporären Volu­ menverringerung innerhalb der Pumpkammer 7 entspre­ chend bewegt werden kann. Ein solcher Stempel kann auch als Nocken, der über einen Drehantrieb in rotie­ rende Bewegung versetzt werden kann, ausgebildet sein. Der Nocken kann als Mehrfachnocken ausgebildet sein, dessen Erhebungen über den Umfang gleichmäßig verteilt sind.

In der Fig. 4 ist ein Beispiel einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 zur Durchführung eines kompetitiven Immunoassays gezeigt.

Dabei sind in einem Kanalträger 2 wieder eine Aufnah­ mekammer 5, ein Kanal 6, eine Pumpkammer 7, ein Kanal 8, eine Messkammer und ein Kanal 10 ausgebildet.

Wie in Fig. 4b dargestellt, sind der Träger 1, der Kanalträger 2 und die Abdeckung 3 wieder miteinander verbunden, wobei in der Abdeckung 3 ein Durchbruch 11 als Befüllöffnung ausgebildet ist, der mit der Auf­ nahmekammer 5 im Kanalträger 2 in Verbindung steht.

Auf dem Träger 1 sind im Bereich der Pump- und Inku­ bationskammer 7 Antikörper 19 immobilisiert. Im Inne­ ren der Pump- und Inkubationskammer 7 sind dann auf der inneren Oberfläche der Abdeckung 3 Antigene 20 reversibel immobilisiert, die mit einem an sich be­ kannten Fluorophor markiert sind.

Wird dann über den Durchbruch 11 eine flüssige Probe 24 in die Vorrichtung eingebracht und gelangt in den Bereich der Pumpkammer 7, so gehen die mit dem Fluo­ rophor markierten Antigene 20 in die Lösung über. Die so markierten Antigene 20 konkurrieren mit den Anti­ genen, die in der flüssigen Probe enthalten sind, um die Bindungsstellen an den Antikörpern 19.

Aufgrund des Konkurrenzprinzips werden nicht alle markierten Antigene 20 von den Antikörpern 19 gebun­ den.

Wird dann eine Druckkraft zumindest auf den Bereich der Pump- und Inkubationskammer 7 ausgeübt, die zu einer entsprechenden Volumenverringerung führt, wird die Probenflüssigkeit bis in die Messkammer 9 trans­ portiert. In der Messkammer 9 befinden sich auch Antigene 20, die mit einem Fluorophor markiert sind. Die markierten Antigene 20 können nun optisch nach­ gewiesen werden. Hierzu wird Licht mit einer Wellen­ länge, mit der Fluoreszenz des verwendeten Fluoro­ phors angeregt werden kann, aus einer Lichtquelle 22 auf die Messkammer 9 gerichtet, wobei bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zumindest der Bereich, in dem die Messkammer 9 angeordnet ist, aus einem ent­ sprechend transparenten Material besteht.

Die Intensität dieses Fluoreszenzlichtes kann wieder über zumindest einen optischen Detektor 23 gemessen werden, wobei die jeweils gemessene Intensität des Fluoreszenzlichtes proportional zur entsprechenden Analytkonzentration ist.

Im Gegensatz zur Darstellung in Fig. 4d kann/können der eine oder auch mehrere optische Detektor(en) 23 auch auf der gleichen Seite der Vorrichtung an­ geordnet sein.

Für die Bestimmung unterschiedlicher Analyte können auch verschiedene mit Fluorophoren markierte Antigene 20 verwendet werden, wobei in diesem Fall verschiede­ ne Lichtquellen 22, die Licht mit entsprechenden Wel­ lenlängen ausstrahlen, eingesetzt werden.

In der Fig. 5 ist ein Beispiel einer Vorrichtung, wie sie in den Fig. 1 und 2 ge­ zeigt und erläutert worden ist, dargestellt, wobei nachfolgend die Durchführung eines Immunoassays nach dem Sandwich-Format beschrieben wird.

Hier sind im Bereich der Pump- und Inkubationskammer 7 Antikörper 26 reversibel immobilisiert, die wieder mit einem an sich bekannten geeigneten Fluorophor markiert sind.

Im Bereich der Messkammer 9 sind auf der inneren Oberfläche des Trägers 1 entsprechende Antikörper 19 immobilisiert.

Wird dann die Vorrichtung über den Durchbruch 11 mit einer flüssigen Probe 24 befüllt, in der Antigene 21 als Analyt enthalten sind, so gehen die reversibel immobilisierten Antikörper 26 in Lösung in die Probe 24 über.

Dabei können zwischen den Antigenen 21 und den mar­ kierten Antikörpern 26 Bindungen auftreten.

Nachdem die Probenflüssigkeit mit den gebundenen Antigenen 21 und Antikörpern 26 durch Pumpwirkung aus der Pump- und Inkubationskammer 7 in die Messkammer 9 transportiert worden ist, kann an den dort im­ mobilisierten Antikörpern 19 eine Sandwich-Bildung aus Antikörpern 19, Antikörpern 21 und markierten Antikörpern 26 auftreten, wie dies in Fig. 5d ge­ zeigt ist.

Die mit dem Fluorophor markierten Antikörper 26, die an die immobilisierten Antikörper 19 über die Antige­ ne 21 angebunden sind, lassen sich durch Fluoreszenz­ anregung optisch nachweisen.

Wie in Fig. 5d gezeigt, kann die Fluoreszenzanregung über das evanescente Feld erfolgen, wobei das Licht der Lichtquelle 22' mit geeigneter Wellenlänge unter Totalreflexion auf die Oberfläche des Trägers 1, die wiederum selbstverständlich transparent sein muss, gerichtet wird.

In die Lichtquelle 22' bzw. in den Strahlengang des Lichtes können Anregungsfilter und/oder ein Polarisa­ tor angeordnet bzw. integriert sein.

Die Fluoreszenzanregung der für die Markierung ver­ wendeten Fluorophore erfolgt dann nur im Bereich des evanescenten Feldes mit einer bekannten definierten Eindringtiefe.

Die Intensität des Fluoreszenzlichtes kann dann mit dem optischen Detektor 23', der gleichseitig zur Lichtquelle 22' in Bezug zur Vorrichtung angeordnet ist, gemessen werden. Vor den optischen Detektor 23' können außerdem ein Kollimator, Filter, Polarisator oder zusätzlich Blenden angeordnet werden.

Werden Blenden in den Strahlengang vor den optischen Detektor 23' angeordnet, können diese bevorzugt be­ wegt werden, um eine ortsaufgelöste Messung innerhalb des Messkammerbereichs 9 durchführen zu können.

Für den Fall, dass ein Immunoassay in einer Vorrich­ tung nach Fig. 5 nicht nach dem Sandwich-Format, sondern als kompetitives Assay durchgeführt werden, müssen die Antikörper 19 durch Antigene ersetzt wer­ den, die anstelle derer entsprechend immobilisiert sind.

In diesem Fall findet eine Kompetition zwischen den Antigenen 21 in der flüssigen Probe und den immobili­ sierten Antigenen statt. Die an die immobilisierten Antigene 20 anbindenden markierten Antikörper 26 kön­ nen dann, wie bereits beschrieben, durch Fluoreszenz­ lichtanregung über das evanescente Feld nachgewiesen werden.

Durch entsprechende Fluoreszenzanregung über das eva­ nescente Feld können auch gleichzeitig mehrere Analy­ te bestimmt werden. Hierzu werden unterschiedliche Antikörper an verschiedenen Stellen der Messkammern 9 immobilisiert, wobei die Intensität des jeweiligen Fluoreszenzlichtes dann ortsaufgelöst, bevorzugt unter Verwendung der entsprechend bewegbaren Blenden, mittels des optischen Detektors 23' gemessen werden kann.

Wird auf solche Blenden verzichtet, kann eine orts­ aufgelöste Messung auch mit einem oder auch mehreren Zeilen bzw. Array(s) von optischen Detektoren einzelner CCD-Zellen durchgeführt werden.

Als optische Detektoren 23, 23' können Fotodioden, Fotoavalanchdioden oder Fotomultipler eingesetzt wer­ den.

Ein solcher optischer Detektor 23, 23' kann, wie auch in Fig. 4 gezeigt, auf der anderen Seite, also der Lichtquelle 22, 22' gegenüberliegend, angeordnet sein.

Als Fluorophore können die bekannten Typen Cy5 und Cy7 verwendet werden.

Als Lichtquellen 22, 22' können z. B. entsprechende Laserdioden, die Licht mit Wellenlängen im Bereich zwischen 635 nm und 655 nm für Cy5 oder Laserdioden mit Wellenlängen im Bereich zwischen 730 nm und 780 nm für Cy7 eingesetzt werden.

In Fig. 6 ist ein Beispiel einer Vorrichtung, die für einen elektrochemischen Nachweis modifiziert worden ist, gezeigt.

Dieses Beispiel ist im Wesentlichen wie das Beispiel gemäß Fig. 1 aufgebaut.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass auf dem Träger 1' im Bereich der Messkammer 9 ein Elek­ trodensystem, das z. B. aus einer Platinarbeitselek­ trode 30 und einer Ag/AgCl-Referenzelektrode 31 ge­ bildet ist, vorhanden ist. Die beiden Elektroden 30 und 31 dieses Elektrodensystems sind über die elek­ trischen Kontakte 32 und 33 nach außen geführt, so dass die jeweilige Spannung von außen angelegt und die Stromstärkeänderung gemessen werden kann.

Bei der Durchführung eines Assays mit elektrochemi­ scher Nachweismethode werden beispielsweise Biokom­ ponenten verwendet, die anstelle einer optischen Mar­ kierung (Fluorophor) ein Enzym tragen.

Wird nun, wie bereits vorab beschrieben, die entspre­ chende flüssige Probe in die Messkammer 9 transpor­ tiert, so können diese dort auf elektrochemischen Wege nachgewiesen werden.

Dabei wird ein geeignetes Substrat, z. B. Glukose, eingesetzt, wenn als Enzym Glukoseoxidase eingesetzt worden ist. Diese Glukose wird bei der Herstellung oder vor der Durchführung des Assays in der Messkam­ mer 9 deponiert.

Gelangt die Probenflüssigkeit in die Messkammer 9, geht diese Glukose in Lösung und stellt ein Substrat für das Enzym Glukoseoxidase dar. Durch enzymatische Umsetzung wird H₂O₂ gebildet, das an der Platinar­ beitselektrode 30 amperometrisch nachgewiesen werden kann, wenn zwischen der Arbeitselektrode 30 und der Referenzelektrode 31 eine elektrische Spannung von typisch 600 mV angelegt ist.

Claims (19)

1. Vorrichtung zur optischen oder elektrochemischen quantitativen Bestimmung chemischer oder bioche­ mischer Substanzen in flüssigen Proben, bei der eine Pumpkammer (7) mit einer Befüllöffnung (11, 18) verbunden ist und die Außenwandung der Pump­ kammer (7) für einen definierten Transport der flüssigen Probe zumindest bereichsweise aus ei­ nem in Folge einer von außen wirkenden Zug- und/oder Druckkraft elastisch verformbaren Mate­ rial besteht; wobei die
Pumpkammer (7) zwischen Befüllöffnung (11, 18) und mindestens einer Messkammer (9), die mit der Pumpkammer (7) über einen Kanal (8) verbunden ist, angeordnet ist;
und wobei in der Pumpkammer (7) und in einem Ka­ nal oder Kanalteil (6, 6', 8, 10) Kapillarkörper (12, 13, 14, 15, 15', 15", 16) vorhanden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei in der Befüllöffnung (11, 18) und/oder in der Meßkammer (9) Kapillarkörper (12, 13, 14, 15', 15", 16) vorhanden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung zumindest im Bereich der mindestens einen Messkammer (9) optisch transpa­ rent ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der mindestens einen Messkammer (9) ein Elektrodensystem (30, 31) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung als flächiges Element, aus einem Träger (1), der mit einer Abdeckung (3) verbunden ist, besteht und die Pumpkammer (7) zwischen Träger (1) und Abdeckung (3) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Aufnah­ mekammer (5), die Pumpkammer (7), Kanäle (8, 10) und/oder die mindestens eine Messkammer (9) in einem zwischen dem Träger (1) und der Abdeckung (3) angeordneten Kanalträger (2) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Befüllföffnung (11, 18) als Durchbruch in der Abdeckung (3) ausgebildet und über einen Kanal (6) mit der Pumpkammer (7) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung in eine Fixiervorrichtung einspannbar ist und mittels eines translatorisch oder rotatorisch bewegbaren Elementes Zug- und/oder Druckkraftwirkung zur Veränderung des Pumpkammerinnenvolumens auf den Bereich, in dem die Pumpkammer (7) angeordnet ist, ausübbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Element ein translatorisch bewegbarer Stempel ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei am Element ein Saugnapf vorhanden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Element formschlüssig in eine an der Ober- oder Unterseite ausgebildete Öse hakenför­ mig eingreift.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Element ein um eine Drehachse rotie­ render Nocken ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Träger (1) und/oder die Abdeckung (3) zumindest teilweise aus einem optisch transpa­ renten Material, mit einem Brechungsindex n < 1,33 besteht/bestehen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine temporär verschließbare Druckaus­ gleichsöffnung vorhanden ist, die mit einer Pumpkammer (7), einer Messkammer (9) oder einem Kanal (6, 6', 8, 10) kommuniziert.

15. Verfahren zur optischen oder elektrochemischen quantitativen Bestimmung chemischer oder bioche­ mischer Substanzen in flüssigen Proben, bei dem zur Befüllung und/oder zum Transport der Probe in einer Vorrichtung, auf eine in der Vor­ richtung ausgebildete Pumpkammer (7), die mit einer Befüllöffnung (11, 18) verbunden ist, eine Zug- und/oder Druckkraft ausgeübt wird, um das Pumpkammervolumen zu verändern; wobei
das Befüllen und/oder der Transport der Probe durch Kapillarkraftwirkung mit in der Pumpkammer (7), oder in der Befüllöffnung (11), oder in Ka­ nälen (6, 6', 8, 10) oder in einer oder mehreren Messkammer(n) (9) angeordneten Kapillarkörpern (12, 13, 14, 15, 15', 15") unterstützt wird,
wobei die Zug- und/oder Druckkraft sich periodisch wiederholend verändert wird, um die Probe in eine oszillierende Strömung zu verset­ zen, und wobei während oder nach dem Transport der flüssigen Probe aus der Pumpkammer (7) in mindestens eine nachfolgend angeordnete Messkammer (9) der Anteil der jeweiligen chemischen oder biochemi­ schen Substanz photometrisch, durch Messung der Intensität von angeregtem Fluoreszenzlicht oder elektrochemisch bestimmt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Bestimmung des Anteils der jeweiligen chemischen oder biochemischen Substanz nach Ab­ lauf einer vorgebbaren Inkubationszeit durchge­ führt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Pumpkammervolumen um mindestens 1% verändert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei mittels mindestens einer Lichtquelle (22, 22') Fluoreszenz eines Fluorophors über das eva­ nescente Feld angeregt und die Intensität des Fluoreszenzlichtes zeit- und/oder ortsaufgelöst gemessen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Anstieg der gemessenen Intensität des Fluoreszenzlichtes bestimmt wird.