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Die Erfindung betrifft die Struktur
der Probenträgerplatten
für massenspektrometrische
Analysen von Proben mit Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption
(MALDI).
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Die Erfindung besteht darin, eine
sehr ebene Unterstruktur aus mechanisch festem Material mit einer
bündig
aufliegenden Auflage aus Kunststoffmaterial konstanter Dicke zu
kombinieren, so dass insgesamt eine Kompositplatte mit sehr ebener
Oberfläche entsteht.
Die Kunststoffauflage ist preiswert herzustellen. Oberfläche und
Material der Kunststoffauflage lassen sich hervorragend für MALDI
optimieren. Die Kompositplatte hat vorzugsweise die Außenmaße einer
Mikrotiterplatte.
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Stand der Technik
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Für
die Analyse von Biomolekülen
hat sich die Massenspektrometrie mit Ionisierung durch matrix-unterstützte Laserdesorption
und Ionisierung (MALDI) als ein Standardverfahren etabliert. Meist werden
dazu Flugzeitmassenspektrometer (TOF-MS = time-of-flight mass spectrometer)
verwendet, aber auch Innenzyklotron-Resonanzspektrometer oder Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfallenmassenspektrometer
können
hier eingesetzt werden.
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Die Biomoleküle befinden sich in aller Regel in
wässriger
Lösung.
Unter Biomolekülen
sollen hier insbesondere Oligonukleotide (also das Genmaterial in
seinen verschiedenen Ausformungen wie DNA oder RNA) und Proteine
(also die wesentlichen Bausteine der lebenden Welt) verstanden werden,
einschließlich
ihrer besonderen Analoge und Konjugate, wie beispielsweise Glycoproteine
oder Lipoproteine. Die Ionisierung durch MALDI lässt sich aber auch auf technische
Polymere und kleine organische Verbindungen anwenden. Die Moleküle unter
Analyse werden im Folgenden als Proben- oder Analytmoleküle bezeichnet.
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Die Auswahl der Matrixsubstanz für den MALDI
Prozess hängt
von der Art der Biomoleküle ab;
es sind inzwischen weit über
hundert verschiedene Matrixsubstanzen mit verschiedenartigen Meriten bekannt
geworden. Die Matrixsubstanz muss insbesondere absorptiv für das Licht
der verwendeten Laserwellenlänge
sein; sie hat darüberhinaus
die Aufgabe, die Probenmoleküle
in geeigneter Weise voneinander zu isolieren, sie intakt in die
Gasphase zu bringen (Desorption) und sie zu ionisieren (meist durch
Protonierung oder Deprotonierung). Für diese Aufgabe hat es sich
als günstig
erwiesen, die Analytmoleküle
in irgendeiner Art in die zumeist kristallinen Matrices bei deren
Kristallisation auf der Probenträgeroberfläche oder
zumindest in die Grenzflächen zwischen
den bei der Kristallisation entstehenden Kriställchen einzubauen. Die Matrixmoleküle haben einen
103- bis 105-fachen Überschuss
gegenüber den
Analytmolekülen.
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Für
das Auftragen von Probe und Matrix sind eine Reihe verschiedener
Methoden bekannt geworden. Die einfachste davon ist das Aufpipettieren
einer Lösung
mit Probe und Matrix auf einen gereinigten, metallischen Probenträger. Der
Lösungstropfen
bildet auf der Metalloberfläche
eine Benetzungsfläche, deren
Durchmesser von der Benetzbarkeit der Metalloberfläche durch
das jeweils verwendete Lösungsmittel
abhängt.
Es bildet sich dabei nach dem Auftrocknen der Lösung ein Probenfleck aus kleinen
Matrixkriställchen
in der Größe dieser
Benetzungsfläche,
wobei sich in der Regel aber keine gleichmäßige Belegung der Benetzungsfläche zeigt.
Die Kriställchen
befinden sich bei vielen Matrixsubstanzen am Rand des Probenflecks;
es gibt hier so genannte „hot spots" hoher Empfindlichkeit,
die aber als solche ohne Ausprobieren nicht erkennbar sind.
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Für
Matrixsubstanzen, die sich nur sehr schwer oder gar nicht in Wasser
lösen,
wie beispielsweise α-Cyano-4-Hydroxy-Zimtsäure, hat
es sich als günstig
erwiesen, eine sehr dünne
Schicht der Kristalle auf der Oberfläche vor dem Aufbringen der
wäßrigen Analytlösungen zu
erzeugen, beispielsweise durch Aufbringen einer Lösung der
Matrixsubstanz in Aceton. Hier gibt es eine gleichmäßigere Empfindlichkeit über die
Fläche
der Auftragung.
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Aus der Patentschrift
DE 197 54 978 C1 (
GB 2 332 273 ,
US 6,287,872 ) ist eine verbesserte
Methode des Probenauftrags bekannt geworden, die darin besteht,
die Proben auf kleine benetzungsfreundliche (hydrophile) Ankerbereiche
in einer benetzungsfeindlichen (hydrophoben) Umgebung aufzubringen.
Aufpipettierte Tröpfchen
mit gelöster
Matrix und gelösten Analytmolekülen hängen sich
an diese Ankerbereiche an und kristallisieren dort viel gleichmäßiger als ohne
Anker. Die Kristallkonglomerate binden dabei in diesen hydrophilen
Ankerbereichen recht fest an die Oberfläche des Probenträgers. Bei
sorgfältiger
Präparation
lässt sich
eine reproduzierbar gleichmäßige Empfindlichkeit
erreichen. Auch hier ist die Belegung mit Matrixsubstanzen vor dem
Aufbringen der Probenlösungen
möglich.
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Alle diese Verfahren zum Aufbringen
der Proben und deren Einbau in Matrixkriställchen hängen aber sehr stark von den
Eigenschaften der Oberfläche,
besonders auch von den Eigenschaften der hydrophilen Ankerflächen ab.
Zu diesen Eigenschaften gehören
die chemische Zusammensetzung des Trägers an seiner Oberfläche, der
Oxidationszustand der Oberfläche,
die Glattheit und insbesondere die Benetzungseigenschaften der Oberfläche in Kombination
mit dem eingesetzten Lösungsmittel.
Von besonderer Bedeutung ist eine extreme Sauberkeit der Oberfläche, da
der MALDI-Prozess schon durch geringste Spuren von Verunreinigungen
empfindlich gestört
werden kann. Insbesondere dürfen
keine Alkaliionen aus der Oberfläche
in die gelöst
aufgebrachte Probe austreten. Für
die in der Regel metallischen Oberflächen der Probenträger lässt sich
eine reproduzierbar hergestellte Oberflächenstruktur mit vorgegebenen
Eigenschaften nur schwer erreichen.
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Werden Flugzeitmassenspektrometer
für die Analyse
eingesetzt, so kommt auf die Probenträgeroberflächen auch noch die Forderung
nach außerordentlicher
Ebenheit hinzu. Die Verwindung der Oberfläche darf einige Mikrometer
nicht überschreiten,
da sonst die präzise
Massenbestimmung, für
die heute Genauigkeiten von wenigen ppm (parts per million; Millionstel
der Masse) gefordert werden, aus den Flugzeiten wegen der verschiedenen
Fluglängen
erschwert wird. Bei einem Meter Fluglänge entspricht eine Flugbahnverlängerung
um ein Mikrometer bereits einer Flugzeitverlängerung um größenordnungsmäßig ein
Millionstel und einer scheinbaren Massenvergrößerung von zwei Millionsteln.
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Es haben sich bisher nur wenige Arten
von Probenträgermaterialien
als einigermaßen
universal benutzbar herausgestellt. Dazu gehören insbesondere (1) glattgewalztes,
in besonderen Glühverfahren hergestelltes
etwa drei Millimeter starkes Edelstahlblech mit geschliffener oder
polierter Oberfläche,
(2) elektrisch leitend beschichtete Glasplatten, (3) mit Nickel
oder Gold beschichtete Aluminiumplatten und (4) Siliziumwaferplatten.
Da die Oberflächenbeschaffenheit
von kritischer Bedeutung für
die Kristallisation der Matrix ist und andererseits – je nach
Anwendung unterschiedliche Matrices zum Einsatz kommen, werden in
der Praxis applikationsabhängig
verschiedene Probenträgerplatten
bevorzugt.
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Für
den automatisierten Umgang mit Probenträgerplatten ist es günstig, die
als Industriestandard bekanntgewordene Form von Mikrotiterplatten auch
für die
Probenträgerplatten
einzuhalten. Nur Probenträgerplatten
in der ungefähren
Form von Mikrotiterplatten können
von handelsüblichen
Pipettierrobotern ver- und bearbeitet werden. Die Platten können von
standardisierten Greifern gegriffen und mit Hilfe von Vielfachpipettenköpfen mit
Probentröpfchen
belegt werden. Sie können
in „Plattenhotels" gestapelt oder schubladenförmig in
entsprechende Magazine eingeschoben werden. Die Form der Unterseite
der Mikrotiterplatten wirkt beim Stapeln als relativ dichter, zumindest
staubschützender
Deckel für
die darunterliegende Platte.
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Die Probenträgerplatten können mit
Barcodes an der Stirnfläche
oder auf der Oberseite versehen sein. Die Barcodes können von
einigen Industrierobotern gelesen werden. Es ist jedoch schwierig, einen
vakuum- und waschfesten Barcode-Aufdruck zu entwickeln. Es wurden
daher Probenträgerplatten mit
vakuum- und waschfesten Transpondern entwickelt, deren Code gelesen
werden kann; es ist sogar ein teilweises Beschreiben der Transponder
mit dem aktuellen Belegungsstand und anderen Informationen möglich.
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Die Verwendung von MALDI-Probenträgern in
der Form von Mikrotiterplatten für
die Belegung mit Proben aus Vielfachpipettenköpfen ist bereits in der Patentschrift
DE 196 28 178 C2 (entsprechend
GB 2 315 329 oder
US 5,770,860 ) beschrieben.
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Es ist immer wieder versucht worden,
Probenträgerplatten
für den
MALDI-Prozess aus Kunststoff herzustellen. Es gibt eine sehr große Zahl
verschiedenartiger Kunststoffe. Sie lassen sich außerordentlich
preiswert formen und durch geeignete Füllung elektrisch leitend machen.
Es lassen sich sehr reproduzierbar gewünschte Oberflächentexturen herstellen.
Die Oberflächen
lassen sich metallisieren, kratzfest machen, in vielfältiger Weise
hydrophobisieren; kurzum, es gibt kaum ein Material mit so vielfältigen Möglichkeiten.
Kunststoffe haben aber einen entscheidenden Nachteil: sie sind nicht
formfest und verziehen sich insbesondere leicht nach ihrer Formung.
Auch die Lagerung verändert
ihre Form. Ebenheiten von wenigen Mikrometern auf größeren Flächen können nicht
einfach erreicht oder nicht langzeitstabil erhalten werden.
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Die preiswerte Herstellung von MALDI-Probenträgerplatten
ist aber immer noch erstrebenswert. Insbesondere bei Anwendungen,
bei denen es auf höchste
Nachweisempfindlichkeit ankommt, ganz sicher aber für diagnostische
Anwendungen, kann bei wiederverwendbaren Probenträgern der
sog. Memoryeffekt die Messergebnisse negativ beeinflussen, denn
vielfach lassen sich die aufgebrachten Analytmoleküle auch
durch sorgfältiges
Waschen nicht quantitativ entfernen. Außerdem wird immer stärker eine
industrielle Vorbelegung der Probenorte mit geprüften Matrixsubstanzen garantierter
Reinheit und Funktion gewünscht.
Aber auch weitergehende Schritte der Probenpräparation auf Probenträgerplatten
wie enzymatischer Verdau, Reinigen der Probensubstanzen oder Markierungen
rücken
näher und
fordern einmalig verwendbare, preiswerte Probenträgerplatten.
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Aufgabe der
Erfindung
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Es, ist die Aufgabe der Erfindung,
einmalig verwendbare und preiswert herzustellende MALDI-Probenträger mit
höchster
Oberflächenebenheit im
Bereich weniger Mikrometer zu finden. Die Probenträger sollen
leicht zu handhaben sein. Es soll möglich sein, die Probenträger mit
Matrixsubstanzen oder anderen Oberflächenbelegungen so vorzufertigen,
dass sie versandt werden können
und vom Benutzer ohne weitere Vorbereitungen verwendet werden können.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Es ist der Grundgedanke der Erfindung,
die Probenträger
als Kompositstruktur mit einer wiederverwendbaren Unterstruktur
aus einem mechanisch sehr festen Material höchster Maßgenauigkeit und einer einmalig
zu verwendenden Auflage aus Kunststoff auszubilden. Die Unterstruktur
kann beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein, mit einer solch eben
gestalteten Oberfläche
und Maßhaltigkeit,
wie es für
MALDI-Probenträger
erforderlich ist. Die Einweg-Auflage ist eine aus relativ dünnem Kunststoffmaterial
in sehr gleichmäßiger Dicke
gefertigte Platte, die so aufgebracht wird, dass sie auf der Unterstruktur
großflächig bündig aufliegt.
Die Herstellung von Platikplatten einer gleichmäßigen Dicke mit Toleranzen
von nur wenigen Mikrometer ist heute großtechnisch möglich, beispielsweise
durch Spritzguss.
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Das bündige Aufliegen kann durch
verschiedenartige Maßnahmen
erreicht werden. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Noppen an
der Plastikplatte in eine Vielzahl von hinterfrästen Löchern oder Nuten in der Unterstruktur
hineingedrückt
werden. Günstiger
erscheint jedoch eine leicht konkave Ausführung einer unterseitig glatten
Platte, die am Rande fest auf die Unterstruktur aufgedrückt wird,
wodurch sie durch ihre Elastizität
großflächig bündig aufliegt. Dabei
muss jedoch ein Überschnappen
vermieden werden. Der Halt am Rande kann durch einen gesonderten
Rahmen, der an der Unterstruktur festgemacht wird, gegeben werden, aber
auch durch einen Halterand der Plastikplatte in Form einer geschlossen
oder durchbrochen umlaufenden Randleiste, die in entsprechende Rillen
oder Nuten greift. Die Nuten können
sich auf der Oberfläche
der Unterstruktur befinden oder vorzugsweise in deren Stirn- und Seitenflächen. Die
genaue Form der Randleiste hängt
von der Härte
und der Elastizität
der Kunststoffauflage ab.
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Eine umlaufende, geschlossene Randleiste an
der Kunststoffplatte, die die Randkante der Unterstruktur umfasst
und sich hier in einer Nute festhält, kann auch einer etwas weicheren
Kunststoffplatte bereits ohne Unterstruktur eine erhöhte Stabilität geben,
wie sie für
Versand und Handhabung von Vorteil ist. Bei härteren Kunststoffmaterialien
kann eine in einzelne elastische Zungen aufgeteilte Randleiste verwendet
werden.
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Die Unterstruktur kann Durchbohrungen
und gegebenenfalls feinste Rillen auf der Oberfläche tragen, um eine gute Evakuierung
des Raums zwischen Kunststoffauflage und Unterstruktur zu gewährleisten.
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Unterstruktur wie auch Kunststoffauflage können maschinenlesbaren
Code tragen, etwa durch aufgedruckten Barcode oder Punktcode. Die
Unterstruktur kann insbesondere einen fest eingebauten Transponder
trägen,
dessen Code von entsprechenden Lesestationen in Pipettierrobotern
und Massenspektrometern über
Entfernungen von einigen Zentimetern hinweg berührungslos gelesen werden kann. Dieser
Code im Transponder kann einen unveränderlichen Teilcode enthalten,
der den Probenträger
unlöschbar
kennzeichnet, und einen veränderlichen Teilcode,
der probenträgerbezogene
Daten, den aktuellen Belegungs- und Abarbeitungsstatus des Probenträgers und
Zeiger auf Dateien mit Daten zur Ablaufsteuerung der probenbezogenen
Analysenverfahren enthalten kann.
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Eine Vorrichtung zur Befestigung
der Kunststoffauflage auf die Unterstruktur kann gleichzeitig auch
den Code der Kunststoffauflage in den Transponder übertragen.
Es entfällt
dann der Zwang, gesonderte Lesestationen für diesen Code der Kunststoffauflage
in allen Geräten
zu haben.
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Enthält die Kunststoffauflage keine
eigene Kennung, so besteht ein Zwang zu einer einmaligen Verwendung,
wenn die Vorschriften der „Good
Laboratory Practice" (GLP)
eingehalten werden sollen. Die einmalige Verwendbarkeit kann durch
eine besondere Ausformung der Kunststoffauflage erzwungen werden,
beispielsweise durch das erzwungene Abbrechen eines wichtigen Teils
beim Abnehmen von der Unterstruktur oder durch eine andere Art der Zerstörung oder
Knickung der Auflage.
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Durch die mechanische Stabilität der Unterstruktur
und eine entsprechende Elastizität
der Auflage muss sichergestellt werden, dass leichte thermische
Belastungen keine Durchbiegung der Gesamtstruktur bewirken, die über wenige
Mikrometer hinausgehen.
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Die Unterstruktur kann als Hohlkasten,
aber auch als vollflächige
Platte ausgebildet werden. Ihre Bodenstruktur kann wieder als guter
Deckel für
einen darunterliegenden Probenträger dienen.
Die Unterstruktur kann an ihrem Rand weiterhin besondere Löcher oder
Nuten für
ein kraftschlüssiges
Greifen durch Roboter enthalten. Auch Nuten für ein Einziehen in das Vakuumsystem
des Massenspektrometers können
hier untergebracht werden. Ferner kann hier eine Struktur für den Ansatz
eines Abwerfers für die
Kunststoffauflage vorhanden sein, beispielsweise ein Loch für den Einschub
eines Exzenterwerkzeugs, das durch Drehen die Kunststoffauflage
aus den Haltenuten drückt
und absprengt. Es kann auch die Unterstruktur selbst mit einem System,
beispielsweise einem Hebelsystem, zum Abdrücken der Kunststoffauflage
versehen sein.
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Die Kunststoffauflage kann aus elektrisch leitfähigem Material
gefertigt oder oberflächlich
metallisiert sein, um das Beschleunigungspotential der im MALDI-Prozess
gebildeten Ionen gut zu definieren.
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Die Gesamtstruktur der Kompositeinheit kann
vorzugsweise genau den Außenmaßen einer Mikrotiterplatte
entsprechen. Die Kompositeinheit kann dann leicht von handelsüblichen
Robotern gehandhabt werden.
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Die Kunststoffauflage kann insbesondere
ein Raster mit hydrophilen Ankern in hydrophober Umgebung tragen.
Optisch erkennbare Markierungen, die in festem Abstand zum Raster
angeordnet sind, können
als Orientierungspunkte dienen, um die Proben genau in den Ort des
Laserfokus zu bewegen.
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Die Kunststoffauflagen können bereits
vorgefertigt mit Matrixsubstanzen auf den künftigen Probenorten versehen
sein. Die Kunststoffauflage kann auch Orte enthalten, die gezielt
chemisch funktionalisiert wurden (z. B.
durch Affinitätssorbens,
C18 oder Ionenaustauscher). Die Funktionalisierung kann entweder
auf den zukünftigen
Probenoren oder auf beliebigen anderen Orten auf dem Probenträger aufgebracht
sein, auf denen die Analyttropfen temporär prozessiert werden.
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Eine Hydrophobisierung der Kunststoffoberfläche kann
durch oberflächliche
Perfluorierung erzeugt werden. Es gibt jedoch auch andere Arten
der Hydrophobisierung, beispielsweise durch Aufbringen und Einbrennen
von Perfluoroalkansilikaten.
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Besonders preisgünstig wird die Herstellung hydrophober
Kunststoffprobenträger
mit hydrophilen Ankerflächen
dann, wenn ein Kunststoff mit hinreichender Hydrophobizität verwendet
wird (dann wird eine zusätzliche
Hydrophobierung überflüssig) oder wenn
die Matrixaufträge
selber als hydrophile Anker dienen.
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Für
solche Probenträger
kann die einmalige Verwendbarkeit auch dadurch sichergestellt werden, dass
der Matrixauftrag, die Hydrophobschicht, die Metallisierungsschicht
oder eine andere kritische Oberflächeneigenschaft beim Waschen
irreversibel geschädigt
oder entfernt wird.
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Beschreibung
der Bilder
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1 stellt
die Kunststoffauflage (1) vor dem Aufbringen dar. Sie ist
leicht konkav gekrümmt.
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2 zeigt
eine Kompositprobenträgerplatte
mit der nunmehr ebenen Kunststoffauflage (1) auf einer
Unterstruktur (3) mit Fuß (4) und einem Boden (5),
der als Deckel für
darunterliegende Probenträger ausgebildet
ist. An der Stelle (6) greift die Randleiste in eine Nut
der Seitenwand der Unterstruktur (3) ein.
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3 gibt
eine Kompositplatte in Foren einer Mikrotiterplatte wieder. Die
Kunststoffauflage (1) greift mit Zungen (2) in
eine Nut der Unterstruktur (3) ein. Die Unterstruktur enthält hier
einen Barcode-Aufdruck (7), einen eingeklebten Transponder
(8) und eine Vertiefung (9) zum Greifen für Roboterarme.
Auf der Kunststoffauflage (1) befinden sich die Probenorte
(10), die bereits mit Matrixsubstanz vorbelegt sein können.
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Besonders günstige Ausführungsformen
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Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung ist
in den 1 bis 3 wiedergegeben. Der Probenträger ist
als Kompositstruktur ausgeführt,
mit einer wiederverwendbaren Unterstruktur (3) aus einem
mechanisch sehr festen Material höchster Maßgenauigkeit wie beispielsweise
Edelstahl, Hartaluminium oder Titan, und einer einmalig zu verwendenden
Auflage (1) aus einem elektrisch leitenden Spritzguss-Kunststoff.
Eine Unterstruktur (3) aus Edelstahl kann, wenn auch nur
mit einiger Kunst und Kenntnis, mit einer solch ebenen Oberfläche und
einer solchen Maßhaltigkeit
gefertigt werden, wie es für MALDI-Probenträger erforderlich
ist. Die Einweg-Auflage (1) ist aus relativ dünnem Kunststoffmaterial
gefertigt und besitzt im aufliegenden Plattenteil eine sehr gleichmäßige Dicke.
Sie wird so aufgebracht, dass sie auf der Unterstruktur großflächig bündig aufliegt
und so nach außen
die Präzision
der Edelstahloberfläche
wiedergibt. Die Herstellung von Plastikplatten einer gleichmäßigen Dicke
mit Toleranzen von nur wenigen Mikrometern ist heute großtechnisch
sehr preiswert möglich.
Es ist ebenfalls möglich,
die Kunststoffauflage (1) sehr reproduzierbar mit gewünschten
Texturen zu versehen, sie oberflächlich zu
metallisieren, sie zu hydrophobisieren oder sonst mit gewünschten
Eigenschaften zu versehen.
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Die Kompositstruktur hat in diesem
Beispiel die Größe und Form
einer Mikrotiterplatte. Wenn die Kompositeinheit genau den Außenmaßen einer
Mikrotiterplatte entspricht, kann sie leicht von handelsüblichen
Robotern gehandhabt werden. Es sind natürlich auch andere . Formen
denkbar, wie sie beipielsweise für
kommerzielle Massenspektrometer entwickelt wurden.
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Das bündige Aufliegen wird in diesem
Beispiel durch eine leicht konkave Ausführung des aufliegenden Teils
der elastischen Kunststoffplatte erzeugt, wie in 1 gezeigt. Die Durchbiegung der Platte
beträgt
im spannungsfreien Zustand weniger als einen halben Millimeter.
Die Kunststoffauflage wird am Rande fest auf die Unterstruktur aufgedrückt, wodurch
die Plastikplatte durch ihre Elastizität großflächig bündig aufliegt. Durch eine aus
Erfahrung festgelegte oder experimentell ermittelte Formgebung wird
ein Überschnappen
vermieden. Das Geradebiegen der konkaven Platte darf nicht dazu
führen, dass
vorgefertigt aufgebrachte Matrixkristallkonglomerate von der Platte
abspringen.
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Der Halt am Rande kann beipielsweise
durch einen gesonderten Rahmen gegeben werden, der sich an der Unterstruktur
festhakt. In der besonders günstigen
Ausführungsform
nach 3 hat die Kunststoffauflage
aber einen Halterand in Form einer durchbrochen umlaufenden Randleiste,
deren Zungen (2) auf die Seiten- und Stirnflächen der
Unterstruktur übergreifen
und dort mit erhabenen Kanten in entsprechenden Nuten so einrasten,
dass die Auflage fest auf die Oberfläche der Unterstruktur gepresst
bleibt. Die genaue Foren der Randleiste hängt von der Härte und
der Elastizität
der Kunststoffauflage ab.
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Die Randleiste an der Kunststoffplatte
kann bei weicheren Kunststoffen auch geschlossen umlaufen; sie kann
dann der Kunststoffplatte auch ohne Unterstruktur eine erhöhte Stabilität geben,
vorteilhaft für
Versand und Handhabung. Besonders in diesem Fall kann die Unterstruktur
Durchbohrungen und gegebenenfalls feinste Rillen auf der Oberfläche tragen,
um eine gute Evakuierung des Raums zwischen Kunststoffauflage und
Unterstruktur zu gewährleisten.
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Für
die genaue Verfolgung der Proben ist es günstig, wenn Unterstruktur wie
auch Kunststoffauflage einen maschinenlesbaren Code tragen, etwa durch
einen aufgedruckten Barcode oder einen platzsparenden Punktcode.
Da sich ein optisch lesbarer Code auf dem Metall der Unterstruktur
schlecht vakuum- und waschfest aufbringen lässt, ist es günstig, hier
einen fest eingebauten Transponder zu verwenden. Es gibt sehr einfache
Lesestationen für
diese Transponder, und sie sind in Gehäusen erhältlich, die vakuum- und waschfest
sind. Die Codes der Transponder können damit von Pipettierstationen
wie auch von entsprechend ausgerüsteten
Massenspektrometer gelesen werden.
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Der Code im Transponder enthält einen
Codeteil, der nur gelesen, aber nicht überschrieben werden kann. Dieser
Codeteil kennzeichnet den Probenträger eindeutig. Ein weiterer
Teil des Codes ist nicht nur lesbar, sondern auch überschreibbar.
Dieser Teil kann Daten aufnehmen, die sich auf die individuellen Eigenschaften
der Probenträgerunterstruktur,
auf den aktuellen Stand der Bearbeitung der Proben auf dem Probenträger, oder
als Zeiger auf Dateien beziehen, in denen die Daten zur Ablaufsteuerung
der probenbezogenen Analysenverfahren enthalten sind. Die individuellen
Eigenschaften der Unterstruktur können Verschleißdaten,
Güteklassen,
Justierdaten für
den Ort im Massenspektrometer oder ähnliche Daten wie auch einen
Benutzungszähler
beinhalten. Der aktuelle Stand der Bearbeitung kann die abgeschlossene
Belegung, die Zahl der belegten Probenorte, den Stand der nachfolgenden
Behandlungsschritte wie Waschen, Rekristallisieren der Matrix, oder
der Analysenschritte umfassen. Insbesondere kann eine Adresse für eine Datei
enthalten sein, die alle Steuerungsdaten für die Behandlung und die Analyse
enthält,
wobei die Analysenverfahren für
die einzelnen Proben auf der Probenträgerplatte durchaus voneinander
verschieden sein können.
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Für
die Einweg-Kunststoffauflage lohnt der Einbau eines Transponders
nicht. Es kann aber hier wohl während
des Herstellungsprozesses eine Individualkennung in Form eines Barcodes
oder Punktcodes aufgebracht werden. Da sich – bei Vorhandensein von Transponder-Lesestationen – eine gesonderte
Lesestation für
diesen Code in allen Behandlungsgeräten nicht lohnt, kann eine
Vorrichtung zur Befestigung der Kunststoffauflage auf die Unterstruktur
gleichzeitig auch den Code der Kunststoffauflage in den Transponder übertragen.
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Enthält die Kunststoffauflage keine
eigene Kennung, so besteht ein Zwang zu einer einmaligen Verwendung
dieser Kunststoffauflage, wenn die Vorschriften der „Good Laboratory
Practice" (GLP)
eingehalten werden sollen. Die einmalige Verwendbarkeit kann durch
eine besondere Ausformung der Kunststoffauflage erzwungen werden,
beispielsweise durch eine gezielte Zerstörung oder Knickung der Auflage,
die ein erneutes Aufbringen auf die Unterstruktur verhindert.
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Die Unterstruktur soll so geformt
sein, dass ihr Boden sich gut als Deckel für einen darunterliegenden Probenträger eignet.
Die belegten Probenträger
sind dann stapelbar und können
in entsprechenden Behältern
für den
Nachschub an weitere Behandlungsgeräte, beispielsweise an das Massenspektrometer,
zur Verfügung
stehen. Die Unterstruktur kann an ihrem Rand besondere Löcher oder
Nuten für
ein kraftschlüssiges
Greifen durch Roboter enthalten. Durch die mechanische Stabilität der Unterstruktur
und eine entsprechende Elastizität
der Auflage muss sichergestellt werden, dass leichte thermische
Belastungen keine Durchbiegung der Gesamtstruktur bewirken.
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Die Kunststoffauflage wird bevorzugt
aus elektrisch leitfähigem
Material gefertigt oder oberflächlich
metallisiert, um das Beschleunigungspotential der im MALDI-Prozess
gebildeten Ionen gut zu definieren. Kunststoffe mit elektrischer
Leitfähigkeit, beispielsweise
durch Graphitfüllung,
können
heute preiswert hergestellt werden.
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Wie bereits im Stand der Technik
geschildert, ist es vorteilhaft, wenn die Probenträger ein
Raster mit hydrophilen Ankern in hydrophober Umgebung tragen. Dieses
Raster kann auf Kunststoffen viel einfacher erzeugt werden als auf
metallischen Oberflächen.
Da sich manchmal die Proben auf der Trägeroberfläche nicht optisch erkennen
lassen, ist es zweckmäßig, optisch
erkennbare Markierungen mit festem Abstand zum Raster auf die Oberfläche mit aufzubringen.
Diese Markierungspunkte können über Videokamera
und Mustererkennungssoftware als Orientierungspunkte dienen, um
die Proben genau in den Ort des Laserfokus zu bewegen.
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Die Kunststoffauflagen bieten eine
Vielzahl von Vorteilen gegenüber
dem Stande der Technik. Kunststoffoberflächen können in praktisch jeder Textur
und mit jedem Grad der Oberflächenspannung gegenüber Wasser
hergestellt werden. Die Herstellung ist preiswert. Die Verwendung
von Einweg-Auflagen spart das wiederholte Waschen und hilft gegen den
bei Proteinen zu beobachtenden sogenannten Memoryeffekt, besonders
wenn an der Grenze zu höchster
Empfindlichkeit gearbeitet werden muss. Die Auflagen können bereits
vorgefertigt mit Matrixsubstanzen auf den künftigen Probenorten versehen sein
und sparen so die Belegungsapparaturen, die Beschaffung genügend sauberer
Matrixsubstanzen und deren reproduzierbare Präparation. Die Kunststoffe können insbesondere
sehr alkalifrei gehalten werden. Alkaliionen führen zu Addukten, damit zu Verfälschungen
der Masse. Sie sind bei Verwendung von metallischen Probenträgern schwer
zu unterdrücken.
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Die Kunststoffauflagen können leicht
in die Rillen von entsprechenden Kunststoffmagazinen eingeschoben
werden, in Packungen von je etwa 200 oder 400 Stück. Ein Magazin für 400 Auflagen
hat eine Größe von etwa
25 × 25 × 12,5 Zentimetern.
Sie können
in diesen Magazinen leicht bis zur Verwendung unter Schutzgas gehalten
werden. Solche Magazine können
von Robotern bestückt
und geleert werden.
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Auch Raster von kleinen Flecken mit
substanzaffinen Schichten können
bereits aufgebracht sein. Diese dienen zum Fischen von korrespondierend
affinen Proteinen, beispielsweise über Antikörper. Die Proteine können dann
gewaschen, eluiert, und auf MALDI-Flecken überführt werden, die sich auf dem
gleichen Träger
befinden.
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Eine Hydrophobisierung der Kunststoffoberfläche kann
durch oberflächliche
Perfluorierung erzeugt werden. Es gibt jedoch auch andere Arten
der Hydrophobisierung, beispielsweise durch Aufbringen und Einbrennen
von Perfluoroalkansilikaten.