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DE10316723A1 - Probenplatte zum Einbau in eine Gehäusestruktur - Google Patents

Probenplatte zum Einbau in eine Gehäusestruktur Download PDF

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DE10316723A1
DE10316723A1 DE2003116723 DE10316723A DE10316723A1 DE 10316723 A1 DE10316723 A1 DE 10316723A1 DE 2003116723 DE2003116723 DE 2003116723 DE 10316723 A DE10316723 A DE 10316723A DE 10316723 A1 DE10316723 A1 DE 10316723A1
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seal
sample
casing
reaction chamber
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Hans-Richard Dr. Kretschmer
Hendrik Dr. Rönsch
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Siemens Corp
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Abstract

Es wird eine Probenplatte (11) vorgeschlagen, welche für den Einbau in eine Gehäusestruktur zwecks Beaufschlagung von Probenaufnahmebereichen, wie z. B. Spots (14), mit einem Probenfluid in eine Reaktionskammer eingelegt werden kann. Erfindungsgemäß ist mit der Probenplatte eine Dichtung (12) fest verbunden, so dass der dichtende Einbau vorteilhaft ohne großen Aufwand gelingt. Als Probenplatte können beispielsweise standardisierte Objektträger verwendet werden, welche für die Funktion der Dichtung mit einer Schicht (12) aus Fotolack beschichtet sind, der zur Bildung des Reaktionsraumes (13) auf der Probenplatte (11) in geeigneter Weise strukturiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Probenplatte mit einem Array von Aufnahmebereichen für in einem Probenfluid enthaltene Proben zum Einbau in eine Gehäusestruktur, wobei die Probenplatte und die Gehäusestruktur eine dichte Reaktionskammer für das Probenfluid bilden.
  • Eine Probenplatte dieser Art lässt sich beispielsweise der europäischen Patentanmeldung EP 1 161 989 A1 entnehmen. In diesem Dokument ist eine Probenplatte offenbart, an deren Spots als Aufnahmebereiche für Proben beispielsweise eine Vielzahl von DNA-Abschnitten aus einem flüssigen Probenfluid gebunden werden können. Die Bindung der DNA-Abschnitte an die Aufnahmebereiche ist die im Reaktionsraum ablaufende Reaktion. Diese kann – wie im Falle der Anbindung der DNA-Abschnitte – chemisch, aber auch physikalisch ablaufen.
  • Zur Beaufschlagung der Probenplatte mit dem Probenfluid wird diese in ein Gehäuse eingebaut. Das Gehäuse weist hierzu eine mit einer Dichtung versehene Einbauöffnung auf, wobei die Dichtung an den Seitenkanten der eingebauten Probenplatte zum Eingriff kommt, so dass die Probenplatte und das Gehäuse gemeinsam eine dichte Reaktionskammer für das Probenfluid bilden. Zur Erzeugung der geforderten Dichtwirkung wird nach dem Einbau der Probenplatte ein Halterahmen in das Gehäuse eingesetzt, welcher die Dichtung verformt und so einen Anpressdruck der Dichtung an die Probenplatte erzeugt. Der aus den genannten Bauteilen bestehende und die Probenkammer bildende Verbund ist für den einmaligen Gebrauch bestimmt und wird nach dem Gebrauch entsorgt.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Probenplatte zum Einbau in eine Gehäusestruktur zwecks Bildung einer Reaktionskammer anzugeben, welche vergleichsweise einfach in ihrer Handhabung und möglichst wirtschaftlich in ihrer Verwendung ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit der Probenplatte eine Dichtung fest verbunden ist, welche eine Anlagefläche für die Gehäusestruktur bildet. Die Integration der Dichtung in die Probenplatte führt vorteilhaft zu einer Baueinheit, die gleichzeitig die Funktion als Probenträger und die Dichtfunktion für die Reaktionskammer übernimmt. Hierdurch kann ein gesonderter Halterahmen, der einen Anpressdruck einer als gesondertes Bauteil ausgeführten Dichtung auf die Probenplatte erzeugt, eingespart werden. Damit kann die Fertigung eines Halterahmens entfallen, wodurch sich die Fertigungskosten für den die Reaktionskammer bildenden Bauteilverbund verringern und so die Wirtschaftlichkeit der Anwendung der Probenplatte steigt. Außerdem vereinfacht sich vorteilhafterweise die Handhabung der Probenplatte, welche nun einfach in die Gehäusestruktur eingesetzt werden kann, ohne dass ein weiterer Halterahmen montiert werden muss. Die Gehäusestruktur kann dabei ohne weiteres so ausgebildet werden, dass eine Dichtwirkung auch ohne einen zusätzlichen Halterahmen bereits durch Einsetzen der mit der Dichtung versehenen Probenplatte erzeugt wird.
  • Nach erfolgter Beaufschlagung der Probenplatte mit dem Probenfluid und einer eventuellen Untersuchung der Proben kann die Probenplatte der Gehäusestruktur auf einfache Weise wieder entnommen werden. Damit kann die Gehäusestruktur vorteilhafterweise mehrfach verwendet werden, indem eine neue Pro benplatte eingesetzt wird. Eine eventuelle Beschädigung der Dichtung beim Ausbau der Probenplatte hat dabei keinen Einfluss auf die Dichtigkeit der Reaktionskammer, weil die neue Probenplatte mit einer eigenen integrierten Dichtung ausgestattet ist und die alte Probenplatte mit samt der Dichtung entsorgt wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Probenplatte ist vorgesehen, dass die Anlagefläche eben ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise eine besonders einfache Geometrie der Dichtung erreichen, die dadurch besonders einfach herstellbar ist.
  • Es ist z. B. vorteilhaft, wenn die Dichtung auf der die Aufnahmebereiche tragenden Seite der Probenplatte liegt und dabei das Array der Aufnahmebereiche umgibt. Hierbei kann eine Dichtung besonders einfacher Geometrie auf die ebene Seite der Probenplatte aufgebracht werden und kann dabei gleichzeitig als Umrandung für das Array der Aufnahmebereiche dienen. Dies ermöglicht auch eine besonders einfache Handhabung der Probenplatte im Zusammenwirken mit einer als Low-cost-Teil ausgebildeten Gehäusestruktur in Form einer einfachen Gehäuseplatte. Diese Gehäusestruktur besitzt lediglich eine ebene Auflagefläche, die gegen die Dichtung gedrückt wird, wobei die Höhe der Dichtung gleichzeitig die Höhe der sich zwischen der Probenplatte und der Gehäuseplatte befindlichen Probenkammer bestimmt. Eine Probenflüssigkeit kann vor Montage der Gehäuseplatte direkt auf die Probenplatte gegeben werden, da die Dichtung bereits die Seitenwände der Kammer bildet.
  • Eine Variante der zuletzt beschriebenen Ausführungsform sieht vor, dass die Dichtung als Schicht insbesondere aus einem Lack wie Fotolack auf dem Probenträger ausgeführt ist, welche im Bereich des Arrays der Aufnahmebereiche den Probenträger freigibt. Die Eigenschaften der Schicht müssen dabei gewährleisten, dass eine Dichtwirkung zwischen der Gehäusestruktur und der Schicht erzeugt werden kann. Hierfür werden insbesondere eine gewisse Elastizität der Schicht und eine genügende Maßhaltigkeit der Anlagefläche gefordert. Wird die Schicht beispielsweise aus Fotolack gebildet, sind die genannten Bedingungen erfüllt. Die Bildung der Dichtung aus einer Schicht hat den Vorteil, dass aufgrund des Anhaftens der Schicht auf der Probenplatte eine Fixierung der Dichtung auf der Probenplatte bereits durch den Herstellungsprozess selbst erfolgt, so dass die Dichtung nach ihrer Herstellung nicht mehr mit der Probenplatte verbunden werden muss.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich auf dem Probenträger an das Array der Aufnahmebereiche ein Zulaufbereich und ein Ablaufbereich für das Probenfluid anschließen, welche ebenfalls von der Dichtung umgeben sind. Der Zulaufbereich und der Ablaufbereich ermöglichen vorteilhaft ein gleichmäßiges Anströmen des Arrays der Aufnahmebereiche auf der Probenplatte mit dem Probenfluid. Die Herstellung des Zulaufbereiches und des Ablaufbereiches erfolgt während der Herstellung der Probenplatte und erfordert daher vorteilhafterweise keinen zusätzlichen Fertigungsaufwand. Nach Einsetzen der Probenplatte in die zugehörige Gehäusestruktur kommunizieren der Zulaufbereich und der Ablaufbereich jeweils mit einem in die Gehäusestruktur integrierten Einlass und Auslass für das Probenfluid.
  • Die Probenplatte kann vorteilhaft auch mit der Dichtung durch eine Klebeverbindung verbunden sein. Die Wahl einer Klebeverbindung zwischen Dichtung und Probenplatte ermöglicht vor teilhaft eine große Freiheit in der Auswahl der Werkstoffe für Dichtung und Probenplatte.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Probenplatte mit der Dichtung einteilig hergestellt ist. Die Verbindung zwischen Probenplatte und Dichtung erfolgt dabei vorteilhafterweise schon bei der Herstellung, so dass ein nachgeordneter Montageschritt eingespart werden kann.
  • Eine Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform ist darin zu sehen, dass die Probenplatte mit der Dichtung als Mehrkomponentenspritzgießteil mit der Probenplatte als eine Komponente und der Dichtung als weitere Komponente hergestellt ist. Hierbei können vorteilhaft die Werkstoffe so ausgewählt werden, dass sie jeweils der Funktion als Probenplatte und der Funktion als Dichtung in optimaler Weise gerecht werden.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Probenplatte die Standardmaße für Objektträger von 76 × 26 × 1 mm auf. Die Probenplatte kann dann vorteilhaft unter Verwendung eines Massenproduktes hergestellt werden, welches zu günstigen Konditionen zugekauft werden kann.
    •
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigen
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Probenplatte mit einer Schicht als Dichtung in perspektivischer Ansicht,
  • 2 den Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer einteilig hergestellten, erfindungsgemäßen Probenplatte, eingebaut in eine sehr einfache Gehäusestruktur und
  • 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Probenplatte mit angespritzter Dichtung, eingebaut in eine Gehäusestruktur im Schnitt.
  • Eine Probenplatte 11 gemäß 1 weist die Standardmaße für Objektträger von 76 × 26 × 1 mm auf. Die Probenplatte ist aus Quarzglas. Auf die Probenplatte ist eine Schicht 12, bestehend aus einem SU-Fotolack aufgebracht. Durch geeignete Belichtung und Entwicklung der Schicht 12 wird in dieser Schicht eine Öffnung 13 gebildet, die die Oberfläche der Probenplatte 11 freigibt. Innerhalb der Öffnung sind Aufnahmebereiche 14 direkt auf die Probenplatte aufgebracht. Diese bilden ein Array mit rechteckiger Fläche, wobei sich an zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Arrays ein Zulaufbereich 15 und ein Ablaufbereich 16 anschließen, die ebenfalls Teil der Öffnung 13 sind. Zulaufbereich 15 und Ablaufbereich 16 kommunizieren jeweils mit einem nicht dargestellten Einlass und Auslass für das Probenfluid in einer ebenfalls nicht dargestellten Gehäusestruktur, die für die Probenplatte 11 vorgesehen ist.
  • Alternativ (nicht dargestellt) kann die Schicht 12 auch durch eine Dichtmatte aus einem Elastomer gebildet werden. Aus dieser würde die Öffnung 13 dann ausgestanzt werden. Anschließend könnte die Dichtmatte mittels einer Klebeverbindung auf der Probenplatte 11 fixiert werden.
  • Die Schicht 12 dient neben der Bildung der Öffnung 13, die als Reaktionsraum für ein Probenfluid zum Einsatz kommt, vorrangig zur Abdichtung dieses Reaktionsraums gegenüber der nicht dargestellten Gehäusestruktur, in die die Probenplatte 11 eingesetzt wird. Hierzu ist eine Auflagefläche 17 vorgesehen, die durch die Oberfläche der Schicht 12 gebildet wird.
  • Diese kommt beim Einsetzen der Probenplatte mit einer nicht dargestellten Gegenfläche in der Gehäusestruktur zur Anlage.
  • Die Aufnahmebereiche 14 können beispielsweise durch Spots gebildet sein, in denen Oligonukleotide mit bekanntem strukturellen Aufbau immobilisiert sind. Hierdurch können beispielsweise DNA-Sequenzen aus dem Probenfluid nachgewiesen werden, indem diese sich durch eine Hybridisierungsreaktion an die immobilisierten Oligonukleotide anlagern. Sind die entsprechenden DNA-Moleküle beispielsweise mit einem so genannten Fluoreszenzmarker versehen, kann die Hybridisierung der DNA-Moleküle an entsprechende Oligonukleotide mittels einer Fluoreszenzlichtanregung optisch nachgewiesen werden.
  • In den weiteren Figuren sind Probenplatten in unterschiedlichen Modifikation dargestellt. Soweit diese sowie die zugehörigen Gehäusestrukturen gleichartige Bauteile aufweisen, sind letztere mit den bereits verwendeten Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals genauer erläutert.
  • Gemäß 2 ist ein besonders einfacher Aufbau einer Probenplatte 11a und einer zugehörigen Gehäusestruktur 18a dargestellt. Die Probenplatte 11a besteht aus transparentem Kunststoff und ist einteilig mit einer Dichtung 19 hergestellt, die aus dem Werkstoff der Probenplatte 11a besteht. Die Dichtung 19 wird durch einen umlaufenden Grat gebildet, welcher auf der die Aufnahmebereiche 14 tragenden Seite der Probenplatte 11a angebracht ist und die Aufnahmebereiche einschließt. Hierdurch entsteht eine Reaktionskammer 20 als kraterartige Vertiefung, die mit einer Probenflüssigkeit gefüllt werden kann. Anschließend wird die Gehäusestruktur 18a, die ebenfalls aus Kunststoff besteht, auf die Dichtung aufgesetzt, wodurch die Reaktionskammer 20 verschlossen wird. An die Gehäusestruktur 18a angegossene Gewindestifte 21 reichen dann durch Löcher 22 im Probenträger 11a hindurch, so dass mittels Flügelmuttern 23 ein Dichtdruck an der Dichtung 19 aufgebaut werden kann.
  • Gemäß 3 wird die Reaktionskammer 20 durch eine Probenplatte 11b und eine Gehäusestruktur 18b gebildet. Die Probenplatte 11b besteht aus Kunststoff und hat bevorzugt die bereits oben aufgeführten Standardmaße. An Seitenkanten 24 der Probenplatte ist eine Dichtung 25 aus einem Elastomer angespritzt, die somit einen Rahmen um die Probenplatte 11b bildet. Als alternatives Herstellungsverfahren können die Probenplatte 11b und die Dichtung 25 auch nach dem Mehrkomponentenspritzgießverfahren in zwei aufeinanderfolgenden Spritzgießschritten hergestellt werden. Ebenso, wie die Probenplatte gemäß 3 kann auch bei der Probenplatte 11 gemäß 1 die Dichtung 12, die sich auf der Oberseite der Probenplatte befindet, angespritzt werden oder im Mehrkomponentenspritzgießverfahren mit der Probenplatte hergestellt werden.
  • Mit der Dichtung 25 wird die Probenplatte 11b in die Gehäusestruktur 18b eingesetzt. Hierzu ist in der Gehäusestruktur eine Aufnahme 26 mit einer Hinterschneidung vorgesehen, in die die Dichtung 25 formschlüssig eingreift, wodurch gleichzeitig ein Dichtdruck ausgeübt wird. Das Probenfluid strömt entlang der angedeuteten Pfeile durch einen Einlass 27 in der Gehäusestruktur in den Reaktionsraum 20, an den Aufnahmebereichen 14 vorbei und durch einen Auslass 28 wieder aus dem Reaktionsraum 20 heraus. Für das Probenfluid sind in der Gehäusestruktur Anschlüsse 29 vorgesehen.

Claims (10)

  1. Probenplatte mit einem Array von Aufnahmebereichen (14) für in einem Probenfluid enthaltene Proben zum Einbau in eine Gehäusestruktur (18a, 18b), wobei die Probenplatte und die Gehäusestruktur (18a, 18b) eine dichte Reaktionskammer (20) für das Probenfluid bilden, dadurch gekennzeichnet , dass mit der Probenplatte eine Dichtung (19, 25) fest verbunden ist, welche eine Anlagefläche (17) für die Gehäusestruktur (17) bildet.
  2. Probenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (17) eben ausgebildet ist.
  3. Probenplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (19, 25) auf der die Aufnahmebereiche (14) tragenden Seite der Probenplatte liegt und dabei das Array der Aufnahmebereiche umgibt.
  4. Probenplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung als Schicht (12) ausgeführt ist, welche im Bereich des Arrays der Aufnahmebereiche (14) die Oberfläche der Probenplatte freigibt.
  5. Probenplatte nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Probenplatte an das Array der Aufnahmebereiche (14) ein Zulaufbereich (15) und ein Ablaufbereich (16) für das Probenfluid anschließen, welche ebenfalls von der Dichtung (19, 25) umgeben sind.
  6. Probenplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (12) aus einem Lack, insbesondere Fotolack besteht.
  7. Probenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit der Dichtung (19, 25) durch eine Klebeverbindung verbunden ist.
  8. Probenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit der Dichtung (19, 25) einteilig hergestellt ist.
  9. Probenplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit der Dichtung (19, 25) als Mehrkomponentenspritzgießteil mit der Probenplatte als eine Komponente und der Dichtung (19, 25) als weitere Komponente hergestellt ist.
  10. Probenplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese die Standardmaße für Objektträger von 76 × 26 × 1 mm aufweist.
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