DE102008057067A1 - Vorrichtung für die Durchführung von Mikroarray-Experimenten - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die parallele Durchführung von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen mit einer Mikrotiterplatte (5), die mehrere längliche Reaktionsgefäße (3) umfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Reaktionsgefäß (3) ein Mikroarray (4) so angeordnet ist, dass sich die Normale (N) des Mikroarrays (4) im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung (L) des Reaktionsgefäßes (3) erstreckt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, sowie eine Anordnung zur Durchführung und zur Analyse von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die parallele Durchführung von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen mit einer Mikrotiterplatte, die mehrere längliche Reaktionsgefäße umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung und eine Anordnung zur Durchführung und zur Analyse von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen.
  • Biomedizinische Tests basieren häufig auf dem Nachweis einer Wechselwirkung zwischen Sondenmolekülen, die in bekannter Menge und Position auf einen Träger aufgebracht sind, und nachzuweisenden Targetmolekülen. Insbesondere in der DNA-Analytik sind die Sondenmoleküle auf so genannten Mikroarrays, die auch als Biochips oder optische Biochips bezeichnet werden, aufgebracht. Die Sondenmoleküle sind dabei in vorgegebener Art und Weise in einer Matrix immobilisiert. Ferner können sie in einer Matrix synthetisch erzeugt werden.
  • Der Nachweis einer Wechselwirkung zwischen einem Sondenmolekül und einem Targetmolekül erfolgt dadurch, dass die Targetmoleküle in einer Lösung mit den Sondenmolekülen in Kontakt gebracht und unter definierten Bedingungen inkubiert werden. Infolge der Inkubation findet zwischen den Sondenmolekülen und den passenden Targetmolekülen eine spezifische Wechselwirkung statt, wobei die auftretende Bindung deutlich stabiler ist als die Bindung von Targetmolekülen an Sondenmolekülen, die für das Targetmolekül nicht spezifisch sind. Zum Entfernen von Targetmolekülen, die nicht spezifisch gebunden worden sind, wird das System mit entsprechenden Lösungen gewaschen oder erwärmt. Der Nachweis der spezifischen Wechselwirkung zwischen einem Targetmolekül und einem Sondenmolekül kann anschließend beispielsweise fluoreszenzoptisch erfolgen.
  • Ein Mikroarray wird üblicherweise auf einem Standardobjektträger, der auch als Slide bezeichnet wird, aufgebracht. Die Abmessungen eines solchen Standardobjektträgers sind 25,4 mm × 76,5 mm. Er besteht zumeist aus Glas, manchmal auch aus Kunststoff. Das Mikroarray wird auf dem Standardobjektträger mittels einer Drucktechnologie aufgebracht, je nach Anwendung z. B. in Form von wenigen bis zu mehreren tausend Signalpunkten, die auch als Dots bzw. Spots bezeichnet werden.
  • Um Analysen durchführen zu können, ist es bekannt, einen Kunststoffrahmen auf den mit dem Mikroarray versehenen Standardobjektträger zu kleben und das zu analysierende Reagenz mit den Targetmolekülen mittels Pipette aufzutragen. Anschließend wird der Kunststoffrahmen abgedeckt und der Array weiteren Analyseschritten unterworfen, bis schließlich die optische Auswertung erfolgen kann. Des Weiteren ist es bekannt, Hybridisierungsadapter oder spezifische Hybridisierungsautomaten zu verwenden.
  • Das Prozessieren der Mikroarrays erfolgt bisher manuell oder mit speziellen Geräten, die nicht auf Hochdurchsatzanwendungen ausgelegt sind. Die Verbreitung solcher Geräte in Laboren ist sehr gering. Außerdem sind diese Geräte relativ teuer.
  • Es besteht daher ein großer Bedarf an Vorrichtungen, die zum einen eine einfache parallele Durchführung von auf Mikroarrays basierenden Nachweistests ermöglichen und zum anderen auf einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt werden können. Es besteht insbesondere ein Bedarf an Vorrichtungen, mit denen Tests auf der Basis von Mikroarrays durchgeführt werden können, welche die Verwendung von typischen im Laboralltag verwendeten Geräten und Instrumenten erlaubt.
  • Die in der Laborpraxis vorhandenen Geräte sind insbesondere auf das Mikrotiterplattenformat ausgelegt. Eine Mikrotiterplatte, auch well plate genannt, ist rechteckig und besteht in der Regel aus Kunststoff, manchmal auch aus Glas. Sie enthält eine Vielzahl von Reaktionsgefäßen, die voneinander isolierte Volumina, die in diesem Fall auch als Kavitäten oder Wells bezeichnet werden, bereitstellen. Die Reaktionsgefäße sind in einem definierten Raster in Reihen und Spalten angeordnet.
  • Die Abmessungen einer Mikrotiterplatte betragen in der Regel 128 mm × 86 mm × 15 mm (Länge × Breite × Höhe). Innerhalb dieser Abmessungen werden eine Vielzahl von Formaten definiert, die Reaktionsgefäße umfassen, die auf der gleichen Grundfläche mit variabler Höhe angeordnet sind. Typischerweise werden folgende Formate verwendet: 6 Reaktionsgefäße (2 × 3, von 2 bis 5 ml Füllvolumen), 12 Reaktionsgefäße (3 × 4, von 2 bis 4 ml Füllvolumen), 24 Reaktionsgefäße (4 × 6, von 0,5 bis 3 ml Füllvolumen), 96 Reaktionsgefäße (8 × 12, von 0,3 bis 2 ml Füllvolumen), 384 Reaktionsgefäße (16 × 24, von 0,03 bis 0,1 ml Füllvolumen), 1536 Reaktionsgefäße (32 × 48, 0,1 ml Füllvolumen).
  • Die genauen Abmessungen einer Mikrotiterplatte sind vom American National Standards Institute (ANSI) und der Society for Biomolecular Sciences (SBS) festgelegt worden (ANSI/SBS 1-2004, 2-2004, 3-2004 und 4-2004).
  • Die Kavitäten in den Reaktionsgefäßen der Mikrotiterplatte können verschieden Formen aufweisen: Es kann ein so genannter F-Boden (Flachboden), ein so genannter C-Boden (Flachboden mit minimal abgerundeten Ecken), ein so genannter V-Boden (konisch zulaufender Boden) und ein so genannter U-Boden (U-förmiger Vertiefung) gebildet sein. Die Reaktionsgefäße zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine längliche Form besitzen, d. h. insbesondere, dass die Längserstreckung der Kavität größer ist als die Quererstreckung.
  • Die Mikrotiterplatte wird für die jeweilige analytische Aufgabe speziell beschichtet. Zur Analyse werden die zu analysierenden Medien üblicherweise mit Pipettierrobotern in die Kavitäten der Reaktionsgefäße gefüllt. Anschließend erfolgen diverse Prozessier- und Auswerteschritte. Das Auslesen der Messergebnisse erfolgt ebenfalls mit automatisierten Verfahren. Auf diese Weise können in kurzer Zeit eine große Anzahl verschiedener Substanzen, z. B. über 100.000 verschiedene Substanzen, auf eine gewünschte biologische Aktivität geprüft werden.
  • Mikrotiterplatten haben sich seit vielen Jahren als Standards in der Laborpraxis etabliert. Deshalb sind auf die Formate der Mikrotiterplatten zur Analyse von Medien auf biologische Eigenschaften, beispielsweise zur Absorptionsmessung in Photospektrometern oder bei der Hochdurchsatzprüfung (High-Throughput Screening, HTS) in der Pharma- und Pflanzenschutzforschung, eine Vielzahl von Geräten am Markt vorhanden und praktisch in jedem Labor Standard.
  • Die eingangs erwähnten Standardobjektträger, die mit einem Mikroarray beschichtet sind, besitzen jedoch im Vergleich zur Mikrotiterplatte einige grundsätzliche Vorteile. Der Aufbau des Mikroarrays auf den Standardobjektträger ist kleiner als der Aufbau einer Mikrotiterplatte. Ferner werden geringere Mengen an Beschichtungs- und Anlaysereagenzien verwendet. Es besteht jedoch ein Bedarf auf dem Mikroarrayformat mehrere Analysen parallel durchführen zu können und diese hierfür zu automatisieren. Aus diesem Grund wurden verschiedene Ansätze vorgeschlagen, um das Mikroarrayformat an das Mikrotiterplattenformat anzupassen bzw. das Mikroarrayformat mit dem Mikrotiterplattenformat kompatibel zu machen.
  • Aus der WO 2006/082035 A1 ist ein Objektträger mit einem Mikroarray bekannt, bei dem auf der oberen Oberfläche eine Plattform gebildet ist, auf welcher eine Einteilung vorgesehen ist. Die Plattform ist in dem Mikroarrayformat ausgebildet, die Einteilung in dem Mikrotiterformat. Das Mikroarray ist auf der Plattform d. h. im Bodenbereich der Einteilung gebildet.
  • Aus der WO 2006/051088 A2 ist eine Vorrichtung für die parallele Durchführung von Mikroarray-Experimenten bekannt, die eine Mikrotiterplatte verwendet. Dabei ist auf der Grundfläche, d. h. auf dem Boden des Reaktionsgefäßes der Mikrotiterplatte jeweils ein einzelnes Mikroarray mit auf vorbestimmten Bereichen des Mikroarrays angeordneten Sondenmolekülen im Wesentlichen stufenlos integriert.
  • Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen, bei welchen die Mikroarraytechnik in das Mikrotiterformat integriert worden ist, weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Fläche, welche pro Reaktionsgefäß für die Analyse bereitgestellt wird, sehr klein ist. Des Weiteren ist das Aufbringen des Mikroarrays aufwändig und teuer. Wenn für das Mikrotiterformat eine Bodenplatte mit jeweils einem Mikroarray pro Reaktionsgefäß verwendet wird oder der gesamte Aufbau aus einem Stück besteht, ergibt sich ferner der Nachteil, dass die ganze Bodenplatte verworfen werden muss, wenn ein Mikroarray fehlerhaft ist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung für die parallele Durchführung von Mikroarray-Experimenten der eingangs genannten Art bereitzustellen, die kompatibel mit gängigen Laborgeräten für die Prozessierung von Mikrotiterplatten ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung und eine Anordnung zur Durchführung und zur Analyse von Mikroarray-Experimenten angegeben werden, bei welchen gängige Laborgeräte für die Prozessierung von Mikrotiterplatten verwendet werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die parallele Durchführung von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen weist eine Mikrotiterplatte auf, die mehrere längliche Reaktionsgefäße umfasst. Bei zumindest einem dieser Reaktionsgefäße ist ein Mikroarray so angeordnet, dass sich die Normale des Mikroarrays im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Reaktionsgefäßes erstreckt.
  • Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Mikrotiterplatte zeigen die Öffnungen der Reaktionsgefäße nach oben, d. h. entgegen der Richtung der Schwerkraft. Diese Richtung wird im Folgenden als vertikale Richtung definiert. Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Mikrotiterplatte ist die Längsrichtung der Reaktionsgefäße parallel zur vertikalen Richtung. Parallel zu der Längsrichtung der Reaktionsgefäße verlaufen die Seitenwände der Reaktionsgefäße bzw. Ebenen, welche die Seitenwand an zumindest zwei Punkten berühren. Senkrecht zu der Längsrichtung der Reaktionsgefäße und zu den Seitenwänden erstrecken sich die Böden der Reaktionsgefäße. Die Normale eines Bodens eines Reaktionsgefäßes erstreckt sich somit zumindest am tiefsten Punkt parallel zur Längsrichtung des Reaktionsgefäßes. Ist der Boden eines Reaktionsgefäßes nicht als F-Boden (Flach-Boden) ausgebildet, sondern als C-Boden, V-Boden oder U-Boden, weist der Bodenbereich Abschnitte auf, bei denen die Normale zwar nicht parallel zur Längsrichtung des Reaktionsgefäßes verläuft. Die Normale schließt in diesem Fall einen Winkel mit der Längsrichtung ein, der sich jedoch wesentlich von einen rechten Winkel (90 Grad) unterscheidet. Bei herkömmlichen Vorrichtungen, welche eine Mikrotiterplatte verwenden und bei denen ein Mikroarray im Bodenbereich angeordnet ist, ist die Normale des Mikroarrays somit nicht im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Reaktionsgefäßes, sondern im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung.
  • Unter einem länglichen Reaktionsgefäß wird im Sinne der Erfindung ein Reaktionsgefäß verstanden, bei dem die Längserstreckung der von dem Reaktionsgefäß gebildeten Kavität größer ist als die minimale Erstreckung in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung. Bevorzugt ist die Längserstreckung der Kavität auch größer als die maximale Erstreckung der Kavität in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung. Das Verhältnis der Längserstreckung der Kavität des Reaktionsgefäßes zu der minimalen Erstreckung in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung ist insbesondere größer oder gleich 1,5. Dieses Verhältnis liegt beispielsweise in einem Bereich von 2 bis 10, bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 7. Besonders bevorzugt sind die Verhältnisse 20:6 oder 20:3.
  • Unter einer Mikrotiterplatte wird im Sinne der Erfindung eine ein- oder zweidimensionale rasterartige Anordnung von separaten Reaktionsgefäßen verstanden. Die Reaktionsgefäße werden häufig auch als Wells oder Kavitäten bezeichnet. Die Reaktionsgefäße können auf einer Platte angeordnet sein. Die rasterartige Anordnung der Reaktionsgefä ße bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zwar auf vielfältige Weise erfolgen. Die Anordnung erfolgt jedoch insbesondere in den eingangs genannten Formaten für Mikrotiterplatten, wie sie durch das American National Standards Institute (ANSI) festgelegt wurden.
  • Der Begriff Mikrotiterplatte umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung auch so genannte Streifen (Stripes). Unter einem solchen Streifen wird eine eindimensionale Anordnung von z. B. 8 oder 12 separaten Reaktionsgefäßen auf einer Platte bzw. einem Streifen verstanden. Die Reaktionsgefäße sind in diesem Fall nebeneinander auf einer Geraden angeordnet.
  • Da die erfindungsgemäße Vorrichtung auf dem Mikrotiterplattenformat beruht, lässt sich diese Vorrichtung in Verbindung mit herkömmlichen Geräten einsetzen, die für die Handhabung von herkömmlichen Mikrotiterplatten geeignet sind. Beispielsweise sind herkömmliche Geräte zum Befüllen, Bewegen oder Temperieren von Mikrotiterplatten mit Standard-Formaten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kompatibel. Außerdem können Detektoreinrichtungen die für die Verwendung in Verbindung mit Mikrotiterplatten geeignet sind, auch in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzen.
  • Unter einem Mikroarray, welches unter Umständen auch als Biochip, Sonden-Array oder Bioarray bezeichnet wird, wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Anordnung von molekularen Sonden bzw. einer Substanzbibliothek auf einen Träger verstanden, wobei die Position einer jeden Sondenspezies separat bestimmt ist. Unter einer Substanzbibliothek wird dabei eine Vielzahl von unterschiedlichen Sondenmolekülen verstanden. Vorzugsweise umfasst das Mikroarray definierte Stellen bzw. vorbestimmte Bereiche, so genannte Array-Elemente, die besonders bevorzugt in einem bestimmten Muster angeordnet sind, wobei jedes Array-Element üblicherweise nur eine Spezies an Sonden beinhaltet. Die Anordnung bzw. Immobilisierung der Sondenmoleküle auf dem Träger kann dabei durch kovalente oder nicht kovalente Wechselwirkungen erzeugt werden. Die Sondenmoleküle befinden sich dabei innerhalb der von einem Reaktionsgefäß als Reaktionsraum gebildeten Kavität.
  • Unter einer Sonde bzw. einem Sondenmolekül wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Molekül verstanden, das zum Nachweis anderer Moleküle durch ein bestimmtes, charakteristisches Bindungsverhalten bzw. eine bestimmte Reaktivität verwendet wird. Für die auf dem Mikroarray angeordneten Sonden kommt jede Art von Molekül in Frage, das sich an feste Oberflächen koppeln lässt und eine spezifische Affinität aufweist.
  • Unter einem Target bzw. einem Targetmolekül wird in Sinne der vorliegenden Erfindung das mit einer molekularen Sonde nachzuweisende Molekül verstanden. Bei einem Target kann es sich beispielsweise um eine Nukleinsäure oder ein Protein handeln.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich von herkömmlichen Vorrichtungen, welche Mikroarrays in das Mikrotiterformat integrieren, in der Ausrichtung des Mikroarrays. Bei bekannten Vorrichtungen ist das Mikroarray am Boden des Reaktionsgefäßes angeordnet, wobei die Normale des Mikroarrays im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, d. h. in Längsrichtung des Reaktionsgefäßes. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erstreckt sich die Normale des Mikroarrays im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Reaktionsgefäßes, d. h. das Mikroarray erstreckt sich insbesondere in vertikaler Richtung parallel zu den Seitenwänden. Diese Anordnung und Ausrichtung des Mikroarrays bietet den Vorteil, dass in einem Reaktionsgefäß eine größere Mikroarrayfläche untergebracht werden kann als bei der waagerechten Ausrichtung des Mikroarrays, z. B. am Boden des Reaktionsgefäßes. Bei den herkömmlichen Mikrotiterformaten mit 96 Reaktionsgefäßen stehen bei einer waagerechten Ausrichtung des Mikroarrays üblicherweise nicht mehr als 5 bis 7 mm2 zur Verfügung. Das theoretische Maximum liegt bei dem Mikrotiterplattenformat mit 96 Reaktionsgefäßen bei 9 mm2. Ein Mikrotiterplattenformat mit mehr als 96 Reaktionsgefäßen, wie z. B. das Format mit 384 Reaktionsgefäßen, lässt sich bei herkömmlichen Vorrichtungen technisch nur schwer verwirklichen, da die Fläche für das Mikroarray in diesem Fall sehr klein wird. Durch die Erstreckung des Mikroarrays in Längsrichtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Mikroarrays in den Reaktionsgefäßen jedoch auch dann untergebracht werden, wenn die Grundfläche für ein Reaktionsgefäß sehr klein wird.
  • Des Weiteren können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Mikroarrays für die einzelnen separaten Reaktionsgefäße der Mikrotiterplatte unabhängig voneinander verwendet werden. Bei herkömmlichen Vorrichtungen werden in der Regel alle Reaktionsgefäße gemeinsam in Verbindung mit einem Mikroarrayträger genutzt. Wenn in diesem Fall weniger Proben zur Analyse anstehen, müssen die überzähligen Reaktionsgefäße ungenutzt bleiben.
  • Gegenüber herkömmlichen Mikroarrays, die auf Standardobjektträgern aufgedruckt sind und für die Adapter, wie z. B. Einteilungen wie ein Rahmensystem zur Anpassung an das Mikrotiterplattenformat verwendet werden, ergeben sich die folgenden Vorteile: Es erfordert einen sehr großen Aufwand, die Adapter, die aus Kostengründen in der Regel wiederverwendet werden müssen, mit dem Objektträger zu koppeln. Dabei ergeben sich häufig auch Probleme mit der Dichtigkeit der von den Adaptern gebildeten Kammern zueinander. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die kostengünstigen Reaktionsgefäße einer herkömmlichen Mikrotiterplatte verwendet werden. Die Dichtigkeit der Reaktionsgefäße zueinander ist dabei gewährleistet. Das Bedrucken des Objektträgers mit dem Mikroarray bei einer herkömmlichen Vorrichtung erfordert wegen der Stege, die für die Kammern gebildet werden, spezielle Prüftechniken, welche zu höheren Kosten führen. Außerdem sind die Mikroarrays bei einer herkömmlichen Vorrichtung auf den Oberflächen nicht vor Berührung geschützt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Mikroarrays aufgrund der Anordnung innerhalb des länglichen Reaktionsgefäßes und aufgrund der Ausrichtung in Längsrichtung des Reaktionsgefäßes wirksam vor einer Berührung bei der Handhabung der Vorrichtung geschützt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Mikroarray auf einer Seitenwand des Reaktionsgefäßes angeordnet. Es kann z. B. direkt auf eine Seitenwand aufgebracht werde. Ferner kann das Mikroarray auf eine Folie aufgebracht, z. B. aufgedruckt werden. Die mit dem Mikroarray versehende Folie wird dann auf die Seitenwand aufgeklebt.
  • Bevorzugt ist das Mikroarray auf einem Träger angeordnet, wobei zumindest ein Teil des Trägers eine Seitenwand eines Reaktionsgefäßes bildet. Der Träger, auf welchem das Mikroarray angeordnet ist, kann dabei insbesondere die Seitenwände mehrerer Reaktionsgefäße bilden. Dabei kann es sich bei dem Träger um einen Objektträger (Slide) handeln, wie er herkömmlicherweise für Mikroarrays verwendet wird. Die Form des Mikroarrays kann eine beliebige geometrische Form, wie z. B. ein Rechteck oder eine Linie sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Reaktionsgefäße von zumindest dem Träger und einer Kammstruktur gebildet. Die Mikrotiterplatte ist in diesem Falle insbesondere ein eindimensionales Raster, bei dem mehrere Reaktionsgefäße nebeneinander angeordnet sind. Bei der Mikrotiterplatte handelt es sich in diesem Fall um einen so genannten Streifen. Die Kammstruktur bildet in diesem Fall insbesondere die Unterteilungen oder Stege zwischen den Reaktionsgefäßen. Auf der dem Träger gegenüberliegenden Seite kann die Kammstruktur geschlossen sein. In diesem Fall ist ein Reaktionsgefäß von dem Träger und den von der Kammstruktur gebildeten Stegen und dem von der Kammstruktur gebildeten Boden begrenzt.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist auf der dem Träger gegenüberliegenden Seite auf der Kammstruktur eine Folie aufgebracht, so dass ein Reaktionsgefäß in diesem Fall von dem Träger, der Folie und den von der Kammstruktur gebildeten Stegen und dem von der Kammstruktur gebildeten Boden begrenzt ist.
  • Die Mikrotiterplatte kann auch von mehreren solcher Streifen gebildet sein, um die zweidimensionalen Standard-Mikrotiterplattenformate zu bilden.
  • Der Träger und die Kammstruktur können einteilig ausgebildet sein. Bevorzugt sind der Träger und die Kammstruktur jedoch zweiteilig ausgebildet. Der Träger und die Kammstruktur können in diesem Fall irreversibel oder reversibel miteinander verbunden sein, um die Reaktionsgefäße zu bilden. Bei dem zweiteiligen Aufbau aus dem Träger und der Kammstruktur ergibt sich der Vorteil, dass das auf den Träger aufgebrachte Mikroarray optisch auf etwaige Fehler untersucht werden kann, bevor der Träger mit der Kammstruktur verbunden wird, um die Reaktionsgefäße zu bilden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit nicht nur in Verbindung mit Geräten verwendet werden, die für das Mikrotiterplattenformat geeignet sind. Bei der Vorrichtung können auch Standardträger verwendet werden, wie sie üblicherweise für Mikroarrays vorgesehen sind. Dies führt zu einer sehr kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da herkömmliche Standardträger für Mikroarrays verwendet werden können und die Mikroarrays mittels Standarddrucker auf die Standardträger gedruckt werden können. Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass ein Träger für ein Reaktionsgefäß oder einen Streifen einer Mikrotiterplatte einzeln bedruckt wird, so dass bei Fehldrucken nur der einzelne Träger verworfen werden muss und nicht ein Träger für die vollständige Mikrotiterplatte, die aus einer Vielzahl von Streifen besteht.
  • In der Ausgestaltung, bei welcher der Träger die Kammstruktur reversibel miteinander verbunden sind, ist es möglich, die Kammstruktur nach dem Prozessieren wieder abzunehmen, der Träger kann dann mit Standardlesegeräten für die Träger ausgelesen werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung für die parallele Durchführung von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen wird eine Mikrotiterplatte mit mehreren länglichen Reaktionsgefäßen gebildet. Ferner wird ein Mikroarray gebildet, bei dem auf vorbestimmten Bereichen Sondenmoleküle angeordnet sind. Bei zumindest einem Reaktionsgefäß wird das Mikroarray dann so angeordnet, dass sich die Normale des Mikroarrays im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Reaktionsgefäßes erstreckt.
  • Das Mikroarray kann insbesondere auf eine Seitenwand des Reaktionsgefäßes aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise im Druckverfahren oder durch eine in situ Synthetisierung erfolgen.
  • Ferner kann das Mikroarray auf einen Träger aufgebracht werden. Auch dies kann beispielsweise im Druckverfahren oder durch eine in situ Synthetisierung erfolgen. Für das Reaktionsgefäß wird in diesem Fall eine Kammstruktur gebildet und der Träger und die Kammstruktur werden so miteinander verbunden, dass zumindest ein Teil des Trägers eine Seitenwand eines Reaktionsgefäßes bildet. Der Träger und die Kammstruktur können beispielsweise irreversibel miteinander verbunden werden, um Reaktionsgefäße zu bilden. Beispielsweise kann der Träger und die Kammstruktur verklebt werden. Des Weiteren kann der Träger auch reversibel mit der Kammstruktur verbunden werden, um Reaktionsgefäße zu bilden. Beispielsweise kann zwischen dem Träger und der Kammstruktur eine Klick- oder Rastverbindung hergestellt werden. Des Weiteren gibt es auch Klebstoffe, mit denen der Träger reversibel mit der Kammstruktur verbunden werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung und zur Analyse von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen umfasst mehrere längliche Reaktionsgefäße, in denen ein Mikroarray gebildet ist, bei dem auf vorbestimmten Bereichen Sondenmoleküle angeordnet sind, wobei das Mikroarray so in den Reaktionsgefäßen angeordnet ist, dass sich die Normale des Mikroarrays im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Reaktionsgefäßes erstreckt. Ferner umfasst die Anordnung eine Detektoreinrichtung, mit der auf vorbestimmten Bereichen des Mikroarrays eine Wechselwirkung zwischen den auf dem Mikroarray angeordneten Sondenmolekülen und Targetmolekülen erfassbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Reaktionsgefäße insbesondere in Form einer Mikrotiterplatte angeordnet.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung umfasst die Detektorvorrichtung eine Kamera zum optischen Auslesen einer spezifischen Wechselwirkung, wobei eine Optik der Kamera in die Reaktionsgefäße einfahrbar ist und mit der Optik eine Lichtemission in einer zur Längsrichtung der Reaktionsgefäße senkrechten Richtung erfassbar ist. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann die Kamera der Detektor vorrichtung die spezifische Wechselwirkung auch durch eine durchsichtige Wand des Reaktionsgefäßes hindurch detektieren. In diesem Fall muss die Optik der Kamera nicht in die Reaktionsgefäße eingefahren werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert.
  • 1 zeigt eine Aufsicht auf den Träger eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 3 zeigt einen horizontalen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 4 zeigt einen horizontalen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 5 zeigt die Abmessungen eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem vertikalen Schnitt,
  • 6 zeigt die Abmessungen eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem vertikalen Schnitt,
  • 7 zeigt einen horizontalen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 8 zeigt eine perspektivische Ansicht des in 7 gezeigten Ausführungsbeispiels und
  • 9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Halterung für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
  • Im Folgenden wird der Aufbau und die Herstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die parallele Durchführung von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen beschrieben:
    Zunächst werden auf an sich bekannte Weise mehrere Mikroarrays 4 auf einen Standardobjektträger 1 (Slide), wie in 1 gezeigt, aufgebracht. Die Mikroarrays 4 könnenbeispielsweise auf die Oberfläche des Standardobjektträgers 1 aufgedruckt werden. Dabei werden Sondenmoleküle bei definierten Positionen auf den Träger 1 positioniert. Zwischen den Mikroarrays 4 werden Streifen frei gelassen, bei denen keine Sondenmoleküle angeordnet sind. Jedes Mikroarray 4 ist einem einzelnen Reaktionsgefäß 3 zuge ordnet, wie es später erläutert wird. Die Mikroarrays 4 verlaufen in Richtung Y der Breite des Trägers 1. Über die Länge X des Trägers 1 sind dabei so viele Mikroarrays 4 angeordnet, wie Reaktionsgefäße 3 mittels des Trägers 1 gebildet werden, wie es später erläutert wird.
  • Des Weiteren ist eine so genannte Kammstruktur 2 vorgesehen. In 2 ist ein vertikaler Schnitt durch die Kammstruktur 2 gezeigt. Die 5 und 6 zeigen zwei Beispiele mit möglichen Abmessungen der Kammstruktur 2. Von der Kammstruktur 2 werden nebeneinander mehrere längliche Kavitäten 6 gebildet, die nach oben und zunächst zu einer Seite hin offen sind. Die Kavitäten 6 werden durch Stege 10 voneinander getrennt, welche die Zinken der Kammstruktur 2 bilden. Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Kammstruktur 2 in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Längsrichtung L vertikal ausgerichtet. Die Erstreckung h der Kavität 6 in Längsrichtung L ist wesentlich größer als die Erstreckung der Kavität 6 in den zur Längsrichtung L senkrechten Richtungen. Das Verhältnis der Erstreckung h der Kavität 6 in Längsrichtung L zu der minimalen Erstreckung b1 der Kavität 6 in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung L ist insbesondere größer oder gleich 1,5, bevorzugt in einem Bereich von 2 bis 10 und besonders bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 7. Bei den in den 5 und 6 gezeigten Beispielen ist das Verhältnis h:b1 gleich 20:6 bzw. 20:3.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dadurch gebildet, dass der Träger 1 wie in 3 gezeigt mit der Kammstruktur 2 verbunden wird, wobei die 3 einen horizontalen Schnitt durch die Vorrichtung zeigt. Der Träger 1 wird dabei derart seitlich an der Kammstruktur 2 befestigt, dass sich die Breite Y des Trägers 1 in Längsrichtung L der Kavitäten 6 erstreckt und die Kavitäten 6 über der Länge X des Trägers 1 so angeordnet sind, dass sich jeweils ein Mikroarray 4, welches sich auf dem Träger 1 befindet, innerhalb einer Kavität 6 angeordnet ist. Dabei steht die Normale N des Mikroarrays 4 senkrecht zur Längsrichtung L der von der Kammstruktur 2 und dem Träger 1 gebildeten Reaktionsgefäßen 3. Der Träger 1 mit dem Mikroarray 4 bildet somit eine vertikal ausgerichtete Seitenwand der Reaktionsgefäße 3. Die gegenüberliegenden Seitenwände der Reaktionsgefäße 3 sowie der Boden werden von der Kammstruktur 2 gebildet. Die von der Kammstruktur 2 gebildeten Seitenwände der Reaktionsgefäße 3 sind dabei hutförmig, wobei die minimale Erstreckung der Öffnung der Reaktionsgefäße 3 in einer zur Längsrichtung L senkrechten Richtung mit b1 bezeichnet ist und die maximale Erstreckung der Öffnung der Reaktionsgefäße 3 in zur Längsrichtung L senkrechten Richtung mit b2 bezeichnet ist.
  • Die Abmessungen und Abstände der von der Kammstruktur 2 und dem Träger 1 gebildeten Streifen mit den Reaktionsgefäßen 3 sind so gewählt, dass sie mit dem Mikrotiterplattenformat kompatibel sind. Der von der Kammstruktur 2 und dem Träger 1 gebildete Streifen wird somit hier auch als Mikrotiterplatte 5 bezeichnet. In 3 ist ein Streifen im Mikrotiterformat gezeigt, welcher acht nebeneinander liegende Reaktionsgefäße 3 umfasst. In 4 ist eine Anordnung gezeigt, bei der 12 solcher Streifen nebeneinander angeordnet sind, so dass eine Mikrotiterplatte mit 96 Reaktionsgefäßen 3 gebildet wird. Wenn die von der Kammstruktur 2 gebildeten Kavitäten 6 näher nebeneinander liegen, können entsprechend weitere Mikrotiterplattenformate gebildet werden. Der Abstand der Kavitäten 6 der Reaktionsgefäße 3 (Mitte zu Mitte Abstand für eine Prozessierung in der Senkrechten), kann beispielsweise 9 mm, 4,5 mm oder 2,25 mm sein.
  • Der Träger 1 kann reversibel oder irreversibel mit der Kammstruktur 2 verbunden sein. Für eine irreversible Verbindung kann die Kammstruktur 2 beispielsweise auf den Träger 1 aufgeklebt werden. Bei einer reversiblen Verbindung wird zwischen der Kammstruktur 2 und dem Träger 1 eine Klick- oder Rastverbindung hergestellt. Des Weiteren kann die reversible Verbindung auch mittels eines speziellen Klebstoffs hergestellt werden. In diesem Fall kann der Träger 1 nach der Wechselwirkung der Sondenmoleküle des Mikroarrays 4 mit Targetmolekülen, die in Lösung in die Kavitäten 6 eingefüllt worden sind, wieder von der Kammstruktur 2 entfernt werden, woraufhin eine optische Auswertung durchgeführt werden kann.
  • In den 7 und 8 ist ein weiteres Beispiel einer Kammstruktur 2 gezeigt. In diesem Fall werden Kavitäten 6 mit einem rechteckigen Querschnitt gebildet. Hierfür weist die Kammstruktur 2 einen Bodenbereich 13 und Stege 10 oder Zinken auf. Die Seite 12, die dem Träger 1, der in den 7 und 8 nicht gezeigt ist, gegenüber liegt, kann auch, wie bei dem in 3 gezeigten Beispiel, von der Kammstruktur 2 gebildet sein. Diese Seite 12 kann aber auch dadurch gebildet werden, dass eine Folie auf die Stege 10 oder Zinken der Kammstruktur 2 aufgebracht ist. In diesem Fall ist ein Reaktionsgefäß 6 von dem Träger 1, der Folie 12 und den von der Kammstruktur 2 gebildeten Stegen 10 sowie dem von der Kammstruktur 2 gebildeten Boden 13 begrenzt.
  • In 9 ist eine Halterung 7 gezeigt, in welcher die Mikrotiterplatte 5 eingesetzt werden kann. Die in 9 gezeigte Halterung kann beispielsweise 24 Mikrotiterplatten 5 im Streifenformat aufnehmen. Hierfür sind gegenüberliegend an den Seiten Einschnitte 8 gebildet. Zur Ausrichtung der Streifen ist ferner ein Steg 9 vorgesehen, welcher mit einem entsprechenden Einschnitt 11 der Mikrotiterplatte 5 wechselwirkt. Die Abmessun gen der Halterung 7 entspricht dabei auch dem Mikrotiterplattenformat. Die Länge der Halterung 7 ist 127,76 mm, die Breite 85,32 mm.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung und zur Analyse von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen beschrieben:
    Die Anordnung umfasst eine Mikrotiterplatte 5, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Bei der Mikrotiterplatte ist ein Mikroarray 4 angeordnet, dessen Normale N sich im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung L der Reaktionsgefäße 3 der Mikrotiterplatte erstreckt. Ferner ist eine Detektoreinrichtung vorgesehen, mit welcher auf vorbestimmten Bereichen des Mikroarrays eine Wechselwirkung zwischen den auf dem Mikroarray 4 angeordneten Sondenmolekülen und Targetmolekülen erfassbar ist.
  • Falls als Mikrotiterplatte 5 ein Streifen verwendet wird, wie er in 3 gezeigt ist, kann mit der Detektorvorrichtung eine von dem Mikroarray 4 ausgehende Lichtemission in Richtung der Normale N des Mikroarrays 4 durch eine in diesem Fall transparent ausgebildete Kammstruktur 2 bzw. durch die Folie 12 hindurch detektiert werden.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung umfasst die Detektorvorrichtung eine Kamera zum optischen Auslesen der spezifischen Wechselwirkung. Die Kamera weist eine Optik auf, welche von oben in die Reaktionsgefäße 3 einfahrbar ist, und mit der eine Lichtemission in einer zur Längsrichtung L der Reaktionsgefäße 3 senkrechten Richtung, d. h. in Richtung der Normale N des Mikroarrays 4, erfassbar ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2006/082035 A1 [0015]
    • - WO 2006/051088 A2 [0016]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - ANSI/SBS 1-2004, 2-2004, 3-2004 und 4-2004 [0010]

Claims (13)

  1. Vorrichtung für die parallele Durchführung von Mikroarray-Experimenten zum Nachweise einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen mit einer Mikrotiterplatte (5), die mehrere längliche Reaktionsgefäße (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Reaktionsgefäß (3) ein Mikroarray (4) so angeordnet ist, dass sich die Normale (N) des Mikroarrays (4) im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung (L) des Reaktionsgefäßes (3) erstreckt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroarray (4) auf einer Seitenwand des Reaktionsgefäßes (3) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroarray (4) auf einem Träger (1) angeordnet ist und zumindest ein Teil des Trägers (1) eine Seitenwand eines Reaktionsgefäßes (3) bildet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reaktionsgefäße (3) von zumindest dem Träger (1) und einer Kammstruktur (2) gebildet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) und die Kammstruktur (2) zweiteilig ausgebildet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) und die Kammstruktur (2) irreversibel miteinander verbunden sind, um die Reaktionsgefäße (3) zu bilden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) und die Kammstruktur (2) reversibel miteinander verbunden sind, um die Reaktionsgefäße (3) zu bilden.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung für die parallele Durchführung von Mikroarray-Experimenten zum Nachweis einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen, bei dem: – eine Mikrotiterplatte (5) mit mehreren länglichen Reaktionsgefäßen (3) gebildet wird, – ein Mikroarray (4) gebildet wird, bei dem auf vorbestimmten Bereichen Sondenmoleküle angeordnet sind, und – bei zumindest einem Reaktionsgefäß (3) das Mikroarray (4) so angeordnet wird, dass sich die Normale (N) des Mikroarrays (4) im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung (L) des Reaktionsgefäßes (3) erstreckt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroarray (4) auf eine Seitenwand des Reaktionsgefäßes aufgebracht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroarray (4) auf einen Träger (1) aufgebracht wird, für das Reaktionsgefäß (3) eine Kammstruktur (2) gebildet wird und der Träger (1) und die Kammstruktur (2) so miteinander verbunden werden, dass zumindest ein Teil des Trägers (1) eine Seitenwand des Reaktionsgefäßes (2) bildet.
  11. Anordnung zur Durchführung und zur Analyse von Mikroarray-Experimenten zum Nachweise einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Sonden- und Targetmolekülen mit: – mehreren länglichen Reaktionsgefäßen (3), in denen ein Mikroarray (4) gebildet ist, bei dem auf vorbestimmten Bereichen Sondenmolekülen angeordnet sind, wobei das Mikroarray (4) so in den Reaktionsgefäßen (3) angeordnet ist, dass sich die Normale (N) des Mikroarrays (4) im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung (L) des Reaktionsgefäßes (3) erstreckt, und – einer Detektoreinrichtung, mit der auf vorbestimmten Bereichen des Mikroarrays (4) eine Wechselwirkung zwischen den auf dem Mikroarray (4) angeordneten Sondenmolekülen und Targetmolekülen erfassbar ist.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgefäße (3) in Form einer Mikrotiterplatte (5) angeordnet sind.
  13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorvorrichtung eine Kamera zum optischen Auslesen einer spezifischen Wechselwirkung umfasst, wobei eine Optik der Kamera in die Reaktionsgefäße (3) einfahrbar ist und mit der Optik eine Lichtemission in einer zur Längsrichtung (L) der Reaktionsgefäße (3) senkrechten Richtung erfassbar ist.
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