NL1017374C2

NL1017374C2 - Inrichting voor het uitvoeren van een reactie, alsmede een werkwijze voor het uitvoeren van een reactie in de inrichting.

Info

Publication number: NL1017374C2
Application number: NL1017374A
Authority: NL
Inventors: Robert Moerman; Gijs Willem Karel Van Dedem
Original assignee: Univ Delft Tech
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-16
Also published as: EP1361924A1; US20040142479A1; CA2436482A1; EP1361924B1; DE60214977D1; WO2002064252A1; JP2004527366A; ATE340645T1

Description

Inrichting voor het uitvoeren van een reactie, alsmede een werkwijze voor het uitvoeren van een reactie in de inrichting

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van een reactie, welke inrichting - een substraat omvat voorzien van een putje; en 5 - een afdekmiddel omvat voor het afdekken van het substraat en in het bijzonder het putje.

Een dergelijke inrichting is algemeen bekend, bijvoorbeeld in de vorm van ELISA platen. De ELISA platen kunnen zijn afgedekt met een hard plastic deksel of met een kleeffo-10 lie. Met name bij inrichtingen waarin reacties worden uitgevoerd in een zeer klein reactievolume neemt het probleem van verdamping van vloeistof uit het putje toe, terwijl het aanbrengen van het afdekmiddel meer problemen geeft. Dit geldt in het bij zonder voor substraten voorzien van zeer kleine 15 putjes, zoals putjes met een volume van < 10 nl.

De onderhavige uitvinding beoogt een inrichting te verschaffen welke een substraat en een afdekmiddel omvat, waarbij het afdekmiddel het vullen van het putje toelaat en vervolgens snel en goed af kan dekken.

20 Hiertoe wordt de inrichting volgens de aanhef geken merkt doordat het substraat een bovenzijde bezit en het afdekmiddel een onderzijde, het afdekmiddel en het substraat in het vlak van de bovenzijde van het substraat ten opzichte van elkaar verschuifbaar zijn, en dat het afdekmiddel is voorzien 25 van een doorgaande opening welke in een eerste stand het putje niet overlapt en in een tweede stand het putje ten minste deels overlapt.

Met een dergelijke inrichting kan het putje door middel van oppervlaktespanningskrachten op een gewenst moment 30 worden gevuld.

In de praktijk zal de inrichting verscheidene putjes omvatten, welke putjes bij voorkeur in de vorm van een regelmatig patroon zijn gerangschikt. Verder zullen in het algemeen ten minste één van de onderzijde van het afdekmiddel en 35 de bovenzijde van het substraat vlak zijn.

901TI74 2

Bij voorkeur is het afdekmiddel voorzien van verscheidene doorgaande openingen en daarbij zijn er in het bijzonder bij voorkeur even veel putjes als doorgaande openingen en zijn de doorgaande openingen in in hoofdzaak hetzelfde pa-5 troon gerangschikt als de gaten.

Dit maakt het mogelijk om de putjes gelijktijdig te vullen zonder dat in significante mate vloeistof van het ene putje naar het andere gaat, wat zou kunnen resulteren in vals positieve reacties.

10 Bij voorkeur is althans aan de onderzijde van het afdekmiddel de doorsnede van de doorgaande opening kleiner dan de afstand tussen twee aanliggende putjes.

Dit maakt het mogelijk om het afdekmiddel over een korte afstand te verplaatsen naar de eerste stand.

15 Bij voorkeur is ten minste één oppervlak gekozen uit de onderzijde van het afdekmiddel en de bovenzijde van het substraat hydrofiel.

Het hydrofiele karakter bevordert de transportsnelheid van vloeistof tussen het afdekmiddel en het substraat.

20 Ook verhoogt dit de waarschijnlijkheid dat het putje met succes wordt gevuld.

Volgens een voorkeursuitvoering is het afdekmiddel voorzien van een doorgaande toevoeropening voor het toevoeren van een vloeistof, welke doorgaande toevoeropening uitmondt 25 boven de bovenzijde van het substraat.

Een dergelijke doorgaande toevoeropening maakt het mogelijk om in plaats van toevoer van vloeistof via de spleet tussen het substraat en het afdekmiddel, vloeistof aan de spleet toe te voeren via de bovenzijde van het afdekmiddel.

30 Dit vereenvoudigt niet alleen de toevoer van de vloeistof, maar zal in de praktijk ook betekenen dat de vloeistof dichter bij de putjes kan worden toegevoerd, hetgeen betekent dat het vullen sneller kan geschieden. De doorgaande toevoeropening zal zich niet boven een te vullen putje bevinden 35 Bij voorkeur is het putje voorzien van een reagens.

Het reagens kan een receptor of ligand zijn, waarbij onder deze stoffen een dergelijke stof wordt verstaan die specifiek en bij voorkeur met hoge affiniteit een te detecte- 3 ren stof bindt (of daar mutatis mutandis door wordt gebonden) . Het reagens kan ook een substraat zijn voor een uit te voeren (enzym)reactie.

Met voordeel is ten minste één van het substraat en 5 het afdekmiddel optisch doorlaatbaar, met meer voordeel geldt dat voor beide.

Aldus kan zeer eenvoudig en snel aan een substraat worden gemeten, waarbij parallelle metingen in het geval van een array van putjes mogelijk zijn.

10 De uitvinding heeft tevens betrekking op een werk wijze voor het uitvoeren van een reactie met behulp van een inrichting volgens de uitvinding.

Hiertoe wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat een vloeistof aan de inrichting wordt toege-15 voerd, en door capillaire werking de ruimte tussen het substraat en het afdekmiddel met vloeistof wordt gevuld, voor het vullen van het putje met vloeistof het substraat en het afdekmiddel zich in de tweede stand bevinden en lucht via de doorgaande opening wordt afgevoerd, en na het vullen van het 20 putje het afdekmiddel en het substraat ten opzichte van elkaar worden verschoven voor het in de eerste stand brengen van het afdekmiddel en het substraat.

Door een eenvoudig proefondervindelijk te bepalen afstand tussen het afdekmiddel en het substraat aan te hou-25 den, kan er voor worden gezorgd dat in eerste aanleg het putje niet wordt gevuld, terwijl de ruimte tussen de bovenzijde van het substraat en het afdekmiddel door middel van capillaire werking wel met vloeistof wordt gevuld. Door het laten overlappen van het putje en de doorgaande opening kan lucht 30 die eerder bij droeg aan het verhinderen dat het putje wordt gevuld, worden afgevoerd en wordt het putje gevuld.

Deze werkwijze is bijzonder gunstig aangezien de vloeistof uit de directe omgeving van het putje komt. Daarbij zijn de stromingen zodanig dat bij aanwezigheid van meer put-35 jes er althans nagenoeg geen contaminatie op kan treden tussen verschillende putjes. De benodigde afstand hangt af van het hydrofiele karakter van de oppervlakken van het substraat en het afdekmiddel, alsmede dat van de vloeistof. Mocht bij 4 het toevoeren van vloeistof aan de inrichting het putje reeds worden gevuld, dan is de afstand tussen het substraat en het afdekmiddel te groot. Als er onvoldoende vloeistof is voor het vullen van het putje, dan is de afstand tussen het sub-5 straat en het afdekmiddel te klein.

Bij voorkeur wordt de vloeistof aan de inrichting toegevoerd via de doorgaande toevoeropening. Dit maakt het eenvoudig vullen van de putjes mogelijk.

Voor het verder beperken van de verdamping via een 10 doorgaande opening wordt het afdekmiddel éénmaal weer in een eerste stand bij voorkeur met een kracht van 1-2 kg/cm2 tegen het substraat gedrukt.

De uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van het volgende uitvoeringsvoorbeeld, en onder verwij-15 zing naar de tekening waarin fig. 1 a en b laten respectievelijk een bovenaanzicht zien van een substraat van een inrichting volgens de uitvinding, alsmede een onderaanzicht van het afdekmiddel voor het substraat; 20 fig. 2 een doorsnede langs de lijn II-II toont van de in fig. 1 weergegeven inrichting; fig. 3a een bovenaanzicht toont van een inrichting volgens de uitvinding met het afdekmiddel en het substraat in een eerste stand ten opzichte van elkaar; en 25 fig. 3b eenzelfde bovenaanzicht toont van een in richting volgens de uitvinding met het afdekmiddel en het substraat in een tweede stand ten opzichte van elkaar.

Fig. 1 toont een inrichting 1 volgens de uitvinding, welke inrichting een substraat 2 en een afdekmiddel 3 omvat. 30 Het substraat 2 is een siliciumsubstraat dat met be hulp van welbekende technieken is voorzien van een silicium-nitride oppervlak. Het substraat 2 is voorzien van een matrix van putjes 4 (één afgebeeld) voor het reproduceerbaar, en in het bijzonder met reproduceerbare snelheid, vullen van de 35 putjes 4 is het substraat 2 aan de bovenzijde ervan voorzien van uitstekende elementen 8. Het afdekmiddel 3 is aan de onderzijde volledig vlak, waardoor het afdekmiddel 3, eenmaal op het substraat 2 gelegd, equidistant ten opzichte van het 5 substraatoppervlak verschuifbaar is.

In fig. 2, waarin het afdekmiddel, gevormd door een plaatje polymethylmethacrylaat (dikte 1,5 mm) op het substraat 2 is geplaatst, is een doorgaande opening 5 te zien 5 welke geen overlap vertoont met een putje 4. In de weergegeven eerste stand kan vloeistof via een toevoeropening 6 aan de inrichting worden toegevoerd, waarbij de spleet 7 tussen het oppervlak van het substraat 2 en de onderzijde van het afdekmiddel 3 met vloeistof wordt gevuld. In fig. 3a is deze 10 eerste stand in een bovenaanzicht weergegeven voor een substraat 2 (weergegeven met stippellijnen) met vele putjes 4.Het afdekmiddel 3 (getekend met doorgaande lijnen) bevat doorgaande openingen 5 die in deze eerste stand de putjes 4 niet overlappen. Door het samenspel van cohesie- en adhesie-15 krachten (welk samenspel afhankelijk is van de hydrofilici-teit van de vloeistof en van het oppervlak van het substraat 2 en het afdekmiddel 3) wordt de spleet 7 met vloeistof gevuld, doch de putjes 4 niet. Deze zijn/blijven gevuld met lucht. Door het afdekmiddel 3 en het substraat 2 ten opzichte 20 van elkaar te verschuiven naar een tweede stand waarin de doorgaande opening 5 ten minste deels met het putje 4 overlapt (zoals voor het substraat van fig. 3a te zien in fig.

3b), kan de lucht uit het putje 4 ontsnappen en stroomt vloeistof in putje 4. Wanneer de centra van de doorgaande 25 opening 5 en een putje 4 samenvallen, wordt de vloeistof uit radiale richting toegevoerd waardoor volledig wordt verzekerd dat een in het putje 4 aanwezige reactant niet naar een ander putje 4 wordt gevoerd.

De uitstekende elementen 8 op het oppervlak van het 30 substraat 2 en het afdekmiddel 3 kunnen zodanig met elkaar samenwerken, dat het afdekmiddel 3 is voorzien van uitsparingen zodanig dat nog vóór het bereiken van overlap tussen de doorgaande opening 5 en een putje 4 de uitstekende elementen 8 in (niet-doorgaande) uitsparingen (niet weergegeven) van 35 het afdekmiddel 3 vallen, waardoor het substraat 2 en het afdekmiddel 3 op afstand worden gehouden door in de spleet 7 aanwezige vloeistof. Bij het bereiken van de tweede stand waarin er overlap is tussen de doorgaande opening en het put- 4017374 i 6 je 4 kan de hoogte van de spleet 7 afnemen voor het van vloeistof voorzien van het putje 4.

Na het vullen van de putjes 4 kan het afdekmiddel 3 in een stand worden gebracht waarin er geen overlap meer is 5 tussen het putje 4 en de doorgaande opening 5 en kan het afdekmiddel 3 tegen het substraat 2 worden gedrukt met een zodanige kracht dat verlies van vloeistof uit een putje 4 althans nagenoeg verwaarloosbaar is.

Het afdekmiddel 3 is bijvoorbeeld vervaardigd uit 10 Perspex (PMMA), of glas. Aldus wordt een optisch transparant afdekmiddel 3 verschaft, dat optische metingen mogelijk maakt. Eventueel kan (ook) het substraat 2, uit een dergelijk materiaal zijn vervaardigd, en optisch transparant zijn. Het substraat 2 kan zijn voorzien van rubber rond de putjes 4 15 voor het afsluiten daarvan.

Claims

1. Inrichting voor het uitvoeren van een reactie, welke inrichting - een substraat omvat voorzien van een putje; en - een afdekmiddel omvat voor het afdekken van het 5 substraat en in het bijzonder het putje, met het kenmerk, dat het substraat een bovenzijde bezit en het afdekmiddel een onderzijde, het afdekmiddel en het substraat in het vlak van de bovenzijde van het substraat ten opzichte van elkaar verschuifbaar zijn, en dat het afdekmid- 10 del is voorzien van een doorgaande opening welke in een eerste stand het putje niet overlapt en in een tweede stand het putje ten minste deels overlapt.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting verscheidene putjes omvat.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de putjes in de vorm van een regelmatig patroon zijn gerangschikt .

4. Inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat het afdekmiddel is voorzien van ver- 20 scheidene doorgaande openingen.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat er evenveel putjes zijn als doorgaande openingen en de doorgaande openingen in hoofdzaak in hetzelfde patroon zijn gerangschikt als de gaten.

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat althans aan de onderzijde van het afdekmiddel de doorsnede van de doorgaande opening kleiner is dan de afstand tussen twee aanliggende putjes.

7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, 30 met het kenmerk, dat ten minste één oppervlak gekozen uit de onderzijde van het afdekmiddel en de bovenzijde van het substraat hydrofiel is.

8. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het afdekmiddel is voorzien van een 35 doorgaande toevoeropening voor het toevoeren van een vloei- » · stof, welke doorgaande toevoeropening uitmondt boven de bovenzijde van het substraat.

9. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het putje is voorzien van een reagens.

10. Inrichting volgens een der voorgaande conclu sies, met het kenmerk, dat ten minste één van het substraat en het afdekmiddel optisch doorlaatbaar is.

11. Werkwij ze voor het uitvoeren van een reactie in een inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 10, met 10 het kenmerk, dat een vloeistof aan de inrichting wordt toegevoerd, en door capillaire werking de ruimte tussen het substraat en het afdekmiddel met vloeistof wordt gevuld, voor het vullen van het putje met vloeistof het substraat en het afdekmiddel zich in de tweede stand bevinden en lucht via de 15 doorgaande opening wordt afgevoerd, en na het vullen van het putje het afdekmiddel en het substraat ten opzichte van elkaar worden verschoven voor het in de eerste stand brengen van het afdekmiddel en het substraat.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, 20 dat in de eerste stand, waarin de doorgaande opening het putje niet overlapt, een vloeistof aan de inrichting wordt toegevoerd, waarbij door capillaire werking de ruimte tussen het substraat en het afdekmiddel met vloeistof maar het putje niet wordt gevuld, het afdekmiddel en het substraat ten op- 25 zichte van elkaar worden verschoven naar de tweede stand voor het vullen van het putje met vloeistof, en na het vullen van het putje het afdekmiddel en het substraat ten opzichte van elkaar worden verschoven voor het weer in een eerste stand brengen van het afdekmiddel en het substraat.

13. Werkwijze volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk, dat de vloeistof aan de inrichting wordt toegevoerd via de doorgaande toevoeropening.

14. Werkwijze volgens een van de conclusies 11 tot 13, met het kenmerk, dat eenmaal weer in een eerste stand het 35 afdekmiddel met een kracht van 1-2 kg/cm2 tegen het substraat wordt gedrukt. , F"'· ' "i 74