DE102005038252A1 - Plastic substrate for carrying out chemical and biological reactions in liquid droplets, comprises even flat surface, and reaction points formed as disk-shaped and/or circular hydrophilic surface intended on the uniform flat surface - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat zum Durchführen von chemischen und biologischen Reaktionen und eine Vorrichtung zum Durchführen von entsprechenden Reaktionen auf einem solchen Substrat.The The present invention relates to a substrate for performing chemical and biological reactions and a device for Carry out of corresponding reactions on such a substrate.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Substrat aus Kunststoff, das vorbereitete Probenpunkte zum Aufnehmen von Flüssigkeitströpfchen aufweist, in welchen anhand thermischer Einwirkung chemische und biologische Reaktionen ausgeführt werden, insbesondere bilden die Flüssigkeitstropfen einen PCR-Ansatz zum Ausführen eines PCR-Verfahrens. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum kontaminationsfreien Ausführen von chemischen und biologischen Reaktionen in Flüssigkeitströpfchen unter thermischer Einwirkung.The The invention relates in particular to a plastic substrate which prepared sample points for receiving liquid droplets, in which by thermal action, chemical and biological reactions accomplished In particular, the liquid drops form a PCR approach to run a PCR method. Furthermore, the invention relates to a device for contamination-free execution of chemical and biological reactions in liquid droplets under thermal action.
Ein biegsames Substrat aus Kunststoff für DNA-Arrays ist aus der US 2004/0086871 A1 bekannt, bei welchem Oligonukleotide mittels Linker-Molekülen an die Oberfläche des Substrates an vorbestimmten Punkten gebunden sind. Die Substrate können mit den darin angebundenen Molekülen in einem Inkubator einer thermischen Behandlung unterzogen werden. Vorzugsweise sind die Substrate als sogenannte Composite-Folien ausgebildet, die aus mehreren Lagen unterschiedlicher Folien zusammengesetzt sind.One Flexible plastic substrate for DNA arrays is from the US 2004/0086871 A1, in which oligonucleotides by means of linker molecules to the Surface of the Substrates are bound at predetermined points. The substrates can with the molecules attached to it be subjected to a thermal treatment in an incubator. Preferably, the substrates are so-called composite films formed, composed of several layers of different films are.
Aus der US 2005/0032061 A1 geht ein Verfahren zum Speichern von Oligomeren und/oder Polymeren hervor, bei welchem zumindest ein Oligomer und/oder Polymer auf einem biegsamen Substrat gespeichert wird. Das Substrat ist ein dünner Bogen, der vorzugsweise mit Chitin und/oder Chitosan beschichtet ist. Zum Ausführen von chemischen und/oder biologischen Reaktionen mit den auf dem Substrat vorgesehenen Oligomeren und Polymeren werden diese vom Substrat gelöst und in ein geeignetes Reaktionsgefäß überführt.Out US 2005/0032061 A1 discloses a method for storing oligomers and / or polymers in which at least one oligomer and / or Polymer is stored on a flexible substrate. The substrate is a thin one Bow, preferably coated with chitin and / or chitosan is. To run of chemical and / or biological reactions with those on the substrate provided oligomers and polymers, these are from the substrate solved and transferred to a suitable reaction vessel.
Die Firmen Advalytix AG und Alopex GmbH vertreiben unter dem Handelsnamen AmpliGridTM ein Glassubstrat mit einer chemisch speziell behandelten Oberfläche, die hydrophile Punkte aufweist und von einer hydrophoben Oberfläche umgeben ist. Die hydrophilen Punkte sind jeweils von einem schmalen hydrophilen Ring umgeben, der konzentrisch zu dem jeweiligen Punkt angeordnet ist. Die hydrophilen Punkte innerhalb der hydrophoben Oberfläche sind vorgesehen, um zu verhindern, dass hieran aufgetragene Flüssigkeitströpfchen auf der Oberfläche des Substrates verlaufen. Sie bilden somit einen Tropfen in der Form etwa eines Kugelsegmentes, dessen Grundfläche den hydrophilen Punkten entspricht. Diese Tröpfchen werden mit jeweils einer Ölschicht abgedeckt. Durch das Vorsehen der hydrophilen Ringe wird verhindert, dass die Ölschicht aus dem Ring heraus über die Oberfläche des Substrates verläuft. Dieses Substrat hat sich in der Praxis sehr bewährt. Es ist jedoch in der Herstellung aufgrund der aufwendigen chemischen Beschichtung der Glasoberfläche zur Erzeugung der hydrophilen und hydrophoben Bereiche sehr teuer. Mit diesem Substrat können chemische und biologische Reaktionen in den darauf örtlich festgelegten Flüssigkeitströpfchen ausgeführt werden, da ein Verdampfen der Flüssigkeitströpfchen durch die Ölschicht sicher vermieden wird. Dieses Substrat eignet sich daher zum Durchführen einer Vielzahl von chemischen und biologischen Reaktionen unter Temperatureinwirkung.The companies Advalytix AG and Alopex GmbH market under the trade name AmpliGrid TM a glass substrate with a chemically specially treated surface, which has hydrophilic points and is surrounded by a hydrophobic surface. The hydrophilic points are each surrounded by a narrow hydrophilic ring, which is arranged concentrically to the respective point. The hydrophilic points within the hydrophobic surface are provided to prevent liquid droplets applied thereto from running on the surface of the substrate. They thus form a drop in the form of about a spherical segment whose base corresponds to the hydrophilic points. These droplets are covered with one oil layer each. The provision of the hydrophilic rings prevents the oil layer from passing out of the ring over the surface of the substrate. This substrate has proven very successful in practice. However, it is very expensive to produce due to the complex chemical coating of the glass surface to produce the hydrophilic and hydrophobic areas. With this substrate, chemical and biological reactions can be carried out in the localized liquid droplets, since evaporation of the liquid droplets through the oil layer is reliably avoided. This substrate is therefore suitable for performing a variety of chemical and biological reactions under the influence of temperature.
Das Vorsehen des Ölfilmes ist jedoch arbeitsaufwändig. Bei PCR-Verfahren, bei welchen PCR-Ansätze mit größeren Volumen verwendet werden, hat sich in der Praxis durchgesetzt, geschlossene Reaktionsgefäße zu verwenden, so dass die Abdeckung des PCR-Ansatzes mit einem Ölfilm nicht mehr notwendig ist. Für derart kleine Probenvolumen, wie sie auf dem Substrat des AmpliGridTM verwendet werden, ist das Vorsehen von separaten, verschließbaren Probengefäßen aufwändiger als das Abdecken mit Öl.However, the provision of the oil film is laborious. In PCR methods in which larger volume PCR approaches are used, it has become common practice to use closed reaction vessels so that the coverage of the PCR approach with an oil film is no longer necessary. For sample volumes as small as used on the AmpliGrid ™ substrate, the provision of separate, sealable sample vessels is more expensive than capping with oil.
Aus
der
Weiterhin
hat die Firma PlasmaTreat GmbH diverse Vorrichtungen und Verfahren
zur Plasmabehandlung von Oberflächen
entwickelt (
Bei diesen Verfahren ist man bestrebt, die Oberfläche einer Kunststofffolie möglichst großflächig zu behandeln, damit man wirtschaftlich sinnvoll größere Folien entsprechend veredeln kann. Prinzipbedingt ist es jedoch einfacher, dünne Plasmastrahlen mit derartigen Düsen zu erzeugen, mit welchen sehr präzise kleinste Flächen individuell plasmabehandelt werden können.at This method is aimed at the surface of a plastic film as possible over a large area treat, so that economically meaningful larger films refine accordingly can. Due to the principle, however, it is easier to thin plasma jets with such Nozzles too produce, with which very precise smallest areas can be treated individually plasma.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Substrat zum Durchführen von chemischen und biologischen Reaktionen zu schaffen, mit welchen Flüssigkeitstropfen örtlich festlegbar sind und das kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher chemische und biologische Reaktionen mittels Temperatureinwirkung auf einem solchen Substrat sicher, zuverlässig und kontaminationsfrei und möglichst ohne Verwendung einer Ölschicht durchführbar sind.The invention is based on the object to provide a substrate for performing chemical and biological reactions, with which liquid drops are fixed locally and the is inexpensive to produce. Furthermore, the invention is based on the object to provide a device with which chemical and biological reactions by means of temperature on such a substrate safely, reliably and contamination-free and possible without using an oil layer are feasible.
Die Erfindung wird durch ein Substrat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung wird weiterhin durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9, 10 oder 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.The Invention is achieved by a substrate having the features of the claim 1 solved. The invention is further achieved by a device having the features of claim 9, 10 or 11 solved. Advantageous versions The invention are specified in the respective subclaims.
Das erfindungsgemäße Substrat zum Durchführen von chemischen und biologischen Reaktionen ist aus Kunststoff ausgebildet. Es weist eine ebenflächige Oberfläche auf, auf der Reaktionspunkte vorgesehen sind, die durch einen kreisscheibenförmigen bzw. kreisringförmigen hydrophilen Bereich ausgebildet sind.The inventive substrate to perform of chemical and biological reactions is formed of plastic. It has a flat surface surface on, are provided on the reaction points, which by a circular disc-shaped or annular hydrophilic region are formed.
Derartige aus Kunststoff ausgebildete Substrate können kostengünstig hergestellt werden. Sie sind in der Handhabung sehr einfach, insbesondere wenn das Substrat aus einer dünnwandigen Folie ausgebildet ist. Das Substrat kann entsprechend dem Bedarf an Reaktionspunkten zugeschnitten werden.such made of plastic substrates can be produced inexpensively become. They are very easy to use, especially if the substrate of a thin-walled Foil is formed. The substrate can according to the needs be cut at reaction points.
Das Substrat kann mit einer Schutzfolie zum Schutz der Reaktionspunkte versehen sein.The Substrate may be covered with a protective film to protect the reaction points be provided.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat an der Unterseite mit einer Klebeschicht versehen. Mit dieser Klebeschicht kann das Substrat unmittelbar auf eine Heiz-/Kühlplatte aufgeklebt werden, wodurch ein hervorragender Wärmeübergang erzielt wird. Es ist jedoch auch möglich, das Substrat auf einen weiteren Träger, wie z.B. eine Glas- oder Keramikplatte aufzukleben.To a preferred embodiment the substrate is provided on the bottom with an adhesive layer. With this adhesive layer, the substrate can directly on a heating / cooling plate be glued, whereby an excellent heat transfer is achieved. It is but also possible the substrate onto another support, e.g. a glass or ceramic plate to stick.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9 zeichnet sich dadurch aus, dass in der Heiz-/Kühlplatte Saugöffnungen vorgesehen sind, mit welchen ein Unterdruck zum Fixieren des Substrates an die Heiz-/Kühlplatte erzeugt werden kann. Hierdurch wird das Substrat mit einem guten Wärmekontakt an der Heiz-/Kühlplatte fixiert.The Apparatus according to claim 9, characterized in that in the Heating / cooling plate suction ports are provided, with which a negative pressure for fixing the substrate to the heating / cooling plate can be generated. As a result, the substrate with a good thermal contact at the heating / cooling plate fixed.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10 weist ein Deckelmodul auf, das gegen ein auf einer Heiz-/Kühlplatte aufliegendes Substrat gedrückt werden kann, um über den Substrat Reaktionskammern zu begrenzen. Das Deckelmodul ist austauschbar an der Vorrichtung angeordnet, weshalb es nach einem Reaktionsvorgang einfach durch ein anderes, sauberes Deckelmodul ersetzt werden kann. Ein benutztes Deckelmodul kann einfach gereinigt werden, so dass es für einen neuen Reaktionsvorgang zur Verfügung steht.The Device according to claim 10 has a cover module, the against one on a heating / cooling plate pressed on resting substrate can be over to to limit the substrate reaction chambers. The cover module is interchangeably arranged on the device, which is why it after a Reaction process simply by another, clean cover module can be replaced. A used cover module can be easily cleaned so be it for a new reaction process is available.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11 zeichnet sich dadurch aus, dass es ein Deckelmodul mit Ausnehmungen zur Begrenzung von Reaktionskammern aufweist, wobei das Deckelmodul mit Mitteln zum Erhöhen des Druckes und/oder der Temperatur in den Reaktionskammern ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, den Tau- bzw. Siedepunkt zu erhöhen, wodurch dem Verdampfen einer wässrigen Probenlösung entgegengewirkt wird und die biologischen und chemischen Reaktionen innerhalb eines kleinen Flüssigkeitstropfens ausgeführt werden können.The Apparatus according to claim 11, characterized in that it has a cover module with recesses for limiting reaction chambers, wherein the cover module with means for increasing the pressure and / or the Temperature is formed in the reaction chambers. This is it is possible to increase the dew point or boiling point, whereby the evaporation of an aqueous sample solution counteracted and the biological and chemical reactions within a small drop of liquid accomplished can be.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:The Invention will be explained by way of example with reference to the drawings. The Drawings show in:
Das
erfindungsgemäße Substrat
Das
Substrat
Das
erfindungsgemäße Substrat
Die
hydrophile bzw. hydrophobe Ausbildung der Oberfläche des Substrates
Grundsätzlich ist
es auch möglich,
die Reaktionspunkte
Der
Flüssigkeitstropfen
Das Volumen des Flüssigkeitstropfens beträgt typischerweise 0,5 μl bis 5 μl und vorzugsweise 1 μl bis 2 μl.The Volume of liquid drop is typically 0.5 μl to 5 μl and preferably 1 μl to 2 μl.
Das
Adhäsionsmittel,
mit welchem die Schutzfolie
Weiterhin
ist es zweckmäßig, die
Metallplatte
Mit
dem in
Nachfolgend werden einige Inkubatoren erläutert, bei welchen keine Ölschicht zum Abdecken der Flüssigkeitstropfen notwendig ist.following some incubators are explained where no oil layer for covering the liquid drops necessary is.
Der
Inkubator
Das
Deckelmodul
Am
Umfangsbereich der Grundplatte
Am
oberen Randbereich der Wandung
Wird
dieses Deckelmodul
Nach
dem Durchführen
der biologischen oder chemischen Reaktionen wird das Deckelmodul wieder
angehoben und das Substrat
Es
kann nicht vollständig
ausgeschlossen werden, dass Moleküle in die Dampfphase treten,
mit dem Deckelmodul
Das
Deckelmodul kann deshalb von der Deckelbetätigungseinrichtung
Besonders zum Durchführen von biologischen Reaktionen ist es zweckmäßig eine Heizeinrichtung vorzusehen, mit welcher das Deckelmodul auf Temperaturen von mehr als 130°C, vorzugsweise 150°C bis 200°C, erhitzt wird, wodurch eventuell am Deckelmodul haftendes biologisches Material vollständig zerstört wird und das Deckelmodul wieder ohne Kontaminationsgefahr bei weiteren Reaktionsvorgängen eingesetzt werden kann.Especially to perform of biological reactions, it is expedient to provide a heating device, with which the cover module to temperatures of more than 130 ° C, preferably 150 ° C to 200 ° C, heated is, thereby possibly adhering to the cover module biological material Completely destroyed is and the cover module again without risk of contamination in another reaction procedures can be used.
Durch
die Verwendung eines Deckels, der gegen das Substrat
Vorzugsweise
ist das Deckelmodul
Es kann zweckmäßig sein, während der einzelnen Reaktionsvorgänge das Deckelmodul auf einer vorbestimmten Temperatur von z.B. 80°C bis 120°C zu halten. Es kann auch sinnvoll sein, das Deckelmodul lediglich am Ende der Reaktionsvorgänge auf eine hohe Temperatur zu erhitzen.It may be appropriate while the individual reaction processes the lid module at a predetermined temperature of e.g. 80 ° C to 120 ° C to keep. It may also be useful, the cover module only at the end of Reactions on to heat a high temperature.
Nach
dem Aufdrücken
des Deckelmoduls
Im
Betrieb wird das Deckelmodul
Bei den oben erläuterten Ausführungsformen, bei welchen mittels einer Druck- und/oder Temperaturerhöhung in den Reaktionskammern eine Erhöhung des Tau- bzw. Siedepunktes bewirkt wird, wird diese Erhöhung des Druckes bzw. der Temperatur zweckmäßigerweise vor Beginn des Reaktionsvorgangs eingestellt, d.h., dass zuerst der Tau- bzw. Siedepunkt erhöht wird und danach der Reaktionsvorgang durch Heizen und Kühlen der Heiz-/Kühlplatte ausgeführt wird.at the above explained Embodiments, in which by means of a pressure and / or temperature increase an increase in the reaction chambers the dew or boiling point is effected, this increase the pressure or the temperature expediently before the start of the reaction process set, that is, first, the boiling point is increased and then the reaction process by heating and cooling the Heating / cooling plate accomplished becomes.
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
nach
Durch
Auflegen der Abdeckfolie
Die
Sandwich-Anordnung umfasst das Substrat
Nach
dem Durchführen
der Reaktionsvorgänge
wird die obere Basiseinheit
Wie
es oben bereits erläutert
ist, ist das Substrat
Weiterhin
kann es sinnvoll sein, das Substrat
Die Erfindung ist oben anhand einiger Ausführungsbeispiele erörtert worden. Bei all den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ist es zweckmäßig, Temperatursenso ren an der Heiz-/Kühlplatte der Basiseinheiten bzw. an den Deckelmodulen vorzusehen, wenn diese mit einem Heizelement versehen sind.The The invention has been discussed above with reference to some embodiments. In all the above explained embodiments It is expedient to ren Temperatursenso at the heating / cooling plate provide the base units or on the cover modules, if this provided with a heating element.
- 11
- Substratsubstratum
- 22
- Reaktionspunktreaction point
- 33
- Flüssigkeitstropfenliquid drops
- 44
- Stoppringstop ring
- 55
- Ölschichtoil layer
- 66
- Schutzfolieprotector
- 77
- Schutzfolieprotector
- 88th
- KunststoffschichtPlastic layer
- 99
- KunststoffschichtPlastic layer
- 1010
- Metallschichtmetal layer
- 1111
- Inkubatorincubator
- 1212
- Heiz-/KühlplatteHeating / cooling plate
- 1313
- Heiz-/KühlelementHeating / cooling element
- 1414
- Kühlkörperheatsink
- 1515
- Kühlrippecooling fin
- 1616
- Steuereinrichtungcontrol device
- 1717
- Inkubatorincubator
- 1818
- Deckelmodulcover module
- 1919
- Basiseinheitbase unit
- 2020
- DeckelbetätigungseinrichtungCap actuator
- 2121
- Grundplattebaseplate
- 2222
- Druckstempelplunger
- 2323
- DurchgangsbohrungThrough Hole
- 2424
- Metallplattemetal plate
- 2525
- Stempelstiftstamp pin
- 25a25a
- Ansatzapproach
- 2626
- Wandungwall
- 2727
- O-RingO-ring
- 2828
- Vorsprunghead Start
- 2929
- Reaktionskammerreaction chamber
- 3030
- Inkubatorincubator
- 3131
- Deckelmodulcover module
- 3232
- Ausnehmung/ReaktionskammerRecess / reaction chamber
- 3333
- Leitungmanagement
- 3434
- Gasanschlussgas connection
- 3535
- Gasreservoirgas reservoir
- 3636
- Inkubatorincubator
- 3737
- Deckelmodulcover module
- 3838
- Reaktionskammerreaction chamber
- 3939
- Heizelementheating element
- 4040
- Kühlrippecooling fin
- 4141
- Ansatzapproach
- 4242
- Abdeckfoliecover
- 4343
- Ausnehmungrecess
- 4444
- Inkubatorincubator
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---|---|---|---|
DE200510038252 DE102005038252A1 (en) | 2005-08-12 | 2005-08-12 | Plastic substrate for carrying out chemical and biological reactions in liquid droplets, comprises even flat surface, and reaction points formed as disk-shaped and/or circular hydrophilic surface intended on the uniform flat surface |
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DE102005038252A1 true DE102005038252A1 (en) | 2007-02-15 |
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