EP3181229A1 - Analytical device for carrying out a pcr reaction - Google Patents

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EP3181229A1
EP3181229A1 EP15003599.6A EP15003599A EP3181229A1 EP 3181229 A1 EP3181229 A1 EP 3181229A1 EP 15003599 A EP15003599 A EP 15003599A EP 3181229 A1 EP3181229 A1 EP 3181229A1
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EP
European Patent Office
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chamber
denaturation
liquid sample
amplification
annealing
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EP15003599.6A
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German (de)
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EP3181229B1 (en
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Carsten Richter
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Euroimmun Medizinische Labordiagnostika AG
Original Assignee
Euroimmun Medizinische Labordiagnostika AG
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B01L7/525Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0621Control of the sequence of chambers filled or emptied
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087Multiple sequential chambers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/088Channel loops

Definitions

  • the present invention relates to an analytical device comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber, wherein the temperature of the denaturation chamber can be adjusted to a temperature between 90 ° C and 105 ° C, is preferably set, wherein the temperature of the amplification chamber can be adjusted to a temperature between 60 ° C and 80 ° C, is preferably set, wherein the temperature of the annealing chamber can be adjusted to a temperature between 40 ° C and 67 ° C, is preferably set, and wherein the apparatus is configured such that a liquid sample can be introduced into the denaturation chamber and transferred between the denaturation chamber, the amplification chamber, the annealing chamber, and optionally further chambers.
  • PCR polymerase chain reaction
  • MRSA methicillin-resistant Staphylococcus aureus
  • MRSA methicillin-resistant Staphylococcus aureus
  • the PCR is important, for example, in the study of soil or food samples on certain microorganisms, in forensics or in the synthetic production of complex nucleic acids.
  • PCR requires a considerable effort in the conventional form with regard to reagents, equipment and workload, especially in diagnostic applications.
  • a reaction mixture containing a number of specific, partially thermo-stable reagents has to be assembled.
  • the finished reaction mixture must be cyclically incubated for a long time at different temperatures. Even a single error or inactivation of a reagent prevents the reaction from proceeding.
  • reaction must be protected against contamination that can introduce the result of falsifying nucleic acids, as well as against substances that can accelerate the decomposition of essential reagents.
  • reaction product requires considerable equipment, such as a device that allows sensitive fluorescence measurements.
  • Samples to be analyzed must then be packaged and shipped to a specialized laboratory where a large number of samples are processed. This delays the analysis and increases the cost. During transport there is a risk that a sample will be lost, spoiled or unusable due to damage.
  • an object underlying the present invention is to provide a user-friendly system for carrying out PCR reactions, which is easy to use, in particular does not require the preparation of complex reaction mixtures.
  • the system should operate as fast as possible and resources (time, energy, reagent and sample consumption) to save, require no special conditions and be less susceptible to interference, damage and operating errors.
  • the system should allow the parallel processing of as many samples as possible.
  • the system should enable the examination of any kind of sample or any investigation of interest, with the widest possible range of parameters, flexibly and at short notice. It should be possible to examine a sample, for example from a patient, with the least possible effort and time required for several diagnostic parameters.
  • the system should combine the mentioned advantages with a protection against contamination from the outside, which could be registered, for example, by the personnel entrusted with the operation.
  • an analytical device comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber, wherein the temperature of the denaturation chamber can be adjusted to a temperature between 90 ° C and 105 ° C, is preferably set, wherein the temperature of the amplification chamber can be adjusted to a temperature between 60 ° C and 80 ° C, is preferably set, wherein the temperature of the annealing chamber can be adjusted to a temperature between 40 ° C and 67 ° C, is preferably set, and wherein the apparatus is configured such that a sample may be introduced into the denaturation chamber and transferred between the denaturation chamber, the amplification chamber, the annealing chamber, and optionally further chambers.
  • the device according to the invention comprises a receiving chamber with an access to the surface of the analytical device, via which a sample can be introduced into the receiving chamber and subsequently transferred to further chambers.
  • the amplification chamber is connected downstream of the denaturation chamber and the annealing chamber of the amplification chamber.
  • the device according to the invention further comprises an analytical reagent that is soluble in the liquid sample, preferably a lyophilized reagent.
  • the optionally present receiving chamber is connected downstream of the denaturing chamber, preferably directly upstream, provided a mixing chamber, which preferably has the analytical reagent.
  • the analytical device comprises at least two sets of chambers, each comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber, wherein preferably the receiving chamber downstream of the denaturation and upstream of the denaturation, particularly preferably directly upstream, a mixing chamber is provided, which preferably comprises the analytical reagent, and from the mixing chamber in each case a portion of a liquid sample can be transferred into a chamber of the respective set.
  • the diagnostic device has at least one heating zone, wherein the denaturation chamber, preferably additionally the amplification chambers, more preferably additionally the annealing chambers of the at least two sets are each arranged on a heating zone.
  • the device has a read-out chamber into which the liquid sample can be transferred from the denaturation chamber, from the amplification chamber or the annealing chamber.
  • the read-out chamber comprises at least one immobilized nucleic acid.
  • the diagnostic device is a laboratory chip.
  • an analysis unit suitable for receiving the analytical device preferably comprising the analytical device according to the invention,
  • a heating device arranged such that the required temperature can be set in the denaturation chamber, amplification chamber and annealing chamber and / or in the heating zone for the denaturation chambers, amplification chamber or annealing chambers and / or comprising means for reading out a liquid sample in the read-out chamber of the analytical device.
  • the problem underlying the invention is solved by a use of the analytical device according to the invention for the examination of a liquid sample by means of polymerase chain reaction.
  • the device according to the invention comprises a liquid sample, preferably a nucleic acid-containing liquid sample or a sample, which is to be examined for whether it contains a nucleic acid.
  • the present invention relates to an analytical device having at least one set of chambers, each comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber.
  • the analytical device allows to introduce an externally obtained sample into the denaturation chamber, optionally via another chamber.
  • the sample is a liquid sample or a solid sample, provided that the latter is taken up in a liquid inside the analytical device, so that the sample is also available in liquid form for further processing.
  • a suitable device for transferring a solid sample into a liquid and a method is for example in EP15002317.4 described.
  • the sample is preferably a nucleic acid-containing sample or a sample to be assayed for containing a nucleic acid, which sample may be in a substantially unprocessed form, such as a sample directly obtained from a patient or a soil sample. Alternatively, the sample may be prepared, for example, by isolating and / or enriching the nucleic acid contained therein.
  • the nucleic acid may be any nucleic acid or a derivative thereof which may be amplified using a polymerase chain reaction (PCR), preferably DNA or RNA.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the device according to the invention comprises a preferably closed-off system, which can be closed off from the environment, with chambers and connecting channels.
  • "lockable" means that the inner system can be temporarily opened for introduction of a sample, in the closed state, an introduction of sample or contaminating material is not possible.
  • the system may have an opening that can be closed with a lid.
  • a liquid sample controlled by the user or a control unit, can be moved in a compact, contiguous form, in particular by transmission from a first chamber to a second chamber.
  • the connection channels may include valves that allow the steering of a fluid flow. Closing to the environment prevents external contamination and loss of fluid through evaporation.
  • the term "chamber" as used herein means an area within the device in which the entire liquid sample can be incubated in a compact, contiguous form under substantially defined, uniform conditions.
  • a chamber may be a cavity, which is delimited geometrically by its shape, for example, compared to a connecting channel has a widened diameter and a correspondingly larger volume.
  • a chamber may be created by the liquid sample contiguously occupying a defined area of a connection channel, the surface of the liquid being the boundary of the chamber with respect to the surrounding gas phase.
  • the chambers may be lockable to prevent leakage of liquid sample, for example from a high temperature chamber.
  • laboratory chip as used herein is understood to mean a sealed system that includes chambers and interconnecting channels in which all steps from the introduction of an unprocessed sample through its preparation and processing to analysis can be performed ,
  • the device according to the invention has at least one set comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber, for example 2, 3, 4, 5, 6, 8 or 12 sets.
  • the denaturation chamber is designed and has suitable conditions that a double-stranded nucleic acid contained in the liquid sample can be denatured, ie the double strands dissolve to release corresponding single strands.
  • the temperature may be adjusted to an appropriate value, preferably between 90 ° C and 105 ° C, more preferably between 90 ° C and 99 ° C.
  • suitable conditions in particular, to determine a suitable temperature for denaturing a given double-stranded nucleic acid.
  • the annealing chamber is designed and has suitable conditions for primers contained in the liquid sample to specifically anneal to the single strands of the nucleic acid in the liquid sample, i. specifically hybridize with them.
  • the temperature can be adjusted to a suitable value or is set thereon, preferably between 40 ° C. and 67 ° C.
  • suitable conditions in particular a suitable temperature, for annealing given primers to the single strands of a given nucleic acid with sufficient specificity.
  • the amplification chamber is designed and has suitable conditions such that a polymerase present causes the single strands of the nucleic acid to be duplexed starting from the annealed primers. As a result, the portion of a double-stranded nucleic acid bound by the primers is removed from the liquid Sample amplified. It is possible for a person skilled in the art to determine suitable conditions within the scope of routine calculations and preliminary tests. In particular, the temperature may be adjusted to an appropriate value, preferably between 60 ° C and 80 ° C, more preferably between 65 ° C and 74 ° C.
  • the amplification chamber is connected downstream of the denaturation chamber.
  • the term that a second chamber is a "downstream" one, as used herein, means that a liquid sample introduced into the device that traverses the device by the shortest path passes first the first chamber and then the second Chamber. That a second chamber of a first "directly downstream", preferably means that the sample is transferred from the first chamber directly into the second chamber, without passing through other chambers in between.
  • the device according to the invention preceded by at least one set comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber, preferably directly upstream, has a mixing chamber.
  • the mixing chamber is designed such that a volume of the liquid sample suitable for the detection reaction can be transferred therefrom into the at least one set. If the device has more than one set, the mixing chamber allows in that the liquid sample is portioned in a suitable manner, that in each set a part of the liquid sample is transferred with a volume sufficient in each case for the detection reaction.
  • the device further comprises an analytical reagent.
  • the analytical reagent comprises all substances which are necessary for carrying out the detection reaction, preferably the PCR reaction, if these are not already present in the liquid sample or their presence in the liquid sample is to be detected.
  • the liquid sample comprises the nucleic acid to be amplified or is to be examined for whether it contains the nucleic acid to be amplified
  • the analytical reagent comprises, in addition to a nucleic acid suitable as template, all other substances which are necessary for carrying out the PCR reaction.
  • the analytical reagent is preferably in dry, preferably lyophilized form. It is such that it dissolves in contact with the liquid sample therein, so that the substances necessary for the detection reaction, preferably the PCR reaction, are present in sufficient concentration.
  • the device comprises means or a suitable method step is provided to promote the dissolution of the analytical reagent in the sample.
  • the liquid sample can be repeatedly contacted with the reagent, or the analytical reagent is mixed by a micro-stirrer with the liquid sample.
  • the analytical reagent preferably comprises a polymerase and / or reverse transcriptase, dNTPs, a buffer, magnesium chloride, at least one primer, preferably at least one primer pair, optionally labeled, a detergent, preferably from the group comprising betaine, tween or dimethyl sulfoxide, and a polypeptide such as bovine serum albumin.
  • the analytical reagent comprises several substances, these may be located separately in the device.
  • the analytical reagent is in a compact form comprising all substances.
  • the analytical reagent may be located in any part of the device, as long as it is ensured that it comes into contact with the liquid sample and is mixed before the detection reaction is carried out. Preferably, it is localized in the mixing chamber.
  • each set of compartments may contain at least one specific reagent, in particular one or more than one primer, which dissolves in the portion of the liquid sample transferred into that set.
  • the device according to the invention has more than one set of chambers, it preferably comprises at least one heating zone.
  • This is a device for continuously heating a region on the device in which at least two chambers are located, which can be adjusted to the same temperature, are preferably set. If the device comprises, for example, two sets, both denaturation chambers can be set to a temperature of 95 ° C. with the same heating zone.
  • the temperature of all denaturation chambers can be set by a heating zone for the denaturation chambers or adjusted for them, so that the same temperature prevails in the denaturation chambers.
  • the temperature of all amplification chambers can be adjusted by a heating zone for the amplification chambers or is set for them, so that the same temperature prevails in the amplification chambers.
  • the temperatures of the respective annealing chambers can be set individually.
  • the temperature of all the annealing chambers can be adjusted by a heating zone for the annealing chambers or is set for them, so that the same temperature prevails in the annealing chambers.
  • the temperature of all denaturation chambers and of all amplification chambers can be determined by a heating zone for all denaturation chambers or by a heating zone for all amplification chambers be set or is set for them, so that in all Denaturierungshuntn the same temperature prevails and so that prevails in all Ampltechnischshuntn the same temperature.
  • the temperatures of the respective annealing chambers and / or denaturation chambers may be adjusted individually.
  • the temperature of all denaturation chambers, all amplification chambers and all annealing chambers can be adjusted by a heating zone for all denaturation chambers or by a heating zone for all amplification chambers or by a heating zone for all annealing chambers, so that in the same temperature prevails in all denaturation chambers, in all amplification chambers the same temperature prevails and in all annealing chambers the same temperature prevails.
  • the analytical device is a disposable article which is discarded after use in its entirety.
  • the disposable article is adapted to a multipurpose, to be used with a new disposable analysis unit such that the latter has at least one heating device with the Denaturleitershunt in the denaturation, amplification and Annealinghunt and / or in the heating zone for Denaturierungshuntn, amplification or Annealinghuntn the required Temperature can be set or is set.
  • the analysis unit preferably contains a means for reading out a liquid sample which is located in the read-out chamber of the analytical apparatus, which in turn has been introduced into the analysis unit.
  • This may be a fluorescence spectroscope if the amplified nucleic acid contains fluorescent labels or a UV / vis spectrophotometer if it contains a chromophore.
  • the analysis unit may further comprise further units, for example for the internal transport of disposable articles introduced into the analysis unit and for the processing of data obtained in the analysis of a liquid sample in a disposable article.
  • the method of the invention is preferably a method for detecting a nucleic acid sequence, more preferably a diagnostic method for detection a nucleic acid sequence.
  • the nucleic acid sequence may be a human sequence or the sequence of a pathogen.
  • the method requires the introduction of a liquid sample into the device.
  • the sample is first introduced into the open receiving chamber. If it is a non-liquid sample, it can first be converted into a liquid phase. It is also possible to mix the sample already in the receiving chamber or previously with analytical reagent. Subsequently, the access of the receiving chamber to the surface of the device can be closed.
  • the liquid sample is transferred to the denaturation chamber, optionally it can be previously contacted in a mixing chamber with analytical reagent and / or portioned for transfer into several sets of chambers.
  • Denaturation is performed in the denaturation chamber (step a).
  • the liquid sample from step a) is transferred into the annealing chamber, and annealing is carried out therein (step b).
  • the liquid sample from step b) is transferred into the amplification chamber, and the amplification is carried out (step c).
  • reaction cycle comprising steps a), b) and c) is repeated. Overall, at least 5, 10, 15, 20, 30, 40 or 45 reaction cycles are preferably carried out.
  • the liquid sample preferably from the last performed step c), transferred to the read-out chamber and read there. After reading, it can be discarded by transferring it to the waste bin.
  • at least two detection reactions are carried out in at least two sets of chambers, these are preferably carried out simultaneously or at least overlapping in order to minimize the overall duration of the process.
  • the parts of the liquid sample from these at least two detection reactions are then successively transferred to the read-out chamber and read there and then discarded by transferring into the waste chamber, at least all parts of the liquid sample to the last part, which can remain in the read-out chamber.
  • the device according to the invention may contain two or more readout chambers.
  • parts of the liquid sample of different sets each comprising a denaturation chamber (5), an amplification chamber (6) and a Annealinghunt (7) are analyzed in different read-out chambers, for example with microarrays that differ by the probes and / or primers contained therein.
  • a sample or part of a sample may be analyzed in different readout chambers.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of the analytical device (1) according to the invention. This has a with a lid (13) closable receiving chamber (2) into which a sample can be introduced. From the receiving chamber, the sample can be transferred in liquid form into a mixing chamber (3).
  • the analytical reagent Upon arrival, it comes into contact with an analytical reagent (4) in the mixing chamber, which dissolves in the liquid sample.
  • the analytical reagent preferably has all the reagents required for a PCR reaction except for the nucleic acid to be amplified, so that - provided that the sample contains the nucleic acid - after dissolution all the reagents required for the reaction are present.
  • the liquid sample may be divided, and one part each passes into a denaturation chamber (5), each of which is a part of a kit comprising a denaturation chamber (5), an amplification chamber (6) and an annealing chamber (7).
  • All denaturation chambers are arranged in a heating zone for the denaturation chambers (8), analogously all amplification chambers and all annealing chambers in the heating zone for the amplification chambers (9) or heating zone for the annealing chambers (10).
  • the different sets may contain specific reagents for different detection reactions. For example, a first set may contain a first primer pair and a second set may contain another second primer pair. Nonspecific reagents required for all reactions may be added to the sample beforehand, for example in the mixing chamber (3).
  • a PCR reaction can be carried out in such a way that the liquid sample is first introduced into the denaturation chamber under suitable conditions, is present there and dissolves nucleic acid double strands and single strands are released. Subsequently, the sample comprising the single strands is transferred into the annealing chamber and is present there under conditions which allow annealing of the primers to the single strands. Subsequently, the liquid sample with single strands and primers annealed thereto is transferred to the amplification chamber and is present there under conditions which, starting from the primers, amplify, i.e., stimulate, the amplification. allow the synthesis of new single strands that are complementary to the existing single strands. Subsequently, the sample may be transferred again to the denaturation chamber for the start of a new amplification cycle comprising steps a), b) and c).
  • the portion of the sample contained in one of the sets comprising a denaturation chamber (5), an amplification chamber (6) and an annealing chamber (7) may be transferred to the readout chamber (11).
  • a suitable detection reaction such as a fluorescence measurement, can be detected with the nucleic acid strands containing at least one fluorescently labeled primer and thus differ from nucleic acids that were already included in the originally introduced into the device sample.
  • the portion of the sample contained in the readout chamber may be discarded by transfer to the waste chamber (12).
  • the read-out chamber is thus empty and is ready for a part of the sample from another set to be transferred into it and examined with a detection reaction. In this way, several parts of the liquid sample can be examined in the same read-out chamber.
  • Fig. 2 shows a further preferred embodiment of the analytical device (1) according to the invention. It is different from the one in Fig. 1 in particular by having an annular channel in which the denaturation chamber, amplification chamber and annealing chamber are not provided in the form of geometrically delimited chambers, but in that the liquid sample (14) is in the form of a compact contiguous drop along the annulus in the heating zone of the denaturation, amplification or Annealinghunt (8, 9 and 10) is transmitted. Along with the walls of the annular channels, the interfaces of this drop form the boundaries of the chamber, for example, as shown here, the denaturation chamber (5).
  • a plurality of annular channels may be arranged one above the other perpendicular to the plane of the paper;
  • the heating zones then preferably also run perpendicular to the paper plane, so that in each case one of the heating zones can heat or heat a plurality of annular channels in each case at the appropriate location to the temperature desired for the denaturing chamber, amplification chamber or annealing chamber.
  • the liquid sample never leaves the annular channel during the PCR reaction. It is transmitted to the respectively required point of the annular channel at which there is a suitable temperature for the step a), b) or c) to be carried out. In this way, there is no need to go through a bottleneck, ie a particularly tight spot, and the speed of transfer of the sample between the different chambers can be maximized.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine analytische Vorrichtung umfassend eine Denaturierungskammer, eine Amplifikationskammer und eine Annealingkammer, wobei die Temperatur der Denaturierungskammer auf eine Temperatur zwischen 90 °C und 105 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist, wobei die Temperatur der Amplifikationskammer auf eine Temperatur zwischen 60 °C und 80 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist, wobei die Temperatur der Annealingkammer auf eine Temperatur zwischen 40°C und 67 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist, und wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass eine flüssige Probe in die Denaturierungskammer eingebracht werden kann und zwischen der Denaturierungskammer, der Amplifikationskammer, der Annealingkammer und optional weiteren Kammern hin und her übertragen werden kann.The present invention relates to an analytical device comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber, wherein the temperature of the denaturation chamber can be adjusted to a temperature between 90 ° C and 105 ° C, is preferably set, wherein the temperature of the amplification chamber can be adjusted to a temperature between 60 ° C and 80 ° C, is preferably set, wherein the temperature of the annealing chamber can be adjusted to a temperature between 40 ° C and 67 ° C, is preferably set, and wherein the apparatus is configured such that a liquid sample can be introduced into the denaturation chamber and transferred between the denaturation chamber, the amplification chamber, the annealing chamber, and optionally further chambers.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine analytische Vorrichtung umfassend eine Denaturierungskammer, eine Amplifikationskammer und eine Annealingkammer,
wobei die Temperatur der Denaturierungskammer auf eine Temperatur zwischen 90°C und 105 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist,
wobei die Temperatur der Amplifikationskammer auf eine Temperatur zwischen 60°C und 80 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist,
wobei die Temperatur der Annealingkammer auf eine Temperatur zwischen 40°C und 67 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist,
und wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass eine flüssige Probe in die Denaturierungskammer eingebracht werden kann und zwischen der Denaturierungskammer, der Amplifikationskammer, der Annealingkammer und optional weiteren Kammern hin und her übertragen werden kann.
The present invention relates to an analytical device comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber,
wherein the temperature of the denaturation chamber can be adjusted to a temperature between 90 ° C and 105 ° C, is preferably set,
wherein the temperature of the amplification chamber can be adjusted to a temperature between 60 ° C and 80 ° C, is preferably set,
wherein the temperature of the annealing chamber can be adjusted to a temperature between 40 ° C and 67 ° C, is preferably set,
and wherein the apparatus is configured such that a liquid sample can be introduced into the denaturation chamber and transferred between the denaturation chamber, the amplification chamber, the annealing chamber, and optionally further chambers.

Bei vielen diagnostischen, labormedizinischen oder sonstigen analytischen Untersuchungen bedient man sich chemischer Reaktionen und/oder physikalischer Nachweisverfahren in einer flüssigen Phase. Besondere analytische und diagnostische Bedeutung kommt der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zu, mit der Nukleinsäuresequenzen spezifisch vervielfältigt und nachgewiesen werden können, sofern sie in einer bestimmten Probe vorhanden sind. Damit können beispielsweise Krankheitserreger (Viren, Bakterien, Pilze, Parasiten) wie gegen Methicillin resistente Staphylococcus aureus (MRSA) oder bestimmte menschliche Nukleinsäuresequenzen, die diagnostisch von Bedeutung sind, beispielsweise, weil sie mit bestimmten Krankheiten zusammenhängende Mutationen aufweisen, in Patientenproben nachgewiesen werden.Many diagnostic, laboratory or other analytical investigations use chemical reactions and / or physical detection methods in a liquid phase. Special analytical and diagnostic importance is attached to the polymerase chain reaction (PCR), with which nucleic acid sequences can be specifically amplified and detected if they are present in a particular sample. Thus, for example, pathogens (viruses, bacteria, fungi, parasites) such as methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) or certain human nucleic acid sequences that are diagnostically important, for example because they have mutations related to certain diseases, can be detected in patient samples.

Auch außerhalb medizinischer Anwendungen ist die PCR von Bedeutung, beispielsweise bei der Untersuchung von Boden- oder Lebensmittelproben auf bestimmte Mikroorganismen, in der Forensik oder bei der synthetischen Herstellung von komplexen Nukleinsäuren.Even outside of medical applications, the PCR is important, for example, in the study of soil or food samples on certain microorganisms, in forensics or in the synthetic production of complex nucleic acids.

Die PCR erfordert in der herkömmlichen Form einen erheblichen Aufwand mit Hinblick auf Reagenzien, Geräte und Arbeitsanfall, insbesondere bei diagnostischen Anwendungen. Für jede einzelne Probe muss ein Reaktionsansatz zusammengestellt werden, der eine ganze Reihe spezifischer, teilweise thermoinstabiler Reagenzien enthält. Der fertige Reaktionsansatz muss über längere Zeit zyklisch bei verschiedenen Temperaturen inkubiert werden. Schon ein einzelner Fehler oder eine Inaktivierung eines Reagenz verhindern den Ablauf der Reaktion.The PCR requires a considerable effort in the conventional form with regard to reagents, equipment and workload, especially in diagnostic applications. For each individual sample, a reaction mixture containing a number of specific, partially thermo-stable reagents has to be assembled. The finished reaction mixture must be cyclically incubated for a long time at different temperatures. Even a single error or inactivation of a reagent prevents the reaction from proceeding.

Kann die Zuverlässigkeit der Reaktion nicht garantiert werden, so bleibt das Ergebnis ohne Aussagekraft. Die Reaktion muss vor Kontaminationen geschützt werden, über die das Ergebnis verfälschende Nukleinsäuren eingebracht werden können, ebenso vor Stoffen, die den Zerfall von essentiellen Reagenzien beschleunigen können.If the reliability of the reaction can not be guaranteed, the result will be meaningless. The reaction must be protected against contamination that can introduce the result of falsifying nucleic acids, as well as against substances that can accelerate the decomposition of essential reagents.

Die Analyse des Reaktionsproduktes erfordert eine erhebliche apparative Ausstattung, beispielsweise ein Gerät, das empfindliche Fluoreszenzmessungen gestattet.The analysis of the reaction product requires considerable equipment, such as a device that allows sensitive fluorescence measurements.

Für viele Anwender mit begrenzter Expertise und Infrastruktur ist die Verwendung der PCR nicht mit der erforderlichen Zuverlässigkeit durchführbar. Insbesondere bei geringem Probenaufkommen lohnt der Aufwand der Etablierung eines dafür geeigneten Labors nicht.For many users with limited expertise and infrastructure, the use of PCR is not feasible with the requisite reliability. Especially with low sample volumes the effort of establishing a suitable laboratory is not worthwhile.

Zu analysierende Proben müssen dann verpackt und zu einem Speziallabor versandt werden, bei dem eine große Zahl von Proben abgearbeitet wird. Dies verzögert die Analyse und erhöht die Kosten. Beim Transport besteht die Gefahr, dass eine Probe verloren geht, verdirbt oder durch Beschädigung unbrauchbar wird.Samples to be analyzed must then be packaged and shipped to a specialized laboratory where a large number of samples are processed. This delays the analysis and increases the cost. During transport there is a risk that a sample will be lost, spoiled or unusable due to damage.

Vor diesem Hintergrund besteht eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe darin, ein möglichst anwenderfreundliches System für die Durchführung von PCR-Reaktionen zu schaffen, das einfach zu bedienen ist, insbesondere nicht die Zubereitung komplexer Reaktionsansätze verlangt.Against this background, an object underlying the present invention is to provide a user-friendly system for carrying out PCR reactions, which is easy to use, in particular does not require the preparation of complex reaction mixtures.

Das System soll möglichst schnell und Ressourcen (Zeit, Energie, Reagenzien- und Probenverbrauch) sparend funktionieren, keine besonderen Bedingungen verlangen und gegenüber Störungen, Beschädigungen und Bedienungsfehlern möglichst wenig anfällig sein.The system should operate as fast as possible and resources (time, energy, reagent and sample consumption) to save, require no special conditions and be less susceptible to interference, damage and operating errors.

Gleichzeitig soll das System die parallele Abarbeitung möglichst vieler Proben gestatten. Je nach Bedarf soll das System die Untersuchung möglichst jeder Art von Probe bzw. jede interessierende Untersuchung, mit einem möglichst großen Spektrum von Parametern, flexibel und kurzfristig ermöglichen. Es soll möglich sein, eine Probe, beispielsweise von einem Patienten, mit möglichst geringem Aufwand und Zeitbedarf auf mehrere diagnostische Parameter zu untersuchen.At the same time, the system should allow the parallel processing of as many samples as possible. Depending on requirements, the system should enable the examination of any kind of sample or any investigation of interest, with the widest possible range of parameters, flexibly and at short notice. It should be possible to examine a sample, for example from a patient, with the least possible effort and time required for several diagnostic parameters.

Nicht zuletzt soll das System die genannten Vorteile mit einer Sicherung gegen Kontaminationen von außen vereinen, die beispielsweise durch das mit der Bedienung betraute Personal eingetragen werden könnten.Last but not least, the system should combine the mentioned advantages with a protection against contamination from the outside, which could be registered, for example, by the personnel entrusted with the operation.

Diese und weitere Aufgaben werden durch den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung und insbesondere auch durch den Gegenstand der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei sich Ausführungsformen aus den Unteransprüchen ergeben.These and other objects are achieved by the subject matter of the present application and in particular also by the subject of the appended independent claims, wherein embodiments result from the subclaims.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird in einem ersten Aspekt gelöst durch eine analytische Vorrichtung umfassend eine Denaturierungskammer, eine Amplifikationskammer und eine Annealingkammer,
wobei die Temperatur der Denaturierungskammer auf eine Temperatur zwischen 90 °C und 105 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist,
wobei die Temperatur der Amplifikationskammer auf eine Temperatur zwischen 60 °C und 80 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist,
wobei die Temperatur der Annealingkammer auf eine Temperatur zwischen 40°C und 67 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist,
und wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass eine Probe in die Denaturierungskammer eingebracht werden kann und zwischen der Denaturierungskammer, der Amplifikationskammer, der Annealingkammer und optional weiteren Kammern hin und her übertragen werden kann.
The object underlying the invention is achieved in a first aspect by an analytical device comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber,
wherein the temperature of the denaturation chamber can be adjusted to a temperature between 90 ° C and 105 ° C, is preferably set,
wherein the temperature of the amplification chamber can be adjusted to a temperature between 60 ° C and 80 ° C, is preferably set,
wherein the temperature of the annealing chamber can be adjusted to a temperature between 40 ° C and 67 ° C, is preferably set,
and wherein the apparatus is configured such that a sample may be introduced into the denaturation chamber and transferred between the denaturation chamber, the amplification chamber, the annealing chamber, and optionally further chambers.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Aufnahmekammer mit einem Zugang zur Oberfläche der analytischen Vorrichtung, über den eine Probe in die Aufnahmekammer eingebracht und anschließend zu weiteren Kammern übertragen werden kann.In a preferred embodiment, the device according to the invention comprises a receiving chamber with an access to the surface of the analytical device, via which a sample can be introduced into the receiving chamber and subsequently transferred to further chambers.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Amplifikationskammer der Denaturierungskammer nachgeschaltet und die Annealingkammer der Amplifikationskammer.In a further preferred embodiment, the amplification chamber is connected downstream of the denaturation chamber and the annealing chamber of the amplification chamber.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter ein analytisches Reagenz, das in der flüssigen Probe löslich ist, bevorzugt ein lyophilisiertes Reagenz.In a further preferred embodiment, the device according to the invention further comprises an analytical reagent that is soluble in the liquid sample, preferably a lyophilized reagent.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der optional vorhandenen Aufnahmekammer nachgeschaltet und der Denaturierungskammer vorgeschaltet, bevorzugt direkt vorgeschaltet, eine Mischkammer vorgesehen, die bevorzugterweise das analytische Reagenz aufweist.In a further preferred embodiment, the optionally present receiving chamber is connected downstream of the denaturing chamber, preferably directly upstream, provided a mixing chamber, which preferably has the analytical reagent.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die analytische Vorrichtung wenigstens zwei Sets von Kammern, jeweils umfassend eine Denaturierungskammer, eine Amplifikationskammer und eine Annealingkammer,
wobei bevorzugt der Aufnahmekammer nachgeschaltet und der Denaturierungskammer vorgeschaltet, besonders bevorzugt direkt vorgeschaltet, eine Mischkammer vorgesehen ist, die bevorzugterweise das analytische Reagenz aufweist, und aus der Mischkammer jeweils ein Teil einer flüssigen Probe in eine Kammer des jeweiligen Sets übertragen werden kann.
In a further preferred embodiment, the analytical device comprises at least two sets of chambers, each comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber,
wherein preferably the receiving chamber downstream of the denaturation and upstream of the denaturation, particularly preferably directly upstream, a mixing chamber is provided, which preferably comprises the analytical reagent, and from the mixing chamber in each case a portion of a liquid sample can be transferred into a chamber of the respective set.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die diagnostische Vorrichtung wenigstens eine Heizzone auf, wobei die Denaturierungskammer, bevorzugt zusätzlich die Amplifikationskammern, noch bevorzugter zusätzlich die Annealingkammern der wenigstens zwei Sets jeweils auf einer Heizzone angeordnet sind.In a further preferred embodiment, the diagnostic device has at least one heating zone, wherein the denaturation chamber, preferably additionally the amplification chambers, more preferably additionally the annealing chambers of the at least two sets are each arranged on a heating zone.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Auslesekammer auf, in die die flüssige Probe aus der Denaturierungskammer, aus der Amplifikationskammer oder der Annealingkammer übertragen werden kann.In a preferred embodiment, the device has a read-out chamber into which the liquid sample can be transferred from the denaturation chamber, from the amplification chamber or the annealing chamber.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Auslesekammer wenigstens eine immobilisierte Nukleinsäure.In a further preferred embodiment, the read-out chamber comprises at least one immobilized nucleic acid.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der diagnostischen Vorrichtung um einen Laborchip.
In einem zweiten Aspekt wird das der Erfindung zu Grunde liegende Problem gelöst durch eine Analyseeinheit geeignet zur Aufnahme der analytischen Vorrichtung, bevorzugt umfassend die erfindungsgemäße analytische Vorrichtung,
In a further preferred embodiment, the diagnostic device is a laboratory chip.
In a second aspect, the problem underlying the invention is solved by an analysis unit suitable for receiving the analytical device, preferably comprising the analytical device according to the invention,

umfassend eine Heizvorrichtung, die so beschaffen ist, dass in der Denaturierungskammer, Amplifikationskammer und Annealingkammer und/oder in der Heizzone für die Denaturierungskammern, Amplifikationskammer bzw. Annealingkammern die erforderliche Temperatur eingestellt werden kann bzw. eingestellt ist
und/oder umfassend ein Mittel zum Auslesen einer flüssigen Probe in der Auslesekammer der analytischen Vorrichtung.
comprising a heating device arranged such that the required temperature can be set in the denaturation chamber, amplification chamber and annealing chamber and / or in the heating zone for the denaturation chambers, amplification chamber or annealing chambers
and / or comprising means for reading out a liquid sample in the read-out chamber of the analytical device.

In einem dritten Aspekt wird das der Erfindung zu Grunde liegende Problem gelöst durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen analytischen Vorrichtung zur Untersuchung einer flüssigen Probe mittels Polymerase-Kettenreaktion.In a third aspect, the problem underlying the invention is solved by a use of the analytical device according to the invention for the examination of a liquid sample by means of polymerase chain reaction.

In einem vierten Aspekt wird das der Erfindung zu Grunde liegende Problem gelöst durch ein Verfahren umfassend die Schritte:

  1. a) Einbringen einer flüssigen Probe in die Denaturierungskammer der erfindungsgemäßen analytischen Vorrichtung, anschließend Denaturieren der Probe,
  2. b) Übertragen der flüssigen Probe aus Schritt a) in die Annealingkammer, anschließend Annealing,
  3. c) Übertragen der flüssigen Probe aus Schritt b) in die Amplifikationskammer, anschließend Amplifizieren,
  4. d) optional Wiederholen der Schritte a), b) und c),
  5. e) optional: Übertragen der flüssigen Probe aus Schritt c) oder d) in die Auslesekammer, anschließend Auslesen der flüssigen Probe.
In a fourth aspect, the problem underlying the invention is solved by a method comprising the steps:
  1. a) introducing a liquid sample into the denaturation chamber of the analytical device according to the invention, then denaturing the sample,
  2. b) transferring the liquid sample from step a) into the annealing chamber, then annealing,
  3. c) transferring the liquid sample from step b) into the amplification chamber, then amplifying,
  4. d) optionally repeating steps a), b) and c),
  5. e) optionally: transferring the liquid sample from step c) or d) into the read-out chamber, then reading out the liquid sample.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine flüssige Probe, bevorzugt eine nukleinsäurehaltige flüssige Probe oder eine Probe, die darauf zu untersuchen ist, ob sie eine Nukleinsäure enthält.In a further preferred embodiment, the device according to the invention comprises a liquid sample, preferably a nucleic acid-containing liquid sample or a sample, which is to be examined for whether it contains a nucleic acid.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine analytische Vorrichtung mit wenigstens einem Set an Kammern, jeweils umfassend eine Denaturierungskammer, eine Amplifikationskammer und eine Annealingkammer. Die analytische Vorrichtung gestattet es, eine extern gewonnene Probe in die Denaturierungskammer einzubringen, optional über eine andere Kammer.The present invention relates to an analytical device having at least one set of chambers, each comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber. The analytical device allows to introduce an externally obtained sample into the denaturation chamber, optionally via another chamber.

Bei der Probe handelt es sich um eine flüssige Probe oder aber um eine feste Probe, sofern letztere im Inneren der analytischen Vorrichtung in eine Flüssigkeit aufgenommen wird, so dass die Probe für die weitere Prozessierung ebenfalls in flüssiger Form zur Verfügung steht. Eine geeignete Vorrichtung zum Überführen einer festen Probe in eine Flüssigkeit und ein Verfahren ist beispielsweise in der EP15002317.4 beschrieben.The sample is a liquid sample or a solid sample, provided that the latter is taken up in a liquid inside the analytical device, so that the sample is also available in liquid form for further processing. A suitable device for transferring a solid sample into a liquid and a method is for example in EP15002317.4 described.

Bei der Probe handelt es sich bevorzugt um eine nukleinsäurehaltige Probe oder eine Probe, die darauf zu untersuchen ist, ob sie eine Nukleinsäure enthält, wobei die Probe in einer weitgehend unprozessierten Form vorliegen kann, beispielsweise einer direkt von einem Patienten gewonnen Probe oder eine Bodenprobe. Alternativ kann die Probe aufbereitet sein, beispielsweise durch Isolieren und/oder Anreichern der darin enthaltenen Nukleinsäure. Bei der Nukleinsäure kann es sich um jegliche Nukleinsäure oder um ein Derivat davon handeln, die bzw. das mit Hilfe einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR) amplifiziert werden kann, bevorzugt um DNA oder RNA.The sample is preferably a nucleic acid-containing sample or a sample to be assayed for containing a nucleic acid, which sample may be in a substantially unprocessed form, such as a sample directly obtained from a patient or a soil sample. Alternatively, the sample may be prepared, for example, by isolating and / or enriching the nucleic acid contained therein. The nucleic acid may be any nucleic acid or a derivative thereof which may be amplified using a polymerase chain reaction (PCR), preferably DNA or RNA.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein gegenüber der Umgebung abschließbares, bevorzugt abgeschlossenes System mit Kammern und Verbindungskanälen. In einer bevorzugten Ausführungsform bedeutet "abschließbar", dass das innere System zeitweilig zum Einbringen einer Probe geöffnet werden kann, im abgeschlossenen Zustand ein Einbringen von Probe oder kontaminierendem Material nicht möglich ist. Beispielsweise kann das System eine Öffnung aufweisen, die mit einem Deckel verschlossen werden kann.The device according to the invention comprises a preferably closed-off system, which can be closed off from the environment, with chambers and connecting channels. In a preferred embodiment, "lockable" means that the inner system can be temporarily opened for introduction of a sample, in the closed state, an introduction of sample or contaminating material is not possible. For example, the system may have an opening that can be closed with a lid.

In diesem System kann eine flüssige Probe, vom Anwender bzw. einer Steuerungseinheit gesteuert, in kompakter, zusammenhängender Form bewegt werden, insbesondere durch Übertragung von einer ersten Kammer zu einer zweiten Kammer. Dem Fachmann sind zahlreiche Wege bekannt, wie dies bewerkstelligt werden kann, beispielsweise mit Hilfe von Druckunterschieden, die über eine Pumpe oder Spritze erzeugt werden. Die Verbindungskanäle können Ventile umfassen, die die Lenkung eines Flüssigkeitsstromes gestatten. Der Abschluss gegenüber der Umgebung verhindert Kontaminationen von außen und den Verlust von Flüssigkeit durch Verdampfen.In this system, a liquid sample, controlled by the user or a control unit, can be moved in a compact, contiguous form, in particular by transmission from a first chamber to a second chamber. Many ways are known to those skilled in the art how this can be accomplished, for example, by means of pressure differentials generated by a pump or syringe. The connection channels may include valves that allow the steering of a fluid flow. Closing to the environment prevents external contamination and loss of fluid through evaporation.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird unter dem Begriff "Kammer", wie hierin verwendet, ein Bereich innerhalb der Vorrichtung verstanden, in dem die gesamte flüssige Probe in kompakter, zusammenhängender Form unter im Wesentlichen definierten, gleichförmigen Bedingungen inkubiert werden kann. Eine Kammer kann ein Hohlraum sein, der geometrisch durch seine Form abgegrenzt ist, beispielsweise gegenüber einem Verbindungskanal einen verbreiterten Durchmesser und ein entsprechend größeres Volumen aufweist. Alternativ kann eine Kammer dadurch geschaffen werden, dass die flüssige Probe zusammenhängend einen abgegrenzten Bereich eines Verbindungskanals einnimmt, wobei die Oberfläche der Flüssigkeit gegenüber der sie umgebenden Gasphase die Grenze der Kammer bildet. Die Kammern können abschließbar ausgeführt sein, um ein Entweichen von flüssiger Probe zu verhindern, beispielsweise aus einer Kammer mit hoher Temperatur.In a preferred embodiment, the term "chamber" as used herein means an area within the device in which the entire liquid sample can be incubated in a compact, contiguous form under substantially defined, uniform conditions. A chamber may be a cavity, which is delimited geometrically by its shape, for example, compared to a connecting channel has a widened diameter and a correspondingly larger volume. Alternatively, a chamber may be created by the liquid sample contiguously occupying a defined area of a connection channel, the surface of the liquid being the boundary of the chamber with respect to the surrounding gas phase. The chambers may be lockable to prevent leakage of liquid sample, for example from a high temperature chamber.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird unter dem Begriff "Laborchip", wie hierin verwendet, ein abgeschlossenes System verstanden, das Kammern und Verbindungskanäle enthält, in denen alle Schritte von der Einbringung einer unprozessierten Probe über deren Vorbereitung und Prozessierung bis hin zur einer Analyse ausgeführt werden können.In a preferred embodiment, the term "laboratory chip" as used herein is understood to mean a sealed system that includes chambers and interconnecting channels in which all steps from the introduction of an unprocessed sample through its preparation and processing to analysis can be performed ,

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens ein Set umfassend eine Denaturierungskammer, eine Amplifikationskammer und eine Annealingkammer auf, beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 8 oder 12 Sets.The device according to the invention has at least one set comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber, for example 2, 3, 4, 5, 6, 8 or 12 sets.

Die Denaturierungskammer ist so ausgestaltet und weist geeignete Bedingungen auf, dass eine in der flüssigen Probe enthaltene doppelsträngige Nukleinsäure denaturiert werden kann, d. h. die Doppelstränge lösen sich unter Freisetzung entsprechender Einzelstränge. Insbesondere kann die Temperatur auf einen geeigneten Wert eingestellt werden bzw. ist darauf eingestellt, bevorzugt zwischen 90 °C und 105 °C, noch bevorzugter zwischen 90 °C und 99 °C. Dem Fachmann ist es im Rahmen routinemäßiger Berechnungen und Vorversuche möglich, geeignete Bedingungen, insbesondere eine geeignete Temperatur, zur Denaturierung einer gegebenen doppelsträngigen Nukleinsäure zu ermitteln.The denaturation chamber is designed and has suitable conditions that a double-stranded nucleic acid contained in the liquid sample can be denatured, ie the double strands dissolve to release corresponding single strands. In particular, the temperature may be adjusted to an appropriate value, preferably between 90 ° C and 105 ° C, more preferably between 90 ° C and 99 ° C. Within the scope of routine calculations and preliminary tests, it is possible for a person skilled in the art to determine suitable conditions, in particular, to determine a suitable temperature for denaturing a given double-stranded nucleic acid.

Die Annealingkammer ist so ausgestaltet und weist geeignete Bedingungen auf, dass in der flüssigen Probe enthaltene Primer spezifisch an die Einzelstränge der Nukleinsäure in der flüssigen Probe annealen, d.h. spezifisch mit ihnen hybridisieren. Insbesondere kann die Temperatur auf einen geeigneten Wert eingestellt werden bzw. ist darauf eingestellt, bevorzugt zwischen 40 °C und 67 °C. Dem Fachmann ist es im Rahmen routinemäßiger Berechnungen und Vorversuche möglich, geeignete Bedingungen, insbesondere eine geeignete Temperatur, für das Annealen gegebener Primer an die Einzelstränge einer gegebenen Nukleinsäure mit ausreichender Spezifität zu ermitteln.The annealing chamber is designed and has suitable conditions for primers contained in the liquid sample to specifically anneal to the single strands of the nucleic acid in the liquid sample, i. specifically hybridize with them. In particular, the temperature can be adjusted to a suitable value or is set thereon, preferably between 40 ° C. and 67 ° C. In the context of routine calculations and preliminary experiments, it is possible for the person skilled in the art to determine suitable conditions, in particular a suitable temperature, for annealing given primers to the single strands of a given nucleic acid with sufficient specificity.

Die Amplifikationskammer ist so ausgestaltet und weist geeignete Bedingungen auf, dass durch eine anwesende Polymerase die Einzelstränge der Nukleinsäure ausgehend von den annealten Primer zu einem Doppelstrang aufsysnthetisiert werden, Im Ergebnis wird der durch die Primer eingegrenzte Teil einer doppelsträngigen Nukleinsäure aus der in die Vorrichtung eingebrachten flüssigen Probe amplifiziert. Dem Fachmann ist es im Rahmen routinemäßiger Berechnungen und Vorversuche möglich, geeignete Bedingungen zu ermitteln. Insbesondere kann die Temperatur auf einen geeigneten Wert eingestellt werden bzw. ist darauf eingestellt, bevorzugt zwischen 60 °C und 80 °C, noch bevorzugter zwischen 65 °C und 74 °C.The amplification chamber is designed and has suitable conditions such that a polymerase present causes the single strands of the nucleic acid to be duplexed starting from the annealed primers. As a result, the portion of a double-stranded nucleic acid bound by the primers is removed from the liquid Sample amplified. It is possible for a person skilled in the art to determine suitable conditions within the scope of routine calculations and preliminary tests. In particular, the temperature may be adjusted to an appropriate value, preferably between 60 ° C and 80 ° C, more preferably between 65 ° C and 74 ° C.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Amplifikationskammer der Denaturierungskammer nachgeschaltet. In einer bevorzugten Ausführungsform bedeutet der Begriff, dass eine zweite Kammer einer ersten "nachgeschaltet" ist, wie hierin verwendet, dass eine in die Vorrichtung eingebrachte flüssige Probe, die die Vorrichtung auf kürzest möglichem Wege durchläuft, zuerst die erste Kammer passiert und anschließend die zweite Kammer. Dass eine zweite Kammer einer ersten "direkt nachgeschaltet" ist, bedeutet bevorzugt, dass die Probe dabei aus der ersten Kammer direkt in die zweite Kammer übertragen wird, ohne dazwischen weitere Kammern zu passieren.In a further preferred embodiment, the amplification chamber is connected downstream of the denaturation chamber. In a preferred embodiment, the term that a second chamber is a "downstream" one, as used herein, means that a liquid sample introduced into the device that traverses the device by the shortest path passes first the first chamber and then the second Chamber. That a second chamber of a first "directly downstream", preferably means that the sample is transferred from the first chamber directly into the second chamber, without passing through other chambers in between.

Optional weist die erfindungsgemäße Vorrichtung, dem wenigstens ein Set umfassend eine Denaturierungskammer, eine Amplifikationskammer und eine Annealingkammer vorgeschaltet, bevorzugt direkt vorgeschaltet, eine Mischkammer auf. Die Mischkammer ist so ausgestaltet, dass ein für die Nachweisreaktion geeignetes Volumen der flüssigen Probe daraus in das wenigstens eine Set übertragen werden kann. Sofern die Vorrichtung mehr als ein Set aufweist, gestattet die Mischkammer, dass die flüssige Probe in geeigneter Weise portioniert wird, dass in jedes Set ein Teil der flüssigen Probe mit einem jeweils für die Nachweisreaktion ausreichenden Volumen übertragen wird.Optionally, the device according to the invention, preceded by at least one set comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber, preferably directly upstream, has a mixing chamber. The mixing chamber is designed such that a volume of the liquid sample suitable for the detection reaction can be transferred therefrom into the at least one set. If the device has more than one set, the mixing chamber allows in that the liquid sample is portioned in a suitable manner, that in each set a part of the liquid sample is transferred with a volume sufficient in each case for the detection reaction.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung weiterhin ein analytisches Reagenz. Das analytische Reagenz umfasst alle Stoffe, die für die Durchführung der Nachweisreaktion, bevorzugt der PCR-Reaktion, erforderlich sind, sofern diese nicht ohnehin in der flüssigen Probe vorhanden sind oder ihre Anwesenheit in der flüssigen Probe nachgewiesen werden soll. Beispielsweise umfasst die flüssige Probe die zu amplifizierende Nukleinsäure oder soll darauf untersucht werden, ob sie die zu amplifizierende Nukleinsäure enthält, und das analytische Reagenz umfasst außer einer als Template geeigneten Nukleinsäure alle anderen Stoffe, die für die Durchführung der PCR-Reaktion erforderlich sind.Preferably, the device further comprises an analytical reagent. The analytical reagent comprises all substances which are necessary for carrying out the detection reaction, preferably the PCR reaction, if these are not already present in the liquid sample or their presence in the liquid sample is to be detected. For example, the liquid sample comprises the nucleic acid to be amplified or is to be examined for whether it contains the nucleic acid to be amplified, and the analytical reagent comprises, in addition to a nucleic acid suitable as template, all other substances which are necessary for carrying out the PCR reaction.

Das analytische Reagenz liegt bevorzugt in trockener, bevorzugt lyophilisierter Form vor. Es ist derart beschaffen, dass es sich bei Kontakt mit der flüssigen Probe darin auflöst, so dass die für die Nachweisreaktion, bevorzugt die PCR-Reaktion, notwendigen Stoffe in ausreichender Konzentration vorhanden sind. Optional weist die Vorrichtung ein Mittel auf oder es wird ein geeigneter Verfahrensschritt vorgesehen, um das Lösen des analytischen Reagenzes in der Probe zu fördern. Beispielsweise kann die flüssige Probe mehrfach mit dem Reagenz kontaktiert werden, oder das analytische Reagenz wird durch einen Mikrorührer mit der flüssigen Probe vermischt. Das analytische Reagenz umfasst bevorzugt eine Polymerase und/oder reverse Transkriptase, dNTPs, einen Puffer, Magnesiumchlorid, wenigstens einen Primer, bevorzugt wenigstens ein Primerpaar, optional markiert, ein Detergens, bevorzugt aus der Gruppe umfassend Betain, Tween oder Dimethylsulfoxid, sowie ein Polypeptid wie Rinderserumalbumin.The analytical reagent is preferably in dry, preferably lyophilized form. It is such that it dissolves in contact with the liquid sample therein, so that the substances necessary for the detection reaction, preferably the PCR reaction, are present in sufficient concentration. Optionally, the device comprises means or a suitable method step is provided to promote the dissolution of the analytical reagent in the sample. For example, the liquid sample can be repeatedly contacted with the reagent, or the analytical reagent is mixed by a micro-stirrer with the liquid sample. The analytical reagent preferably comprises a polymerase and / or reverse transcriptase, dNTPs, a buffer, magnesium chloride, at least one primer, preferably at least one primer pair, optionally labeled, a detergent, preferably from the group comprising betaine, tween or dimethyl sulfoxide, and a polypeptide such as bovine serum albumin.

Umfasst das analytische Reagenz mehrere Stoffe, so können diese getrennt voneinander in der Vorrichtung lokalisiert sein. Bevorzugt liegt das analytische Reagenz in einer kompakten Form vor, die alle Stoffe umfasst.If the analytical reagent comprises several substances, these may be located separately in the device. Preferably, the analytical reagent is in a compact form comprising all substances.

Das analytische Reagenz kann in jedem Teil der Vorrichtung lokalisiert sein, sofern sichergestellt ist, dass es vor Durchführung der Nachweisreaktion mit der flüssigen Probe in Kontakt kommt und durchmischt wird. Bevorzugt ist es in der Mischkammer lokalisiert.The analytical reagent may be located in any part of the device, as long as it is ensured that it comes into contact with the liquid sample and is mixed before the detection reaction is carried out. Preferably, it is localized in the mixing chamber.

Weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere Sets an Kammern auf und sollen in diesen verschiedene PCR-Reaktionen ablaufen, so müssen für die jeweilige Reaktion spezifische Reagenzien, insbesondere Primer, dem jeweiligen Teil der Probe in dem jeweiligen Set spezifisch zugeführt werden, statt dass das analytische Reagenz in einer kompakten Form alle Stoffe umfasst. Die spezifischen Reagenzien, insbesondere ein oder mehr als ein Primer, können dem für die jeweilige Reaktion bestimmten Teil der Probe zugeführt werden, ohne dass sie mit den Teilen der Probe für die anderen Reaktionen in Kontakt geraten. Zu diesem Zweck kann jedes Set an Kammern wenigstens ein spezifisches Reagenz, insbesondere einen oder mehr als einen Primer, enthalten, das sich in dem Teil der flüssigen Probe löst, der in dieses Set übertragen wird.If the device according to the invention has several sets of chambers and if these are to be used in different PCR reactions, they must be suitable for the respective reaction specific reagents, in particular primers, are specifically supplied to the respective part of the sample in the respective set, rather than the analytical reagent comprising all substances in a compact form. The specific reagents, in particular one or more than one primer, can be added to the part of the sample intended for the particular reaction without coming into contact with the parts of the sample for the other reactions. For this purpose, each set of compartments may contain at least one specific reagent, in particular one or more than one primer, which dissolves in the portion of the liquid sample transferred into that set.

Weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mehr als ein Set an Kammern auf, so umfasst sie bevorzugt wenigstens eine Heizzone. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung zum durchgehenden Beheizen eines Bereichs auf der Vorrichtung, in dem wenigstens zwei Kammern lokalisiert sind, die auf die gleiche Temperatur eingestellt werden können, bevorzugt eingestellt sind. Umfasst die Vorrichtung beispielsweise zwei Sets, so können beide Denaturierungskammern mit der gleichen Heizzone auf eine Temperatur von 95 °C eingestellt werden.If the device according to the invention has more than one set of chambers, it preferably comprises at least one heating zone. This is a device for continuously heating a region on the device in which at least two chambers are located, which can be adjusted to the same temperature, are preferably set. If the device comprises, for example, two sets, both denaturation chambers can be set to a temperature of 95 ° C. with the same heating zone.

Umfasst die Vorrichtung wenigstens zwei Sets und wenigstens eine Heizzone, so kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Temperatur aller Denaturierungskammern durch eine Heizzone für die Denaturierungskammern eingestellt werden bzw. wird für sie eingestellt, so dass in den Denaturierungskammern die gleiche Temperatur herrscht.If the device comprises at least two sets and at least one heating zone, then in a preferred embodiment the temperature of all denaturation chambers can be set by a heating zone for the denaturation chambers or adjusted for them, so that the same temperature prevails in the denaturation chambers.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Temperatur aller Amplifikationskammern durch eine Heizzone für die Amplifikationskammern eingestellt werden bzw. wird für sie eingestellt, so dass in den Amplifikationskammern die gleiche Temperatur herrscht. Alternativ können die die Temperaturen der jeweiligen Annealingkammern einzeln eingestellt werden.In a further preferred embodiment, the temperature of all amplification chambers can be adjusted by a heating zone for the amplification chambers or is set for them, so that the same temperature prevails in the amplification chambers. Alternatively, the temperatures of the respective annealing chambers can be set individually.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Temperatur aller Annealingkammern durch eine Heizzone für die Annealingkammern eingestellt werden bzw. wird für sie eingestellt, so dass in den Annealingkammern die gleiche Temperatur herrscht.In a further preferred embodiment, the temperature of all the annealing chambers can be adjusted by a heating zone for the annealing chambers or is set for them, so that the same temperature prevails in the annealing chambers.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Temperatur aller Denaturierungskammern und aller Amplifikationskammern durch eine Heizzone für alle Denaturierungskammern bzw. durch eine Heizzone für alle Amplifikationskammern eingestellt werden bzw. wird für sie eingestellt, so dass in allen Denaturierungskammern die gleiche Temperatur herrscht und so dass in allen Amplifikationskammern die gleiche Temperatur herrscht.In a further preferred embodiment, the temperature of all denaturation chambers and of all amplification chambers can be determined by a heating zone for all denaturation chambers or by a heating zone for all amplification chambers be set or is set for them, so that in all Denaturierungskammern the same temperature prevails and so that prevails in all Amplifikationskammern the same temperature.

Alternativ können die die Temperaturen der jeweiligen Annealingkammern und/oder Denaturierungskammern einzeln eingestellt werden.Alternatively, the temperatures of the respective annealing chambers and / or denaturation chambers may be adjusted individually.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Temperatur aller Denaturierungskammern, aller Amplifikationskammern und aller Annealingkammern durch eine Heizzone für alle Denaturierungskammern bzw. durch eine Heizzone für alle Amplifikationskammern bzw. durch eine Heizzone für alle Annealingkammern eingestellt werden bzw. wird für sie eingestellt, so dass in allen Denaturierungskammern die gleiche Temperatur herrscht, in allen Amplifikationskammern die gleiche Temperatur herrscht und in allen Annealingkammern die gleiche Temperatur herrscht.In a further preferred embodiment, the temperature of all denaturation chambers, all amplification chambers and all annealing chambers can be adjusted by a heating zone for all denaturation chambers or by a heating zone for all amplification chambers or by a heating zone for all annealing chambers, so that in the same temperature prevails in all denaturation chambers, in all amplification chambers the same temperature prevails and in all annealing chambers the same temperature prevails.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die analytische Vorrichtung ein Einwegartikel, der nach dem Gebrauch in seiner Gesamtheit verworfen wird. Der Einwegartikel ist an eine mehrfach, mit jeweils einem neuen Einwegartikel zu benutzende Analyseeinheit derart angepasst, dass letztere wenigstens eine Heizvorrichtung aufweist, mit der in der Denaturierungskammer, Amplifikationskammer und Annealingkammer und/oder in der Heizzone für die Denaturierungskammern, Amplifikationskammer bzw. Annealingkammern die erforderliche Temperatur eingestellt werden kann bzw. eingestellt ist.In a preferred embodiment, the analytical device is a disposable article which is discarded after use in its entirety. The disposable article is adapted to a multipurpose, to be used with a new disposable analysis unit such that the latter has at least one heating device with the Denaturierungskammer in the denaturation, amplification and Annealingkammer and / or in the heating zone for Denaturierungskammern, amplification or Annealingkammern the required Temperature can be set or is set.

Bevorzugt enthält die Analyseeinheit ein Mittel zum Auslesen einer flüssigen Probe, die sich in der Auslesekammer der analytischen Vorrichtung befindet, welche wiederum in die Analyseeinheit eingebracht wurde. Dabei kann es sich um ein Fluoreszenzspektroskop handeln, wenn die amplifizierte Nukleinsäure Fluoreszenzlabel enthält oder um ein UV/vis-Spektrophotometer, wenn sie ein Chromophor enthält. Die Analyseeinheit kann darüber hinaus weitere Einheiten umfassen, beispielsweise zum internen Transport von in die Analyseeinheit eingebrachten Einwegartikeln sowie zur Verarbeitung von Daten, die bei der Analyse einer flüssigen Probe in einem Einwegartikel erhalten werden.The analysis unit preferably contains a means for reading out a liquid sample which is located in the read-out chamber of the analytical apparatus, which in turn has been introduced into the analysis unit. This may be a fluorescence spectroscope if the amplified nucleic acid contains fluorescent labels or a UV / vis spectrophotometer if it contains a chromophore. The analysis unit may further comprise further units, for example for the internal transport of disposable articles introduced into the analysis unit and for the processing of data obtained in the analysis of a liquid sample in a disposable article.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt ein Verfahren zum Nachweis einer Nukleinsäuresequenz, noch bevorzugter ein diagnostisches Verfahren zum Nachweis einer Nukleinsäuresequenz. Bei der Nukleinsäuresequenz kann es sich um eine humane Sequenz oder die Sequenz eines Pathogens handeln.The method of the invention is preferably a method for detecting a nucleic acid sequence, more preferably a diagnostic method for detection a nucleic acid sequence. The nucleic acid sequence may be a human sequence or the sequence of a pathogen.

Das Verfahren erfordert das Einbringen einer flüssigen Probe in die Vorrichtung. Optional wird die Probe zunächst in die offene Aufnahmekammer eingebracht. Sofern es sich um eine nicht flüssige Probe handelt, kann diese zunächst in eine flüssige Phase überführt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Probe bereits in der Aufnahmekammer oder zuvor mit analytischem Reagenz zu vermischen. Anschließend kann der Zugang der Aufnahmekammer zur Oberfläche der Vorrichtung verschlossen werden.The method requires the introduction of a liquid sample into the device. Optionally, the sample is first introduced into the open receiving chamber. If it is a non-liquid sample, it can first be converted into a liquid phase. It is also possible to mix the sample already in the receiving chamber or previously with analytical reagent. Subsequently, the access of the receiving chamber to the surface of the device can be closed.

Danach wird die flüssige Probe in die Denaturierungskammer übertragen, optional kann sie zuvor in einer Mischkammer mit analytischem Reagenz kontaktiert und/oder für die Übertragung in mehrere Sets an Kammern portioniert werden. In der Denaturierungskammer wird die Denaturierung durchgeführt (Schritt a). Anschließend wird die flüssige Probe aus Schritt a) in die Annealingkammer übertragen, und es wird darin das Annealing durchgeführt (Schritt b). Anschließend wird die flüssige Probe aus Schritt b) in die Amplifikationskammer übertragen, und es wird die Amplifikation durchgeführt (Schritt c).Thereafter, the liquid sample is transferred to the denaturation chamber, optionally it can be previously contacted in a mixing chamber with analytical reagent and / or portioned for transfer into several sets of chambers. Denaturation is performed in the denaturation chamber (step a). Subsequently, the liquid sample from step a) is transferred into the annealing chamber, and annealing is carried out therein (step b). Subsequently, the liquid sample from step b) is transferred into the amplification chamber, and the amplification is carried out (step c).

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Reaktionszyklus umfassend die Schritte a), b) und c) wiederholt. Insgesamt werden bevorzugt wenigstens 5, 10, 15, 20, 30, 40 oder 45 Reaktionszyklen durchgeführt.In a preferred embodiment, the reaction cycle comprising steps a), b) and c) is repeated. Overall, at least 5, 10, 15, 20, 30, 40 or 45 reaction cycles are preferably carried out.

Schließlich wird die flüssige Probe, bevorzugt aus dem zuletzt durchgeführten Schritt c), in die Auslesekammer übertragen und dort ausgelesen. Nach dem Auslesen kann sie durch Übertragen in die Abfallkammer verworfen werden. Sofern wenigstens zwei Nachweisreaktionen in wenigstens zwei Sets Kammern durchgeführt werden, werden diese bevorzugt zeitgleich oder wenigstens zeitüberlappend durchgeführt, um die Gesamtdauer des Verfahrens zu minimieren. Die Teile der flüssigen Probe aus diesen wenigstens zwei Nachweisreaktionen werden anschließend nacheinander in die Auslesekammer übertragen und dort ausgelesen und anschließend durch Übertragen in die Abfallkammer verworfen, wenigstens alle Teile der flüssigen Probe bis auf den letzten Teil, der in der Auslesekammer verbleiben kann.Finally, the liquid sample, preferably from the last performed step c), transferred to the read-out chamber and read there. After reading, it can be discarded by transferring it to the waste bin. If at least two detection reactions are carried out in at least two sets of chambers, these are preferably carried out simultaneously or at least overlapping in order to minimize the overall duration of the process. The parts of the liquid sample from these at least two detection reactions are then successively transferred to the read-out chamber and read there and then discarded by transferring into the waste chamber, at least all parts of the liquid sample to the last part, which can remain in the read-out chamber.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zwei oder mehr Auslesekammern enthalten. Dabei können Teile der flüssigen Probe aus unterschiedlichen Sets jeweils umfassend eine Denaturierungskammer (5), eine Amplifikationskammer (6) und eine Annealingkammer (7) in unterschiedlichen Auslesekammern analysiert werden, beispielsweise mit Mikroarrays, die sich durch die darin enthaltenen Sonden und/oder Primer unterscheiden. Alternativ kann eine Probe oder ein Teil einer Probe in verschiedenen Auslesekammern analysiert werden.The device according to the invention may contain two or more readout chambers. In this case, parts of the liquid sample of different sets each comprising a denaturation chamber (5), an amplification chamber (6) and a Annealingkammer (7) are analyzed in different read-out chambers, for example with microarrays that differ by the probes and / or primers contained therein. Alternatively, a sample or part of a sample may be analyzed in different readout chambers.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht lediglich beispielhaft und nicht als einschränkend zu verstehen, und verschiedene Kombinationen der angeführten Merkmale sind vom Umfang der Erfindung umfasst.In the following, the invention will be explained with reference to the figures based on embodiments. The described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive, and various combinations of the recited features are included in the scope of the invention.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen analytischen Vorrichtung (1). Diese weist eine mit einem Deckel (13) verschließbare Aufnahmekammer (2) auf, in die eine Probe eingebracht werden kann. Aus der Aufnahmekammer kann die Probe in flüssiger Form in eine Mischkammer (3) überführt werden. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the analytical device (1) according to the invention. This has a with a lid (13) closable receiving chamber (2) into which a sample can be introduced. From the receiving chamber, the sample can be transferred in liquid form into a mixing chamber (3).

Bei ihrer Ankunft kommt sie in der Mischkammer mit einem analytischen Reagenz (4) in Kontakt, das sich dabei in der flüssigen Probe auflöst. Das analytische Reagenz weist bevorzugt alle für eine PCR-Reaktion erforderlichen Reagenzien bis auf die zu amplifizierende Nukleinsäure auf, so dass - vorausgesetzt, dass die Probe die Nukleinsäure enthält - nach dem Auflösen alle für die Reaktion erforderlichen Reagenzien anwesend sind.Upon arrival, it comes into contact with an analytical reagent (4) in the mixing chamber, which dissolves in the liquid sample. The analytical reagent preferably has all the reagents required for a PCR reaction except for the nucleic acid to be amplified, so that - provided that the sample contains the nucleic acid - after dissolution all the reagents required for the reaction are present.

Anschließend kann die flüssige Probe aufgeteilt werden, und jeweils ein Teil gelangt in eine Denaturierungskammer (5), die jeweils ein Teil eines Sets umfassend eine Denaturierungskammer (5), eine Amplifikationskammer (6) und eine Annealingkammer (7) ist. Sämtliche Denaturierungskammern sind in einer Heizzone für die Denaturierungskammern (8) angeordnet, analog sämtliche Amplifikationskammern und sämtliche Annealingkammern in der Heizzone für die Amplifikationskammern (9) bzw. Heizzone für die Annealingkammern (10). Die unterschiedlichen Sets können für unterschiedliche Nachweisreaktionen spezifische Reagenzien enthalten. Beispielsweise kann ein erstes Set ein erstes Primerpaar enthalten und ein zweites Set ein anderes zweites Primerpaar. Für alle Reaktionen benötigte unspezifische Reagenzien können der Probe zuvor zugeführt werden, beispielswese in der Mischkammer (3).Thereafter, the liquid sample may be divided, and one part each passes into a denaturation chamber (5), each of which is a part of a kit comprising a denaturation chamber (5), an amplification chamber (6) and an annealing chamber (7). All denaturation chambers are arranged in a heating zone for the denaturation chambers (8), analogously all amplification chambers and all annealing chambers in the heating zone for the amplification chambers (9) or heating zone for the annealing chambers (10). The different sets may contain specific reagents for different detection reactions. For example, a first set may contain a first primer pair and a second set may contain another second primer pair. Nonspecific reagents required for all reactions may be added to the sample beforehand, for example in the mixing chamber (3).

In der Folge kann eine PCR-Reaktion in der Weise ausgeführt werden, dass die flüssige Probe zunächst bei geeigneten Bedingungen in die Denaturierungskammer eingebracht wird, dort anwesend ist und sich Nukleinsäure-Doppelstränge lösen und Einzelstränge freigesetzt werden. Anschließend wird die Probe umfassend die Einzelstränge in die Annealingkammer übertragen und ist dort unter Bedingungen anwesend, die das Annealen der Primer an die Einzelstränge gestatten. Anschließend wird die flüssige Probe mit Einzelsträngen und daran annealten Primern in die Amplifikationskammer übertragen und ist dort unter Bedingungen anwesend, die ausgehend von den Primern das Amplifizieren, d.h. die Synthese neuer Einzelstränge gestatten, die zu den vorhandenen Einzelsträngen komplementär sind. Anschließend kann die Probe für den Beginn eines neuen Amplifizierungszyklus umfassend die Schritte a), b) und c) erneut in die Denaturierungskammer übertragen werden.As a result, a PCR reaction can be carried out in such a way that the liquid sample is first introduced into the denaturation chamber under suitable conditions, is present there and dissolves nucleic acid double strands and single strands are released. Subsequently, the sample comprising the single strands is transferred into the annealing chamber and is present there under conditions which allow annealing of the primers to the single strands. Subsequently, the liquid sample with single strands and primers annealed thereto is transferred to the amplification chamber and is present there under conditions which, starting from the primers, amplify, i.e., stimulate, the amplification. allow the synthesis of new single strands that are complementary to the existing single strands. Subsequently, the sample may be transferred again to the denaturation chamber for the start of a new amplification cycle comprising steps a), b) and c).

Ist eine ausreichende Zahl von Amplifizierungszyklen abgelaufen, so kann der Teil der Probe, der in einem der Sets umfassend eine Denaturierungskammer (5), eine Amplifikationskammer (6) und eine Annealingkammer (7) enthalten war, in die Auslesekammer (11) übertragen werden. Dort erfolgt eine geeignete Nachweisreaktion, beispielsweise eine Fluoreszenzmessung, mit der Nukleinsäurestränge nachgewiesen werden können, die wenigstens einen fluoreszenzmarkierten Primer enthalten und sich auf diese Weise von Nukleinsäuren unterscheiden, die bereits in der ursprünglich in die Vorrichtung eingebrachten Probe enthalten waren.When a sufficient number of cycles of amplification have elapsed, the portion of the sample contained in one of the sets comprising a denaturation chamber (5), an amplification chamber (6) and an annealing chamber (7) may be transferred to the readout chamber (11). There is a suitable detection reaction, such as a fluorescence measurement, can be detected with the nucleic acid strands containing at least one fluorescently labeled primer and thus differ from nucleic acids that were already included in the originally introduced into the device sample.

Nach Ablauf der Nachweisreaktion kann der in der Auslesekammer enthaltene Teil der Probe durch Übertragen in die Abfallkammer (12) verworfen werden. Die Auslesekammer ist damit leer und steht bereit dafür, dass ein Teil der Probe aus einem anderen Set in sie übertragen und mit einer Nachweisreaktion untersucht werden kann. Auf diese Weise können in der gleichen Auslesekammer mehrere Teile der flüssigen Probe untersucht werden.Upon completion of the detection reaction, the portion of the sample contained in the readout chamber may be discarded by transfer to the waste chamber (12). The read-out chamber is thus empty and is ready for a part of the sample from another set to be transferred into it and examined with a detection reaction. In this way, several parts of the liquid sample can be examined in the same read-out chamber.

Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen analytischen Vorrichtung (1). Sie unterscheidet sich von der in Fig. 1 bezeigten Vorrichtung insbesondere dadurch, dass sie einen ringförmigen Kanal enthält, in dem die Denaturierungskammer, Amplifikationskammer und Annealingkammer nicht in Form von geometrische abgegrenzten Kammern bereitgestellt werden, sondern dadurch, dass die flüssige Probe (14) in Form eines kompakten, zusammenhängenden Tropfens entlang des Ringes in die Heizzone der Denaturierungskammer, Amplifikationskammer bzw. Annealingkammer (8, 9 bzw. 10) übertragen wird. Zusammen mit den Wänden des ringförmigen Kanals bilden die Grenzflächen dieses Tropfens die Grenzen der Kammer aus, beispielsweise, wie hier abgebildet, die Denaturierungskammer (5). Fig. 2 shows a further preferred embodiment of the analytical device (1) according to the invention. It is different from the one in Fig. 1 in particular by having an annular channel in which the denaturation chamber, amplification chamber and annealing chamber are not provided in the form of geometrically delimited chambers, but in that the liquid sample (14) is in the form of a compact contiguous drop along the annulus in the heating zone of the denaturation, amplification or Annealingkammer (8, 9 and 10) is transmitted. Along with the walls of the annular channels, the interfaces of this drop form the boundaries of the chamber, for example, as shown here, the denaturation chamber (5).

In einer bevorzugten Ausführungsform können mehrere ringförmige Kanäle senkrecht zur Papierebene übereinander angeordnet sein; die Heizzonen verlaufen dann bevorzugt ebenfalls senkrecht zur Papierebene, so dass jeweils eine der Heizzonen mehrere ringförmige Kanäle jeweils an der entsprechenden Stelle auf die für die Denaturierungskammer, Amplifikationskammer bzw. Annealingkammer gewünschte Temperatur heizen kann bzw. heizt.In a preferred embodiment, a plurality of annular channels may be arranged one above the other perpendicular to the plane of the paper; The heating zones then preferably also run perpendicular to the paper plane, so that in each case one of the heating zones can heat or heat a plurality of annular channels in each case at the appropriate location to the temperature desired for the denaturing chamber, amplification chamber or annealing chamber.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform verlässt die flüssige Probe während der PCR-Reaktion niemals den ringförmigen Kanal. Sie wird an die jeweils gerade benötigte Stelle des ringförmigen Kanals übertragen, an der die für den auszuführenden Schritt a), b) oder c) geeignete Temperatur herrscht. Auf diese Weise muss kein Flaschenhals, d. h. eine besonders enge Stelle, durchlaufen werden und die Geschwindigkeit der Übertragung der Probe zwischen den unterschiedlichen Kammern kann maximiert werden.In this preferred embodiment, the liquid sample never leaves the annular channel during the PCR reaction. It is transmitted to the respectively required point of the annular channel at which there is a suitable temperature for the step a), b) or c) to be carried out. In this way, there is no need to go through a bottleneck, ie a particularly tight spot, and the speed of transfer of the sample between the different chambers can be maximized.

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Analytische VorrichtungAnalytical device
22
Aufnahmekammerreceiving chamber
33
Mischkammermixing chamber
44
Analytisches ReagenzAnalytical reagent
55
DenaturierungskammerDenaturierungskammer
66
Amplifikationskammeramplification chamber
77
AnnealingkammerAnnealingkammer
88th
Heizzone für die DenaturierungskammernHeating zone for the denaturation chambers
99
Heizzone für die AmplifikationskammernHeating zone for the amplification chambers
1010
Heizzone für die AnnealingkammernHeating zone for the annealing chambers
1111
Auslesekammerelite chamber
1212
Abfallkammerwaste chamber
1313
Deckelcover
1414
Flüssige ProbeLiquid sample

Claims (15)

Analytische Vorrichtung umfassend eine Denaturierungskammer, eine Amplifikationskammer und eine Annealingkammer,
wobei die Temperatur der Denaturierungskammer auf eine Temperatur zwischen 90 °C und 105°C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist,
wobei die Temperatur der Amplifikationskammer auf eine Temperatur zwischen 60 °C und 80 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist,
wobei die Temperatur der Annealingkammer auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 67 °C eingestellt werden kann, bevorzugt eingestellt ist,
und wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass eine flüssige Probe in die Denaturierungskammer eingebracht werden kann und zwischen der Denaturierungskammer, der Amplifikationskammer, der Annealingkammer und optional weiteren Kammern hin und her übertragen werden kann.
Analytical device comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber,
wherein the temperature of the denaturation chamber can be adjusted to a temperature between 90 ° C and 105 ° C, is preferably set,
wherein the temperature of the amplification chamber can be adjusted to a temperature between 60 ° C and 80 ° C, is preferably set,
wherein the temperature of the annealing chamber can be adjusted to a temperature between 40 ° C and 67 ° C, is preferably set,
and wherein the apparatus is configured such that a liquid sample can be introduced into the denaturation chamber and transferred between the denaturation chamber, the amplification chamber, the annealing chamber, and optionally further chambers.
Analytische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiter umfassend eine Aufnahmekammer mit einem Zugang zur Oberfläche der diagnostischen Vorrichtung, über den eine Probe in die Aufnahmekammer eingebracht werden und anschließend zu weiteren Kammern übertragen werden kann.Analytical device according to claim 1, further comprising a receiving chamber with an access to the surface of the diagnostic device, via which a sample can be introduced into the receiving chamber and subsequently transferred to further chambers. Analytische Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Amplifikationskammer der Denaturierungskammer nachgeschaltet ist und die Annealingkammer der Amplifikationskammer.Analytical device according to claim 2, wherein the amplification chamber is connected downstream of the denaturation chamber and the annealing chamber of the amplification chamber. Analytische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Amplifikationskammer direkt der Denaturierungskammer nachgeschaltet ist und die Annealingkammer direkt der Amplifikationskammer.Analytical device according to one of claims 1 to 3, wherein the amplification chamber is connected directly downstream of the denaturation chamber and the annealing chamber directly to the amplification chamber. Analytische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend ein analytisches Reagenz, das in der flüssigen Probe löslich ist, bevorzugt ein lyophilisiertes Reagenz.Analytical device according to one of claims 1 to 4, further comprising an analytical reagent which is soluble in the liquid sample, preferably a lyophilized reagent. Analytische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Aufnahmekammer nachgeschaltet und der Denaturierungskammer vorgeschaltet, bevorzugt direkt vorgeschaltet, eine Mischkammer vorgesehen ist, die bevorzugterweise das analytische Reagenz aufweist.Analytical device according to one of claims 1 to 5, wherein the receiving chamber downstream of the denaturation and upstream, preferably directly upstream, a mixing chamber is provided which preferably comprises the analytical reagent. Analytische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die diagnostische Vorrichtung wenigstens zwei Sets von Kammern umfasst, jeweils umfassend eine Denaturierungskammer, eine Amplifikationskammer und eine Annealingkammer,
und wobei bevorzugt der Aufnahmekammer nachgeschaltet und der Denaturierungskammer vorgeschaltet, besonders bevorzugt direkt vorgeschaltet, eine Mischkammer vorgesehen ist, die bevorzugterweise das analytische Reagenz aufweist, und aus der Mischkammer jeweils ein Teil einer flüssigen Probe in eine Kammer des jeweiligen Sets übertragen werden kann.
Analytical device according to one of claims 1 to 6, wherein the diagnostic device comprises at least two sets of chambers, each comprising a denaturation chamber, an amplification chamber and an annealing chamber,
and preferably wherein the receiving chamber downstream of the denaturation and upstream of the denaturation, particularly preferably directly upstream, a mixing chamber is provided which preferably comprises the analytical reagent, and from the mixing chamber in each case a portion of a liquid sample can be transferred into a chamber of the respective set.
Analytische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die analytische Vorrichtung wenigstens eine Heizzone aufweist, wobei die Denaturierungskammer, bevorzugt zusätzlich die Amplifikationskammern, noch bevorzugter zusätzlich die Annealingkammern der wenigstens zwei Sets jeweils auf einer Heizzone angeordnet sind.Analytical device according to claim 7, wherein the analytical device has at least one heating zone, wherein the denaturation chamber, preferably additionally the amplification chambers, more preferably additionally the annealing chambers of the at least two sets are each arranged on a heating zone. Analytische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtung eine Auslesekammer aufweist , in die die flüssige Probe aus der Denaturierungskammer, aus der Amplifikationskammer oder der Annealingkammer übertragen werden kann.Analytical device according to one of claims 1 to 8, wherein the device comprises a read-out chamber into which the liquid sample from the denaturation, from the amplification chamber or the Annealingkammer can be transferred. Analytische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Auslesekammer wenigstens eine immobilisierte Nukleinsäure umfasst.Analytical device according to one of claims 1 to 9, wherein the read-out chamber comprises at least one immobilized nucleic acid. Analytische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei es sich bei der diagnostischen Vorrichtung um einen Laborchip handelt.Analytical device according to one of claims 1 to 10, wherein the diagnostic device is a laboratory chip. Analyseeinheit geeignet zur Aufnahme der analytischen Vorrichtung, bevorzugt umfassend die analytische Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
umfassend eine Heizvorrichtung, die so beschaffen ist, dass in der Denaturierungskammer, Amplifikationskammer und Annealingkammer und/oder in der Heizzone für die Denaturierungskammern, Amplifikationskammer bzw. Annealingkammern die erforderliche Temperatur eingestellt werden kann bzw. eingestellt ist
und/oder umfassend ein Mittel zum Auslesen einer flüssigen Probe in der Auslesekammer der analytischen Vorrichtung.
Analysis unit suitable for receiving the analytical device, preferably comprising the analytical device according to one of claims 1 to 11,
comprising a heating device arranged such that the required temperature can be set in the denaturation chamber, amplification chamber and annealing chamber and / or in the heating zone for the denaturation chambers, amplification chamber or annealing chambers
and / or comprising means for reading out a liquid sample in the read-out chamber of the analytical device.
Verwendung der analytischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Untersuchung einer flüssigen Probe mittels Polymerase-Kettenreaktion.Use of the analytical device according to any one of claims 1 to 12 for the examination of a liquid sample by means of polymerase chain reaction. Verfahren umfassend die Schritte: a) Einbringen einer flüssigen Probe in die Denaturierungskammer der analytischen Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, anschließend Denaturieren der Probe, b) Übertragen der flüssigen Probe aus Schritt a) in die Annealingkammer, anschließend Annealing, c) Übertragen der flüssigen Probe aus Schritt b) in die Amplifikationskammer, anschließend Amplifizieren, d) optional Wiederholen der Schritte a), b) und c), e) optional: Übertragen der flüssigen Probe aus Schritt c) oder d) in die Auslesekammer, anschließend Auslesen der flüssigen Probe. Method comprising the steps: a) introducing a liquid sample into the denaturation chamber of the analytical device according to one of claims 1 to 12, then denaturing the sample, b) transferring the liquid sample from step a) into the annealing chamber, then annealing, c) transferring the liquid sample from step b) into the amplification chamber, then amplifying, d) optionally repeating steps a), b) and c), e) optionally: transferring the liquid sample from step c) or d) into the read-out chamber, then reading out the liquid sample. Analytische Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend eine flüssige Probe, bevorzugt eine nukleinsäurehaltige flüssige Probe oder eine Probe, die darauf zu untersuchen ist, ob sie eine Nukleinsäure enthält.Analytical device, use or method according to one of claims 1 to 14, comprising a liquid sample, preferably a nucleic acid-containing liquid sample or a sample to be examined for whether it contains a nucleic acid.
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