EP-4737007-A1 - SAMPLE TRANSFER FROM DROPLET ARRAYS USING ELECTRIC FIELDS

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe, eine Vorrichtung zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe und die Verwendung der Vorrichtung zum Transferieren eines Teils einer Probe.

Inventors

• Levkin, Pavel
• HARDT, STEFFEN
• Sadeghi, Arman
• Wiedmann, Janne

Assignees

• Karlsruher Institut für Technologie, Körperschaft des öffentlichen Rechts
• Technische Universität Darmstadt

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251016

Claims (12)

1. Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Anordnung, welche folgende Komponenten in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet umfasst: eine erste Elektrode, die horizontal ausgerichtet ist, ein Microarray, das eine Oberfläche mit mindestens einem Bereich aufweist, und auf mindestens einem Bereich eine Probe trägt, einen Probensammler und eine zweite Elektrode, die parallel zur ersten Elektrode ausgerichtet ist, mit der Maßgabe, dass weder die erste Elektrode noch der Probensammler die Probe berührt, und Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, um ein elektrisches Feld zwischen beiden Elektroden zu erzeugen, wodurch ein Teil der Probe von dem Microarray auf den Probensammler transferiert wird.
2. Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Bereich mindestens ein hydrophiler Bereich ist, wobei optional der mindestens eine hydrophile Bereich von einem hydrophoben Bereich umschlossen ist.
3. Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anordnung, umfassend die erste Elektrode, das Microarray, den Probensammler und die zweite Elektrode, nicht bewegt wird, um den Teil der Probe auf den Probensammler zu transferieren.
4. Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erzeugte elektrische Feld eine Feldstärke von 800 kV/m bis 2400 kV/m aufweist.
5. Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Probe ein Volumen von 100 pL bis 100 µL aufweist.
6. Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Probe eine dielektrische Flüssigkeit oder eine leitfähige Flüssigkeit umfasst.
7. Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der transferierte Teil der Probe zur Analyse, zu diagnostischen Zwecken oder in Screening-Verfahren verwendet wird.
8. Vorrichtung zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe, umfassend eine Anordnung, welche folgende Komponenten in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet umfasst: eine erste Elektrode, die horizontal ausgerichtet ist, ein Microarray, das eine Oberfläche mit mindestens einem Bereich aufweist, einen Probensammler und eine zweite Elektrode, die parallel zur ersten Elektrode ausgerichtet ist, mit der Maßgabe, dass sich zwischen dem Microarray und dem Probensammler ein Zwischenraum befindet; und eine Spannungsquelle, die ein elektrisches Feld zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode erzeugt.
9. Vorrichtung zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe nach Anspruch 8, wobei die erste und die zweite Elektrode in einem Abstand von 0,5 bis 20 mm voneinander entfernt angeordnet sind.
10. Vorrichtung zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe nach Anspruch 8 oder 9, wobei der mindestens eine Bereich mindestens ein hydrophiler Bereich ist, wobei optional der mindestens eine hydrophile Bereich von einem hydrophoben Bereich umschlossen ist.
11. Vorrichtung zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe nach Anspruch 10, wobei der mindestens eine hydrophile Bereich ein superhydrophiler Bereich ist und der hydrophobe Bereich, falls vorhanden, optional ein superhydrophober Bereich ist.
12. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 zum Transferieren eines Teils einer Probe, umfassend: Auftragen einer Probe auf mindestens einem Bereich des Microarrays bzw., falls vorhanden, auf mindestens einem hydrophilen Bereich des Microarrays; und Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, um ein elektrisches Feld zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe, eine Vorrichtung zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe und die Verwendung der Vorrichtung zum Transferieren eines Teils einer Probe. Lab-on-a-Chip (LOC)-Instrumente sind Mikrolabore auf einem zentimetergroßen Chip, die in den letzten Jahrzehnten für chemische und biologische Analysen entwickelt wurden. Zu den Hauptvorteilen dieser Geräte gehören schnelle Analysen, geringer Analysenproben- und Reagenzienverbrauch und Multiplexing. Tröpfchen-Microarrays sind Beispiele für LOCs und können beispielsweise für die DNA-Analyse verwendet werden. Mit einer Vielzahl von Analysenproben, die auf einem Tröpfchen-Microarray platziert sind, können viele Experimente oder Analyseprotokolle parallel durchgeführt werden. Ein typisches (Tröpfchen-)Microarray mit kreisförmigen hydrophilen Bereichen ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Insgesamt haben diese Microarrays die folgenden Vorteile: Geringe Volumina führen zu einem geringen Verbrauch an seltenen MaterialienParallele Modifikation und Charakterisierung ermöglichen es, eine große Anzahl von Proben in kurzer Zeit zu testen Trotz der zahlreichen Vorteile von Tröpfchen-Microarrays gibt es noch keine zuverlässige Methode für die Entnahme von Aliquots, um den Fortschritt der Prozesse innerhalb der Tröpfchen zu überprüfen oder diese zu analysieren. Die Aliquotentnahme wird unter anderem durch die große Anzahl und das geringe zur Verfügung stehende Volumen der Analysenproben erschwert. Dadurch sind herkömmliche Werkzeuge, wie Pipetten, unbrauchbar. Prinzipiell ist es zwar möglich, die Aliquotentnahme mit Hilfe einer flachen Platte durchzuführen, die sich dem Tröpfchen-Microarray von oben nähert und einen Teil des Tröpfchens ablöst. Für den parallelen Transfer von Aliquots von einem Microarray zu einem anderen werden in der sogenannten "Sandwich"-Methode zwei Microarrays durch eine mechanische Ausrichtungsvorrichtung in Kontakt gebracht. Verfahren, die auf einem Kontakttransfer des Tröpfchens mit einem zweiten Microarray beruhen, geben jedoch keine gute Kontrolle über die Menge, die von den Tröpfchen abgezogen wird. In den meisten Fällen wird ein beträchtlicher Teil des Tröpfchens übertragen. Im Gegensatz dazu werden in praktischen Anwendungen sehr kleine übertragene Mengen des Aliquots bevorzugt, um eine sukzessive Aliquotentnahme zu ermöglichen. Zusätzlich sind solche Verfahren, basierend auf einem Kontakttransfer, aufgrund möglicher Kontamination des Tröpfchens sowie langsamere Geschwindigkeiten limitiert. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe bereitzustellen, das die vorstehend aufgeführten Nachteile bekannter Verfahren zur Aliquotentnahme von Microarrays überkommt. Insbesondere soll ein Verfahren zum kontrollierten, kontaminationsarmen effektiven und parallelen Transferieren kleinerer Teile von Proben ermöglicht werden. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe bereit, das die Schritte umfasst: Bereitstellen einer Anordnung, welche folgende Komponenten in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet umfasst: eine erste Elektrode, die horizontal ausgerichtet ist,ein Microarray, das eine Oberfläche mit mindestens einem Bereich aufweist, und auf mindestens einem Bereich eine Probe trägt,einen Probensammler undeine zweite Elektrode, die parallel zur ersten Elektrode ausgerichtet ist,mit der Maßgabe, dass weder die erste Elektrode noch der Probensammler die Probe berührt, undAnlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, um ein elektrisches Feld zwischen beiden Elektroden zu erzeugen, wodurch ein Teil der Probe von dem Microarray auf den Probensammler transferiert wird. In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum kontaktlosen Transferieren eines Teils einer Probe wird die Probe zwischen zwei parallelen Elektroden angeordnet, wodurch nach Anlegen der elektrischen Spannung zwischen beiden Elektroden ein elektrisches Feld auf sie einwirkt. Durch das Einwirken des elektrischen Felds auf die Probe tritt eine dielektrische Polarisation der Probe auf. Der Mechanismus der dielektrischen Polarisation von elektrisch nicht leitfähigen oder dielektrischen Materialien ist schematisch in Figur 2 gezeigt. Im Gegensatz zu elektrisch leitfähigen Materialien liegen in dielektrischen Materialien keine freien Ladungen vor. Deswegen können Ladungen in dielektrischen Materialien, anders als in elektrischen Leitern, als Reaktion auf das erzeugte elektrische Feld nicht fließen, sondern sich nur leicht aus ihrer Gleichgewichtsposition verschieben. Dadurch werden diese Materialien durch das elektrische Feld dielektrisch polarisiert. Aufgrund dieser dielektrischen Polarisation sind innerhalb des dielektr