DE19938479A1

DE19938479A1 - Prüfstreifen, Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung und Verfahren und System zum Lesen des Prüfstreifens

Info

Publication number: DE19938479A1
Application number: DE19938479A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko Ogura
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2000-02-17
Also published as: US20020132232A1; JP2000060550A; US7473547B2; JP3562968B2

Abstract

Ein Prüfstreifen (11) für die biologische Analyse einer Probe wird durch ein streifenähnliches Substrat (11) und eine Reihe bekannter spezifischer Bindemittel gebildet, die sich voneinander unterscheiden und in einer Reihe von vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähnlichen Substrats angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Prüfstreifen zur Verwendung bei der DNA-Analyse, immunologischen Analyse und dergleichen, sie betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Prüfstrei fens, und sie betrifft ferner ein Verfahren und ein System zum Lesen des Prüfstreifens. Insbesondere geht es um eine Verbesserung einer Sequenz spezieller Bindemittel auf dem Prüfstreifen.

In der jüngsten Zeit hat die Gentechnik eine rasche Entwicklung durch gemacht. Es wurden Fortschritte auf dem Gebiet des menschlichen Erbmaterials gemacht, um eine Sequenz von Basen in menschlichen Genomen zu decodieren, von denen es 100 000 gibt.

Außerdem gab es Fortschritte bei dem Enzym-Immunpassay unter Ver wendung einer Antigen-Antikörper-Reaktion, einer Fluoreszenz-An tikörper-Methode und dergleichen bei der Diagnose und/oder Untersu chung und Erforschung von DNAs, die Erbkrankheiten verursachen. Als Verfahren bei diesen Untersuchungen hat sich die sogenannte Mikroar ray-Methode deutlich hervorgehoben.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, verwendet man bei der Mikroarray-Methode ein sogenanntes Mikroarray-Chip (in einigen Fällen auch als DNA-Chip bezeichnet), welches ein Membranfilter oder ein Objektträger-Glasplätt chen aufweist, auf dem sich eine Reihe decodierter cDNAs (komplemen täre DNA, ein spezielles Bindemittel) in einem Matrixmuster in hoher Dichte befindet (in Abständen von nicht mehr als einigen hundert µm). Durch Pipettierung werden auf das Mikroarray-Chip beispielsweise eine DNA (eine von einem Organismus abgeleitete Substanz), die aus einer Zelle einer normalen Person A extrahiert und mit einem Fluoreszenz farbstoff a markiert wurde, und eine aus einer Zelle einer Probe B, die an einer Erbkrankheit leidet, extrahiert und mit einem Fluoreszenzfarb stoff b markiert wurde, aufgebracht, um die DNAs der normalen Person A und der Probe B mit den cDNAs auf dem Mikroarray-Chip zu hybri disieren, wobei die cDNAs auf dem Mikroarray-Chip mit Anregungs lichtstrahlen abgetastet werden, welche die Fluoreszenzfarbstoffe a und b anregen. Das bei Anregung von den cDNAs emittierte Fluoreszenzlicht wird von einem Fotodetektor erfaßt. Diejenigen cDNAs, die sich mit den DNAs von der normalen Person und der Probe B gekreuzt haben, lassen sich anhand des Ergebnisses der Fluoreszenzerfassung ermitteln. Diejenigen DNAs, die aufgrund der Erbkrankheit exprimiert oder ver loren sind, lassen sich durch Vergleich der mit den DNAs der normalen Person A gekreuzten cDNAs mit den mit den DNAs von der Probe B gekreuzten cDNAs ermitteln.

Wie oben ausgeführt, wird das Mikroarray-Chip dadurch hergestellt, daß eine sehr große Anzahl von cDNAs auf ein Substrat aufgebracht wird, beispielsweise einen Objektträger. Bei der Fertigung des Mikroarray- Chips wird ein nadelähnliches Beschichtungs-Chip in eine der cDNAs eingetaucht, und die an dem Chip haftende cDNA wird an einer vor bestimmten Stelle auf das Substrat getropft. Anschließend wird das Beschichtungs-Chip gewaschen und getrocknet und dann in eine andere cDNA eingetaucht. Diese Vorgänge werden so lange wiederholt, bis sämtliche cDNAs auf das Substrat aufgebracht sind.

Die Anzahl der auf das Substrat aufzubringenden cDNAs erreicht in einigen Fällen mehrere Hunderttausend, und es wird sehr lange Zeit benötigt, um das Mikroarray-Chip herzustellen. Demzufolge ist das Mikroarray-Chip sehr teuer, was den Fortschritt der Erforschung der DNA-Expression und/oder der Anwendung der Immununtersuchung bei Reihenuntersuchungen behindert.

Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung eines Prüfstreifens, der sich einfach fertigen läßt und der sich bei der biologischen Analyse wie zum Beispiel der DNA-Analyse, der immunogischen Analyse und derglei chen, einfach handhaben läßt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die die Fertigung eines solchen Prüfstreifens erleich tern.

Beim Nachweisen eines speziellen Bindemittels (zum Beispiel cDNA), das mit einer von einem Organismus abgeleiteten Substanz hybridisiert wird (zum Beispiel DNA), muß man ein Mikroarray-Chip, auf dem sich mehrere mit hoher Dichte aufgebrachte cDNAs befinden, mit großer Genauigkeit zweidimensional abtasten, was dieses "Lesen" des Mikroarray-Chips sehr teuer macht und verbreitete Anwendung der DNA-Analyse mit Hilfe des Mikroarray-Chips ebenso behindert wie die Anwendung des Mikroarray-Chips bei der immunologischen Analyse. Dementsprechend ist es auch Ziel der Erfindung, ein Verfahren und ein System zum Lesen des Prüfstreifens anzugeben, die die biologische Analyse, wie zum Beispiel eine DNA-Analyse, eine immunologische Analyse und dergleichen, einfacher und billiger machen.

Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Prüfstreifen, welcher umfaßt:
ein streifenähnliches Substrat, auf dem sich mehrere bekannte spezifische Bindemittel befinden, die sich voneinander unterscheiden und die in einer Reihe in bestimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähn lichen Substrats angeordnet sind.

Die bekannten spezifischen Bindemittel beinhalten unterschiedliche Substanzen, die auf einen Organismus bezogen sind, beispielsweise Hormone, Tumormarker, Enzyme, Proteine, Nukleinsäuren, Antikörper, Substanzen, die möglicherweise ein Antigen bilden, und verschiedene Substanzen, die immunologisch mit Substanzen gebunden oder gekreuzt werden können, die von einem Probenorganismus abgeleitet sind, so zum Beispiel cDNAs, mRNAs und dergleichen. Von diesen Substanzen sind cDNAs besonders gut geeignet.

Der Begriff "von dem Probenorganismus abgeleitete Substanz" bedeutet hier eine Substanz, die immunologisch mit den bekannten spezifischen Mitteln auf dem Substrat gebunden oder gekreuzt (hybridisiert) werden kann, so zum Beispiel Antikörper, Antigene, Substrate, DNAs, mRNAs und dergleichen. Von diesen Substanzen sind DNAs besonders gut ge eignet.

Die biologische Analyse beinhaltet zum Beispiel eine immunologische Analyse für den Antigen- oder Antikörper-Nachweis auf der Grundlage der hohen Spezifizität der Antigen-Antikörper-Reaktion, die Genanalyse oder genetische Diagnose basierend auf der Kreuzung, und die Analyse wie zum Beispiel eine Biotin-Adipin-Methode unter Verwendung eines speziellen Bindemittels.

Daß die speziellen Bindemittel in einer Reihe angeordnet sind, soll nicht in beschränkendem Sinn so verstanden werden, daß die speziellen Binde mittel in einer durchgehenden Reihe angeordnet sind, sondern der Be griff beinhaltet auch, daß möglicherweise die Mittel als kleine Punkte entlang einer Reihe angeordnet sind, beispielsweise durch einen Tinten strahl-Mechanismus. Die speziellen Bindemittel lassen sich an dem streifenahnlichen Substrat in irgendeiner Weise anbringen (insbesondere fixieren), darunter mittels Beschichtung, aufsprühen und dergleichen.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem streifenähnlichen Substrat um ein flexibles Teil durchgehender Länge, um hierdurch einfachere Handha bung und Massenfertigung zu ermöglichen.

Gemaß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Teststreifens mit einem streifenähnlichen Substrat ge schaffen, auf dem mehrere bekannte spezifische Bindemittel angeordnet sind, die sich voneinander unterscheiden und die in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähnlichen Sub strats angeordnet sind, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Aufbringen der bekannten spezifischen Bindemittel auf ein blatt- oder bogenförmiges Substrat in Reihen, die sich in einer ersten Richtung erstrecken und in vorbestimmten Abständen in einer zwei ten, zu der ersten Richtung im wesentlichen rechtwinkligen Rich tung angeordnet sind, und
- Schneiden des bogenförmigen Substrats mit den darauf angebrachten spezifischen Bindemitteln in der zweiten Richtung, um mehrere Streifen zu erhalten.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines Prüfstreifens aus einem streifenähn lichen Substrat mit darauf befindlichen mehreren bekannten spezifischen Bindemitteln geschaffen, wobei die Bindemittel sich voneinander unter scheiden und in einer Reihe in vorbestimmten Abständen in Längsrich tung des streifenähnlichen Substrats angeordnet sind, wobei die Vor richtung die Merkmale des Anspruchs 6 aufweist.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Lesen eines Prüfstreifens geschaffen, der ein streifenähnliches Substrat mit darauf befindlichen mehreren bekannten spezifischen Bindemitteln aufweist, die sich voneinander unterscheiden und in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähnlichen Sub strats angeordnet sind, wobei das Verfahren gemäß diesem vierten Aspekt die im Anspruch 8 angegebenen Merkmale aufweist.

"Kreuzung oder "Hybridisierung" bedeutet allgemein die Bildung von Doppelsträngen zwischen DNA-Fragmenten mit komplementären Basis sequenzen, im vorliegenden Zusammenhang soll der Begriff "Kreuzung" jedoch breit verstanden werden, so daß er auch eine spezifische Bindung beinhaltet.

Das Projizieren von Anregungslicht und der Nachweis der Fluoreszenz erfolgen in der Weise, daß man das Anregungslicht dazu bringt, den Prüfstreifen geradlinig in dessen Längsrichtung abzutasten und die von den jeweiligen spezifischen Bindemitteln in der Sequenz emittierte Fluo reszenz erfaßt oder daß man die gesamte Oberfläche des Prüfstreifens gleichmäßig dem Anregungslicht aussetzt, welches sich zumindest in einer Richtung (linear) ausbreitet, und daß man von den einzelnen spezi fischen Bindemitteln emittierte Fluoreszenz erfaßt, beispielsweise mit Hilfe eines linearen CCD-Sensors. Allerdings hat die erstgenannte An ordnung gegenüber letzterer Vorteile insofern, als bei letzterer die Be lichtungsfläche, auf die das Anregungslicht fällt, aufgeweitet werden muß und der empfindliche Erfassungsbereich des CCD-Sensors verbreitert werden muß, wenn die Länge des Prüfstreifens zunimmt, wodurch die Lesevorrichtung insgesamt baulich größer wird. Das Abtasten des Prüf streifens mit dem Anregungslicht durch lineares Abtasten kann entweder in der Weise geschehen, daß man das Anregungslicht in Längsrichtung des Prüfstreifens bei stillstehendem Prüfstreifen bewegt oder daß man den Prüfstreifen in dessen Längsrichtung an dem ortsfesten Anregungs licht vorbeitransportiert. Das Anregungslicht kann in Längsrichtung des Prüfstreifens bewegt werden, indem man die Lichtquelle für das Anre gungslicht bewegt oder indem man das von der Lichtquelle abgegebene Anregungslicht mit Hilfe eines optischen Abtastsystems bei stillstehender Lichtquelle ablenkt. Bevorzugt wird allerdings, daß das Anregungslicht den Teststreifen dadurch abtastet, daß der Teststreifen in seiner Längs richtung transportiert wird, da dies einen einfacheren Arbeitsablauf ermöglicht.

Das Erfassen der von dem Prüfstreifen bei Anregung mit dem Anre gungslicht emittierten Fluoreszenz in bezug auf die Stellen, an denen die Fluoreszenz emittiert wird, ist äquivalent mit dem Ermitteln der Stellen auf dem Prüfstreifen, wo die Fluoreszenz erkannt wird, oder dem Be stimmen der spezifischen Bindemittel, die die Fluoreszenz emittieren. Wenn der Prüfstreifen mit dem Anregungslicht linear abgetastet wird, läßt sich die von dem Prüfstreifen bei Anregung durch das Anregungs licht emittierte Fluoreszenz in Relation zu der Abtaststelle des Anre gungslichts erfassen anstatt in bezug auf die Stellen, an denen die Fluo reszenz emittiert wird.

Bei dem Verfahren zum Lesen des Prüfstreifens gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung werden Substanzen miteinander verglichen, die von Zellen eines Paares unterschiedlicher Probenorganismen abgeleitet sind.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Lesen eines Teststreifens geschaffen, der eine streifenähnliches Substrat aufweist, auf dem sich mehrere bekannte spezifische Bindemittel befin den, die voneinander verschieden sind und in einer Reihe mit vorbe stimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähnlichen Substrats angeordnet sind, wobei das Verfahren die im Anspruch 11 angegebenen Schritte umfaßt.

Die Fluoreszenzfarbstoffe sind vorzugsweise solche, deren Emissions- Wellenlängenbänder sich nicht gegenseitig überlappen. Allerdings kön nen die Fluoreszenzfarbstoffe auch solche sein, deren Emissions- Wellenlängenbänder sich teilweise überlappen, vorausgesetzt, daß ihre Emissions-Wellenlängenbänder sich nicht in einem Hauptnachweis- Wellenlängenband überlappen.

Das die Fluoreszenzfarbstoffe anregende Anregungslicht kann eine Mehrzahl von Lichtstrahlbündeln umfassen, die sich voneinander im Wellenlängenband unterscheiden, oder es kann aus einem einzelnen Lichtstrahlbündel bestehen, wenn die Anregungs-Wellenlängenbänder der Fluoreszenzfarbstoffe eng benachbart sind. Wenn mehrere Anregungs lichtstrahlbündel eingesetzt werden, so können diese entweder gleichzei tig projiziert oder nacheinander projiziert werden.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem vierten Aspekt geschaffen.

Gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung geht es also um ein System zum Lesen eines Prüfstreifens mit einem streifenähnlichen Substrat, auf dem sich eine Reihe bekannter spezifischer Bindemittel befindet, die voneinander verschieden sind und in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähnlichen Substrat angeordnet sind, wobei das System die Merkmale des Anspruchs 14 aufweist.

Im Hinblick auf die Miniaturisierung des Systems ist es bevorzugt, wenn das System mit einer Abtasteinrichtung ausgestattet ist, die das Anre gungslicht dazu bringt, den Prüfstreifen linear abzutasten, um dadurch die spezifischen Bindemittel dem Anregungslicht nacheinander auszuset zen, wobei der Fotodetektor dazu dient, die von den jeweiligen spezifi schen Bindemitteln in der Reihenfolge emittierte Fluoreszenz zu erfas sen. Bevorzugt ist die Abtasteinrichtung so angeordnet und ausgebildet, daß sie das Anregungslicht dazu bringt, den Prüfstreifen dadurch ab zutasten, daß der Prüfstreifen in seiner Längsrichtung transportiert wird, da dies einen einfachen Arbeitsablauf garantiert.

Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung geht es um ein System zum Durchführen des Verfahrens nach dem fünften Aspekt der Erfindung. Das heißt: gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Lesen eines Prüfstreifens mit einem streifenahnlichen Substrat geschaffen, wobei auf dem Substrat mehrere bekannte spezifische Binde mittel angeordnet sind, die sich voneinander unterscheiden und in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähn lichen Substrats angeordnet sind, wobei das System die Merkmale des Anspruchs 17 aufweist.

Die Anregungslichtquelle kann mehrere Lichtquellen umfassen, die mehrere Anregungslichtstrahlenbündel emittieren, die sich voneinander durch das Wellenlängenband unterscheiden, andererseits kann die Anre gungslichtquelle auch eine einzelne Lichtquelle enthalten, wenn die Anregungs-Wellenlängenbänder der Fluoreszenzfarbstoffe nahe beiein ander liegen. Außerdem kann die Anregungslichtquelle eine einzelne Lichtquelle aufweisen, die Anregungslicht mit einem breiten Wellen längenband emittiert, wobei optische Elemente, beispielsweise Band paßfilter, selektiv in den optischen Weg des von der Lichtquelle emit tierten Anregungslichts eingefügt sind, um nur solche Komponenten durchzulassen, die der Anregungswellenlänge für jeden der Fluoreszenz farbstoffe entsprechen. Wenn mehrere Anregungslichtstrahlenbündel eingesetzt werden, so können diese entweder gleichzeitig oder nachein ander projiziert werden. Im ersteren Fall können mehrere Fotodetektoren eingesetzt werden, um die Fluoreszenz von den jeweiligen Fluoreszenz farbstoffen separat zu erfassen, in letzterem Fall kann ein einzelner Fotodetektor die Fluoreszenz von den einzelnen Fluoreszenzfarbstoffen in der Folge erfassen.

Da bei dem erfindungsgemäßen Prüfstreifen die spezifischen Bindemittel in einer Reihe angeordnet sind, muß der Prüfstreifen nur einmal linear abgetastet werden, was eine einfache Handhabung des Prüfstreifens garantiert.

Weiterhin läßt sich der erfindungsgemaße Prüfstreifen rasch und einfach dadurch herstellen, daß man die bekannten spezifischen Bindemittel auf ein bogenförmiges Substrat in Form von Reihen aufbringt, die sich in einer ersten Richtung erstrecken und in vorbestimmten Abständen in einer zweiten Richtung, die im wesentlichen rechtwinklig zur ersten Richtung verläuft, angeordnet sind, woraufhin man das bogenförmige Substrat mit den darauf befindlichen spezifischen Bindemitteln in der zweiten Richtung zu mehreren Streifen schneidet.

Beim Lesen des Prüfstreifens muß das Anregungslicht lediglich linear abtasten und braucht nicht eine zweidimensionale Abtastung des Prüf streifens auszuführen, so daß es nicht notwendig ist, ein teures zweidi mensionales Abtastsystem einzusetzen, was die Kosten der DNA- Analyse senkt.

Eine solche Kostensenkung macht es möglich, den Prüfstreifen für Reihenuntersuchungen bei Menschen und Tieren einzusetzen, die mit pathogenen Bakterien oder Viren infiziert sind, außerdem kann man Reihenuntersuchungen bei an Krebs erkrankten Lebewesen durchführen und dergleichen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Prüfstreifens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Array-Bogens, von dem der in Figur gezeigte Prüfstreifen abgeschnitten ist,

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vor richtung zum Herstellen eines Prüfstreifens gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Systems zum Lesen des Prüfstreifens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines konventionellen Prüfstreifens (Mikroarray-Chips).

In Fig. 1 enthält ein Prüfstreifen 1 in einer Ausführungsform der Erfin dung ein transparentes und flexibles, streifenähnliches Substrat 12, auf dem sich mehrere bekannte cDNAs (spezielle Bindemittel) 13 befinden, die sich untereinander unterscheiden und die in einer Reihe mit vorbe stimmten Abständen (zum Beispiel von einigen hundert µm) in Längs richtung des Substrats 12 angeordnet sind. Der Teststreifen 11 wird zum Beispiel dadurch hergestellt, daß man die bekannten cDNAs 13 auf ein transparentes und flexibles, bogenförmiges Substrat 12' (Fig. 2) in Reihen aufbringt, die sich in einer ersten Richtung erstrecken und die untereinander in vorbestimmten Abständen in einer zweiten Richtung, etwa senkrecht zu der ersten Richtung, angeordnet sind, um dadurch einen Feldbogen oder Array-Bogen 10 zu bilden, der dann in der zwei ten Richtung zu mehreren Streifen geschnitten wird. Die cDNAs 13 entsprechen unterschiedlichen DNAs, deren Basissequenzen decodiert wurden und die an vorbestimmten Stellen auf das bogenförmige Substrat 12' aufgebracht sind. Da die cDNAs 13 linear auf dem Prüfstreifen 11 angeordnet sind, läßt sich die weiter unten noch näher zu beschreibende DNA-Analyse ausführen, indem der Prüfstreifen 11 geradlinig abgetastet wird, was dem Prüfstreifen 11 zu bequemer Handhabbarkeit verhilft. Außerdem läßt sich der Prüfstreifen 11 in einfacher Weise in großer Stückzahl herstellen, indem man den Bogen 10 schneidet, auf dem zuvor die bekannten cDNAs 13 auf dem Substrat 12' in Reihen aufgebracht wurden, die sich einzeln in einer ersten Richtung erstrecken und die voneinander in einer zweiten Richtung, senkrecht zu der ersten Rich tung, beabstandet sind.

Im folgenden wird eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Her stellen der Prüfstreifen 11 gemäß Fig. 1 anhand der Fig. 3 näher erläutert. Gemäß Fig. 3 enthält eine Prüfstreifen-Fertigungsvorrichtung 100 ein Förderband 40, welches das bogenförmige Substrat 12' von einer Vorratsrolle abzieht und es mit konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung Y transportiert. Eine Applikatoreinrichtung 50 mit einem Applikatorteil 30, welches eine Reihe von Applikatoröffnungen 31 be sitzt, die in vorbestimmten Abständen in Breitenrichtung des bogenför migen Substrats 12' angeordnet sind, wird von einem Vorratsteil 20 mit einer Anzahl von cDNA-Reservoirs 21 gespeist, die mit den zuge hörigen Applikatoröffnungen 31 verbunden sind. Die Vorrichtung 100 besitzt außerdem einen Schneider, der das Substrat 12' in dessen Brei tenrichtung schneidet, um mehrere Streifen zu erhalten. Eine Führungs schiene 16 des Schneiders erstreckt sich in Pfeilrichtung X im wesentli chen senkrecht zur Transportrichtung des Substrats 12' (Pfeilrichtung Y), wobei eine Schneidklinge 61 von der Führungsschiene 60 geführt wird.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung 100 ist folgende: Das Förderband läuft in Pfeilrichtung Y mit konstanter Geschwindigkeit, wobei das vordere Ende des bogenförmigen Substrats 12' sich auf dem Förderband befindet, während das Substrat 12' von der Vorratsrolle abgezogen wird und in Pfeilrichtung Y transportiert wird. Dabei werden die cDNAs 13 über die Applikationsöffnungen 31 aus den einzelnen cDNA-Reservoirs 21 ausgetragen und auf das Substrat 12' aufgebracht, so daß die cDNAs 13 in Reihen auf dem Substrat 12' angeordnet werden, und zwar in Form von Reihen, die sich in Transportrichtung des Substrats 12' (Pfeil richtung Y) erstrecken, wobei sie regelmäßige Abstände in Breitenrich tung des Substrats 12' (Pfeilrichtung X) haben.

Der so erzeugte Bogen 10 wird von dem Förderband 40 weitertrans portiert und in mehrere Streifen geschnitten, das heißt in Prüfstreifen 11, wozu sich die Schneidklinge 61 in Breitenrichtung des Substrats 12' bewegt.

Die Schneidklinge 61 bewegt sich mit ausreichend hoher Geschwindig keit relativ zu der Geschwindigkeit, mit der das Substrat 12' von dem Förderband 40 transportiert wird, so daß das Substrat 12' im wesentli chen senkrecht zu der Richtung geschnitten wird, in der sich die Reihen von cDNAs 13 erstrecken.

Durch Wiederholen dieser Vorgänge läßt sich innerhalb kurzer Zeit auf einfache Weise eine große Anzahl von Prüfstreifen 11 herstellen.

Im folgenden soll anhand der Fig. 4 ein System zum Lesen eines Prüf streifens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Das in Figur gezeigte System 200 dient zum Durchführen des Verfah rens gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung. Das System 200 umfaßt eine Abtasteinrichtung 240, die einen Prüfstreifen 11 in dessen Längrichtung transportiert, auf den DNAs aufgebracht wurden, die von einer ersten und einer zweiten Organprobe A (eine normale Person) und B (ein Patient mit einer Erbkrankheit) erhalten wurden, wobei die erste und die zweite Probe mit einem ersten bzw. einem zweiten Fluoreszenz farbstoff a bzw. b markiert wurden. Eine erste und eine zweite Anre gungslichtquelle 210 und 220 emittieren Anregungslichtstrahlbündel zum Anregen der Fluoreszenzfarbstoffe a bzw. b, wobei eine Optik die Anre gungslichtstrahlbündel auf den Prüfstreifen 11 lenkt. Ein Fotodetektor 230 erfaßt die von den jeweiligen Fluoreszenzfarbstoffen a und b bei Anregung durch die Anregungslichtstrahlbündel emittierte Fluoreszenz. Ein Filter 260 ermöglicht, daß die von den einzelnen Fluoreszenzfarb stoffen a und b emittierte Fluoreszenz selektiv auf den Fotodetektor 230 fällt. Eine Analyseeinrichtung 250 bestimmt die cDNAs 13' auf dem Prüfstreifen 11, mit dem eine Kreuzung der DNAs der ersten und der zweiten Organismusprobe A und B stattgefunden hat, basierend auf dem Ergebnis der Erfassung der Fluoreszenz und den Abtaststellen, die durch die Abtasteinrichtung 240 abgetastet wurden, und wo die Fluoreszenz emittiert wurde. Die Analyseeinrichtung bestimmt den Unterschied zwischen den DNAs der betreffenden Organismusproben A und B an hand der cDNAs 13', wobei eine Steuereinheit 217 die Anregungslicht quellen 215 und 220 sowie das Filter 260 umschaltet.

Die Fluoreszenzfarbstoffe a und b sind diejenigen, deren Emissions- Wellenlängenbänder sich nicht gegenseitig überlappen und deren Anre gungs-Wellenlängenbänder sich ebenfalls nicht überlappen.

Von Zellen der jeweiligen Probenorganismen A und B entnommene DNAs werden zum Beispiel durch Pipettierung auf die cDNAs 13 auf dem Prüfstreifen 11 aufgebracht, und als Ergebnis kommt es zu einer Kreuzung der cDNAs 13', die Basissequenzen komplementär zu jenen der DNAs der Organismusproben A und B aufweisen, mit den DNAs. Dann werden diejenigen cDNAs, die keine Kreuzung mit den DNAs eingegangen sind, mit einer bestimmten Lösung abgespült, wobei solche cDNAs 13', die mit mindestens einem der DNAs zur Kreuzung gelangt sind, auf dem Teststreifen 11 verbleiben.

Das von der ersten Anregungslichtquelle 210 emittierte Anregungslicht regt den ersten Fluoreszenzfarbstoff a an, und das Anregungslicht von der zweiten Anregungslichtquelle 220 regt den zweiten Fluoreszenzfarb stoff b an. Die Wellenlängenbänder dieser Anregungslichtstrahlbündel überlappen einander nicht.

Die Abtasteinrichtung 240 enthält einen beweglichen Tisch 241, auf dem sich der Prüfstreifen 211 befindet, und Antriebswalzen 242 treiben den beweglichen Tisch 241 in Längsrichtung des Prüfstreifens 11 an. Der bewegliche Tisch 241 besteht aus einem Material, welches für die von der ersten und der zweiten Lichtquelle 210 und 220 emittierte Licht strahlbündel transparent ist.

Die Optik, die die Anregungslichtstrahlbündel auf den Prüfstreifen 11 lenkt, enthält einen Spiegel 281, der den ersten von der ersten Licht strahlquelle 210 emittierten Anregungslichtstrahl reflektiert, einen di chroitischen Spiegel 282, der das erste Anregungslichtstrahlbündel durchläßt und das zweite Anregungslichtstrahlbündel, das von der zwei ten Lichtquelle 220 kommt, reflektiert, einen Spiegel 283, der sowohl den ersten als auch den zweiten Anregungslichtstrahl reflektiert, einen Spiegel 284, der mit einer kleinen Öffnung versehen ist, durch die hin durch der von dem Spiegel 283 reflektierte Anregungslichtstrahl in Richtung des beweglichen Tisches 241 läuft, während er Fluoreszenz von dem ersten Fluoreszenzfarbstoff a und Fluoreszenz von dem zweiten Fluoreszenzfarbstoff b reflektiert, und eine Kondensorlinse 285, die den Anregungslichtstrahl, der durch die kleine Öffnung des Spiegels 284 läuft, auf die Oberfläche des Prüfstreifens 211 bündelt.

Das Filter 260 besitzt einen ersten Abschnitt 261, der nur Fluoreszenz von dem ersten Fluoreszenzfarbstoff durchläßt, und einem zweiten Ab schnitt 263, der ausschließlich die Fluoreszenz von dem zweiten Fluoreszenzfarbstoff b durchläßt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Lesesystems 200 beschrieben.

Der bewegliche Tisch 241 mit dem darauf befindlichen Prüfstreifen 11 wird in dessen Längsrichtung (Pfeilrichtung X) von den Antriebswalzen 242 bei Steuerung durch die Steuereinheit 270 bewegt.

Gleichzeitig veranlaßt die Steuereinheit 270, daß die erste Anregungs lichtquelle 210 das erste Anregungslichtstrahlbündel emittiert. Das erste Anregungslichtstrahlbündel wird von dem Spiegel 181 reflektiert, durch läuft den dichroitischen Spiegel 282, wird von dem Spiegel 283 reflek tiert und durchsetzt die kleine Öffnung in dem Spiegel 284. Dann wird das erste Anregungslichtstrahlbündel von der Kondensorlinse 285 auf den Prüfstreifen 100 durch den transparenten beweglichen Tisch 241 hindurch gebündelt.

Da der Prüfstreifen 11 in Pfeilrichtung X bewegt wird, werden die cDNAs 13' auf dem Prüfstreifen 11 nacheinander dem ersten Anre gungslicht ausgesetzt, und von denjenigen cDNAs 13', die sich mit den DNAs gekreuzt haben, welche mit dem ersten Fluoreszenzfarbstoff a markiert wurden (DNAs der ersten Organismusprobe A), wird Fluo reszenz emittiert, da von dem ersten Anregungslichtstrahlbündel der erste Fluoreszenzfarbstoff angeregt wird.

Die Fluoreszenz passiert die Kondensorlinse 285, wird von dem Spiegel 284 reflektiert, durchläuft den ersten Abschnitt 261 des Filters und trifft auf den Fotodetektor 231. Der Fotodetektor 231 detektiert die Fluores zenz und gibt Information über die Fluoreszenz an die Analyseeinrich tung 250. Die Information bezüglich der Stelle der cDNA 13', von der die Fluoreszenz stammt, wird ebenfalls in die Analyseeinrichtung 250 eingegeben, und die Fluoreszenz wird in Beziehung gesetzt zu der cDNA 13', die Fluoreszenz emittiert hat.

Auf diese Weise werden diejenigen cDNAs 13' bestimmt, die Fluores zenz bei Anregung durch das erste Anregungslicht emittieren, das heißt, es werden diejenigen cDNAs 13' ermittelt, die sich mit den DNAs gekreuzt haben, die in der Zelle des ersten Probenorganismus A ver schwunden sind.

Anschließend schaltet die Steuereinheit 270 den ersten Abschnitt 261 des Filters 260 um auf den zweiten Abschnitt 262, und es erfolgt eine Um schaltung von der ersten Anregungslichtquelle 210 auf die zweite Anre gungslichtquelle 220. Dann findet der gleiche Betrieb statt, wie er oben beschrieben wurde.

Das heißt, der bewegliche Tisch 241 mit dem darauf befindlichen Prüf streifen 11 wird in dessen Längsrichtung von den Antriebswalzen 242 unter Steuerung durch die Steuereinheit 270 angetrieben.

Gleichzeitig veranlaßt die Steuereinheit 270, daß die zweite Anregungs lichtquelle 220 das zweite Anregungslichtstrahlbündel emittiert. Dieses wird von dem dichroitischen Spiegel 282 reflektiert, wird von dem Spiegel 283 reflektiert und durchläuft die kleine Öffnung in dem Spiegel 284. Dann wird das zweite Anregungslichtstrahlbündel von der Kon densorlinse 285 durch den beweglichen, transparenten Tisch 241 hin durch auf den Prüfstreifen 11 gebündelt.

Die cDNAs 13 auf dem Prüfstreifen 11 werden nacheinander dem zwei ten Anregungslicht ausgesetzt, und von denjenigen cDNAs 13', die sich mit solchen DNAs gekreuzt haben, die mit dem zweiten Fluoreszenz farbstoff b markiert wurden (DNAs von dem zweiten Probenorganismus B), wird Fluoreszenz emittiert, da deren Fluoreszenzfarbstoff b von dem zweiten Anregungslichtstrahlbündel angeregt wird.

Die Fluoreszenz läuft durch die Kondensorlinse 285, wird von dem Spiegel 284 reflektiert, läuft durch den zweiten Abschnitt 262 und trifft auf den Fotodetektor 231. Dieses detektiert die Fluoreszenz und gibt Information über die Fluoreszenz an die Analyseeinrichtung 250. Infor mation über die Lage der cDNA 13 wird ebenfalls in die Analyseein richtung 250 eingegeben, und die Fluoreszenz wird in Beziehung gesetzt zu der cDNA 13', die die Fluoreszenz emittiert.

Auf diese Weise werden diejenigen cDNAs 13' ermittelt, die Fluores zenz bei Anregung durch das zweite Anregungslichtstrahlbündel emit tieren, das heißt, diejenigen cDNAs 13', die sich mit den DNAs ge kreuzt haben, die Mängel in der Zelle des zweiten Probenorganismus B aufweisen.

Anschließend vergleicht die Analyseeinrichtung 250 die für den ersten Probenorganismus A ermittelten cDNAs 13' mit jenen, die für den zweiten Probenorganismus B ermittelt wurden, und sie ermittelt die Differenz zwischen ihnen. Da die Arten und die Sequenz der cDNAs aus dem Prüfstreifen bekannt sind, kann die Analyseeinrichtung 250 diejeni gen cDNAs ermitteln, die in dem ersten Probenorganismus A vorhanden sind, jedoch nicht in dem zweiten Probenorganismus B vorhanden sind, und kann diejenigen ermitteln, die nicht in dem ersten Probenorganismus A, jedoch in dem zweiten Probenorganismus B vorhanden sind. Folglich lassen sich die DNAs ermitteln, die zu der Erbkrankheit in Beziehung stehen, an der der Patient leidet (zweiter Probenorganismus B).

Wenn also der Teststreifen 11 gemäß der Erfindung für die DNA-Analy se verwendet wird, lassen sich die DNAs bestimmen, die zu der geneti schen Krankheit in Beziehung stehen, an der der Patient leidet, indem lediglich eine lineare Abtastung des Prüfstreifens 11 durchgeführt wird.

Die DNA-Analyse läßt sich billiger als mit Hilfe des konventionellen Systems durchführen, bei dem das Mikroarray-Chip zweidimensional von einem zweidimensionalen Abtastsystem abgetastet wird, welches sehr teuer ist.

Mit Hilfe des Lesesystems 20 dieser Ausführungsform lassen sich Gen informationen über mehrere Probenorganismen vergleichen, man kann das Lesesystem aber auch für die DNA-Analyse eines einzelnen Proben organismus einsetzen. In diesem wird lediglich eine einzige Anregungs lichtquelle und ein einziges Filter benötigt.

Anstatt den Prüfstreifen 11 (das heißt, den beweglichen Tisch 241) zu bewegen, kann man auch die Spiegel 283 und 284 sowie die Kondensor linse 25 in Längsrichtung des Prüfstreifens 11 bewegen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden cDNAs als spezifische Bindemittel verwendet, und als von einem Organismus abge leitete Substanz werden DNAs verwendet. Dennoch sind auch andere spezielle Bindemittel und andere Substanzen von anderen Organismen geeignet.

Claims

1. Prüfelement, insbesondere Prüfstreifen, zur Verwendung bei der biologischen Analyse einer Probe, umfassend:
ein streifenähnliches Substrat, auf dem sich eine Reihe bekannter spezifischer Bindemittel befindet, die sich voneinander unterscheiden und die in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähnlichen Substrats angeordnet sind.

2. Prüfelement nach Anspruch 1, bei dem das Substrat flexibel ist.

3. Prüfelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die spezifischen Bindemittel cDNAs (13') sind.

4. Verfahren zum Herstellen eines Prüfelements, insbesondere Prüfstreifens, zur Verwendung bei der biologischen Analyse, der ein streifenahnliches Substrat mit darauf befindlichen bekannten spezifischen Bindemitteln aufweist, die sich voneinander unterscheiden und in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des Substrats angeordnet sind, umfassend folgende Schritte:
Aufbringen der bekannten spezifischen Bindemittel auf ein bogenförmiges Substrat in Reihen, die sich in einer ersten Richtung erstrecken und mit vorbestimmten Abständen in einer zweiten Richtung, im wesentlichen rechtwinklig zu der ersten Richtung, angeordnet sind, und
Schneiden des bogenförmigen Substrats (10) mit den darauf befindlichen spezifischen Bindemitteln in der zweiten Richtung zu mehreren Streifen (11).

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die spezifischen Bindemittel cDNAs sind.

6. Vorrichtung zum Herstellen eines Prüfelements, insbesondere Prüfstreifens, zur Verwendung bei der biologischen Analyse für einen Probenorganismus, wozu das Prüfelement ein streifenähnliches Substrat mit darauf befindlichen bekannten spezifischen Bindemitteln aufweist, die sich voneinander unterscheiden und in einer Reihe mit vorbestimmten Intervallen in Längsrichtung des streifenähnlichen Substrats angeordnet sind, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Reihe von Applikatoreinrichtungen (31), die in vorbestimmten Intervallen in einer zweiten Richtung bezüglich eines bogenförmigen Substrats (10) angeordnet sind und die bekannten spezifischen Bindemittel auf das bogenförmige Substrat (10) auftragen,
eine Fördereinrichtung (40), die die Applikatoreinrichtung und das bogenförmige Substrat (10) relativ zueinander in einer ersten Richtung senkrecht zu der zweiten Richtung bewegt, während die Applikatoreinrichtungen (31) die bekannten spezifischen Bindemittel auftragen, wobei diese in Reihen aufgetragen werden, die sich in der ersten Richtung erstrecken und in der zweiten Richtung vorbestimmte Abstände aufweisen, und
eine Schneideinrichtung (60, 61), die das bogenförmige Substrat mit den darauf befindlichen spezifischen Bindemitteln in der zweiten Richtung zu mehreren Streifen (11) schneidet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die spezifischen Bindemittel cDNAs sind.

8. Verfahren zum Lesen eines Prüfelements, insbesondere Prüfstreifens mit einem streifenähnlichen Substrat, auf dem sich eine Reihe bekannter spezifischer Bindemittel befindet, die sich voneinander unterscheiden und die in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähnlichen Substrats angeordnet sind, umfassend folgende Schritte:
Aufbringen einer von einem Probenorganismus abgeleiteten Substanz, die mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert ist, auf das Prüfelement (11),
Projizieren von Anregungslicht, welches den Fluoreszenzfarb stoff anregt, auf das Prüfelement, auf das die von dem Proben organismus abgeleitete Substanz aufgebracht ist, und
Erfassen der Fluoreszenz, die von dem Prüfelement durch Anregung von dem Anregungslicht emittiert wurde, in Relation mit den Stellen, an denen die Fluoreszenz emittiert wurde, um dadurch das oder die spezifischen Bindemittel auf dem Prüfele ment zu ermitteln, mit denen sich die von dem Probenorganis mus abgeleitete Substanz gekreuzt hat.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die spezifischen Bindemittel cDNAs sind und die von einem Organismus abgeleitete Substanz DNA ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das Anregungslicht dazu gebracht wird, den Prüfstreifen in dessen Längsrichtung linear abzutasten.

11. Verfahren zum Lesen eines Prüfelements, insbesondere Prüfstreifens mit einem streifenähnlichen Substrat, auf dem sich eine Reihe be kannter spezifischer Bindemittel befindet, die sich voneinander unterscheiden und die in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des Substrats angeordnet sind, umfassend folgende Schritte:
Auftragen von Substanzen, die von mindestens einem Paar unterschiedlicher Probenorganismen abgeleitet sind und mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen markiert wurden, auf das Prüfelement,
Lenken von Anregungslicht, welches die Fluoreszenzfarbstoffe anregt, auf das Prüfelement, auf das von den Probenorganismen abgeleitete Substanzen aufgetragen wurden,
Erfassen von Fluoreszenz, die von dem Prüfelement bei Anre gung durch das Anregungslicht emittiert wird, in Relation zu den Stellen, an denen die Fluoreszenz emittiert wird, um da durch das bzw. die spezifischen Bindemittel auf dem Prüfele ment festzustellen, mit denen sich die von jedem der Proben organismen abgeleiteten Substanz gekreuzt hat, und
Ermitteln der Differenz zwischen den von den jeweiligen Pro benorganismen abgeleiteten Substanzen durch Vergleichen der spezifischen Bindemittel, mit denen die von den jeweiligen Probenorganismen abgeleiteten Substanzen sich gekreuzt haben.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die spezifischen Bindemittel cDNAs und die von einem Organismus abgeleitete Substanz DNA ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Anregungslicht dazu gebracht wird, den Prüfstreifen in dessen Längsrichtung linear abzutasten.

14. System zum Lesen eines Prüfelements, insbesondere Prüfstreifens mit einer streifenähnlichen Substanz, auf dem eine Reihe bekannter spezifischer Bindemittel aufgebracht sind, die sich voneinander unterscheiden und die in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des streifenähnlichen Substrats angeordnet sind, umfassend:
eine Anregungslichtquelle (210, 220), die auf das Prüfelement, auf das eine von einem Probenorganismus abgeleitete Substanz, die mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert wurde, aufgetragen ist, Anregungslicht projiziert, welches den Fluoreszenzfarbstoff anregt,
einen Fotodetektor (231), der von dem Prüfelement bei Anre gung durch das Anregungslicht emittierte Fluoreszenz detek tiert, und
eine Analyseeinrichtung (250), die das Ergebnis der Fluores zenz-Detektion in Beziehung setzt zu den Stellen, an denen die Fluoreszenz emittiert wird, um dadurch das oder die spezifi schen Bindemittel auf dem Prüfelement zu bestimmen, mit denen sich die von dem Probenorganismus abgeleitete Substanz gekreuzt hat.

15. System nach Anspruch 14, bei dem die spezifischen Bindemittel cDNAs und die von einem Organismus abgeleitete Substanz DNA ist.

16. System nach Anspruch 14 oder 15, umfassend ein Abtastsystem (281-250), welches das Anregungslicht dazu bringt, den Prüfstreifen (11) in dessen Längsrichtung linear abzutasten.

17. System zum Lesen eines Prüfelements, insbesondere Prüfstreifens (11) mit einem streifenähnlichen Substrat, auf dem sich eine Reihe bekannter spezifischer Bindemittel befinden, die sich voneinander unterscheiden und die in einer Reihe mit vorbestimmten Abständen in Längsrichtung des Substrats angeordnet sind, umfassend:
eine Anregungslichtquelle (210, 220), die auf das Prüfelement (11), auf das von mindestens einem Paar verschiedener Proben organismen (A, B) abgeleitete Substanzen, die mit verschiede nen Fluoreszenzfarbstoffen markiert wurden, aufgetragen sind, Anregungslicht projiziert, welches die Fluoreszenzfarbstoffe anregt,
einen Fotodetektor (231), der von den jeweiligen Fluoreszenz farbstoffen bei Anregung durch das Anregungslicht emittierte Fluoreszenz detektiert, und
eine Analyseeinrichtung (231), die das Ergebnis der Detektion der Fluoreszenz in Beziehung setzt zu den Stellen, an denen die Fluoreszenz emittiert wird, um auf diese Weise das oder die spezifischen Bindemittel auf dem Prüfelement zu bestimmen, mit denen sich die von jedem der Probenorganismen abgeleitete Substanz gekreuzt hat, und die die Differenz zwischen den von den jeweiligen Probenorganismen abgeleiteten Substanzen basie rend auf den spezifischen Bindemitteln bestimmt, welche sich mit den von den jeweiligen Probenorganismen abgeleiteten Substanzen gekreuzt haben.

18. System nach Anspruch 17, bei dem die spezifischen Bindemittel cDNAs sind und die von einem Organismus abgeleite Substanz DNA ist.

19. System nach Anspruch 17 oder 18, umfassend ein Abtastsystem (281-285), welches das Anregungslicht veranlaßt, den Prüfstreifen (11) in dessen Längsrichtung linear abzutasten.