DE19822123A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis von Analyten - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Analyten in einer Meßlösung mittels Markerpartikel, deren elektrische Eigenschaften sich von den elektrischen Eigenschaften der Meßlösung unterscheiden, vorgeschlagen. Über eine Elektrodenanordnung wird ein elektrisches Feld in der Meßlösung erzeugt und die durch die Markerpartikel hervorgerufenen elektrischen Feldänderungen werden über elektrische Größen bestimmt. Vor der Elektrode, über die ein inhomogenes elektrisches Feld in der Meßlösung erzeugt wird, ist eine Blende mit einer Öffnung für den Durchtritt der elektrischen Feldlinien angeordnet und die Markerpartikel werden an oder in der Nähe der Blendenoberfläche gebunden. In einer anderen Ausführungsform wird das elektrische Feld an der Oberfläche einer potentiometrischen Elektrode durch Potentialbildungsvorgänge an der Grenzfläche zwischen Meßlösung und Elektrode gebildet und die Feldänderungen werden auf potentiometrischem Wege gemessen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Nachweis von Analyten nach den Oberbe­ griffen der Haupt- und Nebenansprüche.

Die vorliegende Erfindung ist ein Zusatz zu der Haup­ tanmeldung 197 51 706.4-52, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Analyten in Meßlö­ sungen beschreibt, wobei Markerpartikel in der Nähe von bzw. an Mikroelektroden durch molekulare Partner gebunden werden. Es werden Markerpartikel verwendet, deren elektrische Eigenschaften von den elektrischen Eigenschaften der Meßlösung verschieden sind, so daß die gebundenen Markerpartikel Störungen eines durch eine Elektrodenanordnung erzeugten elektrischen Fel­ des verursachen. Diese Feldstörungen können elek­ trisch erfaßt werden, beispielsweise durch Verände­ rung eines elektrischen Stroms, der von Mikroelektro­ den ausgeht.

Ausgehend von diesem in der Hauptanmeldung beschrie­ benen Verfahren bzw. von der Vorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Analyten gemäß der Hauptpatentanmeldung 197 51 706.4-52 dahingehend wei­ terzubilden, daß sie kostengünstiger durchzuführen sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche in Verbindung mit derem Oberbegriff gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich.

Entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung wird bei dem Verfahren bzw. der Vorrichtung zum Nachweis von Analyten in einer Meßlösung, in der mit­ tels einer Elektrodenanordnung ein elektrisches Feld erzeugt wird und die durch die Markerpartikel verur­ sachten Änderungen des elektrischen Feldes bestimmt werden, eine Elektrode verwendet, vor der eine Blende mit mindestens einer kleinen Öffnung angeordnet ist. Die Blende ist dabei der Meßlösung zugewandt und es wird über die Elektrode ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt, dessen Feldlinien durch die kleine Öff­ nung der Blende hindurchgehen. Die Markerpartikel binden sich an bzw. in der Nähe der Oberfläche der Blende. Die mit dieser Ausführungsform erzielten Vor­ teile bestehen insbesondere darin, daß zur Erzeugung eines inhomogenen elektrischen Feldes keine Mikro­ elektrode mit einem Durchmesser im µm-Bereich und kleiner erzeugt werden muß, da die Blendenöffnung ausschlaggebend für das elektrische Feld ist. Die Herstellung der Mikroelektroden ist zwar bekannt, aber sie erfordert einen aufwendigen technologischen Prozeß mit hohen Kosten. Bei der Verwendung einer Blende vor einer Makroelektrode sind die technologi­ schen Anforderungen bei der Elektrodenherstellung nicht so hoch, so daß die erfindungsgemäße Vorrich­ tung mit geringen Kosten herzustellen ist. Es können somit Meßvorrichtungen mit Einzelelektroden oder Elektrodenarrays als Einmalartikel mit geringen Ko­ sten hergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Strom, der durch die kleine Blendenöffnung hin­ durch zur Gegenelektrode in der Meßlösung fließt, an der Elektrode nur eine sehr kleine Stromdichte verur­ sacht. Im Vergleich zur Verwendung einer Mikroelek­ trode ist in diesem Falle die Stromdichte um das Ver­ hältnis von Querschnittsfläche der Blendenöffnung und Elektrodenfläche kleiner. Dies hat zur Folge, daß Änderungen des elektrischen Widerstandes hauptsäch­ lich durch partikelinduzierte Feldstörungen verur­ sacht werden und der Einfluß von elektrochemischen Elektrodenreaktionen ist weitgehend vernachlässigbar. Auf diese Weise können die Messungen genauer durch­ geführt werden.

Entsprechend dem zweiten unabhängigen Gedanken der vorliegenden Erfindung wird die Messung des Nachwei­ ses der durch die Markerpartikel verursachten Störun­ gen des elektrischen Feldes in der Meßlösung mit ei­ nem potentiometrischen Verfahren durchgeführt, wobei das elektrische Feld an der Oberfläche einer Elektro­ de durch Potentialbildungsvorgänge an der Grenzfläche zwischen Meßlösung und Elektrode gebildet wird.

Die Vorteile dieser Ausführungsform bestehen insbe­ sondere darin, daß gleichfalls Elektroden mit größe­ rem Durchmesser bzw. größerer Fläche verwenden werden können. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die potentialbildenden Vorgänge an der Oberfläche einer potentiometrischen Elektrode in Abständen von dieser Elektrode auftreten, die in der gleichen Größenord­ nung liegen wie die Durchmesser von Markerpartikeln. Auf diese Weise können Markerpartikel im nm-Bereich bis in den Sub-µm-Bereich verwendet werden.

Die Markerpartikel können aus sehr unterschiedlichen Materialien bestehen, wie dies auch in der Hauptan­ meldung beschrieben ist. Wichtig für die Anwendung bei einem potentiometrischen Meßverfahren ist, daß die Markerpartikel im flüssigen Meßmedium an ihrer Oberfläche eine deutlich andere Potentialdifferenz aufweisen, als die ionenselektive Elektrode selbst. Dies ist eine günstige Voraussetzung bei einem poten­ tiometrischen Nachweis für das Anbinden von Marker­ partikeln.

Es ist zusätzlich möglich die Potentialverhältnisse an der Oberfläche der Markerpartikel dadurch zu be­ einflussen, daß die Markerpartikel mit Ionophoren dotiert sind, wie dies auch bei ionenselektiven Mem­ branen der Fall ist. Hierbei sollten andere Ionophone verwendet werden, als in der ionenselektiven Membran, die zum Nachweis der gebundenen Markerpartikel dient. Ebenso ist es möglich, Markerpartikel an der Oberflä­ che mit einer dünnen Metallschicht zu versehen.

Sowohl bei den amperometrischen als auch bei den po­ tentiometrischen Nachweisverfahren kann der Nachweis von Analyten in einem Zweischrittprozeß erfolgen, der den Markerpartikeltransport und dann die Bindung an die Elektrode beeinhaltet. Wie in der Hauptanmeldung beschrieben, können hier elektrophoretischer und ma­ gnetischer Markerpartikeltransport verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektrode und einer Blende mit elek­ trischen Strömungslinien ohne gebunde­ ne Labelpartikel und mit einem in der Nähe der Blendenöffnung gebundenen Labelpartikel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Elektroden- und Blendenanordnung in Pipettenausführung,

Fig. 3 eine Elektroden- und Blendenanordnung in planarer Schichtbauweise,

Fig. 4 eine Elektroden- und Blendenanordnung in planarer Schichtbauweise nach einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 5 eine Elektroden- und Blendenanordnung in planarer Schichtbauweise mit zwei Elektroden und entsprechenden Blenden,

Fig. 6 eine Elektroden- und Blendenanordnung in planarer Schichtbauweise mit einer Gegenelektrode,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer potentiometrischen Elektrode mit ge­ bundenen Markerpartikeln,

Fig. 8 eine Realisierung von zwei potentiome­ trischen Elektroden auf einem planaren Träger für eine Differenzmessung,

Fig. 9 eine Elektrodenanordnung mit inte­ griertem Fließkanal,

Fig. 10 eine Elektrodenanordnung mit inte­ grierter Fließmatrix, und

Fig. 11 eine elektrische Schaltung mit einer potentiometrischen Elektrode sowie Gegen- und Bezugselektroden.

In den Fig. 1 bis 6 ist eine Meßanordnung für den Nachweis von Markerpartikeln in Meßlösungen darge­ stellt, die mindestens eine Elektrode mit davor an­ geordneter Blende zeigen, während in den Fig. 7 bis 11 eine Meßanordnung zum Nachweis von Markerpar­ tikeln in Meßlösungen mit potentiometrischen Elektro­ den dargestellt sind. Für eine genauere Erläuterung des Verfahrensprinzips für den Nachweis von Analyten in Meßlösungen wird auf die Beschreibung der Haupt an­ meldung Bezug genommen, deren gesamte Offenbarung in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung mit einge­ schlossen ist.

Die Fig. 1a) zeigt eine Makroelektrode 2, die sich von einer Blende 1 aus elektrisch nichtleitendem Ma­ terial mit einer Blendenöffnung 5 befindet. Der Raum zwischen der Blende 1 und der Elektrode 2 ist mit einem Innenelektrolyten 3 ausgefüllt, dr über die Blendenöffnung 5 mit dem Meßmedium 6 (Elektrolyt) in Kontakt ist. Dabei kann der Innenelektrolyt bei­ spielsweise als Gel ausgebildet sein, wobei es mög­ lich ist, daß es sich bis in die Blendenöffnung 5 hinein erstreckt. In großer Entfernung von der Blende 1 befindet sich eine Gegenelektrode (in der Figur nicht dargestellt) im Meßmedium. An die Elektroden wird eine elektrische Gleich- und/oder Wechselspan­ nung angelegt, wodurch ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt wird. Die von der Elektrode 2 ausgehenden elektrischen Feldlinien 4 konzentrieren sich im Bereich der Blendenöffnung 5. Im Meßmedium 6 beschreiben die elektrischen Feldlinien 7 ein sich radial ausbreitendes elektrisches Feld.

Fig. 1b) zeigt die Elektroden- und Blendenkonfigura­ tion mit einem Label-(Marker-)partikel 8, das mit Hilfe einer Bindung 9 an die Blende 1 gebunden ist. Sind die molekularen Bindungspartner in der Nähe der Blendenöffnung 5 lokalisiert, so erfolgt die Bindung des Labelpartikels 8 in unmittelbarer Nähe der Blen­ denöffnung 5. Der in der Hauptanmeldung beschriebene LIFE-Effekt (Label Induced Field Effect), d. h. ein durch Markenpartikel induzierter Feldeffekt, führt zu einer Störung des elektrischen Feldes und der elek­ trischen Feldlinien 7 im Meßmedium 6. Dies kann, wie in der Hauptanmeldung beschrieben, elektrisch nach­ gewiesen werden. Die Offenbarung der DE 197 51 706.4 soll Bestandteil der Beschreibung sein.

Die Größe der Blendenöffnung 5 liegt im Bereich zwi­ schen 0,5 µm und 100 µm, vorzugsweise im Bereich um 1 µm. Der Abstand zwischen der Blende 1 und der Elek­ trode 2 kann beliebig gewählt werden, wenn er deut­ lich größer ist als der Durchmesser der Blendenöff­ nung. Beispielsweise beträgt dieser Blendenabstand 1 mm. Der Durchmesser der Markerpartikel liegt zwi­ schen 0,5 µm und 100 µm, vorzugsweise im Bereich um 1 µm.

In Fig. 2 ist eine Elektroden- und Blendenkonfigura­ tion in Pipettentechnik dargestellt. Eine Mikropipet­ te 19, die zum Beispiel aus Glas besteht, besitzt an ihrer Spitze eine Blende 1* mit einer Blendenöffnung 5. Die Pipette ist mit einem Innenelektrolyten 3 ge­ füllt, in den eine Elektrode 2 hineinragt. Die Elek­ trode 2 ist mit Hilfe einer elektrischen Zuleitung 10 und einem elektrischen Anschluß 11 an eine Meßelek­ tronik anschließbar. Partikel 8, die durch Bindungen 9 in der Nähe der Blendenöffnung 5 lokalisiert sind, führen, wie im Beispiel nach Fig. 1 gezeigt, zu einer Störung des elektrischen Feldes und sind damit elek­ trisch nachweisbar.

In Fig. 3 ist eine Elektroden- und Blendenkonfigura­ tion nach Fig. 1 in planarer Bauweise dargestellt.

Auf einem Träger 12 befindet sich eine dünne Elektro­ denschicht 2'. Der Träger 12 kann zum Beispiel aus einer Kunststoffolie bestehen. Hierfür sind alle Ma­ terialien einsetzbar, die einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Die Elektrodenschicht 2' kann zum Beispiel aus einem Edelmetall (Gold, Platin, Sil­ ber AGCl usw.) durch bekannte Dünnschichtverfahren aufgebracht werden. Ebenso ist es möglich, die Elek­ trodenschicht 2' mit Hilfe elektrisch leitfähiger Pasten nach dem Siebdruckverfahren aufzubringen. Auf dem Träger 12 ist ein Abstandshalter 13 zum Beispiel durch Klebetechnik oder durch Heißlaminieren aufge­ bracht. Der Abstandshalter 13 besitzt einen Durch­ bruch 15 für die elektrische Kontaktierung der dünnen Elektrodenschicht 2' sowie ein Kompartiment 14 für den Innenelektrolyten. Der Abstandshalter kann aus dem gleichen Material hergestellt sein wie der Träger 12. Auf dem Abstandshalter 13 ist eine Blendenfolie 1' durch Klebe- und Heißlaminiertechnik aufgebracht. Die Blendenfolie 1' weist ein oder mehrere Blenden­ öffnungen 5' auf.

Das Einbringen des Innenelektrolyts in sein Komparti­ ment 14 kann zum Beispiel nach dem Verfahren der Va­ kuumbefüllung erfolgen. Hierfür wird die Konfigura­ tion nach Fig. 3b) in einen Elektrolyten eingebracht und oberhalb des Elektrolyten ein Vakuum erzeugt. Dadurch wird das Kompartiment 14 entlüftet und der Innenelektrolyt dringt ein.

Die Blendenöffnungen 5' auf der Blendenfolie 1' kön­ nen zum Beispiel mit Hilfe eines Lasers erzeugt wer­ den. Auch ist es möglich, eine perforierte Blenden­ folie nach dem bekannten LIGA-Verfahren herzustellen. Ebenso ist es möglich, die Blendenfolie 1' in Form eines Ion-Track-Filters zu realisieren. Bei solchen Ion-Track-Filtern werden mikroskopische Öffnungen im µm-Bereich und im Sub-µm-Bereich erzeugt. Weiterhin lassen sich Kapillarporen-Membranfilter verwenden, die Poren im µm- und im Sub-µm-Bereich aufweisen. Solche Kapillarporen-Mebranfilter sind kommerziell erhältlich und bestehen beispielsweise aus den Mate­ rialien Polykarbonat, Polyester, Acrylpolymer, PP.

Wichtig bei der Verwendung von mehr als einer Blen­ denöffnung 5 ist, daß bei einem Blendenöffnungs- Durchmesser von 0,5 µm-10 µm Abstände von Blenden­ öffnungen eingehalten werden, die etwa 100 µm betra­ gen. So ist gewährleistet, daß sich ausgehend von den Blendenöffnungen 5 die elektrischen Feldlinien radial in das Meßmedium hinein erstrecken.

Fig. 4 zeigt eine erste Variante zur Konfiguration in Fig. 3. Hier ist der Abstandshalter 13' mit einem Kompartiment 14' für den Innenelektrolyten ausgestat­ tet, das eine zusätzliche Möglichkeit zur Entlüftung dieses Kompartimentes bietet. In der Blendenfolie 1'' befindet sich eine Öffnung 16, über die das Proben­ kompartiment bei der Vakuumbefüllung schneller ent­ lüftet werden kann. Nach Befüllung der Konfiguration nach Fig. 4 kann die Entlüftungsöffnung 16 mit einem geeigneten Material (Epoxydharz, Silikon usw.) ver­ siegelt werden. Ansonsten entspricht der Aufbau dem nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine zweite Variante der Konfiguration nach Fig. 3. Hier befinden sich auf dem Träger 12 zwei Elektrodenschichten 2'', 2'''. In dieser Ausfüh­ rungsform trägt die Blendenfolie 1'' zwei Blendenöff­ nungen 5'', 5'''. Sind in der unmittelbaren Umgebung der Blendenöffnungen 5'' und 5''' unterschiedliche mo­ lekulare Bindungspartner immobilisiert, so lassen sich unterschiedliche Analyte nachweisen. Dies ent­ spricht einer Anordnung von zwei Mikroelektroden, wie dies in der Hauptanmeldung beschrieben ist. Die Kon­ figuration mit zwei Elektroden und dazugehörigen Blendenöffnungen kann auch zu einem größeren Array mit einer Vielzahl von Elektroden- und Blendenöffnun­ gen erweitert werden.

In Fig. 6 ist eine weitere Variante der Konfiguration nach Fig. 3 gezeigt. Hier ist zusätzlich auf der Blendenfolie 1' ein Träger 17 für ein Probenkomparti­ ment 18 aufgebracht. Dieser Träger 17 kann aus jedem beliebigen Kunststoff hergestellt sein, der mit der verwendeten Probe kompatibel ist und sich auf der Blendenfolie 1' durch Klebetechnik oder durch Heißla­ minieren und durch ein anderes Verfahren aufbringen läßt. Zusätzlich ist hier auf der Blendenfolie 1', eine Gegenelektrode 20 aufgebracht. Für das Aufbrin­ gen und das Material der Gegenelektrode gilt das gleiche, wie im Beispiel nach Fig. 3 für die Elektro­ de 2 beschrieben ist. Die Gegenelektrode 20 kann am elektrischen Anschluß 21 kontaktiert werden. Vorrich­ tungen mit Probenkompartimenten können auch in Array- Form mit einer Vielzahl von Kompartimenten realisiert werden.

In Fig. 7 ist eine Meßanordnung für ein Verfahren zur potentiometrischen Messung zum Nachweis von Analyten dargestellt.

Auf einem Träger 22 befindet sich die Festableitung 23 einer potentiometrischen Elektrode mit einer io­ nenselektiven Membran 24. An der Oberfläche der io­ nenselektiven Membran 24 sind Moleküle immobilisiert, die mit den Molekülen, die auf den Partikeln 8 immo­ bilisiert sind, eine Bindung 9 eingehen können. Die an der Oberfläche der ionenselektiven Membran 24 ge­ bundenen Label- oder Markerpartikel 8, die in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 10 nm auf­ weisen, rufen eine Störung der Potentialbildungsvor­ gänge an der Oberfläche der ionenselektiven Membran 24 hervor, die auf potentiometrischem Wege gemessen werden kann. Gemessen wird das Potential der aus Festableitung 23 und ionenselektiven Membran 24 be­ stehender ionenselektiven Elektrode gegen eine Be­ zugselektrode, die sich ebenfalls im Meßmedium 6 be­ findet, aber nicht dargestellt ist.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Träger 22 zum Beispiel aus Glas, die Festableitung 23 der potentio­ metrischen Elektrode besteht aus Silber und die io­ nenselektive Membran 24 aus einer Ag/AgCl-Schicht. Ebenso ist es möglich, die ionenselektive Membran 24 als Polymermembran auszubilden. Auch können andere bekannte Materialien für ionenselektive Membranen eingesetzt werden. Es ist zusätzlich möglich, ober­ halb der ionenselektiven Membran ohne immobilisierte Moleküle keine weitere Schicht anzuordnen, in der sich die immobilisierten Bindungspartner befinden (ohne Abbildung). Diese Schicht kann zum Beispiel aus einem Hydrogel oder Kollagen bestehen.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Verwen­ dung nach dem potentiometrischen Meßprinzip im Diffe­ renzverfahren. Auf einem Träger 25 befinden sich die Festableitungen 23 und 23' einer potentiometrischen Elektrode mit den Leiterbahnen 27 und 27' sowie den elektrischen Anschlüssen 28 und 28'. Träger und Elek­ troden sowie Leiterbahnen sind mit der Abdeckung 26 gegenüber dem Meßmedium geschützt. Die Abdeckung 26 besitzt Durchbrüche 29 und 29', die die ionenselekti­ ven Elektroden freilassen. Die Festableitung 23 und 23', die Leiterbahnen 27 und 27' sowie die elektri­ schen Anschlüsse 28 und 28' können zum Beispiel aus Silber nach bekannten Dünnschicht- oder Dickschicht­ verfahren hergestellt sein. Als ionenselektive Mem­ bran kann wiederum Ag/AgCl verwendet werden, wobei sie durch die Chloridisierung des Silberfilms der Festableitungen 23, 23' hergestellt werden kann.

Ebenso ist es möglich, in die Durchbrüche 29 und 29' Polymermembranen mit elektroaktiven Komponenten nach bekannten Verfahren herzustellen. Hierfür lassen sich Dispensierverfahren verwenden. Die Abdeckung 26 kann durch Siebdruckverfahren aufgebracht werden. Auch das Einbringen der ionenselektiven Membranen 24 und 24' kann durch Siebdruckverfahren geschehen.

Werden an der Oberfläche der ionenselektiven Membran 24 Moleküle immobilisiert, die eine Bindung 9 einge­ hen können, so läßt sich in einem Differenzverfahren das Signal dieser Elektrode mit dem Signal einer io­ nenselektiven Elektrode mit der ionenselektiven Mem­ bran 24' vergleichen, an deren Oberfläche keine Mole­ küle immobilisiert sind. Die Potentiale beider Elek­ troden können gegen eine externe Bezugselektrode ge­ messen werden. Hierfür sind konventionelle Bezugs­ elektroden geeignet. Ebenso läßt sich eine beliebige Metallelektrode als Pseudoreferenz einsetzen.

Die Verwendung eines Differenzverfahrens hat den Vor­ teil, daß nichtspezifische Bindungen von Molekülen an der Oberfläche der ionenselektiven Membran bei diesem Meßverfahren nicht erfaßt werden.

Fig. 9 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine potentiometrische Elektrodenanordnung mit inte­ griertem Fließkanal. Auf einem Träger 25' befinden sich die Festableitung 23 einer potentiometrischen Elektrode mit einer ionenselektriven Membran 24, die über eine Leiterbahn 27' mit einem elektrischen An­ schluß 28' verbunden sind. Daneben sind eine Gegen­ elektrode 31 und eine Bezugselektrode 32 angeordnet. Die Elektroden 31, 32 können aus Edelmetallfilmen, zum Beispiel Platin bestehen. Auf dem Träger 25' sind auf einer Fläche 30 Markerpartikel schwach immobili­ siert, die bei Kontakt mit einem wäßrigen Meßmedium gelöst werden können. Auf dem Träger 25' ist ein Ka­ nalträger 33 durch Klebetechnik oder durch Heißlami­ nieren aufgebracht. Der Kanalträger 33 besitzt einen Durchbruch 34, der als Kanal wirkt. Mit Hilfe der Abdeckung 26' wird der Kanalträger 33 verschlossen. Durch die Durchbrüche 35, 36 kann das wäßrige Meßme­ dium zu- und abgeführt werden. Die Abdeckung 26 ist durch Klebetechnik oder Heißlaminieren auf den Kanal­ träger aufgebracht.

In Fig. 10 ist der Kanal aus Fig. 9 als Fließmatrix 37 realisiert. Auf einem Träger 25 befindet sich die gleiche Elektrodenanordnung wie in Fig. 9. Über den Elektroden ist eine Fließmatrix 37 angeordnet. Sie besteht zum Beispiel aus Filterpapier oder einer Glasfasermatrix oder anderen Materialien, die durch Klebeverfahren oder durch Anpressen auf den Träger 25 aufgebracht werden. Auf der Fläche 30' sind Markerp­ artikel schwach immobilisiert. Das wäßrige Meßmedium wird auf die Fläche 38 aufgebracht, die zur Proben­ aufnahme dient. Verbreitet sich das Meßmedium in der Fließmatrix 37, so werden Markerpartikel im Bereich der Fläche 30' gelöst und zu den Elektroden 23, 24, 31 und 32 transportiert.

Die potentiometrische Messung mit Hilfe von Vorrich­ tungen nach den Fig. 9 und 10 kann mit Hilfe einer elektrischen Schaltung erfolgen, die schematisch in Fig. 11 dargestellt ist. In einem Probenbehälter 39 befindet sich das wäßrige Meßmedium 6. In das Meßme­ dium 6 sind ein Träger 25' mit einer ionenselektiven Elektrode aus Festableitung 23 und ionenselektiver Membran 24, eine Gegenelektrode 31 und eine Bezugs­ elektrode 32 eingetaucht. Zwischen der ionenselekti­ ven Elektrode und der Gegenelektrode wird mit Hilfe einer Stromquelle 40 ein elektrischer Strom einge­ speist. Zwischen der ionenselektiven Elektrode 23, 24 und der Bezugselektrode 32 kann auf potentiometri­ schem Wege mit einer hochohmigen Spannungsmeßeinrich­ tung 41 das potentiometrische Meßsignal als elektri­ sche Spannung gemessen werden.

Mit Hilfe des elektrischen Stromes zwischen der io­ nenselektiven Elektrode und der Gegenelektrode er­ folgt der Markerpartikeltransport auf elektrophoreti­ schem Wege. Dies ist möglich bei Verwendung von po­ tentiometrischen Elektroden, die relativ niederohmig sind. Dies ist zum Beispiel bei Ag/AgCl-Elektroden der Fall.

Bei hochohmigen potentiometrischen Elektroden wird auf die Gegenelektrode 31 und die Stromquelle 40 ver­ zichtet. Hierbei muß der Markerpartikeltransport auf magnetischem Wege erfolgen, wie dies in der Hauptan­ meldung beschrieben ist.

Claims (18)

1. Verfahren zum Nachweis von Analyten in einer Meßlösung mittels Markerpartikel, deren elektri­ sche Eigenschaften sich von den elektrischen Eigenschaften der Meßlösung unterscheiden, bei dem über eine Elektrodenanordnung ein elektri­ sches Feld in der Meßlösung erzeugt wird und die durch die Markerpartikel hervorgerufenen elek­ trischen Feldänderungen über elektrische Größen bestimmt werden, gemäß Hauptpatentanmeldung 197 51 706.4-52, dadurch gekennzeichnet daß vor der Elektrode, über die ein inhomogenes elektrisches Feld in der Meßlösung erzeugt wird, eine Blende mit einer Öffnung für den Durchtritt der elektrischen Feldlinien angeordnet wird und daß die Markerpartikel an oder in der Nähe der Blendenoberfläche gebunden werden.

2. Vorrichtung zum Nachweis von Analyten in einer Meßlösung mittels Markerpartikel, deren elektri­ sche Eigenschaften von den elektrischen Eigen­ schaften der Meßlösung verschieden sind, mit einer Bindungs- und Elektrodenanordnung, über die in der Meßlösung ein elektrisches Feld er­ zeugt wird und die durch die Markerpartikel ver­ ursachten Änderungen des elektrischen Feldes über elektrische Größen bestimmbar sind, gemäß Hauptpatentanmeldung 197 51 706.4-52, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer Elektrode zur Erzeugung eines in­ homogenen elektrischen Feldes eine mit der Meß­ lösung in Verbindung stehende Blende (1, 5) an­ geordnet ist, die mindestens eine kleine Öffnung aufweist und die als Bindungselement für die Markerpartikel dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Raum zwischen Blende (1, 5) und Elektrode (2) mit einem Elektrolyten (3) ausge­ füllt ist, der mit der Meßlösung (6) in Kontakt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Blende (1, 5) Bestandteil einer Pipette (19) ist, in die die Elektrode (2) hineinragt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf einem flachen Träger (12) mindestens eine Elektrode (2) aufgebracht ist, mit dem ein mit mindestens einer Durchbrechung (14) zur Aufnahme des Elektrolyten (3) versehe­ nes Abstandselement (13) fest verbunden ist und daß die Durchbrechung (14) mit einer als Blende dienenden Abdeckung (1) abgedeckt ist, in der mindestens eine Blendenöffnung (5) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Elektroden (2) auf dem Träger (12) aufgebracht sind, das Abstandsele­ ment (13) mit mehreren den Elektroden zugeord­ neten Durchbrechungen versehen ist und die Ab­ deckung mindestens eine Blendenöffnung für jede Durchbrechung aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegenelektrode (20) auf der der Meßlösung zugewandten Seite der Abdeckung (1) mit Blendenöffnung (5) aufgebracht ist.

8. Verfahren zum Nachweis von Analyten in einer Meßlösung mittels Markerpartikel, deren elektri­ sche Eigenschaften sich von den elektrischen Eigenschaften der Meßlösung unterscheiden, wobei eine Elektrodenanordnung ein elektrisches Feld in der Meßlösung erzeugt wird und die durch die Markerpartikel hervorgerufenen elektrischen Feldänderungen über elektrische Größen bestimmt werden, gemäß Hauptpatentanmeldung 197 51 706.4-­ 52, dadurch gekennzeichnet daß das elektrische Feld an der Oberfläche einer potentiometrischen Elektrode durch Potentialbil­ dungsvorgänge an der Grenzfläche zwischen Meßlö­ sung und Elektrode gebildet wird und die Feld­ änderungen auf potentiometrischem Wege gemessen werden.

9. Vorrichtung zum Nachweis von Analyten in einer Meßlösung mittels Markerpartikel, deren elektri­ sche Eigenschaften von den elektrischen Eigen­ schaften der Meßlösung verschieden sind, mit einer Bindungs- und Elektrodenanordnung, über die in der Meßlösung ein elektrisches Feld er­ zeugt wird und die durch die Markerpartikel ver­ ursachten Änderungen des elektrischen Feldes über elektrische Größen bestimmbar sind, gemäß Hauptpatentanmeldung 197 51 706.4-52, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf einem Träger (22, 25) angeordnete Elektrode als potentiometrische Elektrode ausge­ bildet ist und eine mit der Meßlösung in Verbin­ dung stehende ionenselektive Membran (24) auf­ weist, die die Markerpartikel bindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei Elektroden (23, 24) auf einen Träger (25) aufgebracht sind, die von einer Abdeckung (26) mit mindestens zwei Durch­ brechungen (29) abgedeckt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeweilige ionenselektive Mem­ bran in der Durchbrechung (29) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Markerpartikel mit einem Durchmesser verwendet werden, der im nm-Bereich bis in den Sub-µm-Bereich liegt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine mit einer ionenselektiven Membran (24) versehene potentiometrische Elektrode (23, 24) und eine Bezugselektrode (3, 2) auf dem Träger (25') an­ geordnet sind und über den Elektroden ein mit einer Zu- und/oder Abführung versehener Fließka­ nal (34) für die Meßlösung vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf einer mit dem Fließkanal (34) in Verbindung stehenden begrenzten Fläche (30) des Trägers (25') Markerpartikel durch die in dem Fließkanal (34) strömenden Meßlösung lösbar sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließkanal (34) in einer den Träger mindestens teilweise überdeckenden Abdeckung (33, 26') ausgeformt ist, die eine Zu­ leit- und eine Ableitöffnung (35,36) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließkanal als Fließma­ trix (37) mit einer die Meßlösung von außen auf­ nehmenden Fläche (38) ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf einer begrenzten Fläche (30') der Fließmatrix Markerpartikel immobilisiert sind, die durch die in der Fließmatrix sich ver­ breitenden Meßlösung lösbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger (25, 25') eine Gegenelektrode (31) aufgebracht ist und daß zwischen potentiometrischer Elektro­ de (23, 24) und Gegenelektrode (31) eine Strom­ quelle (40) zum Einspeisen eines Stromes und zwischen potentiometrischer Elektrode und Be­ zugselektrode eine Spannungsmeßeinrichtung ge­ schaltet sind.