DE19822123C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis von Analyten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Analyten nach den Oberbegriffen der Haupt- und Nebenansprüche.

Die vorliegende Erfindung ist ein Zusatz zum Hauptpatent 197 51 706, das ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Nachweis von Analyten in Meßlösungen be­ schreibt, wobei Markerpartikel in der Nähe von bzw. an Mi­ kroelektroden durch molekulare Partner gebunden werden. Es werden Markerpartikel verwendet, deren elektrische Ei­ genschaften von den elektrischen Eigenschaften der Meßlö­ sung verschieden sind, so daß die gebundenen Markerparti­ kel Störungen eines durch eine Elektrodenanordnung er­ zeugten elektrischen Feldes verursachen. Diese Feldstörun­ gen können elektrisch erfaßt werden, beispielsweise durch Veränderung eines elektrischen Stroms, der von Mikroelek­ troden ausgeht.

Ausgehend von diesem im Hauptpatent beschrie­ benen Verfahren bzw. von der Vorrichtung liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Nachweis von Analyten gemäß dem Hauptpatent 197 51 706 dahingehend weiterzubilden, daß sie kostengünstiger durchzuführen sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male der unabhängigen Ansprüche in Verbindung mit derem Oberbegriff gelöst.

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

Entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung wird bei dem Verfahren bzw. der Vorrichtung zum Nachweis von Analyten in einer Meßlösung, in der mittels einer Elektrodenanordnung ein elektrisches Feld erzeugt wird und die durch die Markerpartikel verursachten Ände­ rungen des elektrischen Feldes bestimmt werden, eine Elek­ trode 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 Öffnung der Blende hindurchgehen. Die Markerpartikel binden sich an bzw. in der Nähe der Oberflä­ che der Blende. Die mit dieser Ausführungsform erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zur Erzeugung ei­ nes inhomogenen elektrischen Feldes keine Mikroelektrode mit einem Durchmesser im µm-Bereich und kleiner erzeugt werden muß, da die Blendenöffnung ausschlaggebend für das elektrische Feld ist. Die Herstellung der Mikroelektro­ den ist zwar bekannt, aber sie erfordert einen aufwendigen technologischen Prozeß mit hohen Kosten. Bei der Verwen­ dung einer Blende vor einer Makroelektrode sind die tech­ nologischen Anforderungen bei der Elektrodenherstellung nicht so hoch, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mit geringen Kosten herzustellen ist. Es können somit Meßvor­ richtungen mit Einzelelektroden oder Elektrodenarrays als Einmalartikel mit geringen Kosten hergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Strom, der durch die kleine Blendenöffnung hindurch zur Gegenelektrode in der Meßlösung fließt, an der Elektrode nur eine sehr kleine Stromdichte verursacht. Im Vergleich zur Verwendung einer Mikroelektrode ist in diesem Falle die Stromdichte um das Verhältnis von Querschnittsfläche der Blendenöffnung und Elektrodenfläche kleiner. Dies hat zur Folge, daß Änderungen des elektrischen Widerstandes hauptsächlich durch partikelinduzierte Feldstörungen verur­ sacht werden und der Einfluß von elektrochemischen Elek­ trodenreaktionen ist weitgehend vernachlässigbar. Auf diese Weise können die Messungen genauer durchgeführt werden.

Entsprechend dem zweiten unabhängigen Gedanken der vorliegenden Erfindung wird die Messung des Nachweises der durch die Markerpartikel verursachten Störungen des elektrischen Feldes in der Meßlösung mit einem potentio­ metrischen Verfahren durchgeführt, wobei das elektrische Feld an der Oberfläche einer Elektrode durch Potentialbil­ dungsvorgänge an der Grenzfläche zwischen Meßlösung und Elektrode gebildet wird.

Die Vorteile dieser Ausführungsform bestehen insbeson­ dere darin, daß gleichfalls Elektroden mit größerem Durch­ messer bzw. größerer Fläche verwenden werden können. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die potentialbildenden Vorgänge an der Oberfläche einer potentiometrischen Elek­ trode in Abständen von dieser Elektrode auftreten, die in der gleichen Größenordnung liegen wie die Durchmesser von Markerpartikeln. Auf diese Weise können Markerpartikel im nm-Bereich bis in den Sub-µm-Bereich verwendet wer­ den.

Die Markerpartikel können aus sehr unterschiedlichen Materialien bestehen, wie dies auch in der Hauptanmeldung beschrieben ist. Wichtig für die Anwendung bei einem po­ tentiometrischen 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 potentiometrischen Nachweis für das Anbinden von Markerpartikeln.

Es ist zusätzlich möglich die Potentialverhältnisse an der Oberfläche der Markerpartikel dadurch zu beeinflussen, daß die Markerpartikel mit Ionophoren dotiert sind, wie dies auch bei ionenselektiven Membranen der Fall ist. Hierbei sollten andere Ionophone verwendet werden, als in der io­ nenselektiven Membran, die zum Nachweis der gebundenen Markerpartikel dient. Ebenso ist es möglich, Markerpartikel an der Oberfläche mit einer dünnen Metallschicht zu verse­ hen.

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 Elek­ trode beeinhaltet. Wie im Hauptpatent beschrieben, können hier elektrophoretischer und magnetischer Markerp­ artikeltransport verwendet werden.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektrode und einer Blende mit elektrischen Strömungslinien ohne gebun­ dene Labelpartikel und mit einem in der Nähe der Blenden­ öffnung gebundenen Labelpartikel,

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

Fig. 3 eine Elektroden- und Blendenanordnung in plana­ rer Schichtbauweise,

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

Fig. 5 eine Elektroden- und Blendenanordnung in plana­ rer Schichtbauweise mit zwei Elektroden und entsprechen­ den Blenden,

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

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer potentiometri­ schen Elektrode mit gebundenen Markerpartikeln,

Fig. 8 eine Realisierung von zwei potentiometrischen Elektroden auf einem planaren Träger für eine Differenz­ messung,

Fig. 9 eine Elektrodenanordnung mit integriertem Fließ­ kanal,

Fig. 10 eine Elektrodenanordnung mit integrierter Fließ­ matrix, und

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

In den Fig. 1 bis 6 ist eine Meßanordnung für den Nach­ weis von Markerpartikeln in Meßlösungen dargestellt, die mindestens eine Elektrode mit davor angeordneter Blende zeigen, während in den Fig. 7 bis 11 eine Meßanordnung zum Nachweis von Markerpartikeln in Meßlösungen mit potentiometrischen Elektroden dargestellt sind. Für eine ge­ nauere Erläuterung des Verfahrensprinzips für den Nach­ weis von Analyten in Meßlösungen wird auf die Beschrei­ bung der Hauptanmeldung Bezug genommen, deren ge­ samte Offenbarung in die Offenbarung der vorliegenden Er­ findung mit eingeschlossen ist.

Die Fig. 1a) zeigt eine Makroelektrode 2, die sich von ei­ ner Blende 1 aus elektrisch nichtleitendem Material mit ei­ ner Blendenöffnung 5 befindet. Der Raum zwischen der Blende 1 und der Elektrode 2 ist mit einem Innenelektroly­ ten 3 ausgefüllt, der über die Blendenöffnung 5 mit dem Meßmedium 6 (Elektrolyt) in Kontakt ist. Dabei kann der Innenelektrolyt beispielsweise als Gel ausgebildet sein, wo­ bei es möglich ist, daß es sich bis in die Blendenöffnung 5 hinein erstreckt. In großer Entfernung von der Blende 1 be­ findet sich eine Gegenelektrode (in der Figur nicht darge­ stellt) im Meßmedium. An die Elektroden wird eine elektri­ sche Gleich- und/oder Wechselspannung angelegt, wodurch ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt wird. Die von der Elektrode 2 ausgehenden elektrischen Feldli­ nien 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 Blendenkonfiguration mit einem Label-(Marker-)partikel 8, das mit Hilfe einer Bindung 9 an die Blende 1 gebunden ist. Sind die molekula­ ren Bindungspartner in der Nähe der Blendenöffnung 5 lo­ kalisiert, so erfolgt die Bindung des Labelpartikels 8 in un­ mittelbarer Nähe der Blendenöffnung 5. Der in der Hauptan­ meldung beschriebene LIFE-Effekt (Label Induced Field Effect), d. h. ein durch Markenpartikel induzierter Feldef­ fekt, führt zu einer Störung des elektrischen Feldes und der elektrischen Feldlinien 7 im Meßmedium 6. Dies kann, wie in der Hauptanmeldung beschrieben, elektrisch nachgewie­ sen werden. Die Offenbarung der DE 197 51 706.4 soll Be­ standteil 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 Elektrode 2 kann beliebig gewählt werden, wenn er deutlich größer ist als der Durchmesser der Blendenöffnung. Beispielsweise beträgt dieser Blendenabstand 1 mm. Der Durchmesser der Markerpartikel liegt zwischen 0,5 µm und 100 µm, vorzugs­ weise im Bereich um 1 µm.

In Fig. 2 ist eine Elektroden- und Blendenkonfiguration in Pipettentechnik dargestellt. Eine Mikropipette 19, die zum Beispiel aus Glas besteht, besitzt an ihrer Spitze eine Blende 1* mit einer Blendenöffnung 5. Die Pipette ist mit einem In­ nenelektrolyten 3 gefüllt, in den eine Elektrode 2 hineinragt. Die Elektrode 2 ist mit Hilfe einer elektrischen Zuleitung 10 und einem elektrischen Anschluß 11 an eine Meßelektronik anschließbar. Partikel 8, die durch Bindungen 9 in der Nähe der Blendenöffnung 5 lokalisiert sind, führen, wie im Bei­ spiel nach Fig. 1 gezeigt, zu einer Störung des elektrischen Feldes und sind damit elektrisch nachweisbar.

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

Auf einem Träger 12 befindet sich eine dünne Elektroden­ schicht 2'. Der Träger 12 kann zum Beispiel aus einer Kunst­ stoffolie bestehen. Hierfür sind alle Materialien einsetzbar, die einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Die Elektrodenschicht 2' kann zum Beispiel aus einem Edelme­ tall (Gold, Platin, Silber AGCl usw.) durch bekannte Dünn­ schichtverfahren aufgebracht werden. Ebenso ist es mög­ lich, die Elektrodenschicht 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 aufgebracht. Der Abstandshalter 13 besitzt einen Durchbruch 15 für die elek­ trische Kontaktierung der dünnen Elektrodenschicht 2' so­ wie 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 auf­ gebracht. Die Blendenfolie 1' weist ein oder mehrere Blen­ denöffnungen 5' auf.

Das Einbringen des Innenelektrolyts in sein Komparti­ ment 14 kann zum Beispiel nach dem Verfahren der Vaku­ umbefüllung erfolgen. Hierfür wird die Konfiguration nach Fig. 3b) in einen Elektrolyten eingebracht und oberhalb des Elektrolyten ein Vakuum erzeugt. Dadurch wird das Kom­ partiment 14 entlüftet und der Innenelektrolyt dringt ein.

Die Blendenöffnungen 5' auf der Blendenfolie 1' können zum Beispiel mit Hilfe eines Lasers erzeugt werden. Auch ist es möglich, eine perforierte Blendenfolie nach dem be­ kannten LIGA-Verfahren herzustellen. Ebenso ist es mög­ lich, die Blendenfolie 1' in Form eines Ion-Track-Filters zu realisieren. Bei solchen Ion-Track-Filtern werden mikrosko­ pische 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 auf­ weisen. Solche Kapillarporen-Mebranfilter sind kommer­ ziell erhältlich und bestehen beispielsweise aus den Materia­ lien Polykarbonat, Polyester, Acrylpolymer, PP.

Wichtig bei der Verwendung von mehr als einer Blenden­ öffnung 5 ist, daß bei einem Blendenöffnungs-Durchmesser von 0,5 µm-10 µm Abstände von Blendenöffnungen einge­ halten werden, die etwa 100 µm betragen. So ist gewährlei­ stet, daß sich ausgehend von den Blendenöffnungen 5 die elektrischen Feldlinien radial in das Meßmedium hinein er­ strecken.

Fig. 4 zeigt eine erste Variante zur Konfiguration in Fig. 3. Hier ist der Abstandshalter 13' mit einem Kompartiment 14' für den Innenelektrolyten ausgestattet, das eine zusätzli­ che Möglichkeit zur Entlüftung dieses Kompartimentes bie­ tet. In der Blendenfolie 1" befindet sich eine Öffnung 16, über die das Probenkompartiment bei der Vakuumbefüllung schneller entlüftet werden kann. Nach Befüllung der Konfi­ guration nach Fig. 4 kann die Entlüftungsöffnung 16 mit ei­ nem geeigneten Material (Epoxydharz, Silikon usw.) versie­ gelt 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 Elektro­ denschichten 2", 2'''. In dieser Ausführungsform trägt die Blendenfolie 1" zwei Blendenöffnungen 5", 5'''. Sind in der unmittelbaren Umgebung der Blendenöffnungen 5" und 5''' unterschiedliche molekulare Bindungspartner immobili­ siert, so lassen sich unterschiedliche Analyte nachweisen. Dies entspricht einer Anordnung von zwei Mikroelektroden, wie dies in der Hauptanmeldung beschrieben ist. Die Konfi­ guration mit zwei Elektroden und dazugehörigen Blenden­ öffnungen kann auch zu einem größeren Array mit einer Vielzahl von Elektroden- und Blendenöffnungen 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 Probenkompartiment 18 aufgebracht. Die­ ser Träger 17 kann aus jedem beliebigen Kunststoff herge­ stellt sein, der mit der verwendeten Probe kompatibel ist und sich auf der Blendenfolie 1' durch Klebetechnik oder durch Heißlaminieren und durch ein anderes Verfahren aufbringen läßt. Zusätzlich ist hier auf der Blendenfolie 1', eine Gegen­ elektrode 20 aufgebracht. Für das Aufbringen und das Mate­ rial der Gegenelektrode gilt das gleiche, wie im Beispiel nach Fig. 3 für die Elektrode 2 beschrieben ist. Die Gegen­ elektrode 20 kann am elektrischen Anschluß 21 kontaktiert werden. Vorrichtungen mit Probenkompartimenten können auch in Array-Form mit einer Vielzahl von Kompartimenten realisiert werden.

In Fig. 7 ist eine Meßanordnung für ein Verfahren zur po­ tentiometrischen Messung zum Nachweis von Analyten dar­ gestellt.

Auf einem Träger 22 befindet sich die Festableitung 23 einer potentiometrischen Elektrode mit einer ionenselekti­ ven Membran 24. An der Oberfläche der ionenselektiven Membran 24 sind Moleküle immobilisiert, die mit den Mo­ lekülen, die auf den Partikeln 8 immobilisiert sind, eine Bin­ dung 9 eingehen können. Die an der Oberfläche der ionense­ lektiven Membran 24 gebundenen Label- oder Markerparti­ kel 8, die in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmes­ ser von 10 nm aufweisen, rufen eine Störung der Potential­ bildungsvorgänge an der Oberfläche der ionenselektiven Membran 24 hervor, die auf potentiometrischem Wege ge­ messen werden kann. Gemessen wird das Potential der aus Festableitung 23 und ionenselektiven Membran 24 beste­ hender ionenselektiven Elektrode gegen eine Bezugselek­ trode, die sich ebenfalls im Meßmedium 6 befindet, aber nicht dargestellt ist.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Träger 22 zum Bei­ spiel aus Glas, die Festableitung 23 der potentiometrischen Elektrode besteht aus Silber und die ionenselektive Mem­ bran 24 aus einer Ag/AgCl-Schicht. Ebenso ist es möglich, die ionenselektive Membran 24 als Polymermembran aus­ zubilden. Auch können andere bekannte Materialien für io­ nenselektive Membranen eingesetzt werden. Es ist zusätz­ lich möglich, oberhalb 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 ei­ nem Hydrogel oder Kollagen bestehen.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Verwendung nach dem potentiometrischen Meßprinzip im Differenzver­ fahren. Auf einem Träger 25 befinden sich die Festableitun­ gen 23 und 23' einer potentiometrischen Elektrode mit den Leiterbahnen 27 und 27' sowie den elektrischen Anschlüs­ sen 28 und 28'. Träger und Elektroden sowie Leiterbahnen sind mit der Abdeckung 26 gegenüber dem Meßmedium ge­ schützt. Die Abdeckung 26 besitzt Durchbrüche 29 und 29', die die ionenselektiven Elektroden freilassen. Die Festablei­ tung 23 und 23', die Leiterbahnen 27 und 27' sowie die elek­ trischen Anschlüsse 28 und 28' können zum Beispiel aus Silber nach bekannten Dünnschicht- oder Dickschichtver­ fahren hergestellt sein. Als ionenselektive Membran 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' Po­ lymermembranen mit elektroaktiven Komponenten nach bekannten Verfahren herzustellen. Hierfür lassen sich Dis­ pensierverfahren verwenden. Die Abdeckung 26 kann durch Siebdruckverfahren aufgebracht werden. Auch das Einbrin­ gen der ionenselektiven Membranen 24 und 24 kann durch Siebdruckverfahren geschehen.

Werden an der Oberfläche der ionenselektiven Membran 24 Moleküle immobilisiert, die eine Bindung 9 eingehen können, so läßt sich in einem Differenzverfahren das Signal dieser Elektrode mit dem Signal einer ionenselektiven Elek­ trode mit der ionenselektiven Membran 24' vergleichen, an deren Oberfläche keine Moleküle immobilisiert sind. Die Potentiale beider Elektroden können gegen eine externe Be­ zugselektrode gemessen werden. Hierfür sind konventio­ nelle Bezugselektroden geeignet. Ebenso läßt sich eine be­ liebige 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 Meß­ verfahren nicht erfaßt werden.

Fig. 9 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine potentiometrische Elektrodenanordnung mit integriertem Fließkanal. Auf einem Träger 25' befinden sich die Festab­ leitung 23 einer potentiometrischen Elektrode mit einer io­ nenselektiven Membran 24, die über eine Leiterbahn 27' mit einem elektrischen Anschluß 28' verbunden sind. Dane­ ben sind eine Gegenelektrode 31 und eine Bezugselektrode 32 angeordnet. Die Elektroden 31, 32 können aus Edelme­ tallfilmen, zum Beispiel Platin bestehen. Auf dem Träger 25' sind auf einer Fläche 30 Markerpartikel schwach immobili­ siert, die bei Kontakt mit einem wäßrigen Meßmedium ge­ löst werden können. Auf dem Träger 25' ist ein Kanalträger 33 durch Klebetechnik oder durch Heißlaminieren aufge­ bracht. Der Kanalträger 33 besitzt einen Durchbruch 34, der als Kanal wirkt. Mit Hilfe der Abdeckung 26' wird der Ka­ nalträger 33 verschlossen. Durch die Durchbrüche 35, 36 kann das wäßrige Meßmedium zu- und abgeführt werden. Die Abdeckung 26 ist durch Klebetechnik oder Heißlami­ nieren auf den Kanalträger aufgebracht.

In Fig. 10 ist der Kanal aus Fig. 9 als Fließmatrix 37 rea­ lisiert. Auf einem Träger 25 befindet sich die gleiche Elek­ trodenanordnung wie in Fig. 9. Über den Elektroden ist eine Fließmatrix 37 angeordnet. Sie besteht zum Beispiel aus Fil­ terpapier oder einer Glasfasermatrix oder anderen Materia­ lien, die durch Klebeverfahren oder durch Anpressen auf den Träger 25 aufgebracht werden. Auf der Fläche 30' sind Markerpartikel schwach immobilisiert. Das wäßrige Meß­ medium 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 Vorrichtun­ gen 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 Meßmedium 6 sind ein Träger 25' mit einer ionenselektiven Elektrode aus Festableitung 23 und io­ nenselektiver Membran 24, eine Gegenelektrode 31 und eine Bezugselektrode 32 eingetaucht. Zwischen der ionen­ selektiven Elektrode und der Gegenelektrode wird mit Hilfe einer Stromquelle 40 ein elektrischer Strom eingespeist. Zwischen der ionenselektiven Elektrode 23, 24 und der Be­ zugselektrode 32 kann auf potentiometrischem Wege mit ei­ ner hochohmigen Spannungsmeßeinrichtung 41 das poten­ tiometrische Meßsignal als elektrische Spannung gemessen werden.

Mit Hilfe des elektrischen Stromes zwischen der ionense­ lektiven Elektrode und der Gegenelektrode erfolgt der Mar­ kerpartikeltransport auf elektrophoretischem Wege. Dies ist möglich bei Verwendung von potentiometrischen Elektro­ den, 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 verzichtet. Hierbei muß der Markerpartikeltransport auf magne­ tischem Wege erfolgen, wie dies in der Hauptanmeldung be­ schrieben ist.

Claims (18)

1. Verfahren zum Nachweis von Analyten in Messlö­ sungen mittels Markerpartikeln, deren elektri­ sche Eigenschaften von den elektrischen Eigen­ schaften der Messlösung verschieden sind, bei dem in der Messlösung ein elektrisches Feld er­ zeugt wird und bei dem durch die Markerpartikel verursachte Änderungen des elektrischen Feldes bestimmt werden, gemäß Hauptpatent 197 51 706, dadurch gekennzeichnet, dass ein inhomogenes elektrisches Feld in der Messlösung erzeugt wird und vor eine das inhomo­ gene elektrische Feld erzeugenden Elektrode eine Blende mit einer Öffnung für den Durchtritt von elektrischen Feldlinien angeordnet wird, um die Markerpartikel an oder in der Nähe der Blenden­ oberfläche zu binden.

2. Vorrichtung mit mindestens einer Elektrode zum Nachweis von Analyten in Messlösungen mittels Markerpartikeln, deren elektrische Eigenschaften von den elektrischen Eigenschaften der Messlö­ sung verschieden sind, bei dem in der Messlösung ein elektrisches Feld erzeugt wird und ei dem durch die Markerpartikel verursachte Änderungen des elektrischen Feldes bestimmt werden, gemäß Hauptpatent 197 51 706, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode zur Erzeugung eines inhomoge­ nen elektrischen Feldes dient, wobei vor der E­ lektrode eine mit der Messlösung in Verbindung stehende Blende (1, 5) angeordnet ist, die mindestens eine kleine Öffnung aufweist und die als Bindungselement für die Markerpartikel dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Raum zwischen Blende (1, 5) und Elektrode (2) mit einem Elektrolyten (3) ausgefüllt 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 die Elektrode (2) auf einem flachen Träger (12) aufgebracht ist, mit dem ein mit mindestens einer Durchbrechung (14) zur Auf­ nahme des Elektrolyten (3) versehenes Abstands­ element (13) fest verbunden ist und dass die Durchbrechung (14) mit einer als Blende dienen­ den Abdeckung (1) abgedeckt ist, in der mindes­ tens 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 zugeordne­ ten 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 eine Gegenelektrode (20) auf der der Messlösung zugewandten Seite der Abdeckung (1) mit Blendenöffnung (5) aufge­ bracht ist.

8. Verfahren zum Nachweis von Analyten in Messlö­ sungen mittels Markerpartikeln, deren elektri­ sche Eigenschaften von den elektrischen Eigen­ schaften der Messlösung verschieden sind, bei dem in der Messlösung ein elektrisches Feld er­ zeugt wird und bei dem durch die Markerpartikel verursachte Änderungen des elektrischen Feldes bestimmt werden, gemäß Hauptpatent 197 51 706, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld an der Oberfläche ei­ ner potentiometrischen Elektrode durch Potenti­ albildungsvorgänge an der Grenzfläche zwischen Messlösung und Elektrode gebildet wird und die Feldänderungen auf potentiometrischem Wege ge­ messen werden.

9. Vorrichtung zum Nachweis von Analyten in Messlö­ sung mittels Markerpartikeln, deren elektrische Eigenschaften von den elektrischen Eigenschaften der Messlösung verschieden sind, bei dem in der Messlösung ein elektrisches Feld erzeugt wird und bei dem durch die Markerpartikel verursachte Änderungen des elektrischen Feldes bestimmt wer­ den gemäß Hauptpatent 197 51 706, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf einem Träger (22, 25) angeordnete Elektrode als potentiometrische Elektrode ausge­ bildet ist und eine mit der Messlösung in Ver­ bindung stehende ionenselektive Membran (24) aufweist, die die Markerpartikel bindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass mindestens zwei Elektroden (23, 24) auf den Träger (25) aufgebracht sind, die von einer Abdeckung (26) mit mindestens zwei Durchbrechungen (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 Be­ zugselektrode (32) auf dem Träger (25') ange­ ordnet sind und über den Elektroden ein mit ei­ ner Zu- und/oder Abführung versehener Fließkanal (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 ei­ ner den Träger mindestens teilweise überdecken­ den Abdeckung (33, 26') ausgeformt ist, die eine Zuleit- und eine Ableitöffnung (35, 36) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließkanal als Fließ­ matrix (37) mit einer die Messlösung von außen aufnehmenden 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 verbreitenden Messlösung lösbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger (25, 25') eine Gegenelektrode (31) aufgebracht ist und dass zwischen potentiometrischer Elekt­ rode (23, 24) und Gegenelektrode (31) eine Strom­ quelle (40) zum Einspeisen eines Stromes und zwischen potentiometrischer Elektrode (23, 24) und Bezugselektrode (32) eine Spannungsmessein­ richtung geschaltet sind.