VORRICHTUNG, SYSTEM UND VERFAHREN ZUR QUANTITATIVEN REAL-TIME PCR-ANALYSE (QPCR) UND

WEITERER MIKROBIOLOGISCHER ANALYSETECHNIKEN

10 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur quantitativen Real-Time PCR- Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Re- verse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, wenigstens umfassend 15 - wenigstens ein Belichtungsmittel zur Belichtung einer Probe in einem Proben röhrchen mit elektromagnetischer Strahlung;

- wenigstens ein Analysemittel zur quantitativen Analyse einer Probe in einem Pro benröhrchen bezüglich eines Gehalts DNA (-Abschnitten); und

- eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, mit dem Analysemittel und mit dem

20 Belichtungsmittel Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein System zur quantitativen Real-Time PCR- Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Re- 25 verse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, bestehend aus einer derartigen Vorrichtung und wenigs tens einem Probenröhrchen, wobei ein Korpus des Probenröhrchens durch wenigstens ei nen Filter in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels des Pro benröhrchensjenseits des Filters gelegene Abschnitt des Korpus eine Testsubstanz umfasst. 30

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur quantitativen Real- Time PCR- Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Be- Stimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbeson dere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, mit einem System wie zuvor beschrieben.

Im Rahmen der molekularen Labordiagnostik, beispielsweise zur Bestimmung der Virus last nach Infektionen oder auch zur Erkennung von Erbkrankheiten, wird die quantitative Real-Time PCR-Analyse (qPCR) als eine etablierte und besonders exakte Analysenme thode eingesetzt. Es handelt sich dabei um eine Vervielfältigungsmethode für Nukleinsäu ren, insbesondere für Desoxyribonukleinsäure (DNA), welche auf dem Prinzip der Poly merase-Kettenreaktion (PCR) basiert und zusätzlich die Möglichkeit einer Quantifizierung in Echtzeit - meist durch eine während oder am Ende eines PCR-Zyklus durchgeführten Fluoreszenzanalyse - bietet. Da für die Vervielfältigung das Enzym DNA-Polymerase ein gesetzt wird, welches doppelsträngige DNA- Moleküle bzw. -Molekülfragmente als Sub strat benötigt, wird zur Analyse von einsträngigen Ribonukleinsäure (RNA)-Proben, etwa zur Untersuchung/zum quantitativen Nachweis von RNA-Viren wie dem SARS-Coronavi- rus-2 (SARS-CoV-2), ein weiterer Schritt vorgeschaltet, nämlich die Nutzung einer Rever sen Transkriptase (RT) zur Umschreibung von RNA in komplementäre DNA (cDNA). Die entsprechende Analysenmethode wird dann als Reverse-Transkriptase-qPCR -Analyse (qRT-PCR) bezeichnet.

Gerade seit Beginn der Covid-19-Pandemie ist der Bedarf an schneller und zuverlässiger Labordiagnostik zum Nachweis von RNA-Viren, wie dem SARS-CoV-2, bedeutend ge stiegen, da im Testen möglichst vieler, insbesondere asymptomatischer bzw. sehr mild symptomatischer, aber dennoch infektiöser Personen, ein wirkungsvolles Mittel im Kampf gegen das Virus gesehen wird. Eine vollständige qRT-PCR-Analyse dauert dabei inklusive Probenaufbereitung, Extraktion der Nukleinsäure und anschließender eigentlicher Durch führung der qRT-PCR durchschnittlich in einem Untersuchungslabor 3 bis 5 Stunden und benötigt medizin-diagnostisch geschultes Laborpersonal. Der wirklich geschwindigkeits bestimmende Schritt ist hierbei meist nicht die Probenaufbereitungs- und Analysenzeit im Labor, sondern die Probennahme bei der zu untersuchenden Person bzw. beim Patienten und vor allem der Transport der Probe zum Labor bzw. anschließend die Übermittlungszeit der Testergebnisse vom Labor zum Patienten. Neben der qRT-PCR etablieren sich stetig weitere mikrobiologische Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einer Probe, die sich ei nerseits in den jeweils verwendeten Analyse-Reagenzien und andererseits im vorgegebe nen Temperaturprotokoll unterscheiden können. Unter dem Begriff „Erbgutsequenzen“ werden dabei sowohl Abschnitte von Desoxyribonukleinsäure (DNA)- als auch von Ribo nukleinsäure (RNA)-Molekülen verstanden. Die sog. LAMP -Analyse (loop-mediated iso thermal amplification) basiert bspw. auf einer isothermalen Nukleinsäuren-Vervielfälti- gung unter Verwendung von strangversetzten DNA-Polymerasen als Test- bzw. Analy sesubstanz. Die sog. TMA-Analyse (transcription mediated amplification) wird ebenfalls bei konstanter Temperatur durchgeführt (z.B. ca. 41 °C), verwendet jedoch zwei Enzyme als Test-Reagenzien: eine RNA-Polymerase und eine Reverse Transkriptase. Bei der CRISPR- Analyse wird schließlich eine Leit-RNA (crRNA) als Teil der Testsubstanz der Probe zugegeben, welche sich am zu untersuchenden Gen, bspw. einem Virusgen, anlagert. Das Enzym Casl3 als weiterer Teil der Testsubstanz zerschneidet in einem zweiten Schritt das zu untersuchende Gen an der Anlagerungsstelle und setzt dabei eine sog. Reporter- RNA frei, die wiederum einen Fluoreszenzmarker trägt. Die Reaktionen laufen dabei eben falls isothermal, in diesem Fall bspw. bei ca. 37 °C, ab. Allen hier kurz beschriebenen Analysemethoden, qPCR, qRT-PCR, LAMP, TMA, CRISPR, ist gemein, dass der finale Detektionsschritt in einer Fluoreszenz-analytischen Auswertung der Reaktionsprodukte besteht.

Zur Etablierung einer patientennahen Testung (Point-of-Care-Labordiagnostik, POC) wer den seit einiger Zeit verschiedene kompakte Testsysteme entwickelt, welche Testergeb nisse teilweise in unter einer Stunde liefern können. Allerdings ist zur Aufbereitung der Proben, zur Bedienung des jeweiligen Testsystems und zur Auswertung der Analysener gebnisse wiederum medizinisch und/oder labordiagnostisch geschultes Fachpersonal not wendig. In diesem Zusammenhang sind die DE 102012 219491 Al, die DE 102010 003 223 Al und die DE 690 17 454 T2 bekannt geworden.

Da die PCR-Analyse von RNA-Viren sowie die oben beschriebenen Varianten die bislang genausten und zuverlässigsten Methoden zur Quantifizierung einer etwaigen Viruslast dar stellen und damit auch Aussagen über eine akut vorhandene Infektiosität ermöglichen, wäre es wünschenswert, derartige Analysen auch außerhalb von medizinischen Einrichtun gen von nicht medizinisch/labordiagnostisch-geschultem Personal, schnell und sicher durchführen lassen zu können, um beispielsweise die Gäste eines Restaurants oder die Be sucher einer Kultur- oder Sportveranstaltung direkt vor/bei ihrem Besuch zu testen.

Hiervon ausgehend hegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gegen über dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung beziehungsweise ein verbessertes System sowie Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Ana- lyse (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR- Analyse bereitzustellen, welche bzw. welches eine schnelle, einfache und kostengünstige aber dennoch zuverlässige Durchführung derartiger Analysen ermöglicht und dabei deren bzw. dessen Bedienung keine einschlägigen medizinischen und/oder labordiagnostischen Fachkenntnisse erfordert. Darüber hinaus soll dabei die Handhabung der Vorrichtung bzw. des Systems und das damit durchgeführte Verfahren für die, die Analyse durchführende Person sicher sein, also ein möglichst kleines Risiko dafür bergen, selbst angesteckt zu werden.

Diese Aufgabe wird zunächst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängi gen Patentanspruchs 1, durch ein System mit den Merkmalen des nebengeordneten An spruchs 11, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich gegenüber Vorrichtungen des Stands der Technik dadurch aus, dass sie wenigstens eine Zentrifugations- und Mischungseinheit zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen umfasst, welche bezüglich einer Dreh achse drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen so wohl zu durchmischen, zu zentrifügieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und wobei die Zentrifügations- und Mischungseinheit zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen.

Das erfindungsgemäße System besteht aus einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen, wobei ein Korpus des Probenröhrchens durch wenigs tens einen Filter in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegene Abschnitt des Korpus eine Testsubstanz umfasst. Die erfmdungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfmdungsgemäße System ermöglichen es vorteilhaft alle Schritte einer quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere einer Reverse-Transkriptase-qPCR- Analyse (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR- Analyse, automatisiert durchzuführen und die Analysenergebnisse insbesondere mit Hilfe der Steuereinheit direkt auszuwerten. Das erfmdungsgemäße System aus Vor richtung und Probenröhrchen ermöglicht es vorteilhaft zudem auch die Probenvorberei tung, insbesondere die sog. Lyse, also das Herauslösen der RNA aus einem Probentupfer mit Hilfe eines Lösungsmittels sowie das Liltrieren des so erhaltenen Probengemisches au tomatisiert durchzuführen. Die von einem Benutzer - idealerweise von der zu untersuchen den Person selbst - durchführbare Probennahme kann dann vorteilhaft lediglich darin be stehen, dass der Benutzer an sich selbst einen Nasen- und/oder Rachenabstrich (evtl auch unter Anleitung) durchführt, den Tupfer selbst an einer Sollbruchstell in das Probenröhr chen hinein abbricht, beispielsweise mit Hilfe einer bereits befüllten Einwegspritze mit Lösungsmittel versetzt und dann den Deckel des Probenröhrchens verschließt und das Röhrchen über die Einführöffnung in der Zentrifügations- und Mischungseinheit der Vor richtung platziert. Nach dem Start der erfmdungsgemäßen Vorrichtung erfolgt der Rest der quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) oder weiterer molekularbiologischer Ana lysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere der Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), LAMP-, TMA- und/oder CRISPR-Analyse, inkl. Ausgabe der Analysenergebnisse vollautomatisch, sodass kein Dritter mit der potentiell infektiösen, zu testenden Person in direkten Kontakt kommen muss. Zur Auswahl der konkret durchgeführten Analysenart (PCR, LAMP, TMA, oder CRISPR, etc.) ist dabei vorteilhaft lediglich ein Probenröhrchen mit jeweils geeigneter Testsubstanz zu verwenden und das jeweilige Temperaturprogramm an der Steuereinheit auszuwählen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kom bination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung hat es sich bewährt, wenn die Zentrifügations- und Mischungseinheit wenigstens ein Kontaktierungselement umfasst, welches mit we- nigstens einem korrespondierend ausgebildeten, elektrischen Strom führenden Kontakt punkt der Vorrichtung reversibel in Kontakt gebracht werden kann und welches eingerich tet ist, elektronische Bauteile, welche auf der Zentrifügations- und Mischungseinheit ange ordnet sind, mit elektrischem Strom zu versorgen. Das wenigstens eine Kontaktierungsele ment kann insbesondere als wenigstens eine metallische Kontaktstelle auf der Oberseite der Zentrifugations- und Mischungseinheit ausgestaltet sein, welche über Kabel mit elekt ronischen Bauteilen wie vorzugsweise einem Heizelement, einer Lichtschranke und/oder verschiedenen Sensoren zur Temperatur- und/oder Geschwindigkeitsmessung, welche auf der Zentrifügations- und Mischungseinheit, insbesondere in wenigstens einem Kanal der Zentrifügations- und Mischungseinheit, angeordnet sein können, elektrisch leitend verbun den ist. Befindet sich die Zentrifügations- und Mischungseinheit während der Durchfüh rung des erfmdungsgemäßen Verfahrens in einer ruhenden Messposition, kann das Kon taktierungselement dann vorteilhaft mit dem wenigstens einen korrespondierend ausgebil deten, elektrischen Strom führenden Kontaktpunkt der Vorrichtung reversibel in Kontakt gebracht werden kann und die erwähnet elektronischen Bauteil mit Strom versorgen. Zur Durchführung eines Zentrifügations- und/oder Mischungsschrittes innerhalb des erfin dungsgemäßen Verfahrens, kann der Kontakt zwischen dem Kontaktierungselement und dem Kontaktpunkt der Vorrichtung wieder gelöst werden, sodass vorteilhaft eine freie Drehbarkeit der Zentrifügations- und Mischungseinheit gewährleistet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat es sich bewährt, wenn in der Zentrifü gations- und Mischungseinheit wenigstens ein Kanal ausgebildet ist, in welchem ein Pro benröhrchen durch Einschub über eine Einführöffnung in einer definierten Position gehal tert werden kann. Eine Einführöffnung zur Einführung eines Probenröhrchens in einen Ka nal einer Zentrifügations- und Mischungseinheit ermöglicht vorteilhaft eine schnelle und einfache Befestigung des Probenröhrchens in der Vorrichtung für eine bevorstehende Ana lyse. Der Kanal kann dabei vorteilhaft als eine Art Führungsbahn füngieren und so eine korrekte Positionierung der Probe in Bezug auf das jeweilige Analysemittel gewährleisten. Die Position des Probenröhrchens kann vorzugsweise über einen Positionssensor, wie bei spielsweise eine Lichtschranke, und/oder durch Ausbildung eines mechanischen Anschlags im Kanal bestimmt werden.

Dabei ist es von Vorteil, wenn der wenigstens eine Kanal bezüglich seiner Längsachse schräg zur Drehachse der Zentrifügations- und Mischungseinheit ausgerichtet ist, wobei das der Drehachse abgewandte Ende des Kanals vorzugsweise näher zum Boden der Vor richtung angeordnet ist als das der Drehachse zugewandte Ende des Kanals. Ein derartig verlaufender Kanal ermöglicht vorteilhaft einerseits die Ausnutzung der Schwerkraft im Ruhezustand der Zentrifugations- und Mischungseinheit bzw. bei geringen Rotationsge schwindigkeit, um die Probe, ein Lösungsmittel und/oder eine Testsubstanz im Proben röhrchen zu fixieren und andererseits während eines Zentrifugationsschrittes, also bei ho hen Rotationsgeschwindigkeiten, ein sich von der Drehachse wegbewegen von vergleichs weise dichten (physikalische Dichte) Probebestandteilen unter dem Einfluß der Zentrifu- gal-/Zentripetalkraft über einen längeren Abschnitt des Korpus und die Abscheidung am der Drehachse abgewandten Ende des Probenröhrchens zu ermöglichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfmdungsgemäßen Vorrichtung, kann der wenigstens eine Kanal wenigstens ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster umfassen, wobei das oder die Fenster bevorzugt an einem, der Drehachse der Zent rifugations- und Mischungseinheit abgewandten, Ende des Kanals angeordnet ist. Ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster, insbesondere an einem, der Dreh achse der Zentrifugations- und Mischungseinheit abgewandten, Ende des Kanals, kann vor teilhaft eine störungs- und verlustfreie Detektion der von der Probe emittierten elektromag netischen Strahlung, insbesondere der emittierten Fluoreszenzstrahlung, durch das wenigs tens eine Analysemittel ermöglichen. Das oder die Fenster können dabei durch eine oder mehrere bloße Aussparungen, also durch eine oder mehrere Öffnungen, im Kanal gebildet sein, das oder die Fenster können aber auch durch ein für bestimmte Bereiche des elektro magnetischen Spektrums transparentes Scheibenmaterial gebildet werden. In diesem Fall kann dann der Kanal vorteilhaft als ein bis auf die Einführöffnung geschlossenes Bauteil ausgebildet sein.

Darüber hinaus hat sich bewährt, wenn der wenigstens eine Kanal wenigstens ein Heizele ment umfasst, wobei das wenigstens eine Heizelement bevorzugt an einem, der Drehachse der Zentrifugations- und Mischungseinheit abgewandten, Ende des Kanals angeordnet ist. Ein Heizelement erlaubt es vorteilhaft, eine Probe im Probenröhrchen, insbesondere einen Teil einer Probe, welcher sich in einem, einem Deckel des Probenröhrchens abgewandten Abschnitts eines Probenröhrchens befindet, kontrolliert zu erwärmen bzw. abzukühlen. Das oder die Heizelemente kann bzw. können vorzugsweise als ein Peltier-Element ausge staltet sein, welches bzw. welche mit der Steuereinheit Steuerungs- und/oder Messdaten austauscht/austauschen. Mehrere Heizelemente, die über die Längsausdehnung des we nigstens einen Kanals verteilt angeordnet sind, ermöglichen vorteilhaft die Probe im Pro benröhrchen an verschiedenen Stellen unterschiedlich zu temperieren.

In einer weiteren Ausgestaltung ist bevorzugt, dass die Vorrichtung, insbesondere die Zent rifugations- und Mischungseinheit, einen Motor umfasst, welcher eingerichtet ist, die Zent rifugations- und Mischungseinheit sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzei gersinn um die Drehachse zu drehen. Eine Drehbewegung in eine einzige Drehrichtung um die Drehachse, sei es im oder gegen den Uhrzeigersinn, ermöglicht vorteilhaft eine Zentri fugation einer Probe in Abhängigkeit der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit. Eine Dreh bewegung mit wechselnder Drehrichtung, insbesondere in kurzen Zeitintervallen, kann eine Durchmischung einer Probe im Probenröhrchen erzeugen und somit die Verwendung eines sog. Vortexmischers vorteilhaft ersetzen.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die Drehachse der Zentrifugations- und Mischungseinheit an einem Ende mit dem Motor in Wirkverbindung steht und am gegenüberliegenden Ende drehbar in einer Abdeckung der Vorrichtung gelagert ist, wenn die Vorrichtung mit der Abdeckung verschlossen ist. Eine drehbare Lagerung des, dem Motor gegenüber liegenden, Ende der Drehachse in einer Abdeckung der Vorrichtung erhöht vorteilhaft die Zentrierung der Rotation und die Stabilität der Rotationsbewegung der Zentrifugations- und Mi schungseinheit, insbesondere bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten und/oder bei einer schnellen Richtungsänderung der Drehrichtung beim Verfahrensschritt der Mischung.

Zudem ist eine Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, bei der das Belichtungsmittel elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen in einem Bereich von 480 bis 560 nm oder bevorzugt in einem Bereich von 485 bis 540 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wel lenlänge von 488 nm emittiert. Elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbe reich von 480 bis 560 nm ermöglicht vorteilhaft die Anregung der gängigsten Fluoreszenz farbstoffe, welche in der qPCR-Analyse eingesetzt werden. Dabei ermöglicht insbesondere eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 485 bis 540 nm und besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 488 nm, vorteilhaft die Anregung zweier besonders häufig verwendeter Fluoreszenzfarbstoffe für u.a. die DNA-Sequenzie- rang und die qPCR-Analyse, nämlich 5-(und 6)-Carboxylfluorescein (5(6)-FAM, Absorp tionsmaximum bei 495 nm) und Hexachloro-Fluorescein (HEX, Absorptionsmaximum bei 535 nm).

In einer weiteren Ausgestaltung hat sich bewährt, wenn das Belichtungsmittel elektromag netische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 610 bis 680 nm oder bevorzugt von 640 bis 675 nm oder besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm emittiert. Eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 610 bis 680 nm, bevorzugt im Bereich von 640 bis 675 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm, ermöglicht vorteilhaft die Anregung eines weiteren häufig verwendeten Fluores zenzfarbstoffe für u.a. die DNA-Sequenzierang und die qPCR-Analyse, nämlich des nicht- sulfonierten Cyanin-Farbstoffs Indodicarbocyanin (Cy5™) (Absorptionsmaximum bei 650 nm).

Das oder die Belichtungsmittel können insbesondere als Leuchtdioden mit unterschiedli cher Emissionswellenlänge (vorzugsweise im grünen, blauen und/oder violetten Spektral bereich) ausgestaltet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das von dem oder den Belichtungsmittel(n) emittierte Licht zudem mit Hilfe von Sendefiltem auf einen gewünschten Wellenlängenbereich begrenzt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat sich bewährt, wenn das Analysemittel als ein Detektor für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise als ein Fluoreszenzdetek tor, ausgebildet ist. Ein derartiger Detektor ermöglicht vorteilhaft die quantitative Detek tion eines elektromagnetischen Signals, vorzugsweise eines Fluoreszenzsignals, einer Wel lenlängen- und/oder Intensitätsänderang, wobei die Fluoreszenz proportional zur Menge der bei der PCR gebildeten Produkte zunimmt bzw. sich die Wellenlänge und/oder die In tensität proportional zur Menge der bei der PCR gebildeten Produkte ändert. Ein derartiges Analysemittel kann auch einen Empfangsfilter umfassen, welcher den detektierten Wellen längenbereich vorteilhaft auf vorbestimmet Werte begrenzt. Zudem ermöglicht ein derarti ges Analysemittel insbesondere die Detektion von Wellenlängenänderungen des von der Probe gestreuten Lichts und/oder beispielsweise die Messung einer Intensitätsänderang des Streulichts durch eine Trübung der Probenlösung. Schließlich ist eine Ausgestaltung einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, wel che wenigstens ein Mittel zur Datenübertragung umfasst, wobei das Mittel zur Datenüber tragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-An- schluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle, ausgebildet sein kann. Mit Hilfe ei nes derartigen Mittels zur Datenübertragung können die von der Steuereinheit ausgewerte ten Analyseergebnisse unverzüglich an einem Ausgabegerät angezeigt und/oder an den Pa tienten oder an einen behandelnden Arzt, etc. weitergeleitet werden, bspw. unter Verwen dung einer Smartphone-Applikation. Dies ermöglicht vorteilhaft eine sofortige Information infektiöser Personen und kann helfen, Infektionsketten schnell zu unterbrechen.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Systems aus Vorrichtung und Pro benröhrchen hat sich zudem bewährt, dass der Korpus des Probenröhrchens bis auf einen Fensterbereich im bezüglich des Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelege nen Abschnitt des Korpus undurchlässig für elektromagnetischen Strahlung, insbesondere für Fluoreszenzstrahlung, ist. Besagte Undurchlässigkeit für elektromagnetischen Strah lung kann dabei entweder durch die Wahl eines strahlungsundurchlässigen Materials für den Korpus außerhalb des Fensterbereichs oder aber durch eine, insbesondere schwarze Einfärbung der Außenwand des Korpus außerhalb des Fensterbereichs erreicht werden. Eine derartige Ausgestaltung des Probenröhrchens verhindert vorteilhaft eine Reflexion der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der Fluoreszenzstrahlung.

Darüber hinaus ist von Vorteil, wenn das Probenröhrchen mehrteilig, mit wenigstens einem oberen Abschnitt und wenigstens einem, am oberen Abschnitt reversibel befestigbaren, un teren Abschnitt, ausgebildet ist. Vorzugsweise der untere Abschnitt kann dabei in seinem Inneren einen konisch zulaufende Trichterbereich aufweisen, dessen größerer Durchmesser nahe dem Filter angeordnet ist oder in einen Auffangbereich für eine aufbereitete Probe und einen Analysebereich aufgeteilt sein, wobei der Auffangbereich mit dem Analysenbe reich über wenigstens eine Zuführungsöffhung miteinander in Verbindung stehen.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur quantitativen Real- Time PCR- Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Be stimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbeson dere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, mit einem System wie oben beschrieben. Dabei wird eine Probe unaufbereitet in ein Probenröhrchen eingeführt wird, die Probe durch ein bereits im Probenröhrchen befindliches Lösungsmittel oder durch Zugabe von Lösungs mittel von außen in das Probenröhrchen mit einem Lösungsmittel versetzt und anschlie ßend mit einem Deckel verschlossen. Das Probenröhrchen wird dann von einer Zentrifu- gations- und Mischungseinheit der Vorrichtung aufgenommen und die Probe im Proben röhrchen durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit mit dem Lösungsmittel ver mischt. Das so erhaltene Proben-Lösungsmittel-Gemisch wird anschließend durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit zentrifugiert, wobei die Probenlösung über wenigs tens einen Filter in einen bezüglich des Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegenen Abschnitt eines Korpus des Probenröhrchens wandert und dadurch filtriert wird. Die so filtrierte Probenlösung wird nun mittels der Zentrifugations- und Mischungseinheit mit einer, im bezüglich des Deckels des Probenröhrchens jenseits des Filters gelegenen Abschnitt des Korpus befindlichen, Testsubstanz vermischt und anschließend einer Ther- mozyklisierung oder Thermostatisierung und Fluoreszenzanalyse im Rahmen einer quan titativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) oder einer weiteren molekularbiologischer Ana lysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere im Rahmen einer Reverse-Transkriptase-qPCR- (qRT-PCR), LAMP-, TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, unterzogen.

Dabei ist besonders bevorzugt, wenn in einem weiteren Verfahrensschritt das Analyseer gebnis mit Hilfe eines Mittels zur Datenübertragung an eine Smartphone-Applikation über tragen wird, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN- Schnittstelle ausgebildet sein kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße System ermöglichen vor teilhaft eine schnelle und automatisierte Durchführung von quantitativen Real-Time PCR- Analysen (qPCR) und weiteren molekularbiologischen Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere Re- verse-Transkriptase-qPCR- (qRT-PCR), LAMP-, TMA- und/oder einer CRISPR-Analy- sen, und können auch von medizinisch und /oder labordiagnostisch nicht geschulten Be nutzern verwendet werden. Die kompakte und günstige Bauweise der Vorrichtung bzw. des Systems ermöglichen zudem vorteilhaft die Durchführung von entsprechenden PCR- Test an ganz verschiedenen, insbesondere auch „nicht-medizinischen“ Orten, wie bspw. in Altenheimen, Behörden, Gastronomiebetrieben und an Flughäfen, etc. Diese sowie zusätzliche Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfol gend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele, auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, und in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.

Darin zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Ausgestaltung einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung ohne Abde- ckung in einer Seitenansicht;

Fig. 2 eine Ausgestaltung eines erfmdungsgemäßen Systems ohne Abdeckung bestehend aus einer Vorrichtung der Ausgestaltung aus Fig. 1 und ei nem Probenröhrchen in einer Seitenansicht;

Fig. 3 die Vorrichtung aus Fig. 1 in einer Draufsicht; Fig. 4 das System aus Fig. 2 in einer Draufsicht;

Fig. 5 in den Teilfiguren a bis d, jeweils eine Ausgestaltung eines Probenröhr chens in den verschiedenen Phasen der Probenvorbereitung Fig. 6 eine weitere Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Systems ohne Ab deckung, bei der der wenigstens einen Kanal zwei Heizelementen um fasst; und

Fig. 7a, b zwei weitere Ausgestaltungen eines Probenröhrchens jeweils in einem Längsschnitt.

Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 ohne Abdeckung in einer Seitenansicht. Fig. 3 zeigt die Vorrichtung 2 aus Fig. 1 in einer Draufsicht.

Eine erfmdungsgemäße Vorrichtung 2 zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandens eins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Reverse-Transkrip- tase-qPCR-Analyse (qRT-PCR) sowie zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Analyse, umfasst wenigstens ein Belichtungsmittel 23 zur Belich tung einer Probe in einem Probenröhrchen 3 mit elektromagnetischer Strahlung; wenigs tens ein Analysemittel 22 zur quantitativen Analyse einer Probe in einem Probenröhrchen 3 bezüglich eines Gehalts an DNA (-Abschnitten); und eine Steuereinheit 24, welche ein gerichtet ist, mit dem Analysemittel 22 und mit dem Belichtungsmittel 23 Steuerungs und/oder Messdaten auszutauschen. In den Fig. 1 bis 4 sind jeweils Ausgestaltungen einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung 2 ohne Abdeckung gezeigt. Die Vorrichtung 2 kann je doch bevorzugt wenigstens eine Abdeckung zum Schutz der technischen Bauteile vor Be schädigung und/oder Verschmutzung umfassen. Eine derartige Abdeckung kann dabei wie derum wenigstens eine Zugangsöffnung zu einer oder mehreren der Einführöffnungen 213 einer Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 aufweisen, sowie vorzugsweise eine An zeige zur Darstellung von Steuerungs- und Messdaten der Steuereinheit 24. Eine derartige Anzeige kann jedoch auch an einer der Wände 25 der Vorrichtung 2 angeordnet sein. Die Abdeckung und/oder die Wände der Vorrichtung 2 können auch ein oder mehrere Bedien elemente zur Bedienung der Steuereinheit 24 aufweisen.

Wie in Fig. 1 ebenfalls zu sehen, zeichnet sich die erfmdungsgemäße Vorrichtung 2 durch wenigstens eine Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen 3 aus, welche bezüglich einer Drehachse 212 drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Probenröhrchen 3 sowohl zu durchmischen, zu zentrifügieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und wobei die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit 24 Steuerungs- und/oder Messdaten auszutauschen.

Die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 kann vorzugsweise, wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, wenigstens ein Kontaktierungselement 215 umfassen, welches mit wenigstens ei- nem korrespondierend ausgebildeten, elektrischen Strom führenden Kontaktpunkt der Vor richtung 2 reversibel in Kontakt gebracht werden kann und welches eingerichtet ist, elekt ronische Bauteile, welche auf der Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 angeordnet sind, mit elektrischem Strom zu versorgen. In den Fig. 1 bis 4 sind dazu exemplarisch je weils zwei Kontaktierungselemente 215 dargestellt, welche auf der Oberseite der Zentrifu gations- und Mischungseinheit 21 angeordnet sind. Korrespondierend zu diesen Kontak tierungselementen 215 ausgebildete, elektrischen Strom führende Kontaktpunkte der Vor richtung 2, können dabei in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in oben be schriebener Abdeckung angeordnet sein und im verschlossenen Betriebszustand der Vor richtung 2 mit Hilfe eines an der Abdeckung angeordneten Servomotors automatisch, vor zugsweise durch Bewegung der Kontaktpunkte der Vorrichtung 2 entlang der, vorzugs weise einseitig in der Abdeckung gelagerten, Drehachse 212 hin zur Zentrifügations- und Mischungseinheit 21, mit den Kontaktierungselementen 215 in Kontakt gebracht werden, wenn sich die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 in einer ruhenden Messposition befindet. Nach erfolgter Messung kann der Kontakt dann wieder mit Hilfe des Servomotors gelöst werden, sodass vorteilhaft eine freie Drehbarkeit der Zentrifugations- und Mi schungseinheit 21 um die Drehachse 212 gewährleistet.

Die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 kann wenigstens eine Einführöffnung 213 umfassen, über die ein Probenröhrchen 3 in wenigstens einen Kanal 214 eingeschoben und so in der Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 befestigt werden kann. In den Fig. 1 bis 4 sind Ausgestaltungen der Vorrichtung 2 mit jeweils zwei Einführöffnungen 213 und jeweils zwei Kanälen 214 dargestellt. Das Vorsehen von jeweils zwei Kanälen 214 zur Aufnahme von insgesamt zwei Probenröhrchen 3 gleichzeitig erhöht nicht nur vorteilhaft den Probendurchsatz, sondern ermöglicht auch eine ausbalancierte Beladung der Zentrifü gations- und Mischungseinheit 21, was insbesondere bei einem Verfahrensschritt der Zent- rifügation eine gleichmäßige Rotationsbewegung gewährleistet. Wie gezeigt, können der wenigstens eine Kanal 214 bzw. hier die beiden Kanäle 214 bezüglich ihrer Längsachse vorzugsweise schräg gegenüber der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungs einheit 21 verlaufen, wobei das der Drehachse 212 abgewandte Ende des Kanals 214 vor zugsweise näher zum Boden 251 der Vorrichtung 2 angeordnet ist als das der Drehachse 212 zugewandte Ende des Kanals 214. Dabei umfassen der oder die Kanäle 214 vorzugs weise wenigstens ein für elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster 2141. Das oder die Fenster 2141 können bevorzugt an einem, der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 abgewandten, Ende des oder der Kanäle 214 angeordnet sein. Die Öffnung des oder der Fenster 2141 ist am Ender der jeweiligen Kanäle 214 bevorzugt so ausgerichtet, das von der Probe emittierte elektromagnetische Strahlung möglichst unge hindert zum Analysemittel 22 gelangen kann. Der oder die Kanäle 214 können darüber hinaus wenigstens ein Heizelement 2142 umfassen, wobei das oder die Heizelemente 2142 bevorzugt an einem, der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 ab gewandten, Ende des Kanals 214 angeordnet sind. Wird ein Probenröhrchen 3 über eine Einführöffhung 213 in einen Kanal 214 eingeführt, kommt auf diese Weise insbesondere der bezüglich eines Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegene Ab schnitt eines Korpus 32 des Probenröhrchens 3, in dem sich nach einer erfolgten Filtration ein Gemisch aus Probenlösung und einer Testsubstanz 5 befindet, mit dem oder den Heiz elementen 2142 in Kontakt und kann kontrolliert erwärmt bzw. abgekühlt werden. Als Heizelemente 2142 können bevorzugt Peltier-Elemente Verwendung finden, welche ins besondere über die Steuereinheit 24 gesteuert werden können. Mehrere Heizelemente 2142, die über die Längsausdehnung des wenigstens einen Kanals 214 verteilt angeordnet sind, ermöglichen es darüber hinaus vorteilhaft, die Probe im Probenröhrchen 3 an ver schiedenen Stellen unterschiedlich zu temperieren. Besonders bewährt hat sich in diesem Zusammenhang eine Ausgestaltung der erfmdungsgemäßen Vorrichtung 2, bei der neben dem Heizelement 2142 an einem, der Drehachse 212 der Zentrifugations- und Mischungs einheit 21 abgewandten, Ende des Kanals 214 ein weiteres Heizelement 2142 in der Mitte des Kanals 214, ungefähr auf Höhe des Filters 33 eines in den Kanal 214 eingeführten Probenröhrchens 3 angeordnet ist. Eine derartig ausgestaltete Vorrichtung 2 ist beispielhaft in Fig. 6 gezeigt. Das oder die Heizelemente 2142 können zudem nach außen hin bezüglich des Kanals 214, also in Richtung des Innenraums der Vorrichtung 2 hin durch einen Kühler, insbesondere durch einen passiven Kühlkörper, gekühlt werden (nicht gezeigt).

Die Vorrichtung 2, insbesondere die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21, können zudem vorzugsweise einen Motor 211 umfassen, welcher eingerichtet ist, die Zentrifugati ons- und Mischungseinheit 21 sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn um die Drehachse 212 zu drehen. Der Motor 211 kann, gesteuert mittels der Steuereinheit 24, verschiedene Bewegungsmodi der die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 reali sieren: beispielsweise eine schnelle gleichsinnige Rotation um die Drehachse 212 zur Re alisierung eines Zentrifugationsschrittes innerhalb eines Betriebsverfahrens des Systems 1; eine moderat bis schnelle gleichmäßig und/oder ungleichmäßig erfolgende Richtungsände- rung der Rotationsbewegung, so dass eine Durchmischung einer in einem Probenröhrchen 3 befindlichen Probe, welches sich in einem der Kanäle 214 befindet, induziert wird und einen Mischungsschritt innerhalb eines Betriebsverfahrens (im Sinne einer Durchmischung durch einen Vortexmischer) realisiert.

Das Belichtungsmittel 23, welches in den dargestellten Figuren jeweils am Boden 251 der jeweiligen Vorrichtung 2 angeordnet ist, emittiert vorzugsweise elektromagnetische Strah lung mit Wellenlängen in einem Bereich von 480 bis 560 nm, bevorzugt in einem Bereich von 485 bis 540 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 488 nm. Alternativ oder kumulativ dazu kann das Belichtungsmittel 23 auch elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von 610 bis 680 nm, bevorzugt von 640 bis 675 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 650 nm emittieren. Das oder die Belichtungsmittel 23 können auch an einer oder mehrerer der Wände 25 der Vorrichtung 2 oder auch an einer Innenseite einer Abdeckung (nicht dargestellt) angeordnet sein. Zudem können das oder die Belichtungsmittel 23 zentral innerhalb der Vorrichtung 2 oder auch in einem Randbe reich angeordnet sein. Insbesondere bei geschlossener Abdeckung und geeigneter, insbe sondere reflektierender Ausgestaltung der Innenwände der Vorrichtung 2, erlaubt das oder die Belichtungsmittel 23 - aufgrund der vorteilhaft kompakten Bauweise der erfmdungsge- mäßen Vorrichtung 2 - unabhängig von dessen bzw. deren Positionierung innerhalb der Vorrichtung 2 eine optimale Belichtung der Probe im Probenröhrchen insbesondere über die Fenster 2141 des oder der Kanäle 214. Das Analysemittel 22 kann als ein Detektor für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise als ein Fluoreszenzdetektor, ausgebildet sein. Es wird von der Steuereinheit 24 gesteuert, zeichnet insbesondere Fluoreszenzsignale wäh rend eines PCR-Zyklus oder nach jedem einzelnen PCR-Zyklus auf und wertet im Zusam menspiel mit der Steuereinheit 24 die erhaltenen Messdaten vorteilhaft direkt aus. Über wenigstens ein Mittel zur Datenübertragung (hier nicht dargestellt) können die Messdaten und/oder die Auswertungsergebnisse dann innerhalb der Vorrichtung 2 von Analysemittel 22 zur Steuereinheit 24 und vice versa, sowie von der Vorrichtung 2 zu einem externen Empfänger, bspw. einer Applikation auf einem externen Computer, einer Cloud oder eines Smartphones übertragen werden. Das Mittel zur Datenübertragung kann dabei als ein Mit tel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder vor zugsweise als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbesondere eine Blue- tooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle, ausgebildet sein. Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung eines erfmdungsgemäßen Systems 1 ohne Abdeckung be stehend aus einer Vorrichtung 2 der Ausgestaltung aus Fig. 1 und einem Probenröhrchen 3 in einer Seitenansicht. Fig. 4 das System 1 aus Fig. 2 in einer Draufsicht.

Ein erfmdungsgemäßes System 1 zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR), ins besondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), besteht aus einer Vorrichtung 2 wie zuvor beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen 3, wobei ein Korpus 32 des Probenröhrchens 3 durch wenigstens einen Filter 33 in zwei Abschnitte aufgeteilt wird und wobei der bezüglich eines Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gele gene Abschnitt des Korpus 32 eine Testsubstanz 5 umfasst (vgl. dazu auch die Abbildungen des Probenröhrchens 3 in den Fig. 5a bis d). Bei der Testsubstanz 5 handelt es sich vor zugsweise je nach Anwendungszeck, also je nach zu untersuchender RNA- bzw. DNA- Probe, um ein kommerziell hergestelltes und von den entsprechenden Zulassungsbehörden zugelassenes Testassay, inkl. Fluoreszenzmarker. Die Testsubstanz 5 kann in Form einer Flüssigkeit aber auch als gefriergetrocknetes Granulat bzw. Pulver vorhegen.

Ein beispielhafter Ablauf eines erfmdungsgemäßen Verfahrens zur quantitativen Real- Time PCR-Analyse (qPCR), insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), mit einem System 1 wie zuvor beschrieben, wird nun unter anderem anhand Fig. 5 be schrieben. Die hier beispielhaft beschriebene Vorgehensweise kann jedoch auf weitere mo lekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, wie bspw. LAMP-, TMA- und/oder CRISPR-Tests übertragen werden, da diese Analysenmethoden sich lediglich durch die verwendete Testsubstanz 5 sowie das jeweils durchzuführende Temperaturprogramm voneinander un terscheiden.

Fig. 5 zeigt dazu in den Teilfiguren a bis d, jeweils eine Ausgestaltung eines Probenröhr chens 3 in den verschiedenen Phasen der Probenvorbereitung.

Zur Durchführung einer quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer mo lekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere einer Reverse-Transkriptase-qPCR (qRT-PCR), zur Durchführung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR-Ana- lyse, mit einem erfmdungsgemäßen System 1 wird die Probe zunächst unaufbereitet in ein Probenröhrchen 3 eingeführt, mit einem Lösungsmittel 6 versetzt und anschließend mit einem Deckel 31 verschlossen. Die Fig. 5a bis 5c illustrieren diese Arbeitsschritte schema tisch. Die Probe kann dabei mit Hilfe eines sterilen Tupfers 4 durch den Probanden selbst oder durch einen Dritten über einen Nasen- und/oder Rachenabstrich entnommen werden. Der Tupfer 4 weist dabei vorzugsweise kurz oberhalb eines Probenaufnahmebereiches, z.B. eines Wattebausches, eine Sollbruchstelle auf. Nach der Entnahme der Probe aus Nase und/oder Rachen wird der Probenaufnahmebereich des Tupfers 4 dann in das Probenröhr chen 3 hinein abgebrochen und fallt dort auf einen Filter 33, der entweder herausnehmbar oder fest im Korpus 32 des Probenröhrchen 3 fixiert ausgestaltet sein kann. In Fig. 5 ist exemplarisch ein herausnehmbarer Filter 33 in Form eines sog. Filter-Baskets dargestellt. Das Lösungsmittel 6 kann über eine Spritze und/oder über eine Pipette einfach auf die Probe getropft werden, wie in den Fig. 5b und 5c gezeigt. Alternativ dazu kann sich das Lösungsmittel 6 auch bereits im Probenröhrchen 3 im Bereich des Filters 33 befinden (hier nicht dargestellt). Hierzu hat sich beispielsweise eine Ausgestaltung bewährt, bei der das Lösungsmittel 6 in einer Kapsel im Bereich des Filters 33 platziert wird und bei Verschlie ßen des Probenröhrchens 3 mit dem Deckel 31 und/oder durch das Einführen des Tupfers 4 in das Probenröhrchen 3 zum Zerplatzen gebracht wird, so dass das Lösungsmittel 6 aus treten kann. Die Porengröße des Filters 33 sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Flüssigkeit nicht allein aufgrund der Schwerkraft durch den Filter 33 hindurchtropft. Nach dem das Probenröhrchen 3 mit dem Deckel 31 verschlossen wurde, wird es von einer Zent- rifügations- und Mischungseinheit 21 der Vorrichtung 2 aufgenommen. Dazu kann das Probenröhrchen 3 vorteilhaft durch den Benutzer einfach über eine Einführöffnung 213 in einen Kanal 214 eingeschoben werden.

Alle nun folgenden Verfahrensschritte erfolgen durch die erfmdungsgemäße Vorrichtung 2 automatisch und bedürfen vorteilhaft keines weiteren manuellen Eingreifens durch den Benutzer.

Nach Betätigung eines Startknopfes überprüft die Vorrichtung 2 die korrekte Positionie rung des Probenröhrchens 3 innerhalb des Kanals 214, beispielsweise durch das Signal einer Lichtschranke oder durch den Kontakt des Probenröhrchens 3 mit einem mechani schen Anschlag im Kanal 214, und vermischt dann die Probe im Probenröhrchen 3 durch die Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 mit dem Lösungsmittel 6. Dazu bewegt der Motor 211 der Zentrifügations- und Mischungseinheit 21 diese bevorzugt hin und her (durch schnellen Wechsel der Rotationsrichtung). Das im Bereich des sich auf dem Filter 33 befindenden Tupfers 4 befindliche Lösungsmittelvolumen 6 löst dann die Probe aus dem Probeaufnahmebereich des Tupfers 4 heraus, tropft aber vorzugsweise noch nicht durch den Filter 33 hindurch. Das so erhaltene Proben-Lösungsmittel-Gemisch wird nun durch die Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 zentrifugiert, wobei die Probenlösung auf grund der einwirkenden Zentrifugalkraft über wenigstens einen Filter 33 in einen bezüglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegenen Abschnitt eines Korpus 32 des Probenröhrchens 3 wandert und dadurch filtriert wird. Dazu bewegt der Motor 211 der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 diese bevorzugt schnell in einer Drehrichtung.

Die Fig. 7a und 7b zeigen dazu zwei weitere Ausgestaltungen eines Probenröhrchens 3 jeweils in einem Längsschnitt.

Die in den Fig. 7a und 7b dargestellten Probenröhrchen 3 sind in diesen Ausgestaltungen mehrteilig (hier zweiteilig), mit wenigstens einem oberen Abschnitt 321 und wenigstens einem, am oberen Abschnitt 321 reversibel befestigbaren, unteren Abschnitt 322, ausgebil det. Bei der reversiblen Verbindung von oberem 321 und unterem 322 Abschnitt kann es sich beispielsweise um eine Steck- und/oder Schraubverbindung handeln.

Der untere Abschnitt 322 kann in seinem Inneren, wie in Fig. 7a dargestellt, einen konisch zulaufende Trichterbereich 323 aufweisen, dessen größerer Durchmesser nahe dem Filter 33 angeordnet ist. Besagter Trichterbereich 323 kann jedoch auch (mit und ohne Filter 33) als separater Adapter ausgebildet sein, so dass der Korpus 32 des Probenröhrchens dann aus drei, vorzugsweise reversibel aneinander befestigbaren Abschnitten bestehen kann.

Ein derartiger Trichterbereich 323 verhindert vorteilhaft die Bildung von Blasen in der Probenlösung (Lösungsmittel 6 mit darin gelöster Probe) beim Hinunterfließen besagter Lösung in den bezüglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 ge legene Abschnitt des Korpus 32, in dem sich die Testsubstanz 5 befindet. Eine Verringe rung der Blasenzahl in der untersuchten Probenmischung (Lösungsmittel 6, Probe und Testsubstanz 5) erhöht vorteilhaft die Genauigkeit der Messung der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der Fluoreszenzmessung. Die so filtrierte Probenlösung wird anschließend mittels der Zentrifugations- und Mi schungseinheit 21 mit einer, im bezüglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegenen Abschnitt des Korpus 32 befindlichen, Testsubstanz 5 vermischt, wiederum bevorzugt durch einen durch den Motor 211 initiierten schnellen Wechsel der Rotationsrichtung der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21.

Der untere Abschnitt 322 kann in seinem Inneren alternativ auch in einen Auffangbereich 325 für eine aufbereitete Probe 7 und einen Analysebereich 326 aufgeteilt sein, wobei der Auffangbereich 325 mit dem Analysenbereich 326 über wenigstens eine Zuführungsöff nung 327 miteinander in Verbindung stehen (vgl. Fig. 7b). Fig. 7b zeigt eine Situation, in der eine aufbereitete Probe 7, bestehend aus dem Lösungsmittel 6 und der aus dem Tupfer 4 bereits herausgelösten Probe über den Filter 33 filtriert wurde und dann in den Auffang bereich 325 geflossen ist. Eine obere Trennwand 329 kann hierbei vorteilhaft ein direktes Hineinfließen der aufbereiteten Probe 7 über die Zuführungsöffhung 327 in den Analysen bereich 326 verhindern. Im Analysenbereich 326 befindet sich die Testsubstanz 5. Wie gezeigt, kann der Auffangbereich 325 vorzugsweise dadurch gebildet sein, dass ein Teil des Inneren des unteren Abschnitts 322 des Probenröhrchens 3 über wenigstens eine untere Trennwand 330 und wenigstens eine Zuführungswand 328 bis auf eine Zuführungsöffhung 327 vom Analysenbereich 326 abgetrennt ist. Die Zuführungswand 328 kann auch nähe rungsweise zylindrisch im Inneren des unteren Abschnitts 322 des Probenröhrchens 3 ver laufen und so eine Art Röhre bilden, durch die der Auffangbereich 325 mit dem Analysen bereich 326 über die Zuführungsöffhung 327 miteinander verbunden sind.

Zur Zuführung der aufbereiteten Probe 7 zum Analysenbereich 326 kann dann mittels der Zentrifugations- und Mischungseinheit 21 durch eine Rotationsbewegung mit vorbestimm ter Rotationsgeschwindigkeit eine gezielte Kraft auf die aufbereitete Probe 7 ausgeübt wer den, so dass eine kontrollierte Menge der aufbereiteten Probe 7 über die Zuführungsöff nung 327 in den Analysebereich 326 überführt wird. In Fig. 7b ist dies durch die zwei kleinen Pfeile im Inneren des unteren Abschnitts 322 angedeutet. Auf diese Weise kann vorteilhaft das für eine anschließende Analyse im Analysenbereich 326 verwendete Volu men an aufbereiteter Probe 7 dosiert werden.

Schließlich wird die Probe dann je nach gewünschter Analysenart einer Thermozyklisie- rung oder Thermostatisierung und dann einer Fluoreszenzanalyse im Rahmen einer quanti- tativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) bzw. einer Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR) oder einer weiteren molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material (bspw. LAMP-, TMA, oder CRISPR-Test) unterzogen.

5

In Fig. 7a ist durch unterschiedliche Schraffur des Probenröhrchens 3 angedeutet, dass der Korpus 32 des Probenröhrchens 3 vorzugsweise bis auf einen Fensterbereich 324 im be züglich des Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegenen Abschnitt des Korpus 32 undurchlässig für elektromagnetischen Strahlung, insbesondere für Fluores- fO zenzstrahlung, sein kann. Besagte Undurchlässigkeit für elektromagnetischen Strahlung kann dabei entweder durch die Wahl eines strahlungsundurchlässigen Materials für den Korpus 32 außerhalb des Fensterbereichs 324 oder aber durch eine, insbesondere schwarze Einfärbung der Außenwand des Korpus 32 außerhalb des Fensterbereichs 324 erreicht wer den. Der Fensterbereich 324 kann sich dabei vorzugsweise im unteren Abschnitt 322 über 15 2 bis 4 mm, bevorzugt über 3 mm, der Längsausdehnung des Korpus 32 erstrecken und den gesamten Umfang des Korpus 32 umfassen oder auch nur einen gewissen Winkelabschnitt des Umfangs des Korpus 32. Eine derartige Ausgestaltung des Probenröhrchens 3 verhin dert vorteilhaft eine Reflexion der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der Fluo reszenzstrahlung, und kann auch bei den in den Fig. 5a bis 5d und Fig. 7b gezeigten Aus- 20 gestaltungen eines Probenröhrchens 3 ohne Trichterbereich 323 Anwendung finden.

Befindet sich in der Testsubstanz 5 insbesondere zur Durchführung einer Reverse-Tran- skriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR) auch eine Reverse Transkriptase, so kann eine Ther- mozyklisierung beispielsweise folgende Schritte umfassen: In einem weiteren Verfahrensschritt kann das Analyseergebnis mit Hilfe eines Mittels zur Datenübertragung an eine Smartphone-Applikation übertragen werden, wobei das Mittel zur Datenübertragung als ein Mittel zur Datenübertragung über Kabel, wie insbesondere ein USB-Anschluss, und/oder als ein Mittel zur kabellosen Datenübertragung, wie insbe sondere eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle ausgebildet sein kann.

Soll eine der isothermalen Untersuchungsmethoden durchgeführt werden, kann statt des beispielhaft dargestellten Thermozyklisierungsprozesses auch eine Thermostatisierung der Probe für einen bestimmet Zeitraum erfolgen, bevor dann die Analyse der elektromagneti schen Strahlung, insbesondere im Rahmen einer Fluoreszentananlyse, erfolgt. Unter dem Begriff "Thermostatisierung“ wird hier die Herstellung definierter, konstanter Temperatur bedingungen vor, während und/oder nach der Analyse verstanden.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung 2, ein System 1 und ein Verfahren zur quantitativen Real-Time PCR-Analyse (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Ana lysetechniken zur Bestimmung des Vorhandenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material, insbesondere zur Reverse-Transkriptase-qPCR-Analyse (qRT-PCR), zur Durch führung einer LAMP-, einer TMA- und/oder einer CRISPR- Analyse. Die erfindungsge- mäße Vorrichtung 2 zeichnet sich durch wenigstens eine Zentrifugations- und Mischungs einheit 21 zur Aufnahme einer Probe in einem Probenröhrchen 3 aus, welche bezüglich einer Drehachse 212 drehbar gelagert ist; und welche eingerichtet ist, die Probe im Proben röhrchen 3 sowohl zu durchmischen, zu zentrifugieren, kontrolliert zu erwärmen als auch kontrolliert abzukühlen, und welche zudem eingerichtet ist mit der Steuereinheit 24 Steue- rungs- und/oder Messdaten auszutauschen. Das erfmdungsgemäße System 1 besteht aus einer Vorrichtung 2 wie beschrieben und wenigstens einem Probenröhrchen 3, wobei ein Korpus 32 des Probenröhrchens 3 durch wenigstens einen Filter 33 in zwei Abschnitte auf geteilt ist und wobei der bezüglich eines Deckels 31 des Probenröhrchens 3 jenseits des Filters 33 gelegene Abschnitt des Korpus 32 eine Testsubstanz 5 umfasst. Die erfmdungs gemäße Vorrichtung 2 bzw. das erfmdungsgemäße System 1 ermöglichen vorteilhaft eine schnelle und automatisierte Durchführung von quantitativen Real-Time PCR-Analysen (qPCR) und weiterer molekularbiologischer Analysetechniken zur Bestimmung des Vor handenseins bestimmter Erbgutsequenzen in einem Material,, insbesondere Reverse-Tran- skriptase-qPCR- (qRT-PCR), LAMP-, TMA- und/oder CRISPR-Analysen, und können auch von medizinisch und /oder labordiagnostisch nicht geschulten Benutzern verwendet werden. Die kompakte und günstige Bauweise der Vorrichtung 2 bzw. des Systems 1 er möglichen zudem vorteilhaft die Durchführung von entsprechenden PCR-Test an ganz ver schiedenen, insbesondere auch „nicht-medizinischen“ Orten, wie bspw. in Altenheimen, Behörden, Gastronomiebetrieben und an Flughäfen, etc.

Bezugszeichenliste System für die qPCR- Analyse Vorrichtung

21 Zentrifügations- und Mischungseinheit

211 Motor

212 Drehachse

213 Einführöffhung

214 Kanal 2141 Fenster

2142 Heizelement

215 Kontaktierungselement

22 Analysemittel

221 Detektor

222 Lüfter

23 Belichtungsmittel

24 Steuerungseinheit

25 Wand

251 Boden 3 Probenröhrchen

31 Deckel

32 Korpus

321 oberer Abschnitt

322 unterer Abschnitt

323 Trichterbereich

324 Fensterbereich

325 Auffangbereich

326 Analysebereich

327 Zuführungsöffnung

328 Zuführungswand

329 obere Trennwand

330 untere Trennwand

33 Filter

4 Tupfer für Nasen-/Rachenabstrich 5 Testsubstanz („Assay“)

6 Lösungsmittel („Lyse“)

7 aufbereitete Probe in Lösungsmittel (6)