DE112011104401B4

DE112011104401B4 - Rinnen aufweisende Probenanordnung zur Erkennung von Analyten

Info

Publication number: DE112011104401B4
Application number: DE112011104401.1T
Authority: DE
Inventors: Stephen Leonard Schwartz; Daniel James Winarski; Anna Wanda Topol; Sandra Lynn Waters; Dylan Boday
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: CN103282775B; CA2817125A1; CA3081233C; US20160223533A1; DE112011104401T5; WO2012079918A1; CA3081236A1; GB201312478D0; CA3081233A1; GB2500548B; US11067568B2; CN103282775A; GB2500548A; CA2817125C; US9304130B2; US20120157330A1; US20160018392A1; US10317398B2

Abstract

Verfahren zum Bilden einer Probenanordnung einer biologischen Probe, die Zielantigene aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Bilden von mindestens einer Probenrinne innerhalb einer äußeren Schicht, wobei die Probenrinne eine untere Oberfläche aufweist; Bilden einer Grundschicht; Binden eines ersten Satzes von Antikörpern innerhalb der mindestens einen Probenrinne auf einer ersten Oberfläche der Grundschicht; die mindestens eine Probenrinne mit dem ersten Satz gebundener Antikörper der biologischen Probe aussetzen, welche die Zielantigene aufweist, wobei sich die Zielantigene an den ersten Satz von Antikörpern innerhalb der mindestens einen Probenrinne binden; Binden eines zweiten Satzes von Antikörpern an Nanopartikel, wobei der erste und zweite Satz von Antikörpern biologisch identisch sind; die Zielantigene innerhalb der mindestens einen Probenrinne dem zweiten Satz von an die Nanopartikel gebundenen Antikörpern aussetzen, wobei sich die zweite Gruppe von Antikörpern an die Zielantigene innerhalb der mindestens einen Probenrinne binden; und Bilden einer Mehrzahl magnetischer Servoausrichtungsmarkierungen auf der Probenanordnung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf analytische Einheiten und Prozesse und insbesondere auf Einheiten und Prozesse zum Erkennen von Zielantigenen.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, dass sich Antikörper als Teil des menschlichen Abwehrsystems gegen Krankheiten an Antigene binden. Derzeit werden Antigene durch Techniken wie Immunfluoreszenz, Immunperoxidase oder ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay, enzymgekoppelter Immunabsorptionstest) erkannt, von denen jede anschließend ein Mikroskop zur visuellen Erkennung des Zielantigens verwendet. Es ist wünschenswert, die Verwendung von magnetischer Signalübertragungstechnologie zu nutzen, um die Erkennung von Analyten wie beispielsweise Antigenen zu automatisieren und diese Technologie ferner auf die Erkennung jeder biologischen Materie anzuwenden.
In diesem Zusammenhang sind folgende Dokumente bekannt:
Das Dokument WO 2009/039437 A1 beschreibt ein Verfahren für eine Analyt-Erkennung mit magnetischen Sensoren. Dabei wird auf eine Magnetsensorvorrichtung Bezug genommen, die ein magnetisch gekennzeichnetes Analyt einer Probe aufweist, welches an eine Oberfläche der Magnetsensorvorrichtung gebunden ist. Über ein Messignal wird auf das Vorhandensein des Analyts geschlossen.
Das Dokument WO 2005/010542 A2 beschreibt ein Verfahren und ein System zur Erkennung einer Anwesenheit von magnetischen Partikeln. Dabei kommt ein On-Chip-Magnetsensorelement zum Einsatz.
Das Dokument WO 2009/083856 A2 beschreibt konzentrierte ungebundene Magnetpartikel für Biosensoren. Dabei kommt eine Reaktionskammer mit einer bindenden Oberfläche und einer Erkennungszone zum Einsatz.
Das Dokument WO 2008/102218 A1 beschreibt einen Sensor zum Erkennen von magnetischen Partikeln. Der Sensor weist ein Substrat und eine Sensoreinheit am oder nahe am Substrat auf.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer bevorzugten Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Erfindung auf analytische Einheiten und Prozesse und insbesondere auf Einheiten und Prozesse, die elektromagnetische Schreibköpfe und Magnetowiderstand-Lesesensoren enthalten, um Zielantigene zu erkennen.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung, unter einem ersten Gesichtspunkt betrachtet, ein Verfahren zum Bilden einer Probenanordnung einer biologischen Probe bereit, die Zielantigene aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Bilden von mindestens einer Probenrinne innerhalb einer äußeren Schicht, wobei die Probenrinne eine untere Oberfläche aufweist; Bilden einer Grundschicht; Binden eines ersten Satzes von Antikörpern innerhalb der mindestens einen Probenrinne auf einer ersten Oberfläche der Grundschicht; die mindestens eine Probenrinne mit dem ersten Satz gebundener Antikörper der biologischen Probe aussetzen, welche die Zielantigene aufweist, wobei sich die Zielantigene an den ersten Satz von Antikörpern innerhalb der mindestens einen Probenrinne binden; Binden eines zweiten Satzes von Antikörpern an Nanopartikel, wobei der erste und zweite Satz von Antikörpern biologisch identisch sind; und die Zielantigene innerhalb der mindestens einen Probenrinne dem zweiten Satz von an die Nanopartikel gebundenen Antikörpern aussetzen, wobei sich die zweite Gruppe von Antikörpern an die Zielantigene innerhalb der mindestens einen Probenrinne binden. Das Verfahren weist weiterhin ein Bilden einer Mehrzahl magnetischer Servoausrichtungsmarkierungen auf der Probenanordnung auf.
Vorzugsweise weist in dem Verfahren der Schritt des Bildens einer Mehrzahl von magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen weiterhin ein Bilden von mindestens einer Servoausrichtungsrinne in der äußeren Schicht parallel zur Probenrinne auf.
Vorzugsweise weist in dem Verfahren der Schritt des Bildens der Mehrzahl magnetischer Servoausrichtungsmarkierungen weiterhin auf: Füllen der Servoausrichtungsrinne mit Magnetbandfarbe; Härten der Magnetbandfarbe; und Bilden der Mehrzahl von magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen in der gehärteten Magnetbandfarbe.
Vorzugsweise weist das Verfahren weiterhin ein Magnetisieren der Nanopartikel auf.
Vorzugsweise werden in dem Verfahren die Nanopartikel durch einen Schreibkopf magnetisiert.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren die Grundschicht auf der unteren Oberfläche der Probenrinne gebildet.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren die äußere Schicht auf der Grundschicht gebildet, und durch die untere Oberfläche der Probenrinne wird die Grundschicht zugänglich gemacht.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren die äußere Schicht aus einer Gruppe ausgewählt, die aus diamantähnlichem Kohlenstoff, Polytetrafluorethylen, Aluminiumoxid und Polyamiden besteht.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren ein erster Satz von Antikörpern an das Zielantigen mit einem Bindungsmaterial gebunden, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Amid, selbstorganisierenden Monoschichten (self-assembled-monolayers, SAMS), Alkoxysilan, organischem funktionalem Trialkoxysilan und Thiol besteht.
Die Erfindung eignet sich zur Verwendung in einem Verfahren zum Erkennen von Zielantigenen in einer biologischen Probe auf einer Probenanordnung wie unten beschrieben und weist auf: Bilden von mindestens einer Probenrinne innerhalb einer äußeren Schicht, wobei die Probenrinne eine untere Oberfläche aufweist; Bilden einer Grundschicht; Binden eines ersten Satzes von Antikörpern innerhalb der mindestens einen Probenrinne auf einer ersten Oberfläche der Grundschicht; die mindestens eine Probenrinne mit dem ersten Satz gebundener Antikörper der biologischen Probe aussetzen, welche die Zielantigene aufweist, wobei sich die Zielantigene an den ersten Satz von Antikörpern innerhalb der mindestens einen Probenrinne binden; Binden eines zweiten Satzes von Antikörpern an Nanopartikel, wobei der erste und zweite Satz von Antikörpern biologisch identisch sind; die Zielantigene innerhalb der mindestens einen Probenrinne dem zweiten Satz von an die Nanopartikel gebundenen Antikörpern aussetzen, wobei sich der zweite Satz von Antikörpern an die Zielantigene innerhalb der mindestens einen Probenrinne bindet; und Führen eines Kopfmoduls über die Probenanordnung, wobei das Kopfmodul mindestens einen Magnetowiderstand-Lesesensor zum Erkennen der Zielantigene enthält.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren die äußere Schicht aus der Gruppe ausgewählt, die aus diamantähnlichem Kohlenstoff, Polytetrafluorethylen, Aluminiumoxid und Polyamiden besteht.
Vorzugsweise beinhaltet in dem Verfahren der Schritt des Führens des Kopfmoduls über die Probenanordnung das Inkontaktbringen des Kopfmoduls mit einer oberen Oberfläche der äußeren Schicht, wobei der mindestens eine Magnetowiderstand-Lesesensor in dem Kopfmodul die Zielantigene in der Probenrinne erkennt.
Vorzugsweise weist das Verfahren weiterhin ein Nutzen einer Mehrzahl von magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen auf der Probenanordnung auf, um den mindestens einen Magnetowiderstand-Lesesensor an der Probenrinne auszurichten.
Vorzugsweise weist das Verfahren weiterhin ein Magnetisieren der Nanopartikel auf.
Vorzugsweise weist in dem Verfahren das Kopfmodul weiterhin mindestens einen Schreibkopf auf, wobei die Nanopartikel von dem mindestens einen Schreibkopf magnetisiert werden.
Vorzugsweise weist in dem Verfahren das Kopfmodul eine Mehrzahl von Paaren aus Schreibköpfen und Magnetowiderstand-Lesesensoren auf, wobei jedes Paar der Schreibköpfe und des Magnetowiderstand-Lesesensors von einem benachbarten Paar des Schreibkopfs und des Magnetowiderstand-Lesesensors in einem ersten Abstand angeordnet sind und die Probenanordnung eine Mehrzahl paralleler Probenrinnen enthält, wobei die Mehrzahl paralleler Probenrinnen voneinander jeweils in dem ersten Abstand angeordnet ist.
Vorzugsweise weist das Verfahren weiterhin ein gleichzeitiges Abtasten der magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen mit mindestens einem Magnetowiderstand-Servolesesensor und ein Magnetisieren der Nanopartikel mit mindestens einem Schreibkopf auf und anschließend ein Erkennen der Nanopartikel mit den Magnetowiderstand-Lesesensoren.
Von einem zweiten Gesichtspunkt aus betrachtet, stellt die Erfindung eine Probenanordnung bereit, die eine biologische Probe enthält, welche Zielantigene aufweist, wobei die Probenanordnung aufweist: eine äußere Schicht, die mindestens eine Probenrinne aufweist, wobei die Probenrinne eine untere Oberfläche aufweist; eine Grundschicht; wobei die Probenrinne enthält: einen ersten Satz von Antikörpern, die auf einer ersten Oberfläche der Grundschicht gebunden sind; die an den ersten Satz von Antikörpern gebundenen Zielantigene; einen zweiten Satz von Antikörpern, die an die Zielantigene gebunden sind; und Nanopartikel, die an den zweiten Satz von Antikörpern gebunden sind; wobei der erste und der zweite Satz von Antikörpern biologisch identisch sind, und magnetische Servoausrichtungsmarkierungen.
Vorzugsweise weist die Probenanordnung weiterhin eine Servoausrichtungsrinne in der äußeren Schicht auf, wobei die Servoausrichtungsrinne parallel zur Probenrinne ist.
Vorzugsweise ist in der Probenanordnung die Servoausrichtungsrinne mit Magnetbandfarbe gefüllt, und die magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen werden in der Magnetbandfarbe gebildet.
Vorzugsweise wird in der Probenanordnung die Grundschicht auf der unteren Oberfläche der Probenrinne gebildet.
Vorzugsweise wird in der Probenanordnung die äußere Schicht auf der Grundschicht gebildet, und durch die untere Oberfläche der Probenrinne wird die Grundschicht zugänglich gemacht.
Vorzugsweise wird in der Probenanordnung die äußere Schicht aus der Gruppe ausgewählt, die aus diamantähnlichem Kohlenstoff, Polytetrafluorethylen, Aluminiumoxid und Polyamiden besteht.
Vorzugweise wird in der Probenanordnung die Grundschicht aus der Gruppe ausgewählt, die aus Gold, Silicium und Siliciumoxid besteht.
Beschrieben werden Ausführungsformen einer Erfindung für eine Probenanordnung mit Rinnen zum Erkennen von Analyten mit elektromagnetischen Leseköpfen. Die Probenanordnung enthält eine äußere Schicht mit mindestens einer Probenrinne. Die Probenrinne enthält einen ersten Satz von Antikörpern, die auf einer ersten Oberfläche einer Grundschicht gebunden sind. Zielantigene sind an einen ersten Satz von Antikörpern gebunden, und ein zweiter Satz von Antikörpern ist an die Zielantigene gebunden. Weiterhin enthält die Probenrinne Nanopartikel, die an den zweiten Satz von Antikörpern gebunden sind. Ein Kopfmodul enthält einen Schreibkopf zum Magnetisieren von Nanopartikeln und einen Lesesensor zum Erkennen der magnetisierten Nanopartikel und somit der Zielantigene. Die Probenrinne schränkt die biologische Probe und somit das Zielantigen während der Vorbereitung und anschließenden Analyse der biologischen Probe ein.
Dementsprechend wird das Zielantigen mit den Leseelementen eines Kopfmoduls so ausgerichtet, dass das Zielantigen ohne weiteres und genau erkannt wird. Um eine zuverlässige und genaue Erkennung sicherzustellen, wird die äußere Schicht außerdem mit einem reibungsarmen Material gebildet, das es dem Lesekopf ermöglicht, während des Erkennungsprozesses mit der oberen Oberfläche der unteren Schicht in Kontakt zu bleiben.
Zum Beispiel beinhaltet ein Verfahren zum Bilden einer Probenanordnung einer biologischen Probe, die Zielantigene aufweist, das Bilden von mindestens einer Probenrinne innerhalb einer äußeren Schicht in der Weise, dass die Probenrinne eine untere Oberfläche aufweist. Weiterhin wird eine Grundschicht gebildet, und ein erster Satz von Antikörpern wird auf einer ersten Oberfläche der Grundschicht innerhalb der Probenrinne gebunden. Die Probenrinne, die den ersten Satz gebundener Antikörper aufweist, wird einer biologischen Probe, die Zielantigene aufweist, ausgesetzt. Die Zielantigene binden sich an den ersten Satz von Antikörpern innerhalb der Probenrinne. Ein zweiter Satz von Antikörpern wird an Nanopartikel gebunden. In einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Satz von Antikörpern biologisch identisch. Außerdem werden die Zielantigene innerhalb der Probenrinne dem zweiten Satz von Antikörpern ausgesetzt, die an die Nanopartikel gebunden sind. Der zweite Satz von Antikörpern bindet sich an die Zielantigene innerhalb der Probenrinne.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ein Bilden einer Mehrzahl magnetischer Servoausrichtungsmarkierungen auf der Probenanordnung. Das Verfahren des Bildens der Mehrzahl magnetischer Servoausrichtungsmarkierungen beinhaltet ein Bilden von mindestens einer Servoausrichtungsrinne in der äußeren Schicht parallel zur Probenrinne. Weiterhin beinhaltet der Schritt des Bildens der Mehrzahl magnetischer Servoausrichtungsmarkierungen ein Füllen der Servoausrichtungsrinne mit Magnetbandfarbe, ein Härten der Magnetbandfarbe und ein Bilden der Mehrzahl von Servoausrichtungsmarkierungen in der gehärteten Magnetbandfarbe.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ein Magnetisieren der Nanopartikel. Weiterhin werden die Nanopartikel von einem Schreibkopf magnetisiert. In einer Ausführungsform wird die Grundschicht auf der unteren Oberfläche der Probenrinne gebildet. In einer weiteren Ausführungsform wird die äußere Schicht auf der Grundschicht gebildet, und durch die untere Oberfläche der Probenrinne wird die Grundschicht zugänglich gemacht.
In einer Ausführungsform wird die äußere Schicht aus der Gruppe ausgewählt, die aus diamantähnlichem Kohlenstoff, Polytetrafluorethylen, Aluminiumoxid und Polyamiden besteht. Der erste Satz von Antikörpern wird an das Zielantigen mit einem Bindungsmaterial gebunden, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Amid, selbstorganisierenden Monoschichten (self-assembled-monolayers, SAMS), Alkoxysilan, organischem funktionalem Trialkoxysilan und Oberflächenmodifizierer enthaltendes Thiol besteht.
In einer Ausführungsform des Erkennens von Zielantigenen in einer biologischen Probe auf einer Probenanordnung beinhaltet das Verfahren ein Bilden von mindestens einer Probenrinne innerhalb einer äußeren Schicht in der Weise, dass die Probenrinne eine untere Oberfläche aufweist. Weiterhin wird eine Grundschicht gebildet, und ein erster Satz von Antikörpern wird auf einer ersten Oberfläche der Grundschicht innerhalb der Probenrinne gebunden. Die Probenrinne, die den ersten Satz gebundener Antikörper aufweist, wird einer biologischen Probe ausgesetzt, die Zielantigene aufweist. Die Zielantigene binden sich an den ersten Satz von Antikörpern innerhalb der Probenrinne. Ein zweiter Satz von Antikörpern wird an Nanopartikel gebunden. In einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Satz von Antikörpern biologisch identisch. Außerdem sind die Zielantigene innerhalb der Probenrinne dem zweiten Satz von Antikörpern ausgesetzt, die an die Nanopartikel gebunden sind. Der zweite Satz von Antikörpern bindet sich an die Zielantigene innerhalb der Probenrinne. Ein Kopfmodul wird über die Probenanordnung geführt. Das Kopfmodul enthält mindestens einen Magnetowiderstand-Lesesensor, um die Zielantigene zu erkennen.
In einer Ausführungsform einer Probenanordnung, die eine biologische Probe enthält, die ein Zielantigen aufweist, enthält die Probenanordnung eine äußere Schicht, die mindestens eine Probenrinne aufweist. Die Probenrinne weist eine untere Oberfläche auf. Die Probenanordnung enthält auch eine Grundschicht. Die Probenrinne enthält einen ersten Satz von Antikörpern, die auf einer ersten Oberfläche einer Grundschicht gebunden sind. Die Probenrinne enthält weiterhin Zielantigene, die an den ersten Satz von Antikörpern gebunden sind. Weiterhin enthält die Probenrinne einen zweiten Satz von Antikörpern, die an die Zielantigene gebunden sind, und Nanopartikel, die an den zweiten Satz von Antikörpern gebunden sind. Der erste und der zweite Satz von Antikörpern sind biologisch identisch.
Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung sollte auf die folgende ausführliche Beschreibung Bezug genommen werden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen ausführlich beschrieben, auf denen:
1 eine nicht maßstabsgetreu gezeichnete Draufsicht einer Probenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
2A eine nicht maßstabsgetreu gezeichnete Querschnittsansicht eines Teils einer Probenanordnung ist, die eine Probenrinne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält;
2B eine nicht maßstabsgetreu gezeichnete Querschnittsansicht eines Teils einer Probenanordnung ist, die eine Probenrinne gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält;
2C eine nicht maßstabsgetreu gezeichnete Querschnittsansicht einer Probenanordnung ist, die Probenrinnen und eine Ausrichtungsrinne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält;
3 eine nicht maßstabsgetreu gezeichnete Querschnittsansicht eines Teils einer Probenanordnung ist, die eine biologische Probe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält;
4 ein Ablaufplan ist, der Schritte eines analytischen Prozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
5 ein Ablaufplan ist, der zusätzliche Schritte eines analytischen Prozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
6 die Steuerschaltung für die x-Achsen- und y-Achsen-Bewegung des Kopfmoduls in einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
7 die Lese- und Schreibschaltung in einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden Beschreibung in beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, in denen gleiche Zahlen dieselben oder ähnliche Elemente darstellen. Die Erfindung wird zwar im Sinne der besten Art und Weise zum Erreichen der Zielsetzungen der Erfindung beschrieben, für den Fachmann ist jedoch einsichtig, dass im Hinblick auf diese Lehren Varianten verwirklicht werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
Beschrieben werden Ausführungsformen einer Erfindung für eine Probenanordnung mit Rinnen zum Erkennen von Analyten mit elektromagnetischen Leseköpfen. Die Probenanordnung enthält eine äußere Schicht mit mindestens einer Probenrinne. Die Probenrinne enthält einen ersten Satz von Antikörpern, die auf einer ersten Oberfläche einer Grundschicht gebunden sind. Zielantigene sind an einen ersten Satz von Antikörpern gebunden, und ein zweiter Satz von Antikörpern ist an die Zielantigene gebunden. Weiterhin enthält die Probenrinne Nanopartikel, die an den zweiten Satz von Antikörpern gebunden sind. Ein Kopfmodul enthält einen Schreibkopf zum Magnetisieren von Nanopartikeln und einen Lesesensor zum Erkennen der magnetisierten Nanopartikel und somit der Zielantigene. Die Probenrinne schränkt die biologische Probe und somit das Zielantigen während der Vorbereitung und anschließenden Analyse der biologischen Probe ein. Dementsprechend wird das Zielantigen mit den Leseelementen eines Kopfmoduls so ausgerichtet, dass das Zielantigen ohne weiteres und genau erkannt wird. Um eine zuverlässige und genaue Erkennung sicherzustellen, wird die äußere Schicht außerdem mit einem reibungsarmen Material gebildet, das es dem Lesekopf ermöglicht, während des Erkennungsprozesses mit der oberen Oberfläche der unteren Schicht in Kontakt zu bleiben.
1 ist eine nicht maßstabsgetreu gezeichnete Draufsicht einer Probenanordnung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Probenanordnung 100 enthält ein Substrat 199. Das Substrat 199 kann, ohne Einschränkungen, ein Peltier-Hartsubstrat, ein Glassubstrat, ein Polyethylenterephthalat-Substrat (PET-Substrat, das allgemein unter dem Handelsnamen Mylar^TM bekannt ist), ein flexibles Substrat oder andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften aufweisen. Der Begriff „Substrat“ bezieht sich auf jede tragende Struktur, einschließlich, ohne auf diese beschränkt zu sein, der oben beschriebenen Substrate. Weiterhin kann das Substrat mehr als eine Materialschicht aufweisen.
Eine äußere Schicht 253 wird über dem Substrat 199 gebildet. Zu den hierbei genutzten Aufbringungstechniken gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein, Photolithographie, Siebdruck und andere ähnliche Prozesse. Die äußere Schicht kann diamantähnlichen Kohlenstoff (diamond-like-carbon, DLC), Polytetrafluorethylen, Aluminiumoxid, Polyamide oder andere dem Fachmann bekannte reibungsarme Materialien aufweisen. Die äußere Schicht 253 kann bis zu einer Dicke zwischen 0,2 und 60 Mikron gebildet werden. Die äußere Schicht 253 enthält die Probenrinnen 180. Der Prozess des Bildens der Probenrinnen 180 wird mit Bezug auf 2A und 2B beschrieben.
Eine Ausführungsform des Bildens von Probenrinnen 180 ist in 2A veranschaulicht. In dieser Ausführungsform wird eine Grundschicht 252 auf dem Substrat 199 gebildet. Die Grundschicht 252 kann ohne Einschränkung nichtmagnetische Materialien wie Gold, Silicium oder SiO₂ oder andere Materialien mit ähnlichen magnetischen Eigenschaften aufweisen. Eine äußere Schicht 253 wird dann auf der Grundschicht 252 gebildet. Die äußere Schicht 253 weist eine obere Oberfläche 254 auf. Eine Mehrzahl von Probenrinnen 180 wird innerhalb der äußeren Schicht 253 gebildet. Die Probenrinnen 180 können durch in der Technik bekannte Verfahren gebildet werden, darunter Laserfräsen, Röntgenfräsen oder fotolithografisch. Die Probenrinnen 180 können so gebildet werden, dass sie eine Tiefe zwischen 0,2 und 60 Mikron aufweisen. Für den Fachmann sollte verständlich sein, dass zwar nur eine Probenrinne gezeigt wird, jedoch eine Mehrzahl von Probenrinnen 180 innerhalb der äußeren Schicht 253 mit demselben hier beschriebenen Verfahren gebildet werden kann. Jede Probenrinne 180 wird so gebildet, dass sie eine untere Oberfläche 255 aufweist. In einer Ausführungsform macht die untere Oberfläche der Rinne die Grundschicht 252 zugänglich.
Eine weitere Ausführungsform des Bildens von Probenrinnen 180 wird mit Bezug auf 2B beschrieben. In dieser Ausführungsform wird die äußere Schicht 253 auf dem Substrat 199 gebildet. Die äußere Schicht 253 weist eine obere Oberfläche 254 auf. Eine Mehrzahl von Probenrinnen 180 wird innerhalb der äußeren Schicht 253 gebildet. Die Probenrinnen 180 können durch in der Technik bekannte Verfahren gebildet werden, darunter Laserfräsen, Röntgenfräsen oder fotolithografisch. Die Probenrinnen können so gebildet werden, dass sie eine Tiefe zwischen 0,2 und 60 Mikron aufweisen. Für den Fachmann sollte verständlich sein, dass zwar nur eine Probenrinne gezeigt wird, jedoch eine Mehrzahl von Probenrinnen 180 innerhalb der äußeren Schicht 253 mit denselben hier beschriebenen Verfahren gebildet werden kann. Jede Probenrinne 180 wird so gebildet, dass sie eine untere Oberfläche 255 aufweist. Die Grundschicht 252 wird innerhalb jeder Probenrinne 180 und auf der unteren Oberfläche 255 jeder Probenrinne 180 gebildet. Die Grundschicht 252 kann ohne Einschränkung nichtmagnetische Materialien wie Gold, Silicium oder SiO₂ oder andere Materialien mit ähnlichen magnetischen Eigenschaften aufweisen. Wie in 2B gezeigt, füllt die Grundschicht 252 die Probenrinnen 180 nur teilweise. Es gibt viele Ausführungsformen, in denen die Grundschicht 252 so gebildet werden kann, dass sie die Probenrinnen 180 nur teilweise füllt. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die Grundschicht 252 konform über der äußeren Schicht 253 und innerhalb der Probenrinnen 180 gebildet werden. Die Grundschicht kann dann durch in der Technik bekannte Ätz- oder Planartechniken entfernt werden. Alternativ kann die Grundschicht 252 selektiv durch in der Technik bekannte Verfahren aufgebracht werden. Die beschriebene Ausführungsform des Bildens einer Grundschicht 252 nur innerhalb der Probenrinne 180 ist besonders vorteilhaft in Ausführungsformen, in denen teure Materialien genutzt werden, beispielsweise Gold, da viel weniger Material zum Bilden der Grundschicht 252 erforderlich ist.
Wie in 1 gezeigt, können acht Probenrinnen 180 gebildet werden, die dem Kopfmodul 104 von IBM^® TS 1130 entsprechen, das gleichzeitig mit acht Schreibelementen 106 schreibt und mit acht Lesesensoren 108 liest, wie weiter unten näher erläutert werden wird. Die Probenrinnen 180 sind zueinander parallel und verlaufen entlang der y-Achse. (IBM ist eine in verschiedenen Rechtsgebieten weltweit eingetragene Marke der International Business Machines Corporation.)
In einer Ausführungsform, wie in 1 und 2C gezeigt, enthält die äußere Schicht 253 außerdem mindestens eine Servoausrichtungsspur 194 mit einer Mehrzahl magnetischer Servoausrichtungsmarkierungen 193. Die Servoausrichtungsspur 194 ist parallel zu den Probenrinnen 180 und verläuft entlang der y-Achse. Bei der Servoausrichtungsspur 194 kann es sich um eine Servoausrichtungsspur 194 mit einer Mehrzahl magnetischer Servoausrichtungsmarkierungen 193 handeln. 2C zeigt einen Querschnitt des Substrats 199 entlang der x-Achse, der eine Ausführungsform veranschaulicht, in der eine Ausrichtungsrinne 194 innerhalb der äußeren Schicht 253 gebildet wird. Zur Vereinfachung der Veranschaulichung ist die Grundschicht 252 in 2C nicht veranschaulicht. Die Ausrichtungsrinne 194 kann in gleicher Weise gebildet werden wie zum Bilden der in 2A und 2B gezeigten Probenrinnen 180 beschrieben. In einer Ausführungsform wird die Ausrichtungsrinne 194 gleichzeitig mit der Bildung der Probenrinnen 180 gebildet. Insbesondere kann die Ausrichtungsrinne 194 durch in der Technik bekannte Verfahren gebildet werden, darunter Laserfräsen, Röntgenfräsen oder fotolithografisch. Die Ausrichtungsrinne 194 kann eine Tiefe zwischen 0,2 und 60 Mikron aufweisen. Für den Fachmann sollte verständlich sein, dass zwar nur eine Ausrichtungsrinne 194 gezeigt wird, jedoch eine Mehrzahl von Ausrichtungsrinnen 194 innerhalb der äußeren Schicht 253, wie hier beschrieben, gebildet werden kann. Beispielsweise könnten Ausrichtungsrinnen 194 zwischen jeder der Probenrinnen 180 gebildet werden.
In dieser Ausführungsform werden die Probenrinnen 180 maskiert, und die Servoausrichtungsrinne 194 wird mit Magnetbandfarbe gefüllt. Die Magnetbandfarbe, die magnetische Aufzeichnungspartikel in einer Polymermatrix enthält, wird mit in der Technik bekannten Verfahren gehärtet. Anschließend werden magnetisch codierte Servoausrichtungsmarkierungen 193 in der gehärteten Magnetbandfarbe codiert.
In einer weiteren Ausführungsform werden magnetisch codierte Servoausrichtungsmarkierungen 193 auf einem Stück Magnetband codiert, das an der äußeren Schicht 253 haftet. Ferner können die magnetisch codierten Servoausrichtungsmarkierungen 193 vom Hersteller des Substrats 199 auf dem Magnetband codiert werden. Die magnetisch codierten Servoausrichtungsmarkierungen 193 können in Form von Markierungen auf der Grundlage einer Zeitsteuerung vorliegen, wie sie in der US-Patentschrift 7 639 448 unter dem Titel „Differential Timing Based Servo Pattern for Magnetic-Based Storage Media“ offenbart ist. Die Servoausrichtungsmarkierungen 193 werden von dem Lesesensor 106 gelesen und verwendet, um die Schreibelemente 108 und die Lesesensoren 106 in Ausrichtung mit den Probenrinnen 180 entlang der x-Achse zu halten, während sich das Lesemodul 104 relativ zu den Probenrinnen 180 entlang der y-Achse bewegt.
Darüber hinaus kann es sich in einer Ausführungsform bei den Ausrichtungsmarkierungen 193 um nichtmagnetische Markierungen handeln. Beispielsweise können die Ausrichtungsmarkierungen mittels Lithografie, Siebdruck oder Tintenstrahldruck hergestellt und mit einem optischen Laser gelesen werden.
Die Probenrinnen 180 enthalten eine biologische Probe, die ein Zielantigen aufweist. Die Probenrinnen 180 bewirken, dass die biologische Probe und somit das Zielantigen 210 während der Vorbereitung und anschließenden Analyse der biologischen Probe, wie weiter unten erörtert, eingeschränkt wird. Beispielsweise verhindern die Probenrinnen 180, dass die biologische Probe während eines Spülschrittes weggespült wird. Ferner ermöglichen die Probenrinnen 180, dass die biologische Probe und das Zielantigen auf einen Bereich eingeschränkt werden, der mit den Leseelementen 108 ausgerichtet ist, sodass das Erkennen des Zielantigens 210 ohne weiteres und genau erkannt wird.
Die Vorbereitung der biologischen Probe mit den Zielantigenen 210 innerhalb der Probenrinne 180 wird weiter mit Bezug auf 3 und 4 erörtert. 3 veranschaulicht die Vorbereitung einer biologischen Probe, die das Zielantigen 210 aufweist, auf der Probenanordnung 100. 4 veranschaulicht die Schritte des Präparierens der Probenanordnung 100 und des Erkennens der Zielantigene 210. Zur Vereinfachung der Erklärung zeigt 3 die Ausführungsform, in der die Grundschicht 252 innerhalb der Probenrinne 180 gebildet ist, und eine einzige Probenrinne 180. Es sollte jedoch verständlich sein, dass die Grundschicht von einem beliebigen der hier beschriebenen Verfahren gebildet werden kann und eine Mehrzahl von Probenrinnen 180 gebildet werden kann. Wie weiter oben erörtert, wird eine äußere Schicht 253 auf dem Substrat 199 gebildet. In Schritt 402 wird mindestens eine Probenrinne 180 in der äußeren Schicht 253 gebildet. Die Grundschicht 252 wird auf der unteren Oberfläche 255 der Probenrinne 180 gebildet.
In Schritt 404 werden die Antikörper 208A innerhalb der Probenrinnen 180 an die erste Oberfläche der Grundschicht 252 gebunden. Die Antikörper 208A können innerhalb der Probenrinnen an die Grundschicht 252 über die Bindungen 206A gebunden werden, beispielsweise Amid-, SAMS-(selbstorganisierende Monoschichten), Alkoxysilan-, organische funktionelle Trialkoxysilan-, Thiolbindungen oder dergleichen. Es ist wichtig zu beachten, dass das Material der Grundschicht 252 das Binden des Antikörpers 208A innerhalb der Probenrinne 180 erleichtert.
In einer Ausführungsform wird bevorzugt, dass die Bindung 206A nur auf die erste Oberfläche der Grundschicht 252 aufgetragen wird. In einem Beispiel weist das Binden zuerst ein Beschichten der Grundschicht 252 mit Amid, selbstorganisierenden Monoschichten (SAMS), Alkoxysilan oder Thiol und anschließend das Platzieren einer Lösung von Antikörpern 208A auf dem Substrat 199 und ein vorsichtiges Schaukeln des Substrats 199 über einen Zeitraum von bis zu sechs Stunden auf. Amid verweist auf organische Verbindungen, die die Funktionsgruppe enthalten, die eine Acylgruppe mit der chemischen Schreibweise C=O enthält, die an ein Stickstoffatom (N) gebunden ist. Bei einem SAM handelt es sich um eine organisierte Schicht amphiphiler Moleküle, in der ein Ende des Moleküls, die „Kopfgruppe“, eine besondere Affinität zu Gold, Silicium oder SiO₂ aufweist, beispielsweise wie das in der Grundschicht 252 verwendete. Am abschließenden Ende, dem der „Kopfgruppe“ entgegengesetzten Ende des SAM, befindet sich eine Funktionsgruppe. In einer Ausführungsform wird der erste Satz von Antikörpern 208A in Schritt 404 an diese Funktionsgruppe angehängt. Schließlich handelt es sich bei einem Thiol um eine Verbindung, die die Funktionsgruppe enthält, die aus einem Schwefelatom und einem Wasserstoffatom(-SH) zusammengesetzt ist. Da sich Schwefel analog einer Alkoholgruppe(-OH) verhält, wird diese Funktionsgruppe entweder als Thiolgruppe oder als Mercaptogruppe bezeichnet.
Es gibt im Allgemeinen fünf bekannte Isotypen (Typen) der Antikörper 208A und 208B für Säugetiere. In 3 handelt es sich bei der Y-Form der Antikörper 208A und 208B um diejenige von Monomer-Antikörpern. Es gibt drei Isotypen von Monomer-Antikörpern: IgD, IgE und IgG, wobei es sich bei dem Präfix Ig um das Symbol für Immunglobulin handelt, und diese Monomer-Antikörper weisen jeder eine Einheit von Ig auf. Es gibt nur einen Isotyp eines Dimer-Antikörpers, IgA, der zwei Ig-Einheiten aufweist. Schließlich gibt es nur einen Isotyp eines Pentamer-Antikörpers, IgM, der fünf Ig-Einheiten aufweist. Diese Antikörper werden weiter in der gleichzeitig anhängigen und gleichzeitig zugewiesenen US-Patentanmeldung unter der laufenden Nummer 12/888 388 unter dem Titel „ Detaction of Analytes via Nanoparticle-labeled Substances with Electromagnetic Read-Write Heads“ beschrieben. Der hier beschriebene analytische Prozess kann in der Humanmedizin, Tiermedizin wie auch für andere biologische Analysen verwendet werden.
In einer Ausführungsform kann der Schritt 404 einen Schritt des Spülens des Substrats 199 mit Wasser oder einem anderen Spülmittel zum Entfernen etwaiger Antikörper 208A beinhalten, die nicht innerhalb der Probenrinnen 180 gebunden sind. In allen hier erörterten Spülschritten kann dem Wasser oder Spülmittel ein oberflächenaktiver Stoff zugegeben werden, um die Oberflächenspannung zu verringern. In einem Beispiel kann der oberflächenaktive Stoff eine Reinigungsmittellösung enthalten.
In Schritt 406 werden die innerhalb der Probenrinne 180 gebundenen Antikörper 208A einer biologischen Probe ausgesetzt, die Zielantigene 210 enthält. In einem Beispiel wird dies erreicht, indem eine Blutprobe oder eine andere biologische Probe auf dem Substrat 199 platziert wird. Wie in 3 gezeigt, binden sich die Zielantigene 210 an die Antigenrezeptoren 209A an den Monomer-Antikörpern 208A. Die Antigenrezeptoren 209A sind in der Darstellung so gezeigt, dass sie sich am V-förmigen Ende der Antikörper 208A befinden. Wie gezeigt, weist jeder Monomer-Antikörper 208A zwei Antigenrezeptoren 209A auf. Schritt 406 kann das wiederholte Schaukeln des Substrats 199 beinhalten, um ein Binden der Zielantigene 210 mit den Antikörpern 208A an den Antigenrezeptoren 209A zu erleichtern. Beispielsweise kann das Substrat bis zu sechs Stunden vorsichtig geschaukelt werden. Schritt 406 kann weiterhin einen Schritt des Spülens des Substrats 199 mit Wasser oder einem anderen Spülmittel beinhalten, um nicht an die Antikörper 208A gebundene Antigene 210 zu entfernen.
Die Zielantigene 210 können Krebszellen, Viren oder Bakterien aufweisen. In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Zielantigenen 210 um Viren wie beispielsweise das humane Papillomavirus (HPV), von dem bekannt ist, dass es zu Krebs führt. Es ist wichtig zu beachten, dass die in Schritt 404 verwendeten Antikörper 208A eigens auf der Grundlage der in Schritt 406 verwendeten Zielantigene 210 gewählt werden.
In Schritt 408 wird ein zweiter Satz von Antikörpern 208B mit den Nanopartikeln 212 gebunden. Es ist wichtig zu beachten, dass der erste Satz von Antikörpern 208A und der zweite Satz von Antikörpern 208B biologisch identisch sind, da sich beide an dasselbe Zielantigen 210 binden. In einer Ausführungsform wird der zweite Satz von Antikörpern 208B mit den Nanopartikeln 212 parallel zu den Schritten 404 und 406 gebunden. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Satz von Antikörpern 208B mit den Nanopartikeln 212 vor oder nach den Schritten 404 und 406 gebunden werden. Die Nanopartikel 212 enthalten einen magnetischen Innenkern 216 und eine Außenhülle 214. Die magnetischen Innenkerne 216 können hartmagnetische Materialien mit hoher Koerzitivität wie Fe₂O₃, CrO₂ und Bariumferrit BaFe aufweisen. Beispielsweise können die magnetischen Innenkerne 216 Nanopartikelmaterialien auf der Grundlage von Eisenoxid aufweisen, darunter M Fe₂O₄-Nanomaterialien (wobei es sich bei M um Co, Ni, Cu, Zn, Cr, Ti, Ba oder Mg handeln kann), und Eisenoxid-beschichtete Nanopartikelmaterialien oder andere Strukturen mit ähnlicher Funktionalität.
In einer Ausführungsform beinhaltet Schritt 408 ferner ein Vorbereiten der Nanopartikel 212 vor einem Binden der Nanopartikel 212 an die Antikörper 208A. Die Vorbereitung der Nanopartikel 212 wird in 5 beschrieben. Magnetisierte Nanopartikel neigen dazu, sich zusammenzuballen und Klumpen zu bilden. Deshalb werden in Schritt 502 die magnetischen Innenkerne 216 der Nanopartikel 212 entmagnetisiert. In einer Ausführungsform werden die magnetischen Innenkerne 216 der Nanopartikel 212 über ihre Curie-Temperatur erwärmt, um die Innenkerne 216 zu entmagnetisieren. Die erwärmten magnetischen Innenkerne 216 lässt man abkühlen. Durch den Schritt der Entmagnetisierung bleiben die Innenkerne 216 der Nanopartikel 212 als einzelne Partikel erhalten.
In einer anderen Ausführungsform kann der Schritt des Entmagnetisierens der Innenkerne 216 von Nanopartikeln weggelassen werden. Der Prozess des Herstellens der Innenkerne 216 von Nanopartikeln kann einen Schritt des Hochtemperatursinterns beinhalten. Daher kann der Herstellungsprozess der Nanopartikel 212 die Innenkerne 216 entmagnetisieren. Die Bildung der Nanopartikel wird ohne Einschränkung durch die US-Patentschrift 6 962 685 unter dem Titel „Synthesis of Magnetite Nanoparticles and the Process of Forming“ gelehrt. Zurückkehrend zu 5 werden in Schritt 504 die Innenkerne 216 mit einer Außenhülle 214 aus nichtmagnetischem Gold, Silicium oder SiO₂ beschichtet, um die Nanopartikel 212 zu erzeugen. Die Antikörper 208B werden an die Nanopartikel 212 über die Bindungen 206B gebunden, beispielsweise Amid-, SAMS-(selbstorganisierende Monoschichten), Alkoxysilan-, organische funktionelle Trialkoxysilan- oder Thiolbindungen. Dieses Binden kann erreicht werden, indem die Nanopartikel 212 zuerst mit Amid, selbstorganisierenden Monoschichten (SAMS), Alkoxysilan, organischem funktionellen Trialkoxysilan oder Thiol beschichtet werden. Es ist wichtig zu beachten, dass das für die Außenhülle 214 verwendete Material das Binden des Antikörpers 208A innerhalb der Probenrinne 180 erleichtert. Die Nanopartikel 212 können in eine Lösung gebracht werden, die den zweiten Satz von Antikörpern 208B enthält, und diese Lösung kann vorsichtig über einen Zeitraum geschaukelt werden. Das wiederholte Schaukeln des Substrats 199 erleichtert das Binden des zweiten Satzes der Antikörper 208B mit den Nanopartikeln 212. Beispielsweise wird das Substrat vorsichtig bis zu sechs Stunden lang geschaukelt. Schritt 408 kann weiterhin einen Schritt des Spülens des Substrats 199 mit Wasser oder einem anderen Spülmittel beinhalten, um nicht an die Antikörper 208B gebundene Nanopartikel 212 zu entfernen.
In Schritt 410 werden die Zielantigene 210 dem zweiten Satz von Antikörpern 208B, die an die Nanopartikel 212 gebunden sind, ausgesetzt. Dies kann erfolgen, indem eine Lösung von mit Nanopartikeln markierten Antikörpern 208B auf das Substrat 199 gebracht wird. Wie in 3 gezeigt, binden sich die Zielantigene 210 an die Antigenrezeptoren 209B der Antikörper 208B. Schritt 410 kann das wiederholte Schaukeln des Substrats 199 beinhalten, um ein Binden der Zielantigene 210 mit den Antikörpern 208B an den Antigenrezeptoren 209B zu erleichtern. Beispielsweise kann das Substrat bis zu sechs Stunden vorsichtig geschaukelt werden. Schritt 410 kann ferner weiterhin einen Schritt des Spülens des Substrats 199 mit Wasser oder einem anderen Spülmittel beinhalten, um nicht an die Zielantigene 210 gebundene Nanopartikel 212 zu entfernen.
In der Ausführungsform, in der es sich bei dem Substrat 199 um ein Peltier-Substrat handelt, kann der Prozess einen wahlweisen Schritt des Anlegens einer Gleichspannung einer ersten Polarität an das Peltier-Substrat beinhalten. Das Anlegen einer Gleichspannung einer ersten Polarität erwärmt die Oberfläche des Substrats 199 und trocknet die biologische Probe innerhalb der Probenrinne 180. Eine Gleichspannung einer zweiten und entgegengesetzten Polarität kann an das Peltier-Substrat angelegt werden, um die Oberfläche des Substrats zu kühlen. In einer alternativen Ausführungsform friert das Peltier-Substrat die biologische Probe ein.
Zurückkehrend zu 1 enthält das Kopfmodul 104 elektromagnetische Schreibköpfe 106 und Magnetowiderstand-Lesesensoren 108, die paarweise so angeordnet sind, dass jeder Schreibkopf 106 mit einem Lesesensor 108 gepaart ist. Bei dem Schreibkopf 106 kann es sich um ein Dünnschicht-Schreibelement handeln. Die elektromagnetischen Schreibköpfe 106 schreiben zuerst in die Probenrinnen 180, und danach lesen die angrenzenden Magnetowiderstand-Lesesensoren 108 unmittelbar von den Probenrinnen 180, was als Lese-nach-Schreibvorgang (read-after-write operation) bezeichnet wird. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Probenanordnung 100 acht Probenrinnen 180 auf, die acht Bit in einem Byte entsprechen. Dementsprechend enthält in dieser Ausführungsform das Kopfmodul acht Paare aus elektromagnetischem Schreibkopf 106 und Magnetowiderstand-Lesesensor 108. Vorteilhafterweise handelt es sich hierbei um die gleiche Zahl von Schreibköpfen und Lesesensoren in einem typischen Kopfmodul, das in Mangetband-Laufwerkprodukten verwendet wird, beispielsweise dem IBM^® TS 1130. Deshalb kann es sich in einer Ausführungsform bei dem Kopfmodul 104 um ein Kopfmodul IBM^® TS 1130 handeln. Es sollte sich jedoch verstehen, dass jede Anzahl von Probenrinnen 180 verwendet werden kann, und die Anzahl der Paare aus elektromagnetischem Schreibkopf 106 und Magnetowiderstand-Lesesensor 108 in dem Kopfmodul 104 eine beliebige Anzahl sein kann. Die Anzahl kann im Bereich von eins bis zur Anzahl der Paare aus elektromagnetischem Schreibkopf und Magnetowiderstand-Lesesensor in dem Kopfmodul 104 liegen. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform, in der es sechzehn solcher Paare aus elektromagnetischem Schreibkopf und Magnetowiderstand-Lesesensor gibt, beispielsweise im Kopfmodul eines Bandlaufwerks IBM^® 3480, die Anzahl der Probenrinnen sechzehn sein. In einer Ausführungsform ist die Anzahl der Probenrinnen 180 ein ganzzahliges Vielfaches der Paare aus elektromagnetischem Schreibkopf 106 und Magnetowiderstand-Lesesensor 108. Überdies handelt es sich in einer Ausführungsform bei dem Schreibkopf 106 und dem Lesesensor nicht um getrennte Einheiten. Stattdessen kann ein einziger Kopf die Funktionen sowohl des Schreibkopfs 106 als auch des Lesesensors 108 ausführen.
Wie weiter oben erwähnt, können die Probenrinnen 180 einen Abstand von einer Probenrinne zur benachbarten Probenrinne entlang der x-Achse aufweisen, der mit dem Abstand von einem Lesesensor 108 zum benachbarten Lesesensor 108 entlang der x-Achse übereinstimmt. In einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen einer Probenrinne 180 und einer benachbarten Probenrinne 180 166,5 Mikron, sodass er mit dem Abstand von Lesesensor zu Lesesensor des Bandlaufwerks IBM^® TS1130 übereinstimmt.
Bei den Schreibköpfen 106 kann es sich um jeden in der Technik bekannten Schreibkopf handeln. In einer Ausführungsform weisen die Schreibköpfe 106 Miniatur-Elektromagnete mit einer zwischen zwei Polen liegenden Spule auf. Bei den Lesesensoren 108 kann es sich um anisotrope Magnetowiderstand-(AMR), Riesenmagnetowiderstand-(GMR) oder Tunnelmagnetowiderstand-(TMR)Lesesensoren oder um andere in der Technik bekannte Einheiten mit ähnlicher Funktionalität handeln. GMR-Lesesensoren, die auch als Spinventil-Lesesensoren bekannt sind, weisen üblicherweise für eine erhöhte Empfindlichkeit eine antiparallel gepolte Innenschicht auf. TMR-Lesesensoren können eine Tunnelsperrschicht nutzen, um die interne GMR-Struktur zu verstärken und eine erhöhte Empfindlichkeit bereitzustellen.
Wie in 1 gezeigt, kann der Schreibkopf 106 entlang der x-Achsen-Richtung länger sein als der Lesesensor 108. Dementsprechend ist der aktive Messteil des Lesesensors 108 kleiner als der Schreibkopf 106 entlang der x-Achse. Der Schreibkopf 106 wird zum Magnetisieren der Nanopartikel 212 für die Erkennung durch den Lesesensor 108 verwendet, wie weiter unten erörtert. Es ist für den Schreibkopf vorteilhaft, wenn er in x-Richtung länger als der Lesesensor 108 ist, da dies verhindert, dass der Lesesensor auf nichtmagnetisierte Nanopartikel 212 trifft und so eine falsch negative Erkennung des Zielantigens 210 registriert.
Das Kopfmodul 104 wird in linearer Ausrichtung mit den Probenrinnen 180 entlang der x-Achse durch den Positionsfehlerservo-Lesekopf (PES-Lesekopf) 192 gehalten, der die magnetisch codierten Servoausrichtungsmarkierungen 193 von der Servospur 194 auf der Probenanordnung 100 liest. Bei dem PES-Lesekopf 192 kann es sich zum Beispiel um einen AMR-, GMR- oder TMR-Lesesensor handeln. In dem in 1 veranschaulichten Beispiel handelt es sich bei den gezeigten Servoausrichtungsmarkierungen 193 um TBS-(Timing Based Servo)Servoausrichtungsmarkierungen wie jene, die in LTO-(Linear Tape Open)-Bandlaufwerkprodukten von IBM^® verwendet werden (z.B. die IBM^® Bandprodukte der Modelle TS1120 und TS1130). Die US-Patentschrift 6 320 719 unter dem Titel „Timing Based Servo System for Magnetic Tape Systems“ offenbart eine Timing-Based-Servo-Steuerung und TBS-Servoausrichtungsmarkierungen. Die US-Patentschrift 6 282 051 unter dem Titel „Timing Based Servo System for Magnetic Tape Systems“ offenbar das Schreiben von TBS-Servoausrichtungsmarkierungen.
In Schritt 412 von 4 beinhaltet der Prozess des Erkennens der Zielantigene 210 das Führen des Kopfmoduls 104 mit mindestens einem Magnetowiderstand-Lesesensor 108 über die Probenanordnung 100. In einer Ausführungsform wird das Kopfmodul 104 linear von links nach rechts entlang der +y-Achse relativ zu einer ortsfesten Probenanordnung geführt. In einer anderen Ausführungsform wird die Probenanordnung 100 linear von rechts nach links entlang der –y-Achse an einem ortsfesten Kopfmodul 104 vorbeigeführt. Wenn das Substrat 199 aus einem biegsamen Polyethylenterephthalat-Material besteht, kann in einer Ausführungsform diese Bewegung von rechts nach links als Datenlese- und -schreibvorgänge in einem Magnetbandlaufwerk ausgeführt werden. Das Kopfmodul 104 kann eine einzige Probenrinne 180 abtasten oder eine Mehrzahl von Probenrinnen 180 gleichzeitig abtasten. Als alternative Ausführungsform weist das Kopfmodul 104 ein rotierendes Kopfmodul mit schraubenförmiger Abtastung (helical-scan) auf, und die y-Achse der Probenrinne 180 steht in einem Winkel zu dem Substrat 199. In dieser Ausführungsform weisen die Probenrinnen 180 eine viel geringere Länge auf, sodass die Ausrichtung des Kopfmoduls 104 mit den Probenrinnen 180 ohne die Ausrichtungsmarkierungen 193 erreicht werden kann. In einer Ausführungsform kann das IBM^® Helical-Scan-Bandlaufwerk MSS 3850 zum Erkennen von Analyten verwendet werden.
In einer Ausführungsform kommt das Kopfmodul 104 während des Schritts des Darüberführens von 412 in physischen Kontakt mit der oberen Oberfläche 254 der äußeren Schicht 253. Das Aufrechterhalten des physischen Kontakts des Kopfmoduls 104 mit der oberen Oberfläche stellt sicher, dass das Kopfmodul 104 an einer bekannten z-Achsen-Position gehalten wird, und es unterstützt die Ausrichtung des Kopfmoduls 104 mit den Probenrinnen 180. Wie weiter oben erörtert, kann die äußere Schicht 253 diamantähnlichen Kohlenstoff, Polytetrafluorethylen, Aluminiumoxid, Polyamide oder andere in der Technik bekannte reibungsarme Materialien aufweisen. Dementsprechend unterstützt das reibungsarme Material der äußeren Schicht das Kopfmodul 104 dabei, ruckfrei über die Probenrinnen 180 zu fahren, während es in physischem Kontakt mit der oberen Oberfläche 254 der äußeren Schicht 253 ist, sodass die Zielantigene der biologischen Probe zuverlässig und genau erkannt werden.
Wie mit Bezug auf Schritt 502 in 5 erörtert, wird in einigen Ausführungsformen der Innenkern 216 von Nanopartikeln entmagnetisiert. Dementsprechend schreibt in dieser Ausführungsform der Schreibkopf 106 als Teil von Schritt 412 auf die Nanopartikel 212, um die Innenkerne 216 von Nanopartikeln zu magnetisieren. Der Schreibkopf 106 schreibt mit einem konstanten Gleichstrom magnetische Polarität während der Dauer des Schritts des Darüberführens 412 in der Weise, dass es keine unbeschriebenen Regionen der Probenanordnung 100 gibt. In einer Ausführungsform schreibt der Schreibkopf 106 mit magnetisch überlappenden Schreibimpulsen. Weiter in Schritt 412 erkennt der Lesesensor 108 die frisch magnetisierten Innenkerne 216 der Nanopartikel 212 und erkennt so die Zielantigene 210. Der Lesesensor kann die Zielantigene 210 erkennen, weil die Nanopartikel 212 an die Antikörper 208B gebunden sind, die ihrerseits an die Zielantigene 210 gebunden sind.
Der Schreibkopf 106 magnetisiert die Innenkerne 216 der Nanopartikel 212 entlang der y-Achse, bei der es sich um die Längsrichtung des Aufzeichnens in der Bandlaufwerkbranche handelt. Der Lesesensor 108 erkennt magnetisch die Nanopartikel 212 entlang der y-Achse. Infolgedessen können in Schritt 412 die Nanopartikel 212 während eines einzigen Führens über die Probenrinnen 180 von dem Schreibkopf 106 magnetisiert und dann unmittelbar und magnetisch von dem Lesesensor 108 erkannt werden. Wie weiter oben erörtert, wird dieser Prozess als Lese-nach-Schreibvorgang bezeichnet. In einer Ausführungsform sind der Schreibkopf 106 und der Lesesensor 108 durch eine (nicht gezeigte) magnetische Abschirmung getrennt, um ein Übersprechen zwischen dem Schreibkopf 106 und dem Lesesensor 108 im Verlauf von Schritt 412 zu verhindern.
Alternativ können die Schritte des Magnetisierens der Nanopartikel 212 und der Schritt des Erkennens der Nanopartikel 212 getrennt ausgeführt werden. Beispielsweise magnetisiert der Schreibkopf 106 die Innenkerne 216 der Nanopartikel 212 entlang der y-Achse der Probenanordnung 100. In einer Ausführungsform wird der Schreibkopf 106 danach ausgeschaltet. Anschließend erkennt der Lesesensor 108 magnetisch die Nanopartikel 212 entlang der y-Achse. Der Lesemodulsensor 108 kann über mehrere Probenrinnen 180 entlang der y-Achse sowohl in +y- als auch –y-Richtung geführt werden. Dementsprechend kann der Lesesensor 108 wiederholt eine Prüfung auf magnetisierte Nanopartikel 212 durchführen und so sicherstellen, dass alle Zielantigene 210 erkannt werden.
In einer Ausführungsform, in der die Anzahl der Probenrinnen 180 größer ist als die Anzahl der Paare aus Schreibkopf 106 und Lesesensor 108 in dem Kopfmodul 104, kann das Kopfmodul 104 die Probenrinnen 180 serpentinenartig abtasten. Das Kopfmodul 104 führt eine Abtastung in +y-Richtung aus, da das Kopfmodul 104 nur eine Lese-nach-Schreibfähigkeit in +y-Richtung bereitstellt, wie in 1 gezeigt. Danach führt ein zweites (nicht gezeigtes) Kopfmodul, das ein Spiegelbild des Kopfmoduls 104 aufweist, eine Lese-nach-Schreibfunktion in –y-Richtung aus.
Die Koerzitivität eines magnetischen Innenkerns 216 kann selektiv in Abhängigkeit von dem zu erkennenden Zielantigen 210 gewählt werden. Beispielsweise können die Nanopartikel 212 mit magnetischen Innenkernen 216 unterschiedlicher Koerzitivitätswerte jeweils an unterschiedliche Arten von Antikörpern 208A und 208B gebunden werden, um unterschiedliche Arten von Zielantigenen 210 auf der Probenanordnung 100 gleichzeitig zu erkennen. Die Nanopartikel 212 weisen unterschiedliche magnetische Eigenschaften auf, die mit jeder Antigen-Antikörper-Kombination verbunden sind. Der Lesesensor 108 erkennt die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften eines Innenkerns 216 auf der Grundlage der für diesen Innenkern 216 verwendeten Materialien. Wie weiter oben erörtert, können die magnetischen Innenkerne 216 hartmagnetische Materialien mit hoher Koerzitivität, beispielsweise Fe₂O₃, CrO₂ und Bariumferrit BaFe aufweisen. Beispielsweise können die magnetischen Innenkerne 216 Nanopartikelmaterialien auf der Grundlage von Eisenoxid aufweisen, darunter M Fe₂O₄-Nanomaterialien (wobei es sich bei M um Co, Ni, Cu, Zn, Cr, Ti, Ba oder Mg handeln kann) und Eisenoxid-beschichtete Nanopartikelmaterialien oder andere Strukturen mit ähnlicher Funktionalität. Infolgedessen kann der Lesesensor 108 in Schritt 412 mehr als eine Art von Zielantigenen 210 mit einem einzigen Überstreichen der Probenanordnung 100 erkennen.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Servosteuerungssystems 600 zum Steuern der Bewegung des Kopfmoduls 104 auf der x-Achse und der y-Achse. Zur Vereinfachung veranschaulicht 6 eine Probenanordnung 100, die eine einzige Rinne 180 enthält. Zusätzlich zeigt 6 ein Kopfmodul 104, das ein einziges Paar aus Schreibkopf 106 und Lesesensor 108 und einen PES-Lesekopf 192 enthält. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die Probenanordnung 100 eine Mehrzahl von Rinnen enthalten kann und das Kopfmodul 104 eine Mehrzahl von Schreibköpfen 106 und Lesesensoren 108 enthalten kann. Der PES-Lesekopf 192 liest die Servoausrichtungsmarkierungen 193 in der Servospur 194. Der Prozessor 602 empfängt Positionsfehlerservo-(PES)Signale von dem PES-Lesekopf 192. Der Prozessor 602 sendet ein Signal an den Leistungsverstärker 604, um das x-Achsen-Stellglied 606 auf der Grundlage der PES-Daten zu steuern. Das x-Achsen-Stellglied 606 steuert die Bewegung des Kopfmoduls 104 in Richtung der x-Achse. Das x-Achsen-Stellglied 606 ist mit dem Kopfmodul 104 über das mechanische Verbindungsstück 608 verbunden. Dementsprechend kann das Kopfmodul 104 so positioniert werden, dass der Schreibkopf 106 und der Lesesensor 108 auf den Probenrinnen 180 der Probenanordnung 100 zentriert werden. Der Prozessor 602 sendet auch Signale an den Leistungsverstärker 614, um das y-Achsen-Stellglied 610 zum Ausführen einer Abtastung durch das Kopfmodul 104 über die Probenanordnung 100 zu steuern. Das y-Achsen-Stellglied 610 ist mit dem x-Achsen-Stellglied über das mechanische Verbindungsstück 612 so verbunden, dass das Kopfmodul 104 in steuerbarer Weise entlang der y-Achse bewegt werden kann.
7 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Schreib- und Leseschaltung 700 zur Verwendung beim Schreiben in den Probenrinnen 180 (d.h. Magnetisieren der Nanopartikel 212) und Lesen aus den Probenrinnen 180 (d.h. Messen und Erkennen der magnetisierten Nanopartikel 212). Zur Vereinfachung veranschaulicht 7 eine Probenanordnung 100, die eine einzige Rinne 180 aufweist. Außerdem zeigt 7 ein Kopfmodul, das ein einziges Paar aus Schreibkopf 106 und Lesesensor 108 aufweist. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die Probenanordnung 100 eine Mehrzahl von Rinnen enthalten kann und das Kopfmodul 104 eine Mehrzahl von Schreibköpfen 106 und Lesesensoren 108 enthalten kann.
Der Prozessor 602 sendet Signale an den Leistungsverstärker 704. Der Leistungsverstärker stellt die Leistung für den Schreibkopf 106 zum Magnetisieren der Nanopartikel 212 bereit. Der Prozessor 602 sendet auch Signale an den Leistungsverstärker 716. Der Leistungsverstärker 716 versorgt die Wheatstone-Brücke 706 mit Strom. In einer Ausführungsform enthält die Wheatstone-Brücke den Lesesensor 108. Somit empfängt der Lesesensor einen Gleichstrom von der Wheatstone-Brücke 706. Der Lesesensor 108 erkennt eine Widerstandsänderung im Verlauf des weiter oben erörterten Schritts 412. Die Widerstandsänderung beruht auf dem Magnetfeld, das von den magnetisierten Innenkernen 216 der Nanopartikel 212 bereitgestellt wird. Die Wheatstone-Brücke 706 gleicht den Nullmagnetismus-Widerstand des Lesesensors 108 so aus, dass nur die Widerstandsänderung des Lesesensors 108 an den Verstärker 714 gesendet wird. Der Verstärker 714 empfängt die Widerstandsänderung und sendet die Widerstandsänderung durch das Filter 718 an den Prozessor 602. Das Filter 718 filtert Rauschen heraus. In einer Ausführungsform filtert das Filter 718 ein Rauschen von 60 Hz heraus, bei dem es sich um die Art von Rauschen handelt, die überall in einer Büro- oder Laborumgebung vorhanden ist, in der Prozesse der Erfindung ausgeführt werden können.
Der Prozessor 602 enthält ein abgestimmtes Filter 730 und eine Tabelle 720. Der Prozessor 602 ermittelt, ob ein Nanopartikel 212 erkannt wurde, und somit, ob ein Zielantigen 210 erkannt wurde. Die Widerstandsänderung des Lesesensors 108 ist direkt proportional zu dem von dem Nanopartikel 212 bereitgestellten Magnetfeld.
Wie weiter oben erörtert, kann die Koerzitivität eines magnetischen Innenkerns 216 selektiv in Abhängigkeit von dem zu erkennenden Zielantigen 210 gewählt werden. Beispielsweise können die Nanopartikel 212 mit magnetischen Innenkernen 216 unterschiedlicher Koerzitivitätswerte jeweils an unterschiedliche Arten von Antikörpern 208A und 208B gebunden werden, um unterschiedliche Arten von Zielantigenen 210 auf der Probenanordnung 100 gleichzeitig zu erkennen. Die Identifizierung der Zielantigene 210 in den Probenrinnen 180 kann durch eine Referenztabelle 720 in dem Prozessor 602 erleichtert werden. In einer Ausführungsform enthält die Referenztabelle 720 eine Liste von (a) Zielantigenen 210, (b) der Antikörper 208A und 208B, die an die Zielantigene 210 gebunden sind, und (c) der Koerzitivität der Innenkerne 216 der an die Antikörper 208B gebundenen Nanopartikel 212.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird von der Schreib- und Leseschaltung von 7 eine Korrelationsberechnung durchgeführt, um die Erkennungsgenauigkeit von Zielantigenen zu verbessern. Der Prozessor 602 führt die in Gleichung [1] dargestellte Korrelationsberechnung C(y) zwischen einem Erkennungssignalprofil g(y), das von dem Lesesensor 108 gelesen wird, wenn ein Nanopartikel erkannt wird, und einem abgestimmten Filter 730 durch. C(y) = ∫g(η)h(η – y)dη Gleichung [1]
In Gleichung [1] ist η die Integrationsvariable entlang der y-Achse, die sich verändert, während der Lesesensor 108 entlang der y-Achse geführt wird. Das abgestimmte Filter 730 enthält eine Impulsantwort h(y) eines idealen Signalprofils eines erkannten Ziel-Nanopartikels 212. Da h(y) repetitiv verwendet wird, kann es einmal berechnet und als abgestimmtes Filter 730 in dem Prozessor 602 gespeichert werden.
Der Korrelationsbereich C(y) liegt zwischen –1 und +1, wobei +1 einer idealen Korrelation von hundert Prozent (100 %) entspricht und –1 keine Korrelation angibt. Für jede elektrische Signalform g(y) jeder potenziellen Erkennung eines Nanopartikels 212 durch den Lesesensor 108 wird in Schritt 412 von 4 ihre Korrelation C(y) berechnet. Der Prozessor 602 vergleicht diese Korrelation C(y) dann gegenüber einem Schwellenkorrelationswert C0, bevor er das Signal g(y) als gültige Erkennung eines Nanopartikels 212 annimmt. Diese Korrelation entfernt störendes elektrisches Rauschen aus den tatsächlichen Erkennungen von Nanopartikeln und verringert so falsch positive Erkennungen von Zielantigenen 210.
In einer Ausführungsform können die Ergebnisse des Überstreichens von Schritt 412 einem Praxisarzt oder Klinikarzt angezeigt werden, um den Praxisarzt oder Klinikarzt über das Vorhandensein (oder Fehlen) von Zielantigenen 210 in der biologischen Probe zu informieren. Die Ergebnisse können Elemente enthalten wie beispielsweise das (die) Zielantigen(e), auf das (die) getestet wurde, die Typen der verwendeten Antikörper, eine einfache Angabe zu Positiverkennung oder Negativerkennung für jedes Antigen, die Anzahl der für jedes Antigen erkannten Nanopartikel, um einen Hinweis auf Verbreitung des als Ziel gewählten Antigens und die Anzahl der auf der Grundlage der Korrelationsberechnung abgelehnten Erkennungen zu geben.
Die Begriffe „bestimmte Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“ (an embodiment), „Ausführungsform“, „Ausführungsformen“, „die Ausführungsform“, „die Ausführungsformen“, „eine oder mehrere Ausführungsformen“, „einige Ausführungsformen“ und „eine Ausführungsform“ (one embodiment) bedeuten „eine oder mehrere (jedoch nicht alle) Ausführungsformen“, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Die Begriffe „beinhalten“, „enthalten“, „aufweisen“ und Varianten davon bedeuten „einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein“, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Das aufzählende Auflisten von Elementen bedeutet nicht, dass eines oder alle der Elemente sich gegenseitig ausschließen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Die Begriffe „ein“, „einer“, „eine“ bedeuten „eins oder mehrere“, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Einheiten, die miteinander im Datenaustausch stehen, brauchen miteinander nicht in einem fortlaufenden Datenaustausch zu stehen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Darüber hinaus können Einheiten, die miteinander im Datenaustausch stehen, Daten direkt oder indirekt über eine oder mehrere Zwischenstationen austauschen. Zudem bedeutet eine Beschreibung einer Ausführungsform mit mehreren, miteinander im Datenaustausch stehenden Komponenten nicht, dass alle diese Komponenten erforderlich sind. Im Gegenteil wird eine Mehrzahl wahlweiser Komponenten beschrieben, um die breite Vielfalt möglicher Ausführungsformen zu veranschaulichen.
Ferner können Prozessschritte, Verfahrensschritte, Algorithmen oder dergleichen zwar in einer sequenziellen Reihenfolge beschrieben sein, derartige Prozesse, Verfahren und Algorithmen können jedoch so konfiguriert werden, dass sie in alternativen Reihenfolgen arbeiten. Mit anderen Worten gibt eine Abfolge oder Reihenfolge von Schritten, die beschrieben werden, nicht notwendigerweise eine Anforderung an, dass die Schritte in dieser Reihenfolge auszuführen sind. Die Schritte von Prozessen, die hier beschrieben werden, können in jeder in der Praxis möglichen Reihenfolge ausgeführt werden. Darüber hinaus können einige Schritte gleichzeitig, parallel oder gleichlaufend ausgeführt werden.
Zwar wurden bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben, für den Fachmann wird es sich jedoch verstehen, dass auf der Grundlage der hier enthaltenen Lehren Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von dieser Erfindung und ihren Gesichtspunkten im weiteren Sinne abzuweichen, und daher sollen die anhängenden Ansprüche innerhalb ihres Geltungsbereichs alle diese Änderungen und Abwandlungen einschließen, die innerhalb des Geltungsbereichs dieser Erfindung liegen. Weiterhin versteht sich, dass die Erfindung allein durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Bilden einer Probenanordnung einer biologischen Probe, die Zielantigene aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Bilden von mindestens einer Probenrinne innerhalb einer äußeren Schicht, wobei die Probenrinne eine untere Oberfläche aufweist; Bilden einer Grundschicht; Binden eines ersten Satzes von Antikörpern innerhalb der mindestens einen Probenrinne auf einer ersten Oberfläche der Grundschicht; die mindestens eine Probenrinne mit dem ersten Satz gebundener Antikörper der biologischen Probe aussetzen, welche die Zielantigene aufweist, wobei sich die Zielantigene an den ersten Satz von Antikörpern innerhalb der mindestens einen Probenrinne binden; Binden eines zweiten Satzes von Antikörpern an Nanopartikel, wobei der erste und zweite Satz von Antikörpern biologisch identisch sind; die Zielantigene innerhalb der mindestens einen Probenrinne dem zweiten Satz von an die Nanopartikel gebundenen Antikörpern aussetzen, wobei sich die zweite Gruppe von Antikörpern an die Zielantigene innerhalb der mindestens einen Probenrinne binden; und Bilden einer Mehrzahl magnetischer Servoausrichtungsmarkierungen auf der Probenanordnung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bildens einer Mehrzahl von magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen weiterhin das Bilden von mindestens einer Servoausrichtungsrinne in der äußeren Schicht parallel zur Probenrinne aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Bildens der Mehrzahl von magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen weiterhin aufweist: Füllen der Servoausrichtungsrinne mit Magnetbandfarbe; Härten der Magnetbandfarbe; und Bilden der Mehrzahl von Servoausrichtungsmarkierungen in der gehärteten Magnetbandfarbe.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, weiterhin aufweisend ein Magnetisieren der Nanopartikel.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Nanopartikel von einem Schreibkopf magnetisiert werden.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei die Grundschicht auf der unteren Oberfläche der Probenrinne gebildet wird.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei die äußere Schicht auf der Grundschicht gebildet wird und durch die untere Oberfläche der Probenrinne wird die Grundschicht zugänglich gemacht.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei die äußere Schicht aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus diamantähnlichem Kohlenstoff, Polytetrafluorethylen, Aluminiumoxid und Polyamiden besteht.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Satz von Antikörpern an das Zielantigen mit einem Bindungsmaterial gebunden wird, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Amid, selbstorganisierenden Monoschichten (self-assembled-monolayers, SAMS), Alkoxysilan, organischem funktionalem Trialkoxysilan und Thiol besteht.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, weiterhin aufweisend: Führen eines Kopfmoduls über die Probenanordnung, wobei das Kopfmodul mindestens einen Magnetowiderstand-Lesesensor zum Erkennen der Zielantigene aufweist.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei die Grundschicht aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Gold, Silicium und Siliciumoxid besteht.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Führens des Kopfmoduls über die Probenanordnung das Inkontaktbringen des Kopfmoduls mit einer oberen Oberfläche der äußeren Schicht aufweist, wobei der mindestens eine Magnetowiderstand-Lesesensor in dem Kopfmodul die Zielantigene in der Probenrinne erkennt.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 12, das weiterhin ein Nutzen einer Mehrzahl von magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen auf der Probenanordnung aufweist, um den mindestens einen Magnetowiderstand-Lesesensor an der Probenrinne auszurichten.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 13, das weiterhin ein Magnetisieren der Nanopartikel aufweist.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Kopfmodul weiterhin mindestens einen Schreibkopf aufweist, wobei die Nanopartikel von dem mindestens einen Schreibkopf magnetisiert werden.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Kopfmodul eine Mehrzahl von Paaren aus Schreibköpfen und Magnetowiderstand-Lesesensoren aufweist, wobei jedes Paar der Schreibköpfe und des Magnetowiderstand-Lesesensors von einem benachbarten Paar des Schreibkopfs und des Magnetowiderstand-Lesesensors in einem ersten Abstand angeordnet sind und die Probenanordnung eine Mehrzahl paralleler Probenrinnen enthält, wobei die Mehrzahl paralleler Probenrinnen voneinander jeweils in dem ersten Abstand angeordnet ist.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 16, das weiterhin ein gleichzeitiges Abtasten der magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen mit mindestens einem Magnetowiderstand-Servolesesensor und ein Magnetisieren der Nanopartikel mit mindestens einem Schreibkopf aufweist und ein anschließendes Erkennen der Nanopartikel mit den Magnetowiderstand-Lesesensoren.
Probenanordnung, die eine biologische Probe enthält, die Zielantigene aufweist, wobei die Probenanordnung aufweist: eine äußere Schicht, die mindestens eine Probenrinne aufweist, wobei die Probenrinne eine untere Oberfläche aufweist; eine Grundschicht; wobei die Probenrinne aufweist: einen ersten Satz von Antikörpern, der auf einer ersten Oberfläche der Grundschicht gebunden wird; die Zielantigene, die an den ersten Satz von Antikörpern gebunden sind; einen zweiten Satz von Antikörpern, der an die Zielantigene gebunden ist; und Nanopartikel, die an den zweiten Satz von Antikörpern gebunden sind; wobei der erste und zweite Satz von Antikörpern biologisch identisch sind, und magnetische Servoausrichtungsmarkierungen.
Probenanordnung nach Anspruch 18, wobei die Probenanordnung weiterhin eine Servoausrichtungsrinne in der äußeren Schicht aufweist, wobei die Servoausrichtungsrinne parallel zur Probenrinne ist.
Probenanordnung nach Anspruch 19, wobei die Servoausrichtungsrinne mit Magnetbandfarbe gefüllt ist und die magnetischen Servoausrichtungsmarkierungen in der Magnetbandfarbe gebildet werden.
Probenanordnung nach einem beliebigen der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Grundschicht auf der unteren Oberfläche der Probenrinne gebildet wird.
Probenanordnung nach einem beliebigen der Ansprüche 18 bis 21, wobei die äußere Schicht auf der Grundschicht gebildet wird und durch die untere Oberfläche der Probenrinne wird die Grundschicht zugänglich gemacht.
Probenanordnung nach einem beliebigen der Ansprüche 18 bis 22, wobei die äußere Schicht aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus diamantähnlichem Kohlenstoff, Polytetrafluorethylen, Aluminiumoxid und Polyamiden besteht.
Probenanordnung nach einem beliebigen der Ansprüche 18 bis 23, wobei die Grundschicht aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Gold, Silicium und Siliciumoxid besteht.