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DE102020212466B4 - Device and procedure for rapid test - Google Patents

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DE102020212466B4
DE102020212466B4 DE102020212466.3A DE102020212466A DE102020212466B4 DE 102020212466 B4 DE102020212466 B4 DE 102020212466B4 DE 102020212466 A DE102020212466 A DE 102020212466A DE 102020212466 B4 DE102020212466 B4 DE 102020212466B4
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Frank Ludwig
Thilo Viereck
Jing Zhong
Sebastian Draack
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Technische Univ Braunschweig Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Technische Universitaet Braunschweig Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
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Abstract

Gerät zur Analyse einer wässrigen Probe auf das Vorhandensein zumindest eines Analyten, das eine Probenausnehmung (1), eine Mischeinrichtung (2), eine Konzentriereinrichtung (3), eine Anregungseinrichtung (4) und eine Messeinrichtung (5) aufweist, die um eine gemeinsame Längsachse (6) angeordnet sind, wobei in die Probenausnehmung (1) ein Probengefäß (7) angeordnet werden kann,wobei die Mischeinrichtung (2) eingerichtet ist, ein erstes gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich der Probenausnehmung (1) zu erzeugen,wobei die Konzentriereinrichtung (3) eingerichtet ist, ein zweites gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich der Probenausnehmung (1) zu erzeugen, dessen Bereich größerer magnetischer Flussdichte im Bereich der Messeinrichtung (5) angeordnet ist,wobei die Anregungseinrichtung (4) im Bereich der Probenausnehmung (1) angeordnet ist und eingerichtet ist, ein Anregungsfeld zu erzeugen,wobei die Messeinrichtung (5) eingerichtet ist, Werte für ein zeitlich veränderliches Magnetfeld aufzunehmen und als Messsignal an eine Auswerteeinheit zu leiten und die Auswerteeinheit eingerichtet ist, ein Analysesignal aus dem Messsignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Anregungsspule als Anregungseinrichtung (4) aufweist und dass es eine Messspule als Messeinrichtung (5) aufweist, die eingerichtet ist, Werte für die in der Messspule induzierte zeitlich veränderliche Spannung als Messsignal aufzunehmen und dass es eine Anordnung aus zwei Spulen als Kompensationseinrichtung aufweist, von denen die erste Spule baugleich mit der Anregungsspule ist und die zweite Spule baugleich mit der Messspule und anti seriell zu dieser verschaltet ist und koaxial innerhalb der ersten Spule angeordnet ist, und die Kompensationseinrichtung in einem Abstand zur gemeinsamen Längsachse (6) angeordnet ist.Device for analyzing an aqueous sample for the presence of at least one analyte, which has a sample recess (1), a mixing device (2), a concentrating device (3), an excitation device (4) and a measuring device (5) which are arranged around a common longitudinal axis (6), wherein a sample vessel (7) can be arranged in the sample recess (1), wherein the mixing device (2) is set up to generate a first controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample recess (1), wherein the concentrating device (3) is set up to generate a second controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample recess (1), the region of greater magnetic flux density of which is arranged in the region of the measuring device (5), wherein the excitation device (4) is arranged in the region of the sample recess (1) and is set up to generate an excitation field, wherein the measuring device (5) is set up to record values for a time-varying magnetic field and to transmit them as a measurement signal to a Evaluation unit and the evaluation unit is set up to generate an analysis signal from the measurement signal, characterized in that it has an excitation coil as excitation device (4) and that it has a measuring coil as measuring device (5) which is set up to record values for the time-varying voltage induced in the measuring coil as a measurement signal and that it has an arrangement of two coils as compensation device, of which the first coil is identical in construction to the excitation coil and the second coil is identical in construction to the measuring coil and is connected anti-series to it and is arranged coaxially within the first coil, and the compensation device is arranged at a distance from the common longitudinal axis (6).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät und ein damit durchführbares Verfahren zur Analyse wässriger Proben auf das Vorhandensein eines Analyten.The present invention relates to a device and a method that can be carried out therewith for analyzing aqueous samples for the presence of an analyte.

Im Verfahren wird eine wässrige Probe mit magnetischen Nanopartikeln versetzt und durch Anlegen eines Magnetfeldes auf das Vorhandensein eines Analyten untersucht. Das Verfahren hat den Vorteil, dass es die Detektion des Analyten in einem Schritt und insbesondere ohne Auswaschen der nicht an den Analyten gebundenen magnetischen Nanopartikel erlaubt.In the process, an aqueous sample is mixed with magnetic nanoparticles and examined for the presence of an analyte by applying a magnetic field. The method has the advantage that it allows the detection of the analyte in one step and, in particular, without washing out the magnetic nanoparticles that are not bound to the analyte.

Durch seinen einfachen Verfahrensablauf hat das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei Verwendung des erfindungsgemäßen Geräts zu seiner Durchführung den Vorteil, dass es am Ort der Probenentnahme durchgeführt werden kann („Point-of-Care-Analyse“) und insbesondere die Verschickung an ein spezialisiertes Auswertelabor nicht erfordert. Dabei hat das erfindungsgemäße Gerät den besonderen Vorteil, dass es einfach zu bedienen ist und zu seiner Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren daher keine labortechnische Ausbildung, sondern lediglich eine kurze Einweisung benötigt wird.Due to its simple procedure, the method according to the invention has the advantage, particularly when using the device according to the invention to carry it out, that it can be carried out at the location where the sample is taken ("point-of-care analysis") and in particular does not require sending to a specialized analysis laboratory. The device according to the invention has the particular advantage that it is easy to operate and therefore no laboratory training is required for its use in the method according to the invention, but only a short instruction.

Durch seine erfindungsgemäßen Schritte des Aufkonzentrierens der magnetischen Nanopartikel und des Detektierens ihres Relaxationsverhaltens hat das Verfahren den weiteren Vorteil, dass der Analyt damit schneller detektiert werden kann und die mit dem Verfahren erhaltenen Analysesignale ein höheres Signal-zu-Rauschen-Verhältnis aufweisen als mit herkömmlichen Verfahren, insbesondere ELISA-Tests oder PCR-Tests, erreicht werden kann.Due to its inventive steps of concentrating the magnetic nanoparticles and detecting their relaxation behavior, the method has the further advantage that the analyte can be detected more quickly and the analysis signals obtained with the method have a higher signal-to-noise ratio than can be achieved with conventional methods, in particular ELISA tests or PCR tests.

Stand der TechnikState of the art

Die DE 42 18 638 C2 beschreibt Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Partikelgrößenverteilungen mittels Streulichtmessungen.The DE 42 18 638 C2 describes a device and method for determining particle size distributions using scattered light measurements.

Die US 2006 / 0 292 630 A1 beschreibt einen mit Fängermolekülen beschichteten Sensor zum Nachweis von Biomolekülen in einem magnetischen Feld. Dazu sind in der Oberfläche des Sensors Ausnehmungen mit darunterliegenden Hall-Elementen angeordnet. Oberhalb und unterhalb des Sensors ist jeweils eine Spule eines Elektromagneten angeordnet, die ein magnetisches Gradientenfeld erzeugt.US 2006 / 0 292 630 A1 describes a sensor coated with capture molecules for detecting biomolecules in a magnetic field. For this purpose, recesses with Hall elements underneath are arranged in the surface of the sensor. Above and below the sensor there is a coil of an electromagnet that generates a magnetic gradient field.

Die US 2008 / 0 309 323 A1 beschreibt ein Verfahren zur Detektion von Biomolekülen, bei dem mit Fängermolekülen beschichtete magnetische Nanopartikel in eine die Biomoleküle enthaltende Lösung gegeben werden, um darin zu aggregieren, die Aggregate auf einen Sensor gegeben und dort mittels magnetischer Felder immobilisiert werden, und die Biomoleküle durch Detektion des magnetischen Streufelds nachgewiesen werden.US 2008 / 0 309 323 A1 describes a method for detecting biomolecules in which magnetic nanoparticles coated with capture molecules are added to a solution containing the biomolecules in order to aggregate therein, the aggregates are placed on a sensor and immobilized there by means of magnetic fields, and the biomolecules are detected by detecting the magnetic stray field.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Gerät und ein damit durchführbares Verfahren bereitzustellen, mit dem eine wässrige Probe auf das Vorhandensein eines Analyten getestet werden kann. Insbesondere stellt sich der Erfindung die Aufgabe, ein alternatives Gerät bereitzustellen, das zur Point-of-Care-Analyse einer wässrigen Probe auf das Vorliegen einer Infektionskrankheit geeignet ist und zu dessen Verwendung für das erfindungsgemäße Verfahren keine besondere technische Ausbildung benötigt wird.The invention has the object of providing a device and a method that can be carried out with it, with which an aqueous sample can be tested for the presence of an analyte. In particular, the invention has the object of providing an alternative device that is suitable for the point-of-care analysis of an aqueous sample for the presence of an infectious disease and for the use of which no special technical training is required for the method according to the invention.

BeschreibungDescription

Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche und stellt insbesondere ein Gerät bereit, das zur Verwendung als Messgerät für die Analyse einer wässrigen Probe auf das Vorhandensein zumindest eines Analyten geeignet ist und eine Probenausnehmung, eine Mischeinrichtung, eine Konzentriereinrichtung, eine Anregungseinrichtung und eine Messeinrichtung aufweist, die alle um eine gemeinsame Längsachse angeordnet sind, wobei in die Probenausnehmung ein Probengefäß angeordnet werden kann, wobei die Mischeinrichtung eingerichtet ist, ein erstes gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich der Probenausnehmung zu erzeugen, wobei die Konzentriereinrichtung eingerichtet ist, ein zweites gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich der Probenausnehmung zu erzeugen, dessen Bereich größerer magnetischer Flussdichte im Bereich der Messeinrichtung angeordnet ist,
wobei die Anregungseinrichtung im Bereich der Probenausnehmung bevorzugt um die gemeinsame Längsachse angeordnet ist und eingerichtet ist, ein Anregungsfeld zu erzeugen, wobei die Messeinrichtung eingerichtet ist, Werte für ein zeitlich veränderliches Magnetfeld aufzunehmen und als Messsignal an eine Auswerteeinheit zu leiten,
wobei optional eine Kompensationseinrichtung eingerichtet ist, Werte für das zeitlich veränderliche Magnetfeld aufzunehmen und als Kompensationssignal an die Auswerteeinheit zu leiten und
die Auswerteeinheit eingerichtet ist, ein Analysesignal aus dem Messsignal und optional dem Kompensationssignal zu erzeugen.
The invention solves the problem with the features of the claims and in particular provides a device which is suitable for use as a measuring device for analyzing an aqueous sample for the presence of at least one analyte and has a sample recess, a mixing device, a concentrating device, an excitation device and a measuring device, all of which are arranged around a common longitudinal axis, wherein a sample vessel can be arranged in the sample recess, wherein the mixing device is set up to generate a first controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample recess, wherein the concentrating device is set up to generate a second controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample recess, the region of greater magnetic flux density of which is arranged in the region of the measuring device,
wherein the excitation device is arranged in the region of the sample recess preferably around the common longitudinal axis and is designed to generate an excitation field, wherein the measuring device is designed to record values for a temporally variable magnetic field and to transmit them as a measurement signal to an evaluation unit,
wherein a compensation device is optionally set up to record values for the time-varying magnetic field and to pass them on to the evaluation unit as a compensation signal and
the evaluation unit is set up to generate an analysis signal from the measurement signal and optionally the compensation signal.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Analyse einer wässrigen Probe auf das Vorhandensein zumindest eines Analyten bereit, das insbesondere unter Verwendung des erfindungsgemäßen Geräts durchführbar ist und die Schritte

  1. a. Befüllen eines Probengefäßes, das für den Analyten spezifische magnetische Nanopartikel und einen Messbereich aufweist, mit der wässrigen Probe, und Versiegeln des Probengefäßes,
  2. b. Mischen der wässrigen Probe durch Anlegen eines ersten gesteuerten magnetischen Gradientenfeldes im Bereich des Probengefäßes, um eine Probenmischung herzustellen,
  3. c. Aufkonzentrieren der magnetischen Nanopartikel aus der Probenmischung im Messbereich des Probengefäßes durch Anlegen eines zweiten gesteuerten zeitlich veränderlichen magnetischen Gradientenfeldes im Bereich des Probengefäßes,
  4. d. Detektieren des Analyten durch Anlegen eines magnetischen Anregungsfeldes im Messbereich des Probengefäßes, um die magnetischen Nanopartikel zu magnetisieren, Aufnehmen der Werte des zeitlich veränderlichen Magnetfeldes der magnetisierten magnetischen Nanopartikel als Messsignal und optional Aufnehmen der Werte für die induzierte elektrische Spannung des Anregungsfeldes als Kompensationssignal,
  5. e. Erzeugen zumindest eines Analysesignals aus dem Messsignal und optional dem Kompensationssignal, Vergleichen des Analysesignals der wässrigen Probe mit einem Referenzsignal und bei einem Analysesignal, das vom Referenzsignal abweicht, Anzeigen des Vorhandenseins des Analyten in der wässrigen Probe,
umfasst.Furthermore, the invention relates to a method for analyzing an aqueous sample for the presence densein at least one analyte, which can be carried out in particular using the device according to the invention and comprises the steps
  1. a. Filling a sample vessel containing magnetic nanoparticles specific for the analyte and a measuring range with the aqueous sample and sealing the sample vessel,
  2. b. Mixing the aqueous sample by applying a first controlled magnetic gradient field in the region of the sample vessel to produce a sample mixture,
  3. c. Concentrating the magnetic nanoparticles from the sample mixture in the measuring area of the sample vessel by applying a second controlled, time-varying magnetic gradient field in the area of the sample vessel,
  4. d. Detecting the analyte by applying a magnetic excitation field in the measuring area of the sample vessel in order to magnetize the magnetic nanoparticles, recording the values of the time-varying magnetic field of the magnetized magnetic nanoparticles as a measurement signal and optionally recording the values for the induced electrical voltage of the excitation field as a compensation signal,
  5. e. generating at least one analysis signal from the measurement signal and optionally the compensation signal, comparing the analysis signal of the aqueous sample with a reference signal and, in the case of an analysis signal that deviates from the reference signal, indicating the presence of the analyte in the aqueous sample,
includes.

Die wässrige Probe wird in Schritt a. des Verfahrens in das Probengefäß gefüllt. Erfindungsgemäß wird das Probengefäß nach dem Befüllen mit der wässrigen Probe versiegelt, sodass die weiteren Verfahrensschritte erfolgen, ohne das Probengefäß zu öffnen und insbesondere, ohne Teile der wässrigen Probe aus dem Probengefäß zu entfernen. Dadurch hat das Verfahren den Vorteil, dass die Analyse auf das Vorhandensein von Analyt nicht durch Umfüllen bzw. Waschen der Probe, insbesondere Auswaschen der nicht an den Analyten gebundenen magnetischen Nanopartikel beeinflusst wird. Das Verfahren hat den weiteren Vorteil, dass eine infektiöse bzw. giftige wässrige Probe nicht aus dem Probengefäß entweichen kann und die Analyse daher nicht in einem Sicherheitslabor durchgeführt werden muss, sondern z.B. am Ort der Probenentnahme durchgeführt werden kann (Point-of-Care-Analyse).The aqueous sample is filled into the sample vessel in step a. of the method. According to the invention, the sample vessel is sealed after being filled with the aqueous sample, so that the further process steps take place without opening the sample vessel and in particular without removing parts of the aqueous sample from the sample vessel. The method therefore has the advantage that the analysis for the presence of analyte is not influenced by decanting or washing the sample, in particular washing out the magnetic nanoparticles not bound to the analyte. The method has the further advantage that an infectious or toxic aqueous sample cannot escape from the sample vessel and the analysis therefore does not have to be carried out in a safety laboratory, but can be carried out, for example, at the location where the sample was taken (point-of-care analysis).

Die wässrige Probe kann die magnetischen Nanopartikel vor Schritt a. des Verfahrens bereits aufweisen. Insbesondere kann die wässrige Probe eine magnetische Nanopartikel enthaltende Mundspüllösung sein, die nach dem Mundspülen in das Probengefäß gefüllt werden kann. Alternativ kann die wässrige Probe vor Schritt a. des Verfahrens mit den magnetischen Nanopartikeln gemischt und anschließend in das Probengefäß gefüllt werden.The aqueous sample may already contain the magnetic nanoparticles before step a. of the method. In particular, the aqueous sample may be a mouthwash solution containing magnetic nanoparticles, which may be filled into the sample vessel after rinsing the mouth. Alternatively, the aqueous sample may be mixed with the magnetic nanoparticles before step a. of the method and then filled into the sample vessel.

Optional stammt die wässrige Probe aus einem Menschen und ist z.B. Speichel, ein Gewebeabstrich, eine Mundspülung, Urin, CSF oder Blut. In dieser Ausführungsform wird die wässrige Probe bevorzugt durch Mischen einer aus einem Menschen stammenden Probe mit einer vorbestimmten Menge einer Pufferlösung hergestellt, wobei die Pufferlösung DNase-Inhibitor, RNase-Inhibitor und/oder Protease-Inhibitor aufweisen kann. In dieser Ausführungsform ist der Analyt bevorzugt ein Biomolekül, dessen Vorhandensein eine Infektion mit einer Krankheit anzeigt oder ausschließt, z.B. ein Antikörper gegen einen Infektionserreger oder ein Oberflächenprotein eines Virus.Optionally, the aqueous sample is derived from a human and is, for example, saliva, a tissue swab, a mouthwash, urine, CSF or blood. In this embodiment, the aqueous sample is preferably prepared by mixing a sample derived from a human with a predetermined amount of a buffer solution, wherein the buffer solution may comprise DNase inhibitor, RNase inhibitor and/or protease inhibitor. In this embodiment, the analyte is preferably a biomolecule whose presence indicates or excludes infection with a disease, e.g. an antibody against an infectious agent or a surface protein of a virus.

Alternativ kann die wässrige Probe eine Umweltprobe sein, z.B. eine Probe eines Gewässers oder eine in Wasser suspendierte Bodenprobe.Alternatively, the aqueous sample can be an environmental sample, e.g. a sample from a body of water or a soil sample suspended in water.

Der Nachweis des Analyten im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt durch spezifische Bindung des Analyten an magnetische Nanopartikel. Magnetische Nanopartikel sind generell aus einem ferrimagnetischen, ferromagnetischen bzw. paramagnetischen Material wie z.B. Eisenoxid und können von einem Magnetfeld beeinflusst, z.B. entlang des Magnetfeldes in eine Richtung bewegt werden. Die magnetischen Nanopartikel sind bevorzugt kugelförmig und weisen einen Durchmesser von zumindest 1 nm bis zu 1 µm, gemessen z.B. durch dynamische Lichtstreuung, wobei bevorzugt eine Suspension der magnetischen Nanopartikel mittels kohärentem Licht beleuchtet und ein Fraunhofersches Beugungsmuster auf einen lichtempfindlichen Multi-Element-Detektor einer Registriervorrichtung abgebildet und in analoge elektrische Signale umgewandelt wird und ein Computer aus den digitalisierten analogen Signalen die Partikelgrößenverteilung über die Lösung einer Fredholmschen Integralgleichung errechnet, insbesondere in einem Partikelgrößenmesser, z.B. erhältlich als Nanophox von der Sympatec GmbH (Clausthal-Zellerfeld, Deutschland), auf, wobei bevorzugt der Durchmesser von zumindest 80 % der magnetischen Nanopartikel von einem mittleren ausgewählten Durchmesser um höchstens 20 % abweicht. Bevorzugt werden die magnetischen Nanopartikel nach der Größe des zu detektierenden Analyten ausgewählt. Insbesondere können zur Detektion eines größeren Analyten, z.B. eines Virus, größere Nanopartikel ausgewählt werden und zur Detektion eines kleineren Analyten, z.B. eines Proteins, kleinere Nanopartikel.The analyte is detected in the method according to the invention by specific binding of the analyte to magnetic nanoparticles. Magnetic nanoparticles are generally made of a ferrimagnetic, ferromagnetic or paramagnetic material such as iron oxide and can be influenced by a magnetic field, eg moved in one direction along the magnetic field. The magnetic nanoparticles are preferably spherical and have a diameter of at least 1 nm up to 1 µm, measured e.g. by dynamic light scattering, wherein preferably a suspension of the magnetic nanoparticles is illuminated by means of coherent light and a Fraunhofer diffraction pattern is imaged onto a light-sensitive multi-element detector of a recording device and converted into analog electrical signals and a computer calculates the particle size distribution from the digitized analog signals via the solution of a Fredholm integral equation, in particular in a particle size meter, e.g. available as Nanophox from Sympatec GmbH (Clausthal-Zellerfeld, Germany), wherein preferably the diameter of at least 80% of the magnetic nanoparticles deviates from an average selected diameter by at most 20%. Preferably the magnetic nanoparticles are selected according to the size of the analyte to be detected. In particular, larger nanoparticles can be selected for the detection of a larger analyte, e.g. a virus, and for the detection of a smaller analyte, e.g. a protein, smaller nanoparticles.

Erfindungsgemäß sind die magnetischen Nanopartikel spezifisch für den Analyten, d.h. dass die magnetischen Nanopartikel eingerichtet sind, den Analyten spezifisch zu binden. Bevorzugt sind die magnetischen Nanopartikel dadurch spezifisch für den Analyten, dass sie einen Binder aufweisen, der spezifisch an den Analyten binden kann. Insbesondere können die magnetischen Nanopartikel kovalent an den Binder gebunden sein bzw. mit dem Binder beschichtet sein.According to the invention, the magnetic nanoparticles are specific for the analyte, i.e. the magnetic nanoparticles are designed to specifically bind the analyte. The magnetic nanoparticles are preferably specific for the analyte in that they have a binder that can specifically bind to the analyte. In particular, the magnetic nanoparticles can be covalently bound to the binder or coated with the binder.

Der Binder kann Aminosäuren und/oder Nukleotide aufweisen oder daraus bestehen, und kann insbesondere ein Bindeprotein sein, z.B. ein Antikörper oder Antikörperfragment oder Lektin oder Darpin, oder kann ein Antigen sein, z.B. ein Oberflächenprotein oder Proteinfragment eines Erregers, oder kann ein Oligonukleotid sein, das bevorzugt spezifisch an eine Erbgutsequenz aus DNA und/oder RNA bindet.The binder may comprise or consist of amino acids and/or nucleotides, and may in particular be a binding protein, e.g. an antibody or antibody fragment or lectin or darpin, or may be an antigen, e.g. a surface protein or protein fragment of a pathogen, or may be an oligonucleotide which preferably binds specifically to a genetic sequence of DNA and/or RNA.

Bevorzugt ist der Analyt ein Biomolekül. Insbesondere weist der Analyt bevorzugt Nukleotide, zumindest eine Fettsäure, Zucker, Aminosäuren oder eine Kombination aus zumindest zwei von diesen auf oder besteht daraus.Preferably, the analyte is a biomolecule. In particular, the analyte preferably comprises or consists of nucleotides, at least one fatty acid, sugars, amino acids or a combination of at least two of these.

In der Ausführungsform, in der der Binder ein Antikörper ist, ist der Analyt bevorzugt ein Antigen, z.B. ein Oberflächenprotein oder Proteinfragment eines viralen oder bakteriellen Erregers oder ein Oberflächenprotein einer körpereigenen Zelle, und/oder weist eine von dem Binder spezifisch gebundene Oberflächenstruktur auf. In dieser Ausführungsform kann der Analyt alternativ ein niedermolekulares Molekül sein, z.B. ein Hormon oder ein Biomarker.In the embodiment in which the binder is an antibody, the analyte is preferably an antigen, e.g. a surface protein or protein fragment of a viral or bacterial pathogen or a surface protein of an endogenous cell, and/or has a surface structure specifically bound by the binder. In this embodiment, the analyte can alternatively be a low molecular weight molecule, e.g. a hormone or a biomarker.

In der Ausführungsform, in der der Binder ein Antigen ist, ist der Analyt bevorzugt ein körpereigenes Biomolekül, das spezifisch an den Binder bindet, z.B. ein B-Zell-Rezeptor, ein T-Zell-Rezeptor oder ein Antikörper.In the embodiment in which the binder is an antigen, the analyte is preferably an endogenous biomolecule that specifically binds to the binder, e.g. a B cell receptor, a T cell receptor or an antibody.

In der Ausführungsform, in der der Binder ein Oligonukleotid ist, weist der Analyt bevorzugt eine zumindest teilweise zur Sequenz des Binders komplementäre Nukleotidsequenz auf und ist weiter bevorzugt das Erbgut eines Erregers, z.B. eines Virus, oder körpereigenes Erbgut.In the embodiment in which the binder is an oligonucleotide, the analyte preferably has a nucleotide sequence that is at least partially complementary to the sequence of the binder and is more preferably the genetic material of a pathogen, e.g. a virus, or the body's own genetic material.

Das Gerät weist zumindest eine Probenausnehmung auf, in die ein Probengefäß angeordnet, bevorzugt darin fixiert werden kann. Die Probenausnehmung ist bevorzugt als Vertiefung mit einem Boden und einer Öffnung ausgebildet. Die zwischen Boden und Öffnung aufgespannte Längsachse der Probenausnehmung ist die gemeinsame Längsachse des Geräts, um die bevorzugt die Mischeinrichtung, die Konzentriereinrichtung, die Anregungseinrichtung, die Messeinrichtung und optional die Kompensationseinrichtung angeordnet sind.The device has at least one sample recess in which a sample vessel can be arranged, preferably fixed therein. The sample recess is preferably designed as a depression with a base and an opening. The longitudinal axis of the sample recess spanned between the base and the opening is the common longitudinal axis of the device, around which the mixing device, the concentrating device, the excitation device, the measuring device and optionally the compensation device are preferably arranged.

Optional weist die Probenausnehmung einen Bereich größeren Querschnitts auf und verjüngt sich zu einem Bereich geringeren Querschnitts, bevorzugt im Bereich ihres Bodens. In dieser Ausführungsform sind bevorzugt die Anregungseinrichtung und die Messeinrichtung im Bereich geringeren Querschnitts um die Probenausnehmung angeordnet.Optionally, the sample recess has a region of larger cross-section and tapers to a region of smaller cross-section, preferably in the region of its base. In this embodiment, the excitation device and the measuring device are preferably arranged in the region of smaller cross-section around the sample recess.

In die Probenausnehmung kann ein Probengefäß angeordnet werden, das bevorzugt eine zur Probenausnehmung passgenaue Form und ein Volumen von zumindest 10 µL bis zu 10 mL, z.B. 500 µL oder 1 mL aufweist. Das Probengefäß weist einen Messbereich auf, der bevorzugt an einem seiner Enden angeordnet ist, bevorzugter an dem Ende, das in Richtung des Bodens in die Probenausnehmung angeordnet wird.A sample vessel can be arranged in the sample recess, which preferably has a shape that fits the sample recess precisely and a volume of at least 10 µL up to 10 mL, e.g. 500 µL or 1 mL. The sample vessel has a measuring area that is preferably arranged at one of its ends, more preferably at the end that is arranged in the sample recess towards the bottom.

Generell weist das Probengefäß die für den Analyten spezifischen magnetischen Nanopartikel auf, insbesondere können die Nanopartikel vor Schritt a. des Verfahrens bereits in das Probengefäß vorgelegt sein, z.B. in einer Verdünnungslösung, oder in Schritt a. zusammen mit der wässrigen Probe in das Probengefäß gefüllt werden.In general, the sample vessel contains the magnetic nanoparticles specific for the analyte; in particular, the nanoparticles can already be placed in the sample vessel before step a. of the method, e.g. in a dilution solution, or can be filled into the sample vessel together with the aqueous sample in step a.

Optional ist das Probengefäß entlang der gemeinsamen Längsachse verschieblich und/oder um die gemeinsame Längsachse drehbar in dem Gerät gelagert, z.B. entlang einer spiralförmigen Bewegung in dem Gerät beweglich, insbesondere entlang eines Gewindes.Optionally, the sample vessel is mounted in the device so as to be displaceable along the common longitudinal axis and/or rotatable about the common longitudinal axis, e.g. movable along a spiral movement in the device, in particular along a thread.

Im Verfahren wird optional vor Schritt a. eine Referenzprobe analysiert, wobei die Schritte b. bis e. des Verfahrens durchgeführt werden und in dem Probengefäß eine Referenzprobe enthalten ist, die magnetische Nanopartikel, optional in einer Verdünnungslösung, und keinen Analyten aufweist. Dabei ist bevorzugt, dass nach der Analyse der Referenzprobe das Verfahren mit demselben Probengefäß abläuft, d.h. dass die wässrige Probe in dasselbe Probengefäß gefüllt wird, in dem die Referenzprobe enthalten ist, das Probengefäß versiegelt wird und danach die Schritte b. bis e. des Verfahrens erneut ablaufen. Durch die Analyse der Referenzprobe und danach der wässrigen Probe in demselben Probengefäß hat das Verfahren den Vorteil, dass die wässrige Probe mit größerer Genauigkeit analysiert werden kann.In the method, a reference sample is optionally analyzed before step a., wherein steps b. to e. of the method are carried out and the sample vessel contains a reference sample which has magnetic nanoparticles, optionally in a diluent solution, and no analyte. It is preferred that after the analysis of the reference sample, the method runs with the same sample vessel, i.e. that the aqueous sample is filled into the same sample vessel in which the reference sample is contained, the sample vessel is sealed and then steps b. to e. of the method run again. By analyzing the reference sample and then the aqueous sample in the same sample vessel, the method has the advantage that the aqueous sample can be analyzed with greater accuracy.

Generell weist das Probengefäß einen Querschnitt auf, der sich bevorzugt zu einem seiner Enden hin zu einem Bereich geringeren Querschnitts verjüngt, insbesondere zu dem Ende, das in Richtung des Bodens der Probenausnehmung angeordnet wird. In der Ausführungsform mit sich verjüngendem Probengefäß ist der Messbereich bevorzugt in dem Bereich geringeren Querschnitts des Probengefäßes angeordnet bzw. von diesem gebildet. In dieser Ausführungsform weist der Bereich geringeren Querschnitts des Probengefäßes bevorzugt ein Volumen von höchstens 50 µL, bevorzugt höchstens 10 µL oder höchstens 1 µL auf, insbesondere ein Volumen von höchstens 1 %, bevorzugt höchstens 0,5 % des Volumens des Probengefäßes. Das Verfahren hat den Vorteil, dass durch Aufkonzentrieren der magnetischen Nanopartikel im Messbereich des Probengefäßes das von der Messeinrichtung aufgenommene Messsignal im Vergleich zu einer nicht aufkonzentrierten wässrigen Probe verstärkt wird.In general, the sample vessel has a cross-section that preferably tapers towards one of its ends to a region of smaller cross-section, in particular towards the end that is in the direction tion of the bottom of the sample recess. In the embodiment with a tapered sample vessel, the measuring area is preferably arranged in the area of smaller cross-section of the sample vessel or is formed by it. In this embodiment, the area of smaller cross-section of the sample vessel preferably has a volume of at most 50 µL, preferably at most 10 µL or at most 1 µL, in particular a volume of at most 1%, preferably at most 0.5% of the volume of the sample vessel. The method has the advantage that by concentrating the magnetic nanoparticles in the measuring area of the sample vessel, the measurement signal recorded by the measuring device is amplified in comparison to a non-concentrated aqueous sample.

Das Gerät weist eine Mischeinrichtung auf, die eingerichtet ist, die wässrige Probe zu mischen, um eine Probenmischung herzustellen. Die Mischeinrichtung ist dazu generell eingerichtet, ein erstes Gradientenfeld, d.h. ein erstes Magnetfeld mit ortsabhängiger Flussdichte, im Bereich der Probenausnehmung zu erzeugen. Magnetische Nanopartikel werden in einem magnetischen Gradientenfeld in Richtung zu der dem Betrag nach größeren magnetischen Flussdichte bewegt. Bevorzugt ist das erste Gradientenfeld ein gesteuert rotierendes magnetisches Gradientenfeld und ist weiter bevorzugt zeitlich abhängig. Das erste Gradientenfeld ist bevorzugt eingerichtet, dass die magnetischen Nanopartikel zumindest teilweise senkrecht zur gemeinsamen Längsachse bewegt werden.The device has a mixing device that is set up to mix the aqueous sample in order to produce a sample mixture. The mixing device is generally set up to generate a first gradient field, i.e. a first magnetic field with a location-dependent flux density, in the region of the sample recess. Magnetic nanoparticles are moved in a magnetic gradient field in the direction of the magnetic flux density that is greater in magnitude. The first gradient field is preferably a controlled rotating magnetic gradient field and is more preferably time-dependent. The first gradient field is preferably set up so that the magnetic nanoparticles are moved at least partially perpendicular to the common longitudinal axis.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Gerät eine Anordnung von Elektromagneten, insbesondere von zumindest 2 Elektromagneten, bevorzugt zumindest 3, zumindest 4 oder zumindest 5 Elektromagneten als Mischeinrichtung aufweisen, die bevorzugt um die gemeinsame Längsachse angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist eine Steuerungseinheit eingerichtet, die Elektromagnete nacheinander oder gleichzeitig gesteuert mit Strom zu beaufschlagen, um ein bevorzugt rotierendes erstes Gradientenfeld zu erzeugen, und beim Detektieren des zeitlich veränderlichen Magnetfelds die Steuerungseinheit die Elektromagnete nicht mehr mit Strom zu beaufschlagen. Dadurch haben Gerät und Verfahren den Vorteil, dass die Messung des zeitlich veränderlichen Magnetfeldes nicht durch das erste gesteuerte magnetische Gradientenfeld gestört wird.In a preferred embodiment, the device can have an arrangement of electromagnets, in particular of at least 2 electromagnets, preferably at least 3, at least 4 or at least 5 electromagnets as a mixing device, which are preferably arranged around the common longitudinal axis. In this embodiment, a control unit is set up to supply the electromagnets with current in a controlled manner one after the other or simultaneously in order to generate a preferably rotating first gradient field, and when the time-varying magnetic field is detected, the control unit no longer supplies the electromagnets with current. This gives the device and method the advantage that the measurement of the time-varying magnetic field is not disturbed by the first controlled magnetic gradient field.

In einer alternativen Ausführungsform kann das Gerät eine Anordnung von Dauermagneten, insbesondere von zumindest 1 Dauermagneten, bevorzugt zumindest 2, zumindest 3, zumindest 4 oder zumindest 5 Dauermagneten als Mischeinrichtung aufweisen, die bevorzugt um die gemeinsame Längsachse, bevorzugter ringförmig bzw. spiralförmig entlang der gemeinsamen Längsachse, angeordnet sind und optional verschieblich gelagert sind. Dauermagnete sind generell eingerichtet, ein magnetisches Gradientenfeld zu erzeugen, ohne mit Strom beaufschlagt werden zu müssen, und können z.B. aus Aluminium, Nickel, Cobalt, Neodym, Bismut, Mangan, Eisen, Bor, Samarium, Kunststoff oder Kombinationen bzw. Legierungen daraus sein. Dadurch haben Gerät und Verfahren den Vorteil, dass weniger Strom für die Durchführung des Verfahrens benötigt wird und das erzeugte erste Gradientenfeld ein starkes Magnetfeld ist. In dieser Ausführungsform ist eine Steuerungseinheit eingerichtet, die Dauermagnete und die wässrige Probe relativ zueinander zu bewegen, und ist optional insbesondere eingerichtet, die Dauermagnete gesteuert in Richtung auf die gemeinsame Längsachse zu bzw. davon weg zu bewegen und/oder die Dauermagnete in einer radialen Bewegung um die gemeinsame Längsachse zu bewegen und/oder die Dauermagnete entlang der gemeinsamen Längsachse zu bewegen und/oder Kombinationen daraus, z.B. die Dauermagnete entlang einer spiralförmigen Bahn um die Längsachse bevorzugt in Richtung auf den Messbereich zu bewegen, um ein erstes gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld zu erzeugen. Alternativ bevorzugt können die Dauermagnete fest in dem Gerät gelagert sein. Dabei ist bevorzugt das Probengefäß längsverschieblich entlang der gemeinsamen Längsachse und/oder um ihre Längsachse bzw. die gemeinsame Längsachse drehbar in dem Gerät angeordnet und ist die Steuerungseinheit eingerichtet, das Probengefäß entlang der gemeinsamen Längsachse zu verschieben und/oder um seine Achse zu drehen, um ein erstes gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld zu erzeugen.In an alternative embodiment, the device can have an arrangement of permanent magnets, in particular of at least 1 permanent magnet, preferably at least 2, at least 3, at least 4 or at least 5 permanent magnets as a mixing device, which are preferably arranged around the common longitudinal axis, more preferably in a ring shape or spiral shape along the common longitudinal axis, and are optionally mounted so that they can move. Permanent magnets are generally designed to generate a magnetic gradient field without having to be supplied with current and can be made of, for example, aluminum, nickel, cobalt, neodymium, bismuth, manganese, iron, boron, samarium, plastic or combinations or alloys thereof. This gives the device and method the advantage that less current is required to carry out the method and the first gradient field generated is a strong magnetic field. In this embodiment, a control unit is configured to move the permanent magnets and the aqueous sample relative to one another and is optionally configured in particular to move the permanent magnets in a controlled manner towards or away from the common longitudinal axis and/or to move the permanent magnets in a radial movement around the common longitudinal axis and/or to move the permanent magnets along the common longitudinal axis and/or combinations thereof, e.g. to move the permanent magnets along a spiral path around the longitudinal axis, preferably in the direction of the measuring area, in order to generate a first controlled, time-varying magnetic gradient field. Alternatively, the permanent magnets can preferably be mounted fixedly in the device. The sample vessel is preferably arranged in the device so as to be longitudinally displaceable along the common longitudinal axis and/or rotatable about its longitudinal axis or the common longitudinal axis, and the control unit is configured to displace the sample vessel along the common longitudinal axis and/or rotate it about its axis in order to generate a first controlled, time-varying magnetic gradient field.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Gerät eine Spulenanordnung aus zumindest einem Spulenpaar baugleicher Spulen mit einem Spulenradius und einer Spulenachse als Mischeinrichtung aufweisen. Die Spulen des zumindest einen Spulenpaars sind bevorzugt ringförmig ausgebildet und sind parallel zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Spulen des zumindest einen Spulenpaars bevorzugt gleich ihrem Spulenradius ist und die Spulen des Spulenpaars bevorzugt jeweils im gleichen Abstand zur gemeinsamen Längsachse um die Probenausnehmung angeordnet sind. Dabei sind die Spulen mit ihrer Spulenachse orthogonal oder optional parallel zur gemeinsamen Längsachse angeordnet. In dieser Ausführungsform ist eine Steuerungseinheit eingerichtet, die Spulen des zumindest einen Spulenpaars mit Wechselstrom zu beaufschlagen, bevorzugt mit gegensinnigem Wechselstrom, d.h. mit einem sinusförmigen Wechselstrom der gleichen Frequenz und gegensinnigen, d.h. um 180° verschobenen, Phase. Dabei ist optional bevorzugt, dass die Spulenanordnung ein erstes und ein zweites Spulenpaar aufweist, wobei die Spulen eines Spulenpaars baugleich zueinander sind und parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Spulen des ersten Spulenpaars einen ersten Spulenradius und eine erste Spulenachse aufweisen und die Spulen des zweiten Spulenpaars einen zweiten Spulenradius und eine zweite Spulenachse, wobei der Abstand zwischen den Spulen eines Spulenpaars gleich ihrem Spulenradius ist und die Spulen eines Spulenpaars jeweils im gleichen Abstand zur gemeinsamen Längsachse angeordnet sind und erste Spulenachse, zweite Spulenachse und die gemeinsame Längsachse jeweils orthogonal zueinander angeordnet sind und eine Steuerungseinheit eingerichtet ist, die Spulen des ersten und des zweiten Spulenpaars mit Wechselstrom gesteuert zu beaufschlagen, insbesondere die Spulen des ersten Spulenpaars mit gegensinnigem Wechselstrom einer ersten Phase und die Spulen des zweiten Spulenpaars mit gegensinnigem Wechselstrom einer zweiten Phase, die um 90° zur ersten Phase verschoben ist. Dabei kann die Amplitude des Wechselstroms für jedes Spulenpaar und/oder jede Spule gleich oder unterschiedlich sein. Alternativ kann von den Spulen eines Spulenpaars eine Spule umgekehrt zur anderen Spule gewickelt sein und die Spulen des Spulenpaars können mit gleichsinnigem Wechselstrom, d.h. Wechselstrom der gleichen Phase und Frequenz, beaufschlagt werden.In a further alternative embodiment, the device can have a coil arrangement made up of at least one pair of identically constructed coils with a coil radius and a coil axis as a mixing device. The coils of the at least one pair of coils are preferably ring-shaped and are arranged parallel to one another, the distance between the coils of the at least one pair of coils preferably being equal to their coil radius and the coils of the pair of coils preferably being arranged at the same distance from the common longitudinal axis around the sample recess. The coils are arranged with their coil axis orthogonal or optionally parallel to the common longitudinal axis. In this embodiment, a control unit is set up to apply alternating current to the coils of the at least one pair of coils, preferably with alternating current in opposite directions, i.e. with a sinusoidal alternating current of the same frequency and opposite phase, i.e. shifted by 180°. It is optionally preferred that the coil arrangement voltage has a first and a second pair of coils, wherein the coils of a coil pair are identical in construction to one another and are arranged parallel to one another, wherein the coils of the first coil pair have a first coil radius and a first coil axis and the coils of the second coil pair have a second coil radius and a second coil axis, wherein the distance between the coils of a coil pair is equal to their coil radius and the coils of a coil pair are each arranged at the same distance from the common longitudinal axis and the first coil axis, second coil axis and the common longitudinal axis are each arranged orthogonally to one another and a control unit is set up to supply the coils of the first and second coil pairs with alternating current in a controlled manner, in particular the coils of the first coil pair with opposing alternating current of a first phase and the coils of the second coil pair with opposing alternating current of a second phase which is shifted by 90° to the first phase. The amplitude of the alternating current can be the same or different for each coil pair and/or each coil. Alternatively, one coil of a coil pair can be wound in reverse to the other coil and the coils of the coil pair can be supplied with alternating current in the same direction, ie alternating current of the same phase and frequency.

Das erste gesteuerte magnetische Gradientenfeld weist bevorzugt eine magnetische Gradientenfeldstärke von zumindest 10 T/m, messbar durch voneinander beabstandete Sensoren für die magnetische Flussdichte, auf.The first controlled magnetic gradient field preferably has a magnetic gradient field strength of at least 10 T/m, measurable by spaced apart magnetic flux density sensors.

In Schritt b. des Verfahrens wird die in das Probengefäß gefüllte wässrige Probe durch Anlegen eines ersten gesteuerten magnetischen Gradientenfeldes im Bereich des Probengefäßes gemischt, um eine Probenmischung herzustellen. Insbesondere kann das erste gesteuerte magnetische Gradientenfeld dadurch angelegt werden, dass eine erfindungsgemäße Mischeinrichtung von einer Steuerungseinheit bewegt und/oder mit Wechselstrom beaufschlagt wird.In step b. of the method, the aqueous sample filled into the sample vessel is mixed by applying a first controlled magnetic gradient field in the region of the sample vessel in order to produce a sample mixture. In particular, the first controlled magnetic gradient field can be applied by moving a mixing device according to the invention by a control unit and/or applying alternating current to it.

Es hat sich gezeigt, dass durch Anlegen eines ersten gesteuerten zeitlich veränderlichen magnetischen Gradientenfeldes und die dadurch erzeugte Bewegung der magnetischen Nanopartikel durch die wässrige Probe der Analyt schnell an die magnetischen Nanopartikel gebunden werden kann, ohne dass eine zusätzliche Durchmischung z.B. durch mechanisches Schütteln des Probengefäßes erforderlich ist.It has been shown that by applying a first controlled, time-varying magnetic gradient field and the resulting movement of the magnetic nanoparticles through the aqueous sample, the analyte can be quickly bound to the magnetic nanoparticles without the need for additional mixing, e.g. by mechanical shaking of the sample vessel.

Optional weist das Probengefäß zusätzliche magnetische Partikel als Mischpartikel auf. Mischpartikel sind generell aus einem ferromagnetischen, ferrimagnetischen, paramagnetischen bzw. diamagnetischen Material, z.B. Eisenoxid, und binden nicht spezifisch an den Analyten. Mischpartikel sind bevorzugt kugelförmig und weisen einen Durchmesser von zumindest 1 µm auf. Es hat sich gezeigt, dass die Mischpartikel beim Anlegen des ersten gesteuerten magnetischen Gradientenfeldes an das Probengefäß eine zusätzliche Durchmischung der wässrigen Probe verursachen, indem sie durch das Magnetfeld bewegt werden.Optionally, the sample vessel has additional magnetic particles as mixing particles. Mixing particles are generally made of a ferromagnetic, ferrimagnetic, paramagnetic or diamagnetic material, e.g. iron oxide, and do not bind specifically to the analyte. Mixing particles are preferably spherical and have a diameter of at least 1 µm. It has been shown that when the first controlled magnetic gradient field is applied to the sample vessel, the mixing particles cause additional mixing of the aqueous sample by being moved by the magnetic field.

Das Gerät weist zum Aufkonzentrieren der magnetischen Nanopartikel aus der Probenmischung eine Konzentriereinrichtung auf, die eingerichtet ist, im Bereich der Probenausnehmung ein zweites Gradientenfeld zu erzeugen, d.h. ein zweites Magnetfeld mit ortsabhängiger Flussdichte, wobei erfindungsgemäß der Bereich größerer magnetischer Flussdichte des Gradientenfeldes im Bereich der Messeinrichtung erzeugt wird. Bevorzugt ist das zweite Gradientenfeld ein gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld und ist weiter bevorzugt eingerichtet, dass die magnetischen Nanopartikel zumindest teilweise entlang der gemeinsamen Längsachse, bevorzugter in Richtung auf den Messbereich des Probengefäßes bewegt werden.To concentrate the magnetic nanoparticles from the sample mixture, the device has a concentrating device which is set up to generate a second gradient field in the area of the sample recess, i.e. a second magnetic field with a location-dependent flux density, whereby according to the invention the area of greater magnetic flux density of the gradient field is generated in the area of the measuring device. Preferably, the second gradient field is a controlled, time-varying magnetic gradient field and is further preferably set up so that the magnetic nanoparticles are moved at least partially along the common longitudinal axis, more preferably in the direction of the measuring area of the sample vessel.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gerät einen Magneten als Konzentriereinrichtung auf. Der Magnet kann ein Elektromagnet sein und insbesondere einen von einer Spule umwickelten Kern aufweisen und mit Strom beaufschlagbar sein, oder kann z.B. ein Dauermagnet sein. Bevorzugt weist der Magnet eine zylindrische Form auf und ist weiter bevorzugt an seinem einen Ende kegelförmig angespitzt. Dadurch hat der Magnet den Vorteil, dass die magnetischen Nanopartikel in einem Punkt fokussiert und damit effektiver aufkonzentriert werden als mit nicht angespitztem Kern. In dieser Ausführungsform ist weiter bevorzugt, dass der Magnet entlang der gemeinsamen Längsachse angeordnet ist und mit seinem angespitzten Ende in Richtung auf den Boden der Probenausnehmung und dahinter die Probenausnehmung zeigt. Dabei ist der Magnet bevorzugt entlang der gemeinsamen Längsachse verschieblich in dem Gerät gelagert. Es hat sich gezeigt, dass durch Verschieben des Magneten in Richtung auf die Probenausnehmung die magnetischen Nanopartikel besser aufkonzentriert werden können und dass durch Verschieben des Magneten in Richtung von der Probenausnehmung weg die Werte für das zeitlich veränderliche Magnetfeld in der Messeinrichtung genauer bestimmt werden können.In a preferred embodiment, the device has a magnet as a concentrating device. The magnet can be an electromagnet and in particular have a core wound around a coil and can be supplied with current, or can be a permanent magnet, for example. The magnet preferably has a cylindrical shape and is more preferably tapered at one end. This gives the magnet the advantage that the magnetic nanoparticles are focused at one point and thus concentrated more effectively than with a non-tapered core. In this embodiment, it is further preferred that the magnet is arranged along the common longitudinal axis and with its tapered end pointing towards the bottom of the sample recess and the sample recess behind it. The magnet is preferably mounted in the device so that it can move along the common longitudinal axis. It has been shown that by moving the magnet towards the sample recess, the magnetic nanoparticles can be better concentrated and that by moving the magnet away from the sample recess, the values for the time-varying magnetic field in the measuring device can be determined more accurately.

In einer alternativen Ausführungsform weist das Gerät eine Spulenanordnung aus zumindest einem Spulenpaar baugleicher Spulen mit einem Spulenradius und einer Spulenachse auf, die zusammen mit einer Steuerungseinheit die Konzentriereinrichtung des Geräts bilden. Die Spulen des zumindest einen Spulenpaars sind bevorzugt ringförmig ausgebildet und sind parallel zueinander angeordnet, wobei die Spulen des Spulenpaars jeweils im gleichen Abstand zur gemeinsamen Längsachse um die Probenausnehmung angeordnet sind. Dabei sind die Spulen mit ihrer Spulenachse orthogonal oder optional parallel zur gemeinsamen Längsachse angeordnet. In dieser Ausführungsform ist die Steuerungseinheit eingerichtet, die Spulen des zumindest einen Spulenpaars mit gegensinnigem Wechselstrom zu beaufschlagen. Alternativ kann von den Spulen eines Spulenpaars eine Spule umgekehrt zur anderen Spule gewickelt sein und die Spulen des Spulenpaars können mit gleichsinnigem Wechselstrom beaufschlagt werden.In an alternative embodiment, the device has a coil arrangement comprising at least one pair of identical coils with a coil radius and a coil axis, which together men with a control unit form the concentrating device of the device. The coils of the at least one coil pair are preferably ring-shaped and are arranged parallel to one another, wherein the coils of the coil pair are each arranged at the same distance from the common longitudinal axis around the sample recess. The coils are arranged with their coil axes orthogonal or optionally parallel to the common longitudinal axis. In this embodiment, the control unit is set up to apply alternating current in opposite directions to the coils of the at least one coil pair. Alternatively, one coil of the coils of a coil pair can be wound in the opposite direction to the other coil and the coils of the coil pair can be applied with alternating current in the same direction.

Optional können die Konzentriereinrichtung und die Mischeinrichtung des Geräts zumindest teilweise von derselben Anordnung von Spulen bzw. Elektromagneten bzw. Dauermagneten gebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungseinheit dabei bevorzugt eingerichtet, zuerst eine um die gemeinsame Längsachse angeordnete Anordnung von Elektromagneten gesteuert mit Strom zu beaufschlagen, um ein erstes gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld zu erzeugen, und danach die Anordnung von Elektromagneten nicht mehr mit Strom zu beaufschlagen und stattdessen einen entlang der gemeinsamen Längsachse angeordneten Elektromagneten gesteuert mit Strom zu beaufschlagen, um ein zweites gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld zu erzeugen.Optionally, the concentrating device and the mixing device of the device can be formed at least partially by the same arrangement of coils or electromagnets or permanent magnets. In a preferred embodiment, the control unit is preferably set up to first apply current in a controlled manner to an arrangement of electromagnets arranged around the common longitudinal axis in order to generate a first controlled, time-varying magnetic gradient field, and then to no longer apply current to the arrangement of electromagnets and instead to apply current in a controlled manner to an electromagnet arranged along the common longitudinal axis in order to generate a second controlled, time-varying magnetic gradient field.

Generell bevorzugt weist das von der Konzentriereinrichtung erzeugte zweite gesteuerte magnetische Gradientenfeld einen Feldgradienten von zumindest 10 T/m auf.Generally preferably, the second controlled magnetic gradient field generated by the concentrating device has a field gradient of at least 10 T/m.

In Schritt c. des Verfahrens werden die magnetischen Nanopartikel im Messbereich des Probengefäßes aus der Probenmischung aufkonzentriert. Bevorzugt erfolgt das Aufkonzentrieren der magnetischen Nanopartikel dadurch, dass sie durch Anlegen eines zweiten gesteuerten zeitlich veränderlichen magnetischen Gradientenfeldes im Bereich des Probengefäßes entlang des Probengefäßes in Richtung auf den Messbereich bewegt werden. Durch das Aufkonzentrieren der magnetischen Nanopartikel hat das Verfahren den Vorteil, dass es eine sensitivere Bestimmung des Analyten als mit herkömmlichen Verfahren, insbesondere ELISA-Verfahren oder PCR-Verfahren, ermöglicht.In step c. of the method, the magnetic nanoparticles are concentrated from the sample mixture in the measuring area of the sample vessel. The magnetic nanoparticles are preferably concentrated by moving them along the sample vessel in the direction of the measuring area by applying a second controlled, time-varying magnetic gradient field in the area of the sample vessel. By concentrating the magnetic nanoparticles, the method has the advantage that it enables a more sensitive determination of the analyte than with conventional methods, in particular ELISA methods or PCR methods.

In der Ausführungsform, in der das magnetische Gradientenfeld durch einen entlang der gemeinsamen Längsachse verschieblichen Elektromagneten erzeugt wird, wird bevorzugt der Elektromagnet in Schritt c. des Verfahrens aus einer ersten Position mit größerer Entfernung zum Messbereich in eine zweite Position mit geringerer Entfernung zum Messbereich bewegt und mit Gleichstrom beaufschlagt, um ein zweites gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich des Probengefäßes anzulegen, und nach Schritt c. der Elektromagnet nicht mehr mit Strom beaufschlagt und aus der zweiten Position in die erste Position bewegt.In the embodiment in which the magnetic gradient field is generated by an electromagnet that can be moved along the common longitudinal axis, the electromagnet is preferably moved in step c. of the method from a first position with a greater distance from the measuring area to a second position with a smaller distance from the measuring area and is supplied with direct current in order to apply a second controlled, time-varying magnetic gradient field in the area of the sample vessel, and after step c. the electromagnet is no longer supplied with current and is moved from the second position to the first position.

Das Gerät weist zum Detektieren des Analyten eine Anregungseinrichtung auf, die bevorzugt im Bereich der Probenausnehmung um die gemeinsame Längsachse angeordnet ist und eingerichtet ist, im Bereich der Probenausnehmung ein zeitlich veränderliches magnetisches Anregungsfeld zu erzeugen.For detecting the analyte, the device has an excitation device which is preferably arranged in the region of the sample recess around the common longitudinal axis and is designed to generate a time-varying magnetic excitation field in the region of the sample recess.

Die Anregungseinrichtung ist bevorzugt eine Spule bzw. eine Spulenanordnung, die eingerichtet ist, ein magnetisches Anregungsfeld, insbesondere ein homogenes Sinusmagnetfeld, zu erzeugen. Dabei kann eine mit Strom beaufschlagbare Spule (Anregungsspule) als Anregungseinrichtung im Bereich der Probenausnehmung koaxial um die gemeinsame Längsachse angeordnet sein, bevorzugt radial von der Probenausnehmung beabstandet sein und mit Strom beaufschlagt werden, um ein Anregungsfeld zu erzeugen. Alternativ kann eine mit Strom beaufschlagbare Helmholtz-Spulenanordnung als Anregungseinrichtung um die Probenausnehmung angeordnet sein und von einer Steuerungseinheit mit gleichsinnigem Wechselstrom beaufschlagt werden, um ein Anregungsfeld zu erzeugen.The excitation device is preferably a coil or a coil arrangement that is designed to generate a magnetic excitation field, in particular a homogeneous sinusoidal magnetic field. A coil (excitation coil) that can be supplied with current can be arranged as an excitation device in the region of the sample recess coaxially around the common longitudinal axis, preferably spaced radially from the sample recess and supplied with current in order to generate an excitation field. Alternatively, a Helmholtz coil arrangement that can be supplied with current can be arranged as an excitation device around the sample recess and supplied with alternating current in the same direction by a control unit in order to generate an excitation field.

Dabei ist die Anregungseinrichtung bevorzugt radial von der Probenausnehmung beabstandet, wobei in dem radialen Abstand zwischen Anregungseinrichtung und Probenausnehmung eine Messeinrichtung angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass das Vorhandensein von Analyt bei großen Amplituden des Anregungsfelds, die den nichtlinearen Bereich der Magnetisierungskurve der magnetischen Nanopartikel erreichen, aufgrund der Harmonischen der Anregungsfrequenz detektiert werden kann.The excitation device is preferably spaced radially from the sample recess, with a measuring device being arranged in the radial distance between the excitation device and the sample recess. It has been shown that the presence of analyte can be detected at large amplitudes of the excitation field, which reach the non-linear region of the magnetization curve of the magnetic nanoparticles, due to the harmonics of the excitation frequency.

Das von der Anregungseinrichtung erzeugte Anregungsfeld ist bevorzugt ein gepulstes Magnetfeld mit einer Pulslänge von 0,01 s, bevorzugt zumindest 0,1 s bis zu 10 s, bevorzugt bis zu 5 s und einer magnetischen Flussdichte von zumindest 0,1 mT, bevorzugt zumindest 10 mT bis zu 1.000 mT, gemessen durch die zeitabhängige Magnetisierung der wässrigen Probe. The excitation field generated by the excitation device is preferably a pulsed magnetic field with a pulse length of 0.01 s, preferably at least 0.1 s up to 10 s, preferably up to 5 s and a magnetic flux density of at least 0.1 mT, preferably at least 10 mT up to 1,000 mT, measured by the time-dependent magnetization of the aqueous sample.

Alternativ kann das von der Anregungseinrichtung erzeugte Anregungsfeld ein homogenes Sinusmagnetfeld sein und eine Feldfrequenz von zumindest 0,1 Hz, bevorzugt zumindest 1 Hz oder 1 kHz, bis zu 2 MHz, bevorzugt bis zu 25 kHz, und eine magnetische Flussdichte von zumindest 0,01 mT, bevorzugt zumindest 0,1 mT bis zu bis zu 10 mT, gemessen durch die frequenzabhängige Magnetisierung der wässrigen Probe, aufweisen.Alternatively, the excitation field generated by the excitation device can be a homogeneous sinusoidal magnetic field and have a field frequency of at least 0.1 Hz, preferably at least 1 Hz or 1 kHz, up to 2 MHz, preferably up to 25 kHz, and a magnetic flux density of at least 0.01 mT, preferably at least 0.1 mT up to 10 mT, measured by the frequency-dependent magnetization of the aqueous sample.

Optional ist die Anregungseinrichtung eingerichtet, zumindest zwei Sinusmagnetfelder mit voneinander verschiedenen Frequenzen als Anregungsfeld zu erzeugen. In dieser Ausführungsform kann das Messgerät mehrere Anregungsspulen aufweisen, die jeweils eingerichtet sind, ein Sinusmagnetfeld mit genau einer Feldfrequenz zu erzeugen, wobei sich die Feldfrequenzen der erzeugten Sinusmagnetfelder unterscheiden, oder kann eine Anregungsspule aufweisen, die eingerichtet ist, ein Anregungsfeld mit mehreren voneinander verschiedenen überlagerten Feldfrequenzen zu erzeugen.Optionally, the excitation device is configured to generate at least two sinusoidal magnetic fields with mutually different frequencies as an excitation field. In this embodiment, the measuring device can have a plurality of excitation coils, each of which is configured to generate a sinusoidal magnetic field with exactly one field frequency, wherein the field frequencies of the generated sinusoidal magnetic fields differ, or can have an excitation coil that is configured to generate an excitation field with a plurality of mutually different superimposed field frequencies.

In dem Gerät ist eine Messeinrichtung angeordnet, die eingerichtet ist, Werte für das zeitlich veränderliche Magnetfeld der magnetischen Nanopartikel in der wässrigen Probe aufzunehmen und als Messsignal an die Auswerteeinheit zu leiten. Dabei können Werte für das zeitlich veränderliche Magnetfeld z.B. Werte für die in einer Spule induzierte zeitlich veränderliche Spannung sein, oder Werte für den zeitlich veränderlichen Widerstand in einem Magnetfeldsensor.A measuring device is arranged in the device, which is set up to record values for the time-varying magnetic field of the magnetic nanoparticles in the aqueous sample and to send them as a measurement signal to the evaluation unit. Values for the time-varying magnetic field can be, for example, values for the time-varying voltage induced in a coil, or values for the time-varying resistance in a magnetic field sensor.

Optional ist die Messeinrichtung gegen Magnetfelder, die nicht das Anregungsfeld sind, abgeschirmt. Insbesondere kann die Messeinrichtung gegen das erste Gradientenfeld bzw. das zweite Gradientenfeld abgeschirmt sein.Optionally, the measuring device is shielded against magnetic fields that are not the excitation field. In particular, the measuring device can be shielded against the first gradient field or the second gradient field.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinrichtung als Spule (Messspule) ausgebildet und weiter bevorzugt um die Probenausnehmung, insbesondere um den Bereich geringeren Durchmessers angeordnet. Dabei ist die Messspule bevorzugt von einer Anregungsspule als Anregungseinrichtung umschlossen, d.h. die Anregungsspule ist in größerem radialen Abstand als die Messspule um die Probenausnehmung angeordnet, und ist die Messspule eingerichtet, Werte für die zeitlich veränderliche induzierte Spannung als Werte für das zeitlich veränderliche Magnetfeld aufzunehmen.In a preferred embodiment, the measuring device is designed as a coil (measuring coil) and is more preferably arranged around the sample recess, in particular around the area of smaller diameter. The measuring coil is preferably surrounded by an excitation coil as an excitation device, i.e. the excitation coil is arranged at a greater radial distance than the measuring coil around the sample recess, and the measuring coil is set up to record values for the time-varying induced voltage as values for the time-varying magnetic field.

Alternativ kann die Messeinrichtung als Magnetfeldsensor ausgebildet sein, z.B. als AMR-Sensor, Hall-Sensor, TMR-Sensor, GMR-Sensor oder Fluxgate-Detektor. Dabei ist die Messeinrichtung bevorzugt so angeordnet, dass sie Werte für das zeitlich veränderliche Magnetfeld störungsarm aufnehmen kann, z.B. kann ein AMR-Sensor als Messeinrichtung entlang der gemeinsamen Längsachse unmittelbar angrenzend an den Boden der Probenausnehmung in dem Gerät angeordnet sein und eingerichtet sein, Werte für den zeitlich veränderlichen elektrischen Widerstand als Werte für das zeitlich veränderliche Magnetfeld aufzunehmen.Alternatively, the measuring device can be designed as a magnetic field sensor, e.g. as an AMR sensor, Hall sensor, TMR sensor, GMR sensor or fluxgate detector. The measuring device is preferably arranged so that it can record values for the time-varying magnetic field with little interference, e.g. an AMR sensor can be arranged as a measuring device along the common longitudinal axis immediately adjacent to the bottom of the sample recess in the device and can be set up to record values for the time-varying electrical resistance as values for the time-varying magnetic field.

Das Messsignal kann z.B. die Relaxationszeit, den Phasenwinkel zwischen Anregungsmagnetfeld und Messsignal bei sinusförmiger Anregung und/oder das Verhältnis der Amplituden einzelner Harmonischer aufweisen oder daraus bestehen.The measurement signal can, for example, have or consist of the relaxation time, the phase angle between the excitation magnetic field and the measurement signal in the case of sinusoidal excitation and/or the ratio of the amplitudes of individual harmonics.

Erfindungsgemäß weist das Gerät zum Kompensieren des Messsignals eine Kompensationseinrichtung auf, die eingerichtet ist, ein Kompensationssignal aufzunehmen. Insbesondere ist die Kompensationseinrichtung eingerichtet, Werte für ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld aufzunehmen und als Kompensationssignal an die Auswerteeinheit zu leiten. Durch Verrechnen des Messsignals mit dem Kompensationssignal hat das Verfahren den Vorteil, dass die Probe genauer auf das Vorhandensein von Analyt getestet werden kann als mit herkömmlichen Verfahren, da das daraus erzeugte Analysesignal weniger Signalrauschen aufweist. Ein Gerät mit einer Kompensationseinrichtung hat den Vorteil, dass es ortsunabhängig zur Analyse einer wässrigen Probe auf das Vorhandensein von Analyt aufgestellt sein kann, insbesondere ohne besondere Abschirmung gegen andere Magnetfelder.According to the invention, the device for compensating the measurement signal has a compensation device that is set up to record a compensation signal. In particular, the compensation device is set up to record values for a temporally variable magnetic field and to send them to the evaluation unit as a compensation signal. By calculating the measurement signal with the compensation signal, the method has the advantage that the sample can be tested more precisely for the presence of analyte than with conventional methods, since the analysis signal generated from this has less signal noise. A device with a compensation device has the advantage that it can be set up anywhere to analyze an aqueous sample for the presence of analyte, in particular without special shielding against other magnetic fields.

Bevorzugt ist die Kompensationseinrichtung eingerichtet, das Kompensationssignal gleichzeitig mit dem Aufnehmen des Messsignals aufzunehmen.Preferably, the compensation device is arranged to record the compensation signal simultaneously with the recording of the measurement signal.

In einer ersten Ausführungsform weist das Gerät eine Anordnung aus zwei Spulen als Kompensationseinrichtung auf, von denen die erste Spule baugleich mit der Anregungsspule als Anregungseinrichtung ist und die zweite Spule baugleich mit der Messspule als Messeinrichtung und antiseriell zu dieser verschaltet ist und koaxial innerhalb der ersten Spule angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist die Kompensationseinrichtung in einem Abstand zur Anregungseinrichtung und zur Probenausnehmung angeordnet. Dabei ist die Kompensationseinrichtung eingerichtet, ein Kompensationsfeld zu erzeugen, das dieselbe Feldfrequenz, Feldamplitude und Phase aufweist wie das Anregungsfeld, und Werte für das zeitlich veränderliche Kompensationsfeld als Kompensationssignal aufzunehmen, das bevorzugt das invertierte Signal des Anregungsfeldes ist.In a first embodiment, the device has an arrangement of two coils as compensation devices, of which the first coil is identical in construction to the excitation coil as excitation device and the second coil is identical in construction to the measuring coil as measuring device and is connected anti-serially to it and is arranged coaxially within the first coil. In this embodiment, the compensation device is arranged at a distance from the excitation device and the sample recess. The compensation device is set up to generate a compensation field that has the same field frequency, field amplitude and phase as the excitation field, and to record values for the time-varying compensation field as a compensation signal, which is preferably the inverted signal of the excitation field.

In einer zweiten Ausführungsform mit Messspule als Messeinrichtung weist das Gerät zumindest eine Spule als Kompensationseinrichtung auf, die baugleich mit der Messspule als Messeinrichtung ist. In dieser Ausführungsform sind Kompensationseinrichtung und Messeinrichtung parallel zueinander in derselben Anregungseinrichtung angeordnet und ist die Kompensationseinrichtung antiseriell zur Messeinrichtung verschaltet. In dieser Ausführungsform ist das Anregungsfeld auch das Kompensationsfeld und ist die Kompensationseinrichtung eingerichtet, Werte für das zeitlich veränderliche Kompensationsfeld als Kompensationssignal aufzunehmen, das bevorzugt das invertierte Signal des Anregungsfeldes ist. In dieser Ausführungsform hat das Gerät den Vorteil, dass die Impedanz der Anregungseinrichtung gering ist und das Gerät platzsparend gebaut werden kann. Dabei besteht die Kompensationseinrichtung optional aus zwei Teilspulen, die parallel auf beiden Seiten der Messeinrichtung angeordnet sind. Dadurch hat das Gerät den Vorteil, dass die Messeinrichtung im Zentrum der Anregungseinrichtung angeordnet werden kann und das von ihr aufgenommene Messsignal weniger Störsignale aufweist.In a second embodiment with a measuring coil as a measuring device, the device has at least one coil as a compensation device, which is identical in construction to the measuring coil as a measuring device. In this embodiment, the compensation device and the measuring device are arranged parallel to one another in the same excitation device and the compensation device is anti-serial to the measuring device. In this embodiment, the excitation field is also the compensation field and the compensation device is set up to record values for the time-varying compensation field as a compensation signal, which is preferably the inverted signal of the excitation field. In this embodiment, the device has the advantage that the impedance of the excitation device is low and the device can be built in a space-saving manner. The compensation device optionally consists of two partial coils that are arranged in parallel on both sides of the measuring device. This gives the device the advantage that the measuring device can be arranged in the center of the excitation device and the measurement signal it records has fewer interference signals.

Im Verfahren wird der Analyt in Schritt d. detektiert. Dazu wird ein magnetisches Anregungsfeld im Bereich des Probengefäßes erzeugt, das eingerichtet ist, die magnetischen Nanopartikel in der wässrigen Probe periodisch zu magnetisieren. Die magnetisierten magnetischen Nanopartikel erzeugen im magnetischen Anregungsfeld zeitlich veränderliche dipolare magnetische Felder, die erfindungsgemäß detektiert werden, indem Werte für das zeitlich veränderliche Magnetfeld des magnetisierten magnetischen Nanopartikel als Messignal aufgenommen werden und optional Werte für das zeitlich veränderliche Kompensationsfeld als Kompensationssignal. Anschließend werden das Messsignal und optional das Kompensationssignal an eine Auswerteeinheit geleitet.In the method, the analyte is detected in step d. For this purpose, a magnetic excitation field is generated in the area of the sample vessel, which is designed to periodically magnetize the magnetic nanoparticles in the aqueous sample. The magnetized magnetic nanoparticles generate time-varying dipolar magnetic fields in the magnetic excitation field, which are detected according to the invention by recording values for the time-varying magnetic field of the magnetized magnetic nanoparticle as a measurement signal and optionally values for the time-varying compensation field as a compensation signal. The measurement signal and optionally the compensation signal are then passed to an evaluation unit.

Es hat sich gezeigt, dass magnetische Nanopartikel mit daran gebundenem Analyten dadurch von magnetischen Nanopartikeln ohne daran gebundenen Analyten unterschieden werden können, dass sie geänderte dynamische magnetische Eigenschaften aufweisen und insbesondere das von ihnen erzeugte zeitlich veränderliche dipolare magnetische Feld eine veränderte Amplitude harmonischer Feldfrequenzen und veränderte Verzögerungen zwischen magnetischen Momenten bzw. eine veränderte Phasenverschiebung zum Anregungsfeld aufweist. Gegenwärtig wird angenommen, dass diese Effekte durch einen Einfluss der Analytbindung auf das Relaxationsverhalten der magnetischen Nanopartikel verursacht werden. Diese Relaxation erzeugt einen magnetischen Fluss, dessen zeitliche Änderung z.B. eine induzierte elektrische Spannung in einer Messspule erzeugt. Diese induzierte elektrische Spannung ist umso größer, je größer die Änderung pro Zeit der Magnetisierung der magnetischen Nanopartikel ist.It has been shown that magnetic nanoparticles with bound analytes can be distinguished from magnetic nanoparticles without bound analytes by the fact that they have changed dynamic magnetic properties and, in particular, the time-varying dipolar magnetic field they generate has a changed amplitude of harmonic field frequencies and changed delays between magnetic moments or a changed phase shift to the excitation field. It is currently assumed that these effects are caused by an influence of the analyte binding on the relaxation behavior of the magnetic nanoparticles. This relaxation generates a magnetic flux, the temporal change of which generates, for example, an induced electrical voltage in a measuring coil. This induced electrical voltage is greater the greater the change per time in the magnetization of the magnetic nanoparticles.

Das Gerät weist zum Anzeigen des Vorhandenseins von Analyt in der wässrigen Probe eine Auswerteeinheit auf, die eingerichtet ist, ein Analysesignal zu erzeugen. Dabei ist die Auswerteeinheit optional eingerichtet, das Messsignal mit dem Kompensationssignal zu verrechnen, um ein kompensiertes Signal zu erzeugen. Ferner ist die Auswerteeinheit bevorzugt eingerichtet, eine zeitliche Ableitung und/oder eine Fourier-Transformation bzw. Laplace-Transformation, Hilbert-Transformation, Korrelation und/oder ein digitales Lock-In-Verfahren auf das Messsignal bzw. auf das kompensierte Signal anzuwenden, um ein Analysesignal zu erzeugen. Das Analysesignal kann insbesondere von Werten für die in einer Spule induzierte Spannung oder z.B. den in einem Magnetfeldsensor induzierten elektrischen Widerstand in der Grundfrequenz des Anregungsfeldes und Harmonischen, d.h. ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz des Anregungsfeldes abgeleitet sein, das auf die wässrige Probe wirkt.To indicate the presence of analyte in the aqueous sample, the device has an evaluation unit that is set up to generate an analysis signal. The evaluation unit is optionally set up to calculate the measurement signal with the compensation signal in order to generate a compensated signal. Furthermore, the evaluation unit is preferably set up to apply a time derivative and/or a Fourier transformation or Laplace transformation, Hilbert transformation, correlation and/or a digital lock-in method to the measurement signal or to the compensated signal in order to generate an analysis signal. The analysis signal can in particular be derived from values for the voltage induced in a coil or, for example, the electrical resistance induced in a magnetic field sensor in the fundamental frequency of the excitation field and harmonics, i.e. integer multiples of the fundamental frequency of the excitation field that acts on the aqueous sample.

Die Auswerteeinheit ist bevorzugt zum Anzeigen des Vorhandenseins von Analyt in der wässrigen Probe eingerichtet, und insbesondere, das Analysesignal der wässrigen Probe mit einem Referenzsignal, d.h. dem Analysesignal einer Referenzprobe bzw. einer wässrigen Probe ohne Analyt, zu vergleichen und bei einem Analysesignal, das vom Referenzsignal abweicht, bevorzugt signifikant abweicht, das Vorhandensein des Analyten in der wässrigen Probe anzuzeigen. Das Referenzsignal kann durch Analyse einer Referenzprobe vor, nach oder während der Analyse der wässrigen Probe erhalten werden, oder kann z.B. aus einer Datenbank für Referenzsignale erhalten werden.The evaluation unit is preferably designed to indicate the presence of analyte in the aqueous sample, and in particular to compare the analysis signal of the aqueous sample with a reference signal, i.e. the analysis signal of a reference sample or an aqueous sample without analyte, and to indicate the presence of the analyte in the aqueous sample in the case of an analysis signal that deviates from the reference signal, preferably deviates significantly. The reference signal can be obtained by analyzing a reference sample before, after or during the analysis of the aqueous sample, or can be obtained, for example, from a database for reference signals.

Optional ist die Auswerteeinheit eingerichtet, das Vorhandensein des Analyten nur bei einem Analysesignal anzuzeigen, das vom Referenzsignal signifikant abweicht, bevorzugt um einen Wert abweicht, der zumindest so groß ist wie das zufällige Signalrauschen, z.B. um zumindest 1 % oder zumindest 5 % oder zumindest 10 %, insbesondere bevorzugt bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von größer 3, was größer als 99 % Sicherheit entspricht, wobei das Signal die Differenz zwischen Analysesignal und Referenzsignal ist und das Rauschen die aus einer vorbestimmten Anzahl von zumindest 3 Messungen mit einer Referenzprobe bestimmte Standardabweichung des Referenzsignals ist.Optionally, the evaluation unit is configured to indicate the presence of the analyte only in the case of an analysis signal that deviates significantly from the reference signal, preferably by a value that is at least as large as the random signal noise, e.g. by at least 1% or at least 5% or at least 10%, particularly preferably with a signal-to-noise ratio of greater than 3, which corresponds to greater than 99% certainty, wherein the signal is the difference between the analysis signal and the reference signal and the noise is the standard deviation of the reference signal determined from a predetermined number of at least 3 measurements with a reference sample.

Im Verfahren wird aus dem in Schritt d. aufgenommenen Messsignal und optional dem Kompensationssignal in Schritt e. zumindest ein Analysesignal erzeugt. Dazu wird das Messsignal der wässrigen Probe optional mit dem Kompensationssignal verrechnet, z.B. subtrahiert, um ein kompensiertes Signal zu erzeugen. Das Messsignal bzw. das kompensierte Signal wird daraufhin bevorzugt durch eine zeitliche Ableitung und/oder eine Fourier-Transformation bzw. Laplace-Transformation, Hilbert-Transformation, Korrelation und/oder ein digitales Lock-In-Verfahren verrechnet, um ein Analysesignal zu erzeugen.In the method, at least one analysis signal is generated from the measurement signal recorded in step d. and optionally the compensation signal in step e. For this purpose, the measurement signal of the aqueous sample is optionally calculated with the compensation signal, e.g. subtracted, in order to generate a compensated signal. The measurement signal or the compensated signal is then preferably converted into a time derivative and/or a Fourier transformation or Laplace transformation, Hilbert transformation, correlation and/or a digital Lock-in procedure to generate an analysis signal.

Das Analysesignal ist bevorzugt ein Spektrum, das Werte für die Magnetisierungsintensität der magnetischen Nanopartikel in Abhängigkeit von ihrer Schwingungsfrequenz bzw. in Abhängigkeit der Zeit darstellt.The analysis signal is preferably a spectrum that represents values for the magnetization intensity of the magnetic nanoparticles as a function of their vibration frequency or as a function of time.

In Schritt e. des Verfahrens wird das Analysesignal der wässrigen Probe mit einem Referenzsignal, d.h. dem Analysesignal einer Referenzprobe, verglichen und bei einem Analysesignal, das vom Referenzsignal abweicht, das Vorhandensein des Analyten in der wässrigen Probe angezeigt. Dabei wird das Vorhandensein des Analyten optional nur bei einem Analysesignal angezeigt, das vom Referenzsignal signifikant abweicht, bevorzugt um einen Wert abweicht, der zumindest so groß ist wie das zufällige Signalrauschen, z.B. um zumindest 1 % oder zumindest 5 % oder zumindest 10 %, insbesondere bevorzugt bei einem Signal-Rausch-Verhältnis von größer 3, was größer als 99 % Sicherheit entspricht, wobei das Signal die Differenz zwischen Analysesignal und Referenzsignal ist und das Rauschen die aus einer vorbestimmten Anzahl von zumindest 3 Messungen mit der Referenzprobe bestimmte Standardabweichung des Referenzsignals ist. Es hat sich gezeigt, dass die Spezifität der Messmethode von der biologischen Spezifität abhängt.In step e. of the method, the analysis signal of the aqueous sample is compared with a reference signal, i.e. the analysis signal of a reference sample, and if the analysis signal deviates from the reference signal, the presence of the analyte in the aqueous sample is indicated. The presence of the analyte is optionally only indicated if the analysis signal deviates significantly from the reference signal, preferably by a value that is at least as large as the random signal noise, e.g. by at least 1% or at least 5% or at least 10%, particularly preferably with a signal-to-noise ratio of greater than 3, which corresponds to greater than 99% certainty, where the signal is the difference between the analysis signal and the reference signal and the noise is the standard deviation of the reference signal determined from a predetermined number of at least 3 measurements with the reference sample. It has been shown that the specificity of the measurement method depends on the biological specificity.

Alternativ oder zusätzlich kann in Schritt e. eine Kalibrierkurve bzw. Kalibriergerade für das Analysesignal in Abhängigkeit von der Konzentration von Analyt in der wässrigen Probe durch Messen von zumindest 2 wässrigen Proben mit vorbekannter Konzentration von Analyt aufgenommen und das gemessene Analysesignal in die Kalibrierkurve bzw. Kalibriergerade eingeordnet werden, um die Konzentration von Analyt in der wässrigen Probe zu bestimmen.Alternatively or additionally, in step e., a calibration curve or calibration line for the analysis signal as a function of the concentration of analyte in the aqueous sample can be recorded by measuring at least 2 aqueous samples with a previously known concentration of analyte and the measured analysis signal can be placed in the calibration curve or calibration line in order to determine the concentration of analyte in the aqueous sample.

Optional können zumindest 2 Probengefäße gleichzeitig in die Probenausnehmung des Geräts angeordnet werden. Dann laufen die Verfahrensschritte des Mischens und Aufkonzentrierens der wässrigen Probe gleichzeitig für alle in die Probengefäße gefüllten wässrigen Proben ab. Dabei ist bevorzugt, dass das Detektieren für jede wässrige Probe nacheinander abläuft. Es hat sich gezeigt, dass das Verfahren durch das gleichzeitige Mischen und Aufkonzentrieren mehrerer wässriger Proben schneller ablaufen kann.Optionally, at least 2 sample vessels can be placed in the sample recess of the device at the same time. The process steps of mixing and concentrating the aqueous sample then run simultaneously for all aqueous samples filled into the sample vessels. It is preferred that the detection runs one after the other for each aqueous sample. It has been shown that the process can run faster by mixing and concentrating several aqueous samples at the same time.

Optional weist das Probengefäß spezifische magnetische Nanopartikel mit zumindest zwei unterschiedlichen Bindern auf, die für jeweils einen Analyten spezifisch sind. Dabei ist generell bevorzugt, dass jedes Nanopartikel nur einen Binder trägt und dadurch nur für einen Analyten spezifisch ist. Weiterhin sind die magnetischen Nanopartikel bevorzugt eingerichtet, dass sie gleichzeitig detektiert werden können, indem z.B. Nanopartikel, die für einen Analyten spezifisch sind, andere dynamische magnetische Eigenschaften aufweisen als Nanopartikel, die für einen anderen Analyten spezifisch sind. In dieser Ausführungsform ist bevorzugt, dass die wässrige Probe aus einem Menschen stammt und nur das Vorhandensein von zumindest zwei unterschiedlichen Analyten eine Infektion mit einer Krankheit anzeigt.Optionally, the sample vessel has specific magnetic nanoparticles with at least two different binders, each of which is specific for one analyte. It is generally preferred that each nanoparticle carries only one binder and is therefore only specific for one analyte. Furthermore, the magnetic nanoparticles are preferably designed so that they can be detected simultaneously, for example by nanoparticles that are specific for one analyte having different dynamic magnetic properties than nanoparticles that are specific for another analyte. In this embodiment, it is preferred that the aqueous sample comes from a human and only the presence of at least two different analytes indicates an infection with a disease.

Generell ist das Verfahren zur schnellen Detektion von Analyt in der wässrigen Probe geeignet. Insbesondere ist das Verfahren optional eingerichtet, dass die Schritte Befüllen des Probengefäßes mit der wässrigen Probe bis Anzeigen des Vorhandenseins des Analyten in der wässrigen Probe direkt nacheinander innerhalb von höchstens 30 Minuten, bevorzugt höchstens 10 Minuten oder höchstens 5 Minuten erfolgen.In general, the method is suitable for the rapid detection of analyte in the aqueous sample. In particular, the method is optionally designed so that the steps of filling the sample vessel with the aqueous sample to indicating the presence of the analyte in the aqueous sample are carried out directly one after the other within a maximum of 30 minutes, preferably a maximum of 10 minutes or a maximum of 5 minutes.

Optional sind Probenausnehmung, Mischeinrichtung, Konzentriereinrichtung, Anregungseinrichtung und Messeinrichtung ortsfest im Gerät angeordnet. Dadurch hat das Gerät den Vorteil, dass es durch weniger bewegliche Teile weniger störungsanfällig ist. Es hat sich gezeigt, dass die mit dem Gerät durchführbare Analyse auch bei ortsfester Anordnung von Probenausnehmung, Mischeinrichtung, Konzentriereinrichtung, Anregungseinrichtung und Messeinrichtung eine verlässliche Analyse von wässrigen Proben erlaubt.Optionally, the sample recess, mixing device, concentrating device, excitation device and measuring device can be arranged in a fixed location in the device. This gives the device the advantage of being less susceptible to failure due to fewer moving parts. It has been shown that the analysis that can be carried out with the device allows a reliable analysis of aqueous samples even when the sample recess, mixing device, concentrating device, excitation device and measuring device are arranged in a fixed location.

Die Erfindung wird nun genauer im Hinblick auf die Figuren beschrieben, die in

  • - 1 schematisch eine Ausführungsform des Geräts und
  • - 2 schematisch eine weitere Ausführungsform des Geräts zeigen.
The invention will now be described in more detail with reference to the figures shown in
  • - 1 schematically an embodiment of the device and
  • - 2 schematically show another embodiment of the device.

In 1 ist das Gerät schematisch gezeigt, in dem eine Probenausnehmung 1, eine Mischeinrichtung 2, eine Konzentriereinrichtung 3, eine Anregungseinrichtung 4 und eine Messeinrichtung 5 um eine gemeinsame Längsachse 6 angeordnet sind, wobei in die Probenausnehmung 1 ein Probengefäß 7 angeordnet werden kann. Probenausnehmung 1 und Probengefäß 7 verjüngen sich zu ihrem abbildungsgemäß unteren Ende zu einem Bereich geringeren Querschnitts, der den Messbereich 8 bildet. Mischeinrichtung 2 und Konzentriereinrichtung 3 werden von der selben Anordnung von Elektromagneten gebildet, wobei der Kern jedes Elektromagneten mit seinem Nordpol N in Richtung auf das Probengefäß 7 und mit seinem Südpol S in Richtung von dem Probengefäß 7 weg ausgerichtet ist und von einer mit Wechselstrom beaufschlagbaren Spule umwickelt ist. Durch die Mischeinrichtung 2 und Konzentriereinrichtung 3 werden gesteuerte zeitlich veränderliche magnetische Gradientenfelder im Bereich der Probenausnehmung 1 erzeugt, wobei der Bereich größerer magnetischer Flussdichte des zweiten gesteuerten Gradientenfeldes im Bereich der Messeinrichtung 5 angeordnet ist. Das Probengefäß 7 ist entlang der gemeinsamen Längsachse 6 beweglich in dem Gerät angeordnet.
Die Anregungseinrichtung 4 ist als Anregungsspule ausgebildet und im Bereich der Probenausnehmung 1 in einem radialen Abstand um die gemeinsame Längsachse 6 angeordnet. Die Anregungseinrichtung 4 ist eingerichtet, im Messbereich 8 der Probenausnehmung 1 ein Anregungsfeld zu erzeugen. Die Messeinrichtung 5 ist als Messspule ausgebildet und in dem radialen Abstand zwischen der Probenausnehmung 1 und der Anregungseinrichtung 4 angeordnet. Die Messeinrichtung 5 ist eingerichtet, Werte für ein zeitlich veränderliches Magnetfeld aufzunehmen und als Messsignal an eine Auswerteeinheit zu leiten.
In 1 the device is shown schematically, in which a sample recess 1, a mixing device 2, a concentrating device 3, an excitation device 4 and a measuring device 5 are arranged around a common longitudinal axis 6, wherein a sample vessel 7 can be arranged in the sample recess 1. The sample recess 1 and the sample vessel 7 taper towards their lower end as shown in the illustration to an area of smaller cross-section, which forms the measuring area 8. The mixing device 2 and the concentrating device 3 are formed by the same arrangement of electromagnets, wherein the core of each electromagnet is aligned with its north pole N in the direction of the sample vessel 7 and with its south pole S in the direction away from the sample vessel 7 and is wound by a coil that can be charged with alternating current. The mixing device 2 and concentrating device 3, controlled, time-varying magnetic gradient fields are generated in the region of the sample recess 1, with the region of greater magnetic flux density of the second controlled gradient field being arranged in the region of the measuring device 5. The sample vessel 7 is arranged in the device so as to be movable along the common longitudinal axis 6.
The excitation device 4 is designed as an excitation coil and is arranged in the area of the sample recess 1 at a radial distance around the common longitudinal axis 6. The excitation device 4 is set up to generate an excitation field in the measuring area 8 of the sample recess 1. The measuring device 5 is designed as a measuring coil and is arranged at the radial distance between the sample recess 1 and the excitation device 4. The measuring device 5 is set up to record values for a temporally variable magnetic field and to transmit them as a measurement signal to an evaluation unit.

2 zeigt das Gerät mit einer Probenausnehmung 1, einer Mischeinrichtung 2, einer Konzentriereinrichtung 3, einer Anregungseinrichtung 4 und einer Messeinrichtung 5, die alle um eine gemeinsame Längsachse 6 angeordnet sind, wobei in die Probenausnehmung 1 ein Probengefäß 7 angeordnet werden kann. Probenausnehmung 1 und Probengefäß 7 verjüngen sich zu ihrem abbildungsgemäß unteren Ende zu einem Bereich geringeren Querschnitts, der den Messbereich 8 bildet. Die Mischeinrichtung 2 und die Konzentriereinrichtung 3 dieser Ausführungsform werden von derselben Anordnung von Dauermagneten gebildet, die jeweils mit ihrem Nordpol N in Richtung auf das Probengefäß 7 und mit ihrem Südpol S in Richtung von dem Probengefäß 7 weg ausgerichtet sind und von einer Steuereinheit relativ zu dem Probengefäß 7 bzw. zur Probenausnehmung 1 und zu der gemeinsamen Längsachse 6 bewegt werden können. Im Übrigen entspricht diese Ausführungsform der in 1 gezeigten Ausführungsform. 2 shows the device with a sample recess 1, a mixing device 2, a concentrating device 3, an excitation device 4 and a measuring device 5, all of which are arranged around a common longitudinal axis 6, wherein a sample vessel 7 can be arranged in the sample recess 1. The sample recess 1 and the sample vessel 7 taper towards their lower end as shown in the illustration to an area of smaller cross-section, which forms the measuring area 8. The mixing device 2 and the concentrating device 3 of this embodiment are formed by the same arrangement of permanent magnets, each of which is aligned with its north pole N in the direction of the sample vessel 7 and with its south pole S in the direction away from the sample vessel 7 and can be moved by a control unit relative to the sample vessel 7 or to the sample recess 1 and to the common longitudinal axis 6. Otherwise, this embodiment corresponds to that in 1 shown embodiment.

Beispiel 1: Analyse einer wässrigen Probe auf das Vorhandensein eines Virus-ProteinsExample 1: Analysis of an aqueous sample for the presence of a virus protein

In einer wässrigen Probe wurde ein Virus-Protein als Analyt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nachgewiesen.A virus protein was detected as analyte in an aqueous sample using the method according to the invention.

Als magnetische Nanopartikel wurden Eisenoxid-Nanopartikel mit einem mittleren Durchmesser von 80 nm und einer Protein-A-Beschichtung verwendet. Durch ihre Protein-A-Beschichtung sind die verwendeten magnetischen Nanopartikel eingerichtet, für das Virusprotein spezifische monoklonale Antikörper zu binden und dadurch spezifisch an das Virus-Protein zu binden. Die Konzentration der magnetischen Nanopartikel betrug dabei 5 mg/mL bei einer molaren Partikelkonzentration von 20 pmol/mL. Als Referenzprobe wurden die magnetischen Nanopartikel ohne Analyt in das Probengefäß des Analysegerätes eingefüllt und eine Referenzmessung gemäß den Schritten b. bis e. des Verfahrens durchgeführt.Iron oxide nanoparticles with an average diameter of 80 nm and a protein A coating were used as magnetic nanoparticles. Due to their protein A coating, the magnetic nanoparticles used are designed to bind monoclonal antibodies specific to the virus protein and thus bind specifically to the virus protein. The concentration of the magnetic nanoparticles was 5 mg/mL with a molar particle concentration of 20 pmol/mL. As a reference sample, the magnetic nanoparticles without analyte were filled into the sample vessel of the analyzer and a reference measurement was carried out according to steps b. to e. of the procedure.

Anschließend wurde das Virus-Protein zu einem Gesamtvolumen von 1 mL in das Probengefäß gefüllt, und das Probengefäß wurde versiegelt. Es wurde ein erstes und zweites gesteuertes magnetisches Gradientenfeld im Bereich des Probengefäßes angelegt, erzeugt von zwei NdFeB-Dauermagneten einer Größe von je 10×10×30 mm3 als Mischeinrichtung und Konzentriereinrichtung, die, auf einander gegenüberliegenden Seiten und mit ihrem magnetischen Nordpol in Richtung auf das Probengefäß ausgerichtet, in einem Abstand von 10 mm zum Probengefäß um das Probengefäß angeordnet waren. Durch das erste und zweite gesteuerte magnetische Gradientenfeld wurde die wässrige Probe durch gesteuertes Drehen des Probengefäßes um seine Längsachse zwischen den Dauermagneten gemischt und wurden die Nachweis-Partikel anschließend aus dem Probenvolumen innerhalb von wenigen Minuten im Messbereich des Probengefäßes aufkonzentriert. Das Gradientenfeld wies dabei einen Feldgradienten von 80 T/m auf.The virus protein was then filled into the sample vessel to a total volume of 1 mL, and the sample vessel was sealed. A first and second controlled magnetic gradient field was applied in the area of the sample vessel, generated by two NdFeB permanent magnets, each measuring 10×10×30 mm3, as a mixing device and a concentrating device, which were arranged around the sample vessel on opposite sides and with their magnetic north pole aligned towards the sample vessel, at a distance of 10 mm from the sample vessel. The aqueous sample was mixed by the first and second controlled magnetic gradient field by controlled rotation of the sample vessel around its longitudinal axis between the permanent magnets and the detection particles were then concentrated from the sample volume in the measuring area of the sample vessel within a few minutes. The gradient field had a field gradient of 80 T/m.

Nach dem gesteuerten Entfernen des ersten und zweiten magnetischen Gradientenfeldes aus dem Bereich des Probengefäßes wurde das Probengefäß mit der wässrigen Probe in die Probenausnehmung des Gerätes überführt und der Analyt detektiert.After the controlled removal of the first and second magnetic gradient fields from the area of the sample vessel, the sample vessel with the aqueous sample was transferred into the sample well of the device and the analyte was detected.

Zum Detektieren des Analyten wurden die Referenzprobe und die wässrige Probe mit einem sinusförmigen Anregungsfeld der Frequenz f0 = 500 Hz und einer Anregungsamplitude von 10 mT/µ0 und einer Mittelungsdauer von 1 s beaufschlagt. Dabei wurde das Verhältnis aus der dritten 3f0 und fünften 5f0 Harmonischen der Anregungsfrequenz Sf0/3f0 als Analysesignal bestimmt.To detect the analyte, the reference sample and the aqueous sample were exposed to a sinusoidal excitation field of frequency f 0 = 500 Hz and an excitation amplitude of 10 mT/µ 0 and an averaging time of 1 s. The ratio of the third 3f 0 and fifth 5f 0 harmonics of the excitation frequency Sf 0 /3f 0 was determined as the analysis signal.

Als statistisch signifikanter Nachweis wurde eine Änderung des Analysesignals von mehr als der dreifachen Standardabweichung des Referenzsignals als Schwellenwert festgelegt.A change in the analysis signal of more than three times the standard deviation of the reference signal was defined as a threshold for statistically significant evidence.

Zur Untersuchung der Nachweisgrenze und der Linearität des Dynamikbereichs des Analysegerätes wurden verschiedene Konzentrationen des Virus-Proteins als Analyt im Bereich von 0,5 nM bis 5 nM mit dem Verfahren analysiert. Aus den Analysesignalen wurde eine Kalibrierkurve erzeugt, die die Änderung des Analysesignals in Abhängigkeit von der Analytkonzentration darstellt. Für eine ausreichend hohe Analytkonzentration (oberhalb einer Bestimmungsgrenze der fünffachen Standardabweichung des mittleren Referenzsignals) konnte zusätzlich zum qualitativen Nachweis die Konzentration des Analyten in der wässrigen Probe quantifiziert werden.To investigate the detection limit and the linearity of the dynamic range of the analyzer, different concentrations of the virus protein as analyte in the range from 0.5 nM to 5 nM were analyzed using the method. A calibration curve was generated from the analysis signals, which shows the change in the analysis signal depending on the analyte concentration. For a sufficiently high analyte concentration (above a quantification limit of five times the standard deviation In addition to qualitative detection, the concentration of the analyte in the aqueous sample could be quantified by means of the mean reference signal determination.

Claims (15)

Gerät zur Analyse einer wässrigen Probe auf das Vorhandensein zumindest eines Analyten, das eine Probenausnehmung (1), eine Mischeinrichtung (2), eine Konzentriereinrichtung (3), eine Anregungseinrichtung (4) und eine Messeinrichtung (5) aufweist, die um eine gemeinsame Längsachse (6) angeordnet sind, wobei in die Probenausnehmung (1) ein Probengefäß (7) angeordnet werden kann, wobei die Mischeinrichtung (2) eingerichtet ist, ein erstes gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich der Probenausnehmung (1) zu erzeugen, wobei die Konzentriereinrichtung (3) eingerichtet ist, ein zweites gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich der Probenausnehmung (1) zu erzeugen, dessen Bereich größerer magnetischer Flussdichte im Bereich der Messeinrichtung (5) angeordnet ist, wobei die Anregungseinrichtung (4) im Bereich der Probenausnehmung (1) angeordnet ist und eingerichtet ist, ein Anregungsfeld zu erzeugen, wobei die Messeinrichtung (5) eingerichtet ist, Werte für ein zeitlich veränderliches Magnetfeld aufzunehmen und als Messsignal an eine Auswerteeinheit zu leiten und die Auswerteeinheit eingerichtet ist, ein Analysesignal aus dem Messsignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Anregungsspule als Anregungseinrichtung (4) aufweist und dass es eine Messspule als Messeinrichtung (5) aufweist, die eingerichtet ist, Werte für die in der Messspule induzierte zeitlich veränderliche Spannung als Messsignal aufzunehmen und dass es eine Anordnung aus zwei Spulen als Kompensationseinrichtung aufweist, von denen die erste Spule baugleich mit der Anregungsspule ist und die zweite Spule baugleich mit der Messspule und anti seriell zu dieser verschaltet ist und koaxial innerhalb der ersten Spule angeordnet ist, und die Kompensationseinrichtung in einem Abstand zur gemeinsamen Längsachse (6) angeordnet ist.Device for analyzing an aqueous sample for the presence of at least one analyte, which has a sample recess (1), a mixing device (2), a concentrating device (3), an excitation device (4) and a measuring device (5) which are arranged around a common longitudinal axis (6), wherein a sample vessel (7) can be arranged in the sample recess (1), wherein the mixing device (2) is set up to generate a first controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample recess (1), wherein the concentrating device (3) is set up to generate a second controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample recess (1), the region of greater magnetic flux density of which is arranged in the region of the measuring device (5), wherein the excitation device (4) is arranged in the region of the sample recess (1) and is set up to generate an excitation field, wherein the measuring device (5) is set up to record values for a time-varying magnetic field and to transmit them as a measurement signal to an evaluation unit. and the evaluation unit is set up to generate an analysis signal from the measurement signal, characterized in that it has an excitation coil as excitation device (4) and that it has a measuring coil as measuring device (5) which is set up to record values for the time-varying voltage induced in the measuring coil as a measurement signal and that it has an arrangement of two coils as compensation device, of which the first coil is identical in construction to the excitation coil and the second coil is identical in construction to the measuring coil and is connected anti-series to it and is arranged coaxially within the first coil, and the compensation device is arranged at a distance from the common longitudinal axis (6). Gerät zur Analyse einer wässrigen Probe auf das Vorhandensein zumindest eines Analyten, das eine Probenausnehmung (1), eine Mischeinrichtung (2), eine Konzentriereinrichtung (3), eine Anregungseinrichtung (4) und eine Messeinrichtung (5) aufweist, die um eine gemeinsame Längsachse (6) angeordnet sind, wobei in die Probenausnehmung (1) ein Probengefäß angeordnet werden kann, wobei die Mischeinrichtung (2) eingerichtet ist, ein erstes gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich der Probenausnehmung (1) zu erzeugen, wobei die Konzentriereinrichtung (3) eingerichtet ist, ein zweites gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich der Probenausnehmung (1) zu erzeugen, dessen Bereich größerer magnetischer Flussdichte im Bereich der Messeinrichtung (5) angeordnet ist, wobei die Anregungseinrichtung (4) im Bereich der Probenausnehmung (1) angeordnet ist und eingerichtet ist, ein Anregungsfeld zu erzeugen, wobei die Messeinrichtung (5) eingerichtet ist, Werte für ein zeitlich veränderliches Magnetfeld aufzunehmen und als Messsignal an eine Auswerteeinheit zu leiten und die Auswerteeinheit eingerichtet ist, ein Analysesignal aus dem Messsignal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Messspule als Messeinrichtung (5) aufweist, die eingerichtet ist, Werte für die in der Messspule induzierte zeitlich veränderliche Spannung als Messsignal aufzunehmen und dass es zumindest eine Spule als Kompensationseinrichtung aufweist, die baugleich mit der Messspule ist, wobei Kompensationseinrichtung und Messspule parallel zueinander in derselben Anregungseinrichtung (4) angeordnet sind und die Kompensationseinrichtung antiseriell zur Messspule verschaltet ist.Device for analyzing an aqueous sample for the presence of at least one analyte, which has a sample recess (1), a mixing device (2), a concentrating device (3), an excitation device (4) and a measuring device (5) which are arranged around a common longitudinal axis (6), wherein a sample vessel can be arranged in the sample recess (1), wherein the mixing device (2) is set up to generate a first controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample recess (1), wherein the concentrating device (3) is set up to generate a second controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample recess (1), the region of greater magnetic flux density of which is arranged in the region of the measuring device (5), wherein the excitation device (4) is arranged in the region of the sample recess (1) and is set up to generate an excitation field, wherein the measuring device (5) is set up to record values for a time-varying magnetic field and to pass them on to an evaluation unit as a measurement signal and the Evaluation unit is set up to generate an analysis signal from the measurement signal, characterized in that it has a measuring coil as a measuring device (5), which is set up to record values for the time-varying voltage induced in the measuring coil as a measurement signal and that it has at least one coil as a compensation device, which is identical in construction to the measuring coil, wherein the compensation device and the measuring coil are arranged parallel to one another in the same excitation device (4) and the compensation device is connected anti-serially to the measuring coil. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch eine Anordnung von Elektromagneten als Mischeinrichtung (2) und durch eine Steuerungseinheit, die eingerichtet ist, die Elektromagnete nacheinander oder gleichzeitig gesteuert mit Strom zu beaufschlagen.Device according to one of the Claims 1 until 2 , characterized by an arrangement of electromagnets as a mixing device (2) and by a control unit which is arranged to supply the electromagnets with current in a controlled manner one after the other or simultaneously. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch eine Anordnung von Dauermagneten als Mischeinrichtung (2) und durch eine Steuerungseinheit, die eingerichtet ist, die Dauermagnete und die wässrige Probe relativ zueinander zu bewegen.Device according to one of the Claims 1 until 2 , characterized by an arrangement of permanent magnets as a mixing device (2) and by a control unit which is arranged to move the permanent magnets and the aqueous sample relative to one another. Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen mit Strom beaufschlagbaren Elektromagneten als Konzentriereinrichtung (3) aufweist, der verschieblich in dem Gerät gelagert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has an electromagnet as a concentrating device (3) which can be energized and which is displaceably mounted in the device. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass seine Konzentriereinrichtung (3) eine Spulenanordnung aus zumindest einem Spulenpaar baugleicher Spulen mit einem Spulenradius und einer Spulenachse aufweist, wobei die Spulen des zumindest einen Spulenpaars parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Spulen des Spulenpaars mit ihrer Spulenachse orthogonal oder optional parallel zur gemeinsamen Längsachse (6) angeordnet sind, und eine Steuerungseinheit eingerichtet ist, die Spulen des zumindest einen Spulenpaars mit Wechselstrom zu beaufschlagen.Device according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that its concentrating device (3) has a coil arrangement comprising at least one coil pair of identically constructed coils with a coil radius and a coil axis, wherein the coils of the at least one coil pair are arranged parallel to one another, wherein the coils of the coil pair are arranged with their coil axis orthogonal or optionally parallel to the common longitudinal axis (6), and a control unit is set up to supply the coils of the at least one coil pair with alternating current. Gerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Anregungsspule als Anregungseinrichtung (4) aufweist, und das von der Anregungsspule erzeugte Anregungsfeld ein gepulstes Magnetfeld ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has an excitation coil as excitation device (4), and the excitation field generated by the excitation coil is a pulsed magnetic field. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Probenausnehmung (1), Mischeinrichtung (2), Konzentriereinrichtung (3), Anregungseinrichtung (4) und Messeinrichtung (5) ortsfest im Gerät angeordnet sind.Device according to one of the Claims 1 until 3 or 6 until 7 , characterized in that the sample recess (1), mixing device (2), concentrating device (3), excitation device (4) and measuring device (5) are arranged stationary in the device. Verfahren zur Analyse einer wässrigen Probe auf das Vorhandensein zumindest eines Analyten, insbesondere durchführbar unter Verwendung eines Geräts nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit den Schritten a. Befüllen eines Probengefäßes (7), das für den Analyten spezifische magnetische Nanopartikel und einen Messbereich aufweist, mit der wässrigen Probe, und Versiegeln des Probengefäßes (7), b. Mischen der wässrigen Probe durch Anlegen eines ersten gesteuerten zeitlich veränderlichen magnetischen Gradientenfeldes im Bereich des Probengefäßes (7), um eine Probenmischung herzustellen, c. Aufkonzentrieren der magnetischen Nanopartikel aus der Probenmischung im Messbereich des Probengefäßes (7) durch Anlegen eines zweiten gesteuerten zeitlich veränderlichen magnetischen Gradientenfeldes im Bereich des Probengefäßes (7), d. Detektieren des Analyten durch Anlegen eines magnetischen Anregungsfeldes im Messbereich des Probengefäßes (7), um die magnetischen Nanopartikel zu magnetisieren, Aufnehmen der Werte des zeitlich veränderlichen Magnetfeldes der magnetisierten magnetischen Nanopartikel als Messsignal, e. Erzeugen zumindest eines Analysesignals aus dem Messsignal, Vergleichen des Analysesignals der wässrigen Probe mit einem Referenzsignal und bei einem Analysesignal, das vom Referenzsignal abweicht, Anzeigen des Vorhandenseins des Analyten in der wässrigen Probe, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d. Werte für ein zeitlich veränderliches Kompensationsfeld aufgenommen und als Kompensationssignal an eine Auswerteeinheit geleitet werden, und dass in Schritt e. das Analysesignal aus dem Messsignal und dem Kompensationssignal erzeugt wird.Method for analyzing an aqueous sample for the presence of at least one analyte, in particular carryable using a device according to one of the preceding claims, with the steps a. filling a sample vessel (7), which has magnetic nanoparticles specific for the analyte and a measuring range, with the aqueous sample and sealing the sample vessel (7), b. mixing the aqueous sample by applying a first controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample vessel (7) to produce a sample mixture, c. concentrating the magnetic nanoparticles from the sample mixture in the measuring range of the sample vessel (7) by applying a second controlled, time-varying magnetic gradient field in the region of the sample vessel (7), d. detecting the analyte by applying a magnetic excitation field in the measuring range of the sample vessel (7) to magnetize the magnetic nanoparticles, recording the values of the time-varying magnetic field of the magnetized magnetic nanoparticles as a measurement signal, e. Generating at least one analysis signal from the measurement signal, comparing the analysis signal of the aqueous sample with a reference signal and, in the case of an analysis signal that deviates from the reference signal, indicating the presence of the analyte in the aqueous sample, characterized in that in step d. values for a time-varying compensation field are recorded and passed to an evaluation unit as a compensation signal, and that in step e. the analysis signal is generated from the measurement signal and the compensation signal. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Probe von einem Menschen stammt und vor Schritt a. mit einer vorbestimmten Menge einer Pufferlösung, die DNase-Inhibitor, RNase-Inhibitor und/oder Protease-Inhibitor aufweist, gemischt wird, und das Vorhandensein von Analyt in der wässrigen Probe eine Infektion mit einer Krankheit anzeigt.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the aqueous sample is derived from a human and is mixed with a predetermined amount of a buffer solution comprising DNase inhibitor, RNase inhibitor and/or protease inhibitor prior to step a., and the presence of analyte in the aqueous sample indicates infection with a disease. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Probengefäß (7) zusätzliche magnetische Partikel als Mischpartikel aufweist.Method according to one of the Claims 9 until 10 , characterized in that the sample vessel (7) has additional magnetic particles as mixed particles. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c. ein Elektromagnet aus einer ersten Position mit größerer Entfernung zum Messbereich in eine zweite Position mit geringerer Entfernung zum Messbereich bewegt wird und mit Gleichstrom beaufschlagt wird, um ein zweites gesteuertes zeitlich veränderliches magnetisches Gradientenfeld im Bereich des Probengefäßes (7) anzulegen, und nach Schritt c. der Elektromagnet nicht mehr mit Strom beaufschlagt wird und aus der zweiten Position in die erste Position bewegt wird.Method according to one of the Claims 9 until 11 , characterized in that in step c. an electromagnet is moved from a first position at a greater distance from the measuring area to a second position at a smaller distance from the measuring area and is supplied with direct current in order to apply a second controlled time-varying magnetic gradient field in the region of the sample vessel (7), and after step c. the electromagnet is no longer supplied with current and is moved from the second position to the first position. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e. das Analysesignal der wässrigen Probe mit einem Referenzsignal verglichen wird und nur bei einem Analysesignal, das vom Referenzsignal signifikant abweicht, das Vorhandensein des Analyten in der wässrigen Probe angezeigt wird.Method according to one of the Claims 9 until 12 , characterized in that in step e. the analysis signal of the aqueous sample is compared with a reference signal and the presence of the analyte in the aqueous sample is only indicated if the analysis signal deviates significantly from the reference signal. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a. eine Referenzprobe analysiert wird, die magnetische Nanopartikel und keinen Analyten aufweist, wobei die Schritte b. bis e. des Verfahrens durchgeführt werden, und dass nach der Analyse der Referenzprobe die wässrige Probe in Schritt a. in dasselbe Probengefäß (7) gefüllt wird, in der die Referenzprobe enthalten ist, das Probengefäß (7) versiegelt wird und danach die Schritte b. bis e. des Verfahrens erneut ablaufen.Procedure according to Claim 13 , characterized in that before step a. a reference sample is analyzed which has magnetic nanoparticles and no analyte, wherein steps b. to e. of the method are carried out, and that after the analysis of the reference sample the aqueous sample in step a. is filled into the same sample vessel (7) in which the reference sample is contained, the sample vessel (7) is sealed and then steps b. to e. of the method are carried out again. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte Befüllen des Probengefäßes (7) mit der wässrigen Probe bis Anzeigen des Vorhandenseins des Analyten in der wässrigen Probe direkt nacheinander innerhalb von höchstens 30 Minuten erfolgen.Method according to one of the Claims 9 until 13 , characterized in that the steps of filling the sample vessel (7) with the aqueous sample until indicating the presence of the analyte in the aqueous sample are carried out directly one after the other within a maximum of 30 minutes.
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