DE10027119A1 - Vorrichtung und Verfahren zur photolithographischen Belichtung von biologischen Stoffen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur photolithographischen Belichtung von biologischen Stoffen beschrieben, umfassend mindestens eine hochfokussierte Lichtquelle und eine Umlenk- oder Positioniereinheit, die es erlaubt, den Lichtpunkt auf jede Stelle in einem gewissen Bereich gezielt auszurichten. DOLLAR A Die Vorrichtung ist insbesondere zur Belichtung von DNA-PNA- oder Peptid-Chips geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur photolithographischen Belichtung von biologischen Stoffen.

DNA-Chips sind kleinste, meist planare Oberflächen, auf welchen räumlich geordnet eine große Anzahl verschiedener Oligomere (kurze, einsträngige DNA-Moleküle) angebracht sind. Solche Chips werden beispielsweise zur parallelen Erkennung zahlreicher DNA-Sequenzen in einer präparierten Gewebeprobe Verwendet. Dazu benetzt man die Chipoberflä­ che mit einer Lösung von einsträngigen DNA-Stücken aus der Gewebeprobe, worauf sich komplementär passende DNA- Stücke aus der Lösung an die entsprechenden, an die Chip­ oberfläche angebrachten Oligomere anlagern (Hybridisie­ rung). Danach bestimmt man mit einer geeigneten Methode wie z. B. Fluoreszenzmarkierung, an welchen Stellen auf dem Chip eine Hybridisierung stattgefunden hat. Wenn man weiß, wo auf dem Chip welche Oligomere angebracht sind, kann man somit Rückschlüsse auf DNA-Sequenzen in der Ge­ webeprobe machen. Dazu definiert man in der Regel auf der Chip-Trägerfläche ein dichtes rechtwinkliges Raster. Auf jedem Rasterpunkt ist in Form eines kleinen Flecks genau eine Sorte von Oligomer angebracht. Die maximal mögliche Anzahl von verschiedenen DNA-Sequenzen auf dem Chip ist demzufolge gleich der Anzahl der Rasterpunkte. Da man möglichst viele Sorten von Oligomeren auf einen Chip auf­ bringen will, die Chips aber gleichzeitig so klein wie möglich sein sollten, um effektiv hybridisiert werden zu können, ist es ein wichtiges Ziel bei der Herstellung von DNA-Chips, eine möglichst hohe Rasterdichte zu erreichen.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur DNA- Chip Herstellung bekannt.

1) Alle Oligomere werden auf herkömmliche Weise einzeln im Reagenzglas synthetisiert und danach an den vorgesehe­ nen Rasterpunkten auf den Träger aufpipettiert, typi­ scherweise von einer automatischen Mikropipettieranlage. Diese Methode ist sehr aufwendig und teuer, da jedes Oli­ gomer einzeln hergestellt bzw. gekauft und von Hand der Pipettieranlage zugeführt werden muss. Die Rasterdichte ist durch die hohe Winkelungenauigkeit der heute verfüg­ baren, typischerweise piezoelektrischen Mikropipetten stark limitiert.

2) Die Oligomere werden mit Hilfe einer automatischen Mikropipettieranlage direkt auf dem Chip synthetisiert. Auf jedem Rasterpunkt wird die dort vorgesehene Oligomer­ kette Baustein für Baustein (Nukleobasen) aufgebaut. Das chemische Verfahren ist grundsätzlich das selbe wie bei der herkömmlichen Oligomer-Synthese im Reagenzglas. Der Unterschied ist, dass alle Oligomere gleichzeitig, von einer einzigen automatischen Anlage direkt am vorgesehe­ nen Bestimmungsort hergestellt werden. Die bei Methode 1) separaten Arbeitsschritte Oligomer-Synthese und Mikropi­ pettierung werden somit zu einem einheitlichen Arbeits­ schritt zusammengefasst. Diese in situ Synthese läuft normalerweise wie folgt ab: Auf einem vorpräparierten Substrat tropft der Pipettierautomat sequentiell auf je­ dem Rasterpunkt die dort vorgesehene erste Nukleobase auf. Dies ist mechanisch nicht sehr aufwendig, da es nur 4 verschiedene Nukleobasen (C, T, G, A) gibt. Man kann dafür z. B. 4 aneinandergekoppelte Mikropipetten verwen­ den. Nach dem Auftragen des ersten Nukleosidbausteins auf jedem Rasterpunkt wird das Substrat gewaschen und nach einem "Capping Schritt" die Schutzgruppen an den 5'-OH Funktionen entfernt, um die Reaktion mit dem jeweils nachfolgenden Nukleosidbaustein zu ermöglichen. Danach wird an jedem Rasterpunkt die zweite Nukleobase aufpipet­ tiert. Das Substrat wird dann wieder gewaschen und ent­ schützt. Auf diese Weise baut man Schritt für Schritt auf jedem Rasterpunkt die jeweils erforderlichen Oligomerket­ ten auf. Diese Methode ist nicht besonders schnell, da nacheinander auf jedem Rasterpunkt für jede Nukleobase neu pipettiert werden muss. Wie bei Methode 1) ist die Rasterdichte durch die Ungenauigkeit der Mikropipetten beschränkt. Die Ungenauigkeit wirkt sich hier noch schlimmer aus, da jeder Rasterpunkt mehrmals nacheinander auf möglichst identische Weise getroffen werden muss.

3) Die Oligomere werden wie bei 2) direkt auf Träger syn­ thetisiert, die gezielte Anbindung der richtigen Nukleo­ basen an den richtigen Rasterpunkten geschieht jedoch durch eine vollkommen parallele, photolithographische Technik anstelle von sequenziellen, zielgenauen Pipet­ tierschritten. Das Verfahren basiert darauf, dass man mit Licht einer bestimmten Wellenlänge gezielt die 5'-OH Schutzgruppen von Oligonukleotiden entfernen kann. Durch geeignete örtliche Bestrahlungsmuster kann man somit Oli­ gonukleotid-Enden an genau jenen Rasterpunkten reaktions­ fähig machen, an denen man im nächsten Schritt eine neues Nukleosid anbringen will. Bei vollständiger Benetzung der Chipoberfläche mit einer Nukleotidbaustein-Lösung wird somit nur an den vorher belichteten Stellen ein Nukleo­ tidbaustein angebunden, alle unbelichteten Stellen blei­ ben unverändert. Die örtlichen Belichtungsmuster werden erzeugt, indem man eine mikrophotographische schwarz­ weiss Maske zwischen dem Substrat und der Lichtquelle po­ sitioniert, die alle Rasterstellen abdeckt, die nicht re­ aktionsfähig gemacht werden sollen. Die Verlängerung der Oligomer-Ketten auf allen Rasterpunkten um eine Nukleoba­ se geschieht demnach wie folgt: Mit Hilfe einer ersten Maske werden genau jene Rasterpunkte belichtet, welche um die erste der 4 möglichen Sorten von Nukleobasen (z. B. C) erweitert werden müssen. Danach wird der Chip mit einer Lösung des entsprechenden Nukleotidbausteins benetzt, worauf nur die belichteten Punkte um diese Base verlän­ gert werden. Da die neu angebundenen Basen noch alle über eine Schutzgruppe verfügen, werden sie in den folgenden Schritten nicht weiter reagieren, bis ihre Schutzgruppen durch eine weitere Belichtung abgespaltet werden. Nach diesem Reaktionsschritt wird der Chip gewaschen. Nun wer­ den mit Hilfe einer zweiten Maske genau jene Rasterstel­ len belichtet, welche um die zweite der 4 möglichen Sor­ ten von Nukleobasen (z. B. T) erweitert werden müssen. Darauf wird der Chip wiederum mit einer Lösung des ent­ sprechenden Nukleotidbausteins benetzt und die belichte­ ten Stellen dadurch um diese Base verlängert. Genauso verfährt man für die verbleibenden zwei Basen (z. B. G und A). Für die Verlängerung aller Oligomere um eine Nukleo­ base benötigt man demzufolge vier Belichtungsschritte bzw. 4 Photomasken. Diese Methode ist wegen der hohen Parallelität sehr effizient, zudem ist sie wegen der ho­ hen Präzision, die mit Photolithographie erreicht werden kann, geeignet, um sehr hohe Rasterdichten zu erzielen. Allerdings ist die Methode sehr aufwendig und somit teu­ er, da man für die Herstellung einer bestimmten Sorte von Chip zuerst eine große Anzahl von Photomasken erzeugen muss. Bei hohen Rasterdichten werden zudem hohe Anforde­ rungen an die Positionierungsgenauigkeit der Masken wäh­ rend der Belichtung gestellt, die effizient nur durch Verwendung von teuren Apparaturen erfüllt werden können.

4) Es wird dasselbe Verfahren angewandt wie bei 3), nur verwendet man anstelle der großen Zahl von photographi­ schen Masken eine einzige, transmissive Flüssigkristall­ anzeige, die elektronisch angesteuert wird und als dyna­ mische Maske dient. Diese Methode ist einfach und billig, da keine photographischen Masken erzeugt werden müssen und das Positionierungsproblem entfällt. Ein mögliches Problem dieser Methode ist der limitierte optische Kon­ trast der heute verfügbaren Flüssigkristallanzeigen. Das Lichtintensitätsverhältnis zwischen belichteten und abge­ deckten Punkten wird dadurch reduziert, was eine Ausbeu­ teverminderung bei der Oligomersynthese zur Folge haben kann. Außerdem liegt bei den meisten heute verfügbaren LCDs die Lichtausbeute unter 50% und ist zudem meistens auf das sichtbare Licht optimiert. Viele LCDs absorbieren z. B. im für die Synthese besonders interessanten UV- Bereich deutlich stärker als im sichtbaren Bereich.

5) Man synthetisiert die Chips wie bei 3) und 4) nach dem photolithographischen Verfahren, erzeugt ein bestimmtes Belichtungsmuster auf dem Substrat jedoch nicht durch ge­ zielte Abdeckung von Rasterpunkten mit Hilfe einer stati­ schen oder dynamischen Maske, sondern indem man individu­ ell jedem zu belichtenden Rasterpunkt das Licht direkt über einen optischen Lichtleiter zuführt. Über jedem Ras­ terpunkt wird das Ende einer optischen Lichtleiterfaser so angebracht, dass bei Lichteinkopplung in die Faser das am Ende austretendes Licht genau den entsprechenden Ras­ terpunkt beleuchtet. Es wird also ein Faserbündel verwen­ det, das aus genau so vielen Lichtleiterfasern besteht wie Rasterpunkte vorgesehen sind. Beliebige Belichtungs­ muster werden erzeugt, indem man jeder einzelnen Faser gezielt Licht einkoppelt oder nicht. Diese gezielte und unabhängige Lichteinkopplung in die einzelnen Lichtlei­ terfasern kann z. B. durch Leuchtdioden oder durch kommer­ ziell erhältliche, elektrisch gesteuerte optische Schal­ ter und einer Lichtquelle bewerkstelligt werden. Für jede Lichtleiterfaser wird dabei eine eigene, individuell an­ steuerbare Leuchtdiode bzw. Schalter benötigt.

Der große Vorteil dieser Methode gegenüber Methode 4) ist der sehr hohe, (theoretisch unendliche) Kontrast, der er­ zielt werden kann, was eine deutliche Verbesserung der Syntheseausbeute ermöglicht. Es ist zudem eine sehr hohe Lichtausbeute möglich, da es heute zu allen wichtigen Wellenlängenbereichen Lichtleiterfasern gibt, welche im entsprechenden Wellenlängenbereich nur sehr schwach ab­ sorbieren. Der Nachteil der Methode ist, dass es sich so­ wohl bei den Leuchtdioden wie auch bei den optischen Schaltern um diskrete Bauteile einer gewissen Größe han­ delt. Da für die Synthese von Chips hoher Dichte eine große Zahl solcher Bauteile benötigt wird (für jeden Ras­ terpunkt ein Bauteil), kann in solchen Fällen die Steuer­ einheit eines solchen Systems sehr groß werden, was dazu führt, dass das System wegen seiner Größe in typischen Biochemielabors nicht problemlos eingesetzt werden kann.

6) Man synthetisiert die Chips wie bei 3), 4) und 5) nach dem photolithographischen Verfahren, belichtet hier aber die einzelnen Rasterpunkte mit Hilfe von Reflexion an kleinen Spiegeln.

Dafür wird ein spezieller Typ von Siliziumchip verwendet, der kommerziell für die Verwendung in Videoprojektoren hergestellt wird. Es handelt sich bei diesem Chip um eine kleine (einige Quadratzentimeter große) Siliziumoberflä­ che, auf dem in einem rechtwinklige Raster eine große Zahl (z. B. 800 × 600) mikroskopisch kleiner, rechteckiger (z. B. 16 um × 16 um) Aluminiumspiegel angebracht sind. Je­ der der Spiegel ist bezüglich seiner Diagonalachse beweg­ lich gelagert und kann in zwei stabile Positionen A und B gekippt werden, die sich um einige Winkelgrade unter­ scheiden. Welcher der Spiegel sich in welcher der beiden Positionen befindet, kann durch elektronische Signale an den Chipeingängen beliebig eingestellt werden. So ein Mikrospiegel-Chip ("micromirror device") wird zusammen mit einer Lichtquelle, einer Optik und der zu belichten­ den Array-Oberfläche so angeordnet, dass jeder der Spie­ gel das reflektierte Licht in der Position A auf das Ar­ ray wirft und in der Position B auf eine Lichtschluckende Fläche neben dem Array. Dabei gehört zu jeder Rasterposi­ tion auf dem zu belichtenden Array genau ein Spiegel, welcher Licht genau auf diese Rasterposition reflektiert, falls er sich in Position A befindet.

Diese Methode ist vergleichbar mit der Methode 4), nur dass für die Lichtmustererzeugung statt einer transmissi­ ven dynamischen Maske ein reflektives dynamisches Licht­ ablenkungsbauteil verwendet wird. Das System ist ähnlich einfach und klein wie jenes mit LCDs, kann aber einen hö­ heren Kontrast und eine höhere Lichtausbeute über einen größeren Wellenlängenbereich erreichen. Dies kann sich auf die Qualität des synthetisierten DNA-Arrays sehr vor­ teilhaft auswirken. Allerdings kommt auch diese Methode in Sachen Kontrast und Lichtausbeute beiweitem nicht an Methode 5) heran. Der Kontrast wird durch die nicht völ­ lig unterdrückbaren parasitären Streulichteffekte vermin­ dert. Die Lichtausbeute ist nicht maximal, weil die Spie­ gel einen gewissen Teil des Lichts absorbieren und weil der Füllfaktor der heute verfügbaren Mikrospiegelchips unter 90% liegt. Das kommt daher, dass sich aus herstel­ lungstechnischen Gründen zwischen den einzelnen Spiegeln recht große Lücken befinden (gesamthaft über 10% der Chipfläche), wo kein Licht reflektiert wird.

Diese Methoden nach dem Stand der Technik weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Die beiden attraktivsten Metho­ den, um günstig und flexibel DNA-Arrays hoher Rasterdich­ te herzustellen, sind die Methode mit den Lichtleitern und die Methode mit dem Mikrospiegel-Chip. Die Methode mit den Lichtleitern erlaubt einen extrem hohen Kontrast in einem weiten Wellenlängenbereich und somit eine hohe Qualität des DNA-Arrays. Die Methode mit den Mirkospie­ geln ist sehr einfach und mit einer kleinen Apparatur re­ alisierbar und erlaubt einen recht hohen Kontrast in ei­ nem weiten Wellenlängenbereich. Allerdings erreicht sie nicht den Kontrast, der mit Lichtleitern möglich ist und die Leistung der Lichtquelle wird auf die ganze Array Fläche verteilt. Die maximale Lichtleistung mit der heute erhältliche Mikrospiegel belichtet werden dürfen ist au­ ßerdem beschränkt. Die Methode mit den Lichtleitern wie­ derum benötigt eine aufwendige und für viele Labors unter Umständen zu große Apparatur.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet, d. h. den hohen Kontrast der Lichtleiter-Methode mit der Einfachheit und Kompaktheit der Mikrospiegel-Methode kombiniert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines weiteren Verfahrens zur photolithographischen Belichtung biologischer Stoffe.

Die Aufgabe wird durch die gekennzeichneten Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Vor­ richtung zur photolithographischen Belichtung von biolo­ gischen Stoffen umfassend mindestens eine hochfokussierte Lichtquelle und eine Umlenk- oder Positioniereinheit, wo­ bei diese den Lichtpunkt auf jede Stelle in einem defi­ nierten Bereich gezielt ausrichtet.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist dabei, dass die Lichtquelle ein Laser, eine Leuchtdiode, eine Metalldampflampe, eine Gasentladungslampe, eine Gasanregungslampe, eine Glühfa­ denlampe oder eine Lichtbogenlampe ist und wobei gegebe­ nenfalls eine Fokussiereinrichtung vorgesehen ist.

Weiterhin ist bevorzugt, dass die Lichtquelle ein solches Spektrum von Wellenlängen zwischen 280 nm und 400 nm emit­ tiert, welches die Entschützung von Nukleotiden, Nukleo­ tidanaloga und Peptid-Nukleinsäure Bausteinen zur Ketten­ verlängerung und zum Aufbau von Oligomeren bewirkt.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ferner, dass die Lichtquel­ le elektronisch an- und ausschaltbar ist und/oder der Lichtpunkt mittels einer elektronisch ansteuerbaren Blen­ de zurückhaltbar ist.

Bevorzugt ist ferner, dass zur Ausrichtung des Lichtpunk­ tes ein elektronisch ansteuerbares Spiegelsystem vorgese­ hen ist.

Außerdem ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass zur Ausrich­ tung des Lichtpunktes ein elektronisches x-y- Positioniersystem vorgesehen ist, mittels dessen die Lichtquelle und/oder der Lichtpunkt gegenüber den zu be­ lichtenden Stoffen bewegbar ist.

Bevorzugt ist erfindungsgemäß auch, dass zur Ausrichtung des Lichtpunktes ein elektronisches x-y-Positioniersystem vorgesehen ist, mit dessen die zu belichtenden Stoffe ge­ genüber der Lichtquelle und/oder des Lichtpunktes beweg­ bar sind.

Besonders bevorzugt ist es, dass die zu belichtenden Stoffe auf einem Träger angeordnet sind.

Insbesondere ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Träger ein DNA-Chip, ein PNA-Chip oder ein Peptid-Chip ist.

Weiterhin ist bevorzugt, dass die zu belichtenden Stoffe in einer Kammer angeordnet sind, in die durch weitere Vorrichtungen die zur DNA oder PNA Synthese notwendigen Lösungen und/oder Reagenzien heranführbar sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur photolithographischen Belichtung von biologischen Proben, wobei man diese Stoffe auf einer Oberfläche anordnet und mittels Licht belichtet, welches aus einer hochfokussierte Lichtquelle stammt und welches man mittels einer Umlenk- oder Positioniereinheit gezielt auf jede beliebige Stelle in einem definierten Bereich der biologischen Probe ausrichtet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Ver­ fahren, nämlich zur Belichtung von DNA- oder PNA-Chips, wobei man Licht der Wellenlängen verwendet, welches die Entschützung von Nukleotiden, Nukleotidanaloga und Pep­ tid-Nukleinsäurebausteinen zur Kettenverlängerung und zum Aufbau von Oligomeren bewirkt und dass man mittels einer Umlenk- oder Positioniereinheit gezielt Licht, welches aus einer hochfokussierte Lichtquelle stammt, auf eine beliebige Stelle des DNA- oder PNA-Chips ausrichtet und dass man die Festphase, auf welcher die Oligomersynthese stattfindet, in einer Kammer anordnet, in die man durch weitere Vorrichtungen die zur DNA oder PNA Synthese not­ wendigen Lösungen und/oder Reagenzien an diese Festphase heranführt.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, dass man nach erfolgter Oligomerisierung auf den DNA- oder PNA-Chips weiterhin die nachfolgenden Hybridisierungen mit einer Ziel-DNA durchführt.

Weiterhin ist bevorzugt, dass man zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine oben beschriebene er­ findungsgemäße Vorrichtung verwendet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine einfa­ che, platzsparende und preiswerte photolithographische Herstellung von DNA-Chips hoher Rasterdichte in einer viel besseren Qualität, als bisher mit bekannten Vorrich­ tungen möglich war. Der Grund dafür ist, dass die völlig neuartige Verwendung eines scharf gebündelten Lichtpunk­ tes höhere Intensitäten und damit höhere Ausbeuten ermög­ licht, als dies mit den bisher verwendeten, ähnlich platzsparenden und preiswerten Systemen möglich war.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren lösen die gestellte Aufgabe auf völlig neuartige Art und Weise durch Kombination kommerziell erhältlicher Komponenten. Es ermöglicht die billige Herstellung von DNA-Chips in einer Qualität, wie sie vorher nicht möglich war.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ei­ ne Vorrichtung zur photolithographischen Belichtung von biologischen Stoffen geschaffen wird, umfassend mindes­ tens einer hochfokussierten Lichtquelle und einer Umlenk- oder Positioniereinheit, die es erlaubt, den Lichtpunkt auf jede Stelle des Arrays gezielt auszurichten. Damit ist es möglich jede Stelle des Arrays unabhängig von den anderen Stellen intensiv zu belichten.

Bevorzugt ist es, dass die Lichtquelle ein Laser, eine Leuchtdiode, eine Metalldampflampe, eine Gasentladungs­ lampe, eine Gasanregungslampe, eine Glühfadenlampe oder eine Lichtbogenlampe ist, die jeweils mit einer geeigne­ ten Fokussierungsoptik versehen ist.

Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die Lichtquelle Licht in einem Wellenlängenbereich aussendet, das geeig­ net zur Entschützung von Nukleotiden, Nukleotidanaloga und Peptid-Nukleinsäurebausteinen zur Kettenverlängerung und zum Aufbau von Oligomeren ist.

Bevorzugt ist auch die Möglichkeit die Lichtquelle elekt­ ronisch an und aus zu schalten oder das Lichtbündel mit einer elektronisch ansteuerbaren Blende zurückzuhalten.

Bevorzugt für die Ausrichtung des Lichtbündels auf dem Array ist ein Spiegelsystem, welches elektronisch ansteu­ erbar ist, oder ein elektronisches x-y-Positioniersystem mit dem die Lichtquelle gegenüber dem Array oder das Ar­ ray gegenüber der Lichtquelle bewegt werden kann, oder eine Kombination des genannten.

Bevorzugt ist es auch, dass zu belichtende biologischen Stoffe auf einem Träger angeordnet sind, wobei dieser Träger ein DNA-Chip, ein PNA-Chip oder ein Peptid-Chip ist.

Besonders bevorzugt ist es, dass der Träger, auf welchem die Oligomersynthese stattfindet, in einer Kammer ange­ ordnet ist, in die durch weitere Vorrichtungen die zur DNA oder PNA Synthese notwendigen Lösungen und/oder Rea­ genzien heranführbar sind.

Das grundlegende Konzept der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung und des Verfahrens besteht darin, dass man für die Erzeugung bestimmter Belichtungsmuster auf der Träger­ oberfläche ein hochfokussiertes Lichtbündel und eine ge­ eignete Umlenk- oder Positioniereinrichtung benutzt, die es erlaubt jeden Punkt des Arrays gezielt zu belichten.

Typischerweise wird das Lichtbündel mit kleinen Schritten in Zeilen über das Array geführt und durch Ein- und Aus­ schalten der Lichtquelle oder durch abblenden oder durch Steuern der Verweildauer ein Belichtungsmuster erzeugt, welches die Herstellung der üblichen, rasterförmigen DNA- Chips ermöglicht.

In der Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer ersten Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung darge­ stellt. Das Licht wird in der Lichtquelle 1 erzeugt, wel­ che über eine Fokussiereinrichtung verfügt. Über den Shutter 2 kann die Lichtquelle ein- und ausgeblendet wer­ den, um die einzelnen Belichtungsvorgänge nach vorheriger Positionierung mittels des Spiegels 3 und/oder der Posi­ tioniereinheit 5 gezielt auf bestimmten Punkten der in der Reaktionskammer 4 angeordneten biologischen Probe durchzuführen. Die Probe in der Reaktionskammer kann mit­ tels des DNA Synthesizers mit Reagenzlösungen und der­ gleichen beschickt werden. Die gesamte Vorrichtung und der Verfahrensablauf werden mittels eines Computers 7 ge­ regelt und überwacht.

Dem Fachmann ist klar, wie die einzelnen Bauteile in ei­ ner erfindungsgemäßen Vorrichtung anzuordnen sind. Auch die entsprechende Programmierung der Steuerung mittels Computerprogrammen ist den Fachmann an sich bekannt.

Bezugszeichenliste

1

Laser mit Fokussieroptik

2

Computer gesteuerter Shutter

3

Umlenkspiegel mit Computer gesteuerter Positionierein­ heit

4

Reaktionskammer

5

Computer gesteuerte Positioniereinheit

6

DNA Synthesizer zur Reagenzienhandhabung

7

Steuercomputer

Claims (14)

1. Vorrichtung zur photolithographischen Belichtung von biologischen Stoffen umfassend mindestens eine hoch­ fokussierte Lichtquelle und eine Umlenk- oder Positi­ oniereinheit, wobei diese den Lichtpunkt auf jede Stelle in einem definierten Bereich gezielt ausrich­ tet.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle ein Laser, eine Leuchtdiode, ei­ ne Metalldampflampe, eine Gasentladungslampe, eine Gasanregungslampe, eine Glühfadenlampe oder eine Lichtbogenlampe ist und wobei gegebenenfalls eine Fo­ kussiereinrichtung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle ein sol­ ches Spektrum von Wellenlängen zwischen 280 nm und 400 nm emittiert, welches die Entschützung von Nukleo­ tiden, Nukleotidanaloga und Peptid-Nukleinsäure Bau­ steinen zur Kettenverlängerung und zum Aufbau von Oligomeren bewirkt.

4. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle elektro­ nisch an- und ausschaltbar ist und/oder der Licht­ punkt mittels einer elektronisch ansteuerbaren Blende zurückhaltbar ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausrichtung des Lichtpunktes ein elektronisch ansteuerbares Spiegel­ system vorgesehen ist.

6. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausrichtung des Lichtpunktes ein elektronisches x-y-Positioniersystem vorgesehen ist, mittels dessen die Lichtquelle und/oder der Lichtpunkt gegenüber den zu belichtenden Stoffen bewegbar ist.

7. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausrichtung des Lichtpunktes ein elektronisches x-y-Positioniersystem vorgesehen ist, mit dessen die zu belichtenden Stoffe gegenüber der Lichtquelle und/oder des Lichtpunktes bewegbar sind.

8. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu belichtenden Stoffe auf einem Träger angeordnet sind.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein DNA-Chip, ein PNA-Chip oder ein Peptid-Chip ist.

10. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu belichtenden Stoffe in einer Kammer angeordnet sind, in die durch weitere Vorrichtungen die zur DNA oder PNA Synthese notwendigen Lösungen und/oder Reagenzien heranführbar sind.

11. Verfahren zur photolithographischen Belichtung von biologischen Proben, wobei man diese Stoffe auf einer Oberfläche anordnet und mittels Licht belichtet, wel­ ches aus einer hochfokussierte Lichtquelle stammt und welches man mittels einer Umlenk- oder Positionier­ einheit gezielt auf jede beliebige Stelle in einem definierten Bereich der biologischen Probe ausrich­ tet.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, nämlich zur Belichtung von DNA- oder PNA-Chips, dadurch gekennzeichnet, dass man Licht der Wellenlängen verwendet, welches die Entschützung von Nukleotiden, Nukleotidanaloga und Peptid-Nukleinsäurebausteinen zur Kettenverlängerung und zum Aufbau von Oligomeren bewirkt und dass man mittels einer Umlenk- oder Positioniereinheit gezielt Licht, welches aus einer hochfokussierte Lichtquelle stammt, auf eine beliebige Stelle des DNA- oder PNA = Chips ausrichtet und dass man die Festphase, auf wel­ cher die Oligomersynthese stattfindet, in einer Kam­ mer anordnet, in die man durch weitere Vorrichtungen die zur DNA oder PNA Synthese notwendigen Lösungen und/oder Reagenzien an diese Festphase heranführt.

13. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man nach erfolgter Oligomerisierung auf den DNA- oder PNA-Chips weiterhin die nachfolgenden Hybridi­ sierungen mit einer Ziel-DNA durchführt.

14. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Durchführung des Verfahrens eine Vor­ richtung gemäß Anspruch 1 bis 10 verwendet.