DE10041809A1 - Arrays of immobilized biomolecules, their manufacture and use - Google Patents

Arrays of immobilized biomolecules, their manufacture and use

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    • C12Q1/6816Hybridisation assays characterised by the detection means
    • C12Q1/682Signal amplification

Abstract

The invention relates to arrays of immobilised biomolecules, coupled by means of coupling groups, preferably quinone, to a carbonaceous support surface. The carbonaceous surface comprises at least one polymer based on cycloolefins, or may be obtained whereby a glass, metal or ceramic surface is treated with an aqueous solution of at least one carbon-containing compound which may be hydrolysed and the surface subjected to thermal treatment. Anthraquinone and polycycloolefin surfaces based on norbornene are preferably used, or surfaces silanised with hydrophobic residues according to the sol-gel technique. The advantages of said arrays lie above all in the quality thereof, in particular with relation to the homogeneity and reproducibility with which the biomolecules are immobilised. The invention further relates to methods for the immobilisation of biomolecules and the use of the arrays for diagnostic purposes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Arrays immobilisierter Biomoleküle auf kohlenstoffhalti­ gen Oberflächen, deren Herstellung und Verwendung. Ebenfalls betrifft die vorliegende Erfindung Vorrichtungen auf Basis der Arrays, insbesondere Chips und Dipsticks sowie Träger mit strukturierter Oberfläche zur gezielten Immobilisierung von Biomolekülen.The present invention relates to arrays of immobilized biomolecules on carbon-containing gen surfaces, their manufacture and use. Also relates to the present Invention devices based on arrays, in particular chips and dipsticks as well Carrier with structured surface for the targeted immobilization of biomolecules.

Mit der zunehmenden praktischen Bedeutung der molekularbiologischen Analytik stoßen die mit einem sehr hohen Arbeits- und Kostenaufwand verknüpften, oft Tage oder Wochen dauernden etablierten Standardtechniken an Grenzen. Neue Testformate wie Biochips sollen eine enorme Zeit und Kostenersparnis ermöglichen. Da mit dieser Technik sehr viele verschiedene auf engstem Raum immobilisierte Substanzen gleichzeitig mit einer einzigen zu analysierenden Probe in Kontakt gebracht werden können, ist der pro Messung aus einem Chip gewonnene Informationsgehalt sehr hoch.Come across with the increasing practical importance of molecular biological analysis those associated with a very high workload and cost, often days or Weeks of established standard techniques at the limits. New test formats such as Biochips should enable enormous time and cost savings. As with this technique many different substances immobilized in a very small space at the same time can be brought into contact with a single sample to be analyzed is the pro Measurement of information content obtained from a chip is very high.

Eine Übersicht über die bekanntesten Biochip-Systeme wird von Bowtell D. D. L. nature genetics supplement 21 (1999) 25-32 gegeben.An overview of the most popular biochip systems is given by Bowtell D. D. L. nature genetics supplement 21 (1999) 25-32.

Ein typisches Beispiel eines sogenannten "high density array" ist der GeneChip von Affymetrix, ein Oligonukleotidarray mit typischerweise über 400 verschiedenen Capture Probes, die Base für Base auf dem Glaswafer aufgebaut werden. Die Chips zeichnen sich durch eine sehr hohe Informationsdichte von bis zu 40.000 Oligonukleotiden/cm2 aus. Die einzelnen "Spots" sind rechteckig. Die Spotflächen sind allerdings nicht homogen und vor allem an den Rändern ist oft eine schlechte Hybridisierung zu beobachten (vgl. auch US 5,744,305; US 5,800,922; US 5,445,934; US 5,795,716).A typical example of a so-called "high density array" is the GeneChip from Affymetrix, an oligonucleotide array with typically more than 400 different capture probes, which are built up base by base on the glass wafer. The chips are characterized by a very high information density of up to 40,000 oligonucleotides / cm 2 . The individual "spots" are rectangular. However, the spot areas are not homogeneous and poor hybridization can often be observed, especially at the edges (cf. also US Pat. No. 5,744,305; US Pat. No. 5,800,922; US Pat. No. 5,445,934; US Pat. No. 5,795,716).

"Low Density Arrays" sind beispielsweise von Genometrix erhältlich. Maximal 250 Spots von 50 µm Durchmesser werden mit einem Kapillar-Pin-Bündel aus bis zu 1000 Einzel­ kapillaren in die Kavitäten einer 96-er Mikrotiterplatte gedruckt. Zur Ankopplung an die Oberfläche werden konventionelle Techniken verwendet, denen insbesondere Aminosila­ nisierungen und NHS-aktivierte Haptene, epoxyaktivierte Oberflächen, Carbodiimidkopp­ lungen an Carboxylgruppen sowie Biotin/Streptavidin-Bindungen zugrunde liegen (vgl. WO 97118226; EP 0910570 A1; WO 98/29736).For example, "Low Density Arrays" are available from Genometrix. Maximum of 250 spots 50 µm in diameter are made up of up to 1000 individual pins with a capillary pin bundle capillaries are printed in the cavities of a 96-well microtiter plate. For coupling to the Conventional surface techniques are used, in particular Aminosila nizations and NHS-activated haptens, epoxy-activated surfaces, carbodiimide coupling lungs to carboxyl groups as well as biotin / streptavidin bonds are based (cf. WO 97118226; EP 0910570 A1; WO 98/29736).

Die Qualität dieser Biochips reicht für einen zufriedenstellenden Einsatz insbesondere in der medizinischen Diagnostik allerdings nicht aus. Diese hat verschiedene Gründe. The quality of these biochips is sufficient for satisfactory use, especially in medical diagnostics, however, are not enough. There are various reasons for this.

Beispielsweise werfen die üblicherweise verwendeten Trägermaterialien Probleme auf. Glasoberflächen erfordern zunächst Silanisierungen. Dazu werden Lösungen von Silanen in aprotischen Lösungsmitteln auf die Glasoberflächen aufgetragen. Die auf der Oberflä­ che vorhandenen OH-Gruppen hydrolysieren die Silane, welche dann unter Ausbildung eines Netzwerks kondensieren. Derartige Beschichtungen sind im allgemeinen sehr inhomogen und wenig reproduzierbar und hängen darüber hinaus stark von der Vorbe­ handlung der Glasoberfläche ab. Nachteilig an Membranen oder Gelen sind die häufig auftretenden Diffusionsprobleme und vor allem bei Nylon-Membranen eine hohe Hinter­ grundfluoreszenz. Für Kunststoffe fehlen meist koppelbare funktionelle Gruppen. Lediglich Polystyrol hat eine gewisse Bedeutung für die Adsorption von Proteinen.For example, the carrier materials commonly used pose problems. Glass surfaces first require silanization. These are solutions of silanes applied to the glass surfaces in aprotic solvents. The on the surface Any OH groups that are present hydrolyze the silanes, which then undergo formation condense a network. Such coatings are generally very inhomogeneous and not very reproducible and also depend heavily on the priorities treatment of the glass surface. They are often a disadvantage of membranes or gels occurring diffusion problems and especially with nylon membranes a high rear basic fluorescence. For plastics, there are usually no functional groups that can be coupled. Only Polystyrene is of some importance for the adsorption of proteins.

Auch die Kopplung von Biomolekülen an die Oberfläche ist kritisch. Werden die Biomole­ küle strukturiert aufgebracht, hat die Verdunstung der winzigen Flüssigkeitsmengen einen starken Einfluß auf die Spotqualität. Durch den Trocknungsprozeß kommt es zu starken Konzentrationsunterschieden innerhalb eines Spots. Die sehr kurzen Reaktionszeiten von oft nur wenigen Sekunden reichen meist nicht für eine vollständige homogene Absätti­ gung der Oberfläche mit Biomolekülen aus. Die Inhomogenitäten der Spots und die mangelnde Ausrichtung der Biomoleküle führt in fast allen Fällen zu hohen Variations­ koeffizienten und einem niedrigen dynamischen Meßbereich.The coupling of biomolecules to the surface is also critical. Will the Biomole When applied in a structured manner, the evaporation of the tiny amounts of liquid has a positive effect strong influence on the spot quality. The drying process leads to strong Differences in concentration within a spot. The very short response times of often only a few seconds are usually not enough for a completely homogeneous saturation the surface with biomolecules. The inhomogeneities of the spots and the A lack of alignment of the biomolecules leads to high variations in almost all cases coefficient and a low dynamic measuring range.

Eine unabhängige Kontrolle der Biochip-Qualität oder ein Vergleich verschiedener Systeme wäre wünschenswert. Zwar sind in der Regel verschiedene Kontrollspots in die meisten erhältlichen Arrays integriert. Diese erlauben aber lediglich eine Aussage darüber, ob Probenvorbereitung und Inkubation erfolgreich waren und ob alle nötigen Reagenzien zugesetzt wurden. Eine Bewertung der Ergebnisse und eine Plausibili­ tätsprüfung wird dem Benutzter überlassen. Einheitliche Standards über Qualitätsmerk­ male von Biochip-Arrays fehlen.An independent control of the biochip quality or a comparison of different ones Systems would be desirable. There are usually different control spots in the Integrated in most of the available arrays. However, these only allow a statement whether the sample preparation and incubation were successful and whether all of them are necessary Reagents were added. An evaluation of the results and a plausibility The user is responsible for checking the validity. Uniform standards of quality times are missing from biochip arrays.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, qualitativ hochwertige Biochips mit homogen und reproduzierbar aufgebrachten Biomolekülen zur Verfügung zu stellen.The present invention is therefore based on the technical problem, qualitative high-quality biochips with homogeneously and reproducibly applied biomolecules for To make available.

Zur Lösung dieses Problems schlägt die Erfindung vor, die Biomoleküle an eine kohlen­ stoffhaltige Oberfläche zu koppeln, die entweder auf Polycycloolefinen basiert oder durch ein bestimmtes Hydrophobisierungs-Verfahren erhältlich ist. To solve this problem, the invention proposes the biomolecules to a carbon to couple substance-containing surface, which is either based on polycycloolefins or through a certain hydrophobization process is available.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Arrays immobilisierter Biomoleküle, die an eine kohlenstoffhaltige Trägeroberfläche gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltige Oberfläche wenigstens ein Polymer auf Cycloolefin-Basis enthält oder erhältlich ist dadurch, daß man eine Glas- oder Metalloberfläche mit einer wässrigen Lösung wenigstens einer hydrolysierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindung behandelt und die Oberfläche erwärmt.The present invention therefore relates to arrays of immobilized biomolecules, which are coupled to a carbon-containing carrier surface, characterized in that that the carbonaceous surface is at least one polymer based on cycloolefin contains or is obtainable by having a glass or metal surface with a aqueous solution of at least one hydrolyzable carbon-containing compound treated and heated the surface.

Mit der Erfindung sind zahlreiche Vorteile verbunden:
Die erzeugten Arrays sind sehr robust und besitzen gute Lagereigenschaften. Die Arrays lassen sich verkapseln und/oder in automatische Analysengeräte integrieren. Als Spot immobilisierte Biomoleküle weisen eine gleichmäßige Beschichtung auf, d. h. sie sind homogen, insbesondere werden "Kaffeefleckformen" vermieden. Für Oligonukleotidarrays werden gute Diskriminierungsraten erzielt und ein hoher dynamischer Bereich für Hybridisierungsexperimente von <104 zur Verfügung gestellt. Intra- und Interarray-Variationen sind gering. So kann eine Intraassay-Varianz von weniger als 7% und eine Interassay-Varianz von weniger als 12% erzielt werden. Damit wird der Einsatz der Arrays im diagnostisch/analytischen Bereich ermöglicht.
The invention has numerous advantages:
The arrays generated are very robust and have good storage properties. The arrays can be encapsulated and / or integrated into automatic analysis devices. Biomolecules immobilized as spots have a uniform coating, ie they are homogeneous, in particular "coffee stain shapes" are avoided. Good discrimination rates are achieved for oligonucleotide arrays and a high dynamic range for hybridization experiments of <10 4 is made available. Intra- and inter-array variations are small. In this way, an intraassay variance of less than 7% and an interassay variance of less than 12% can be achieved. This enables the arrays to be used in the diagnostic / analytical area.

Der Begriff "Array" bezeichnet eine Anordnung definierter Plätze, insbesondere eine örtliche Zuordnung bestimmter Substanzen zu definierten Plätzen, wobei verschiedenen Plätzen gleiche oder unterschiedliche Substanzen zugeordnet sein können. Ein definierter Platz entspricht einer bestimmten Fläche, deren Wert einer Intraassay-Varianz von vorteilhafterweise weniger als 15%, vorzugsweise von weniger als 7% bzw. einer Interas­ say-Varianz von vorteilhafterweise weniger als 20%, vorzugsweise von weniger als 15% und insbesondere von weniger als 10% unterliegt, wenn man zwei Flächen miteinander vergleicht. Einem Platz ist in der Regel eine Substanzart zugeordnet, wobei allerdings auch denkbar ist, Gemische aus zwei oder mehreren Substanzarten einem Platz zuzu­ ordnen. Bevorzugt sind zweidimensionale Arrays. Die Plätze bilden zweckmäßigerweise ein regelmäßiges zweidimensionales Muster von Feldern. Innerhalb eines Arrays können jeder Substanzart bzw. jeder Art von Substanzgemisch ein Feld oder mehrere Felder zugeordnet werden.The term "array" denotes an arrangement of defined places, in particular one local assignment of certain substances to defined places, with different The same or different substances can be assigned to places. A defined one Place corresponds to a certain area, the value of which has an intraassay variance of advantageously less than 15%, preferably less than 7% or an interas say variance of advantageously less than 20%, preferably less than 15% and in particular less than 10% when one faces one another compares. A type of substance is usually assigned to a place, although it is also conceivable to add mixtures of two or more types of substances to one place organize. Two-dimensional arrays are preferred. The places form expediently a regular two-dimensional pattern of fields. Within an array, each type of substance or each type of substance mixture has one or more fields be assigned.

Der Begriff "Biochip" bezeichnet einen Array von Biomolekülen, die auf einem festen Träger kovalent, adsorptiv oder über andere physikalisch/chemische Wechselwirkungen immobilisiert sind. The term "biochip" refers to an array of biomolecules that are on a solid Carrier covalently, adsorptively or via other physical / chemical interactions are immobilized.

Der Begriff "Biomoleküle" bezeichnet beliebige biochemische und biologische Substan­ zen, sowohl einzelne Moleküle als auch mehrere miteinander wechselwirkende Moleküle. Zu nennen sind beispielsweise:
The term "biomolecules" denotes any biochemical and biological substances, both individual molecules and several molecules that interact with one another. Examples include:

  • - Nukleinsäuren, insbesondere Oligonukleinsäuren, z. B. einzel- und/oder doppelsträn­ gige, lineare, verzweigte oder circuläre DNA, cDNA, RNA, PNA (Peptide Nucleic Acid), LNA (Locked Nucleic Acid), PSNA (Phosphothioate Nucleic Acid);- Nucleic acids, especially oligonucleic acids, e.g. B. single and / or double strands gige, linear, branched or circular DNA, cDNA, RNA, PNA (Peptide Nucleic Acid), LNA (Locked Nucleic Acid), PSNA (Phosphothioate Nucleic Acid);
  • - Antikörper, insbesondere humane, tierische, polyklonale, monoklonale, rekombinante, Antikörperfragmente, z. B. Fab, Fab', F(ab)2, synthetische;- Antibodies, in particular human, animal, polyclonal, monoclonal, recombinant, antibody fragments, e.g. B. Fab, Fab ', F (ab) 2 , synthetic;
  • - Proteine, z. B. Allergene, Inhibitoren, Rezeptoren;- proteins, e.g. B. allergens, inhibitors, receptors;
  • - Enzyme, z. B. Peroxidasen, Alkalische-Phosphatasen, Glukose-Oxidase, Nukleasen;- enzymes, e.g. B. peroxidases, alkaline phosphatases, glucose oxidase, nucleases;
  • - kleine Moleküle (Haptene), z. B. Pestizide, Hormone, Antibiotika, Pharmaka, Farbstof­ fe, synthetische Rezeptoren, Rezeptorliganden.- small molecules (haptens), e.g. B. pesticides, hormones, antibiotics, pharmaceuticals, dyes fe, synthetic receptors, receptor ligands.

Einem weiteren Aspekt zufolge definiert der Begriff "Biomolekül" die Fähigkeit einer Substanz, mit einer biologischen Probe bzw. einem Teil davon, insbesondere dem Analyt, in eine bestimmte analytische Wechselwirkung treten zu können.According to another aspect, the term "biomolecule" defines the ability of a Substance, with a biological sample or part thereof, in particular the analyte, to be able to enter into a certain analytical interaction.

Einem besonderen Aspekt zufolge ist ein bestimmter Typ von Biomolekül als Ligand zu bezeichnen. Liganden wechselwirken mit und insbesondere binden sie - vorzugsweise spezifisch - an bestimmte Targets.According to a special aspect, a certain type of biomolecule is to be used as a ligand describe. Ligands interact with and in particular bind them - preferably specific - to specific targets.

Zur Immobilisierung werden die Biomoleküle an eine Trägeroberfläche gekoppelt. Dies kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Prinzipiell können die Oberflächen in geeigneter Weise funktionalisiert werden, z. B. mit Epoxiden, NHS-Estern oder Aldehyden zur Ankopplung von aminomodifizierten Biomolekülen. Eine erfindungsgemäß bevorzugte Möglichkeit besteht darin, die Kopplung über bestimmte Gruppen zu realisieren (Kopp­ lungsgruppen), die mit nicht funktionalisierten und insbesondere den nachfolgend näher beschriebenen kohlenstoffhaltigen Oberflächen reaktiv sind. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang Gruppen, die mit Kohlenwasserstoffresten eine Bindung ausbil­ den können. Hier sind insbesondere durch Strahlung aktivierbare Strukturen zu nennen, wie Coumarine, Benzofurane, Indole, Anglecine, Psoralene, Gruppen, die Carbene, Nitrene oder angeregte Ketone erzeugen können, z. B. Azide, Diazoverbindungen, Diazirine, Ketone wie Diphenylketone, Benzophenone und Acetophenone, und Peroxide. Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt die Kopplung über Chinone. Anhand dieser Ausführungsform werden nun stellvertretend für weitere brauchbare Kopplungsgruppen besondere Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Arrays beschrieben. The biomolecules are coupled to a carrier surface for immobilization. This can be done in a number of ways. In principle, the surfaces in be functionalized in a suitable manner, e.g. B. with epoxides, NHS esters or aldehydes for coupling amino-modified biomolecules. A preferred one according to the invention The possibility is to implement the coupling via certain groups (Kopp treatment groups), those with non-functionalized and in particular the following in more detail carbon-containing surfaces described are reactive. Particularly preferred are in this context groups that form a bond with hydrocarbon radicals the can. Structures that can be activated by radiation should be mentioned here in particular, like coumarins, benzofurans, indoles, anglecins, psoralens, groups, the carbenes, Can generate nitrenes or excited ketones, e.g. B. azides, diazo compounds, Diazirines, ketones such as diphenyl ketones, benzophenones and acetophenones, and peroxides. According to a preferred embodiment of the invention, the coupling takes place about quinones. On the basis of this embodiment are now representative for further useful coupling groups special configurations of arrays according to the invention described.

Chinone sind in der Regel photochemisch reaktiv und lassen sich mittels geeigneter Strahlung an kohlenstoffhaltige Materialien koppeln. Die Kopplung erfolgt in der Regel über kovalente Bindungen.Quinones are usually photochemically reactive and can be removed by means of suitable Coupling radiation to carbonaceous materials. The coupling usually takes place via covalent bonds.

Der Begriff "Chinon" beschreibt erfindungsgemäß Verbindungen, die wenigstens 2 konjugierte Carbonylgruppen als Teil wenigstens einer cyclischen Kohlenwasserstoff­ struktur aufweisen. Die Bedeutung des Begriffs "Chinon" ist allgemein geläufig. Zu den Chinonen zählen beispielsweise Anthrachinone, Phenanthrenchinone, Benzochinone, Naphthochinone und weitere Chinone, von denen einige Vertreter, die durch Bezugnahme Teil dieser Anmeldung sind, in der Fig. 1 der WO 96/31557 gezeigt sind. Diese Chinone können wie auch die zuvor genannten Kopplungsgruppen substituiert sein. Eine Aufzäh­ lung brauchbarer Substituenten, die durch Bezugnahme Teil dieser Anmeldung sind, findet sich auf den Seiten 11 und 12 der WO 96/31557. Bevorzugt sind Anthrachinone.According to the invention, the term “quinone” describes compounds which have at least 2 conjugated carbonyl groups as part of at least one cyclic hydrocarbon structure. The meaning of the term "quinone" is common. The quinones include, for example, anthraquinones, phenanthrenequinones, benzoquinones, naphthoquinones and other quinones, some representatives of which are shown in FIG. 1 of WO 96/31557, which are part of this application by reference. These quinones, like the coupling groups mentioned above, can be substituted. A list of useful substituents, which are part of this application by reference, can be found on pages 11 and 12 of WO 96/31557. Anthraquinones are preferred.

Chinon und Biomolekül sind miteinander verknüpft. Prinzipiell kann diese Verknüpfung auf beliebigem physikalisch-chemischen Weg, insbesondere kovalenten und adsorptiven, Wechselwirkungen beruhen und direkt oder indirekt, beispielsweise über Spacer oder weitere zumindest bifunktionelle Linker erfolgen. So werden zweckmäßigerweise Chinon­ derivate verwendet, die wenigstens einfach substituiert sind. Vorteilhaft sind beispielswei­ se Chinoncarbonsäurederivate, die insbesondere über Ester- und vorzugsweise Amidbin­ dungen an das Biomolekül oder gegebenenfalls an einen Spacer oder anderen Linker gebunden sind. In entsprechender Weise ist ein Fachmann in der Lage, Chinone mit anderen funktionellen Gruppen zu versehen, die Bindungen ausbilden können, welche unter den Herstellungs- und Anwendungsbedingungen der Arrays stabil sind. Ether-, Amin-, Sulfid- und Disulfidbindungen seien hier beispielhaft genannt.Quinone and biomolecule are linked to one another. In principle, this link can be based on any physical-chemical path, especially covalent and adsorptive, Interactions are based and direct or indirect, for example via spacers or further at least bifunctional linkers take place. So are quinone conveniently derivatives used which are at least monosubstituted. Examples are advantageous se quinonecarboxylic acid derivatives, in particular via ester and preferably amidamine connections to the biomolecule or optionally to a spacer or other linker are bound. In a corresponding manner, a person skilled in the art is able to use quinones to provide other functional groups that can form bonds, which are stable under the conditions of manufacture and use of the arrays. Ether, Amine, sulfide and disulfide bonds are mentioned here by way of example.

Darüber hinaus können die Chinone einen oder mehrere weitere Substituenten tragen. So vermag man Polarität und damit insbesondere Löslichkeit und Affinität der Chinone zu beeinflussen und vorteilhafterweise an bestimmte Modalitäten wie das Aufbringen der Chinone auf die Trägeroberfläche bzw. an das Oberflächenmaterial anzupassen.In addition, the quinones can carry one or more further substituents. So one can determine the polarity and thus in particular the solubility and affinity of the quinones influence and advantageously to certain modalities such as the application of the Adapt quinones to the carrier surface or to the surface material.

Der Begriff "Chinonderivat" wird im folgenden für Substanzen verwendet, die wenigstens eine Chinon-Struktur aufweisen. Hierzu zählen z. B. funktionalisierte Chinone, Verknüp­ fungen von Chinonen mit Spacern, Linkem und/oder Biomolekülen bzw. modifizierte Varianten davon, also beispielsweise aktivierte, geschützte oder in sonstiger Weise zu synthetischen Zwecken hergerichtete Derivate. The term "quinone derivative" is used below for substances that at least have a quinone structure. These include B. functionalized quinones, Link fations of quinones with spacers, linkers and / or biomolecules or modified Variants thereof, for example activated, protected or in any other way derivatives prepared for synthetic purposes.

Gemäß einer Ausführungsform sind Chinone direkt an Biomoleküle geknüpft. Diese Anordnung erfindungsgemäßer Chinonderivate wird im folgenden mit "Q-B" abgekürzt und findet vor allem Anwendung bei Biomolekülen mit relativ hohem Molekulargewicht, wie Antikörpern, Proteinen und Enzymen.According to one embodiment, quinones are linked directly to biomolecules. These The arrangement of quinone derivatives according to the invention is abbreviated as "Q-B" in the following and is mainly used for biomolecules with a relatively high molecular weight, like antibodies, proteins and enzymes.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Chinone über Spacer an Biomoleküle geknüpft. Diese Anordnung erfindungsgemäßer Chinonderivate wird im folgenden mit "Q-S-B" bezeichnet und findet vor allem Anwendung bei Biomolekülen mit relativ niedrigem Molekulargewicht, wie Nukleinsäuren, insbesondere Oligonukleinsäuren und Haptenen.According to a further embodiment, quinones are attached to biomolecules via spacers knotted. This arrangement of quinone derivatives according to the invention is described below with "Q-S-B" denotes and is mainly used for biomolecules with a relatively low Molecular weight, such as nucleic acids, in particular oligonucleic acids and haptens.

Der Begriff "Spacer" bezeichnet multi- und insbesondere bifunktionelle Linker bestimmter Länge, die im vorliegenden Fall in der Regel an Chinon einerseits und Biomolekül andererseits geknüpft sind. Prinzipiell können Spacer homo- oder hetero(bi)funktionell sein, wobei eine Hetero(bi)funktionalität eine Variation der an sich durch ein bestimmtes Chinonderivat vorgegebenen Funktionalität ermöglicht. So können Chinon und Biomolekül durch die Wahl zweckmäßiger heterobifunktioneller Spacer optimal miteinander verknüpft werden, um einerseits der vom Chinonderivat vorgegebenen Bindungsart zu entsprechen und andererseits eine Funktionalität zur Verfügung zu stellen, die eine effektive, aber auch insbesondere bei Proteinen möglichst schonende Verknüpfung ermöglicht. Handelt es sich bei dem Biomolekül um einen Liganden, kann über Art und insbesondere Länge des Spacers die Wechselwirkung von Biomolekül und Target beeinflußt werden. Vor allem läßt sich die Akzessibilität immobilisierter Biomoleküle für die Wechselwirkung mit dem Target optimieren.The term “spacer” denotes multi- and, in particular, bifunctional linkers of certain types Length, which in the present case usually consists of quinone on the one hand and biomolecule on the other hand are linked. In principle, spacers can be homo- or hetero (bi) functional be, being a hetero (bi) functionality a variation of in itself by a certain Quinone derivative enables given functionality. So can quinone and biomolecule optimally linked to one another through the choice of appropriate heterobifunctional spacers on the one hand to correspond to the type of binding specified by the quinone derivative and on the other hand to provide functionality that is effective, but also enables the most gentle link possible, especially with proteins. Acts the biomolecule is a ligand, can have its type and, in particular, its length of the spacer, the interaction between biomolecule and target can be influenced. Especially the accessibility of immobilized biomolecules for the interaction with the Optimize target.

Bevorzugte Chinonderivate sind Anthrachinon-2-yl-derivate der Formel I
Preferred quinone derivatives are anthraquinon-2-yl derivatives of the formula I.

Phenanthrenchinon-3-yl-derivate der Formel II
Phenanthrenequinon-3-yl derivatives of the formula II

wobei in den Formeln I und II die Reste R gleich oder verschieden sein können und unabhängig voneinander für die oben genannten brauchbaren Substituenten und bevorzugt für C1-C4-Alkyl, C3-C10-Cycloalkyl, C6-C10-Aryl oder C7-C12-Aralkyl stehen können, z1 und z2 unabhängig voneinander für einen Wert von 0, 1, 2, 3 oder 4 stehen und A1 für CO, CH2, CS, O oder S steht. Vorzugsweise stehen z1, z2 für Null und steht A für CO oder CH2. Besonders bevorzugt sind Anthrachinon-2-cabonsäure-Derivate. Als immobilisierte Biomoleküle sind diese Chinonderivate, gegebenenfalls über Spacer und/oder weitere Linker, an wenigstens ein Biomolekül geknüpft.where in the formulas I and II the radicals R can be identical or different and independently of one another for the abovementioned useful substituents and preferably for C 1 -C 4 -alkyl, C 3 -C 10 -cycloalkyl, C 6 -C 10 -aryl or C 7 -C 12 aralkyl, z1 and z2 independently of one another stand for a value of 0, 1, 2, 3 or 4 and A1 stands for CO, CH 2 , CS, O or S. Preferably z1, z2 are zero and A is CO or CH 2 . Anthraquinone-2-cabonic acid derivatives are particularly preferred. As immobilized biomolecules, these quinone derivatives are linked to at least one biomolecule, optionally via spacers and / or further linkers.

Als Spacer eignen sich beispielsweise homobifunktionelle Verbindungen, wie Diamine, Disäuren, z. B. Dicarbonsäuren, oder Ethylenglycol-Oligomere, bzw. heterobifunktionelle Verbindungen, wie Aminosäuren, z. B. β-Alanin, Glycin, 6-Aminocaprinsäure oder γ-Aminobuttersäure, Arylacetylene, Biotine, Avidine, Strepavidine, Oligosaccharide, z. B. aus Ribosen oder Desoxyribosen, Nukleinsäuren, vor allem oligo-(d)A oder -(d)T, Fettsäuren, Phosphorsäureester sowie Derivate und/oder Kombinationen davon.Suitable spacers are, for example, homobifunctional compounds such as diamines, Diacids, e.g. B. dicarboxylic acids, or ethylene glycol oligomers, or heterobifunctional Compounds such as amino acids, e.g. B. β-alanine, glycine, 6-aminocapric acid or γ-aminobutyric acid, arylacetylenes, biotins, avidins, strepavidins, oligosaccharides, e.g. B. off Riboses or deoxyriboses, nucleic acids, especially oligo- (d) A or - (d) T, fatty acids, Phosphoric acid esters and derivatives and / or combinations thereof.

Spacer können auch aus mehreren Teilen (Linkem) aufgebaut sein, die miteinander durch kovalente und/oder nichtkovalente Bindungen verknüpft sind. Beispiele für kovalent verknüpfbare Teile eines Spacers sind heterobifunktionelle Elemente, wie Aminosäuren, beispielsweise 6-Aminocapronsäure oder γ-Aminobuttersäure, von denen mehrere zur Verlängerung eines Spacers miteinander verbunden werden können. Beispiele für nichtkovalent verknüpfbare Teile eines Spacers sind Moleküle, zwischen denen sich Affinitätsbindungen ausbilden können, wie zwischen Biotin und Avidin bzw. Streptavidin oder deren Analoga. Biotin/Avidin-Spacer, Avidin/Biotin/Avidin-Spacer, anti-Biotin-Antikörper/Biotin/Avidin-Spacer oder Dig/anti-Dig-Spacer sind bevorzugte Spacer dieses Aspekts.Spacers can also be made up of several parts (linkers) that go through with each other covalent and / or non-covalent bonds are linked. Examples of covalent linkable parts of a spacer are heterobifunctional elements such as amino acids, for example 6-aminocaproic acid or γ-aminobutyric acid, several of which for Extension of a spacer can be connected to each other. examples for Non-covalently linkable parts of a spacer are molecules between which Can form affinity bonds, such as between biotin and avidin or streptavidin or their analogues. Biotin / avidin spacer, avidin / biotin / avidin spacer, anti-biotin antibodies / biotin / avidin spacers or Dig / anti-Dig spacers are preferred Spacer of this aspect.

Spacer können eine oder auch mehrere Bindungsstellen für Biomoleküle aufweisen (z. B. Dendrimere). Die vorstehend genannten heterobifunktionellen Elemente beispielsweise weisen in der Regel eine, zwei oder drei derartige Bindungsstelle auf, während Affinitäts­ bindungen ausbildende Moleküle, wie Avidin oder Streptavidin, mehrere Bindungsstellen aufweisen. Letzteres kann zu einer vorteilhaften Erhöhung immobilisierter Biomoleküle pro Flächeneinheit führen. Spacers can have one or more binding sites for biomolecules (e.g. Dendrimers). The heterobifunctional elements mentioned above, for example usually have one, two or three such binding sites, while affinity Molecules that form bonds, such as avidin or streptavidin, have multiple binding sites exhibit. The latter can lead to an advantageous increase in immobilized biomolecules lead per unit area.

Spacer können auch variable Bindungsstellen aufweisen, die in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Konfiguration unterschiedliche Bindungsmöglichkeiten bieten. Dies gilt insbe­ sondere für Affinitätsbindungen, deren Bindungsaffinität je nach Konfiguration der beteiligten Bindungspartner variieren kann.Spacers can also have variable binding sites that depend on their offer different binding options for each configuration. This is especially true especially for affinity bonds, the binding affinity of which depends on the configuration of the binding partners involved can vary.

Bevorzugte Spacer basieren auf
Diaminen der Formel III
Preferred spacers are based on
Diamines of formula III

-NH-(CHR1)n1-NH- (III)
-NH- (CHR 1 ) n1 -NH- (III)

Aminosäuren der Formel IV
Amino acids of formula IV

-NH-(CHR1)n1-CO- (IV)
-NH- (CHR 1 ) n1 -CO- (IV)

Polyethylenglykolen der Formel V
Polyethylene glycols of the formula V

-(OCH2CH2)n2- (V)
- (OCH 2 CH 2 ) n2 - (V)

Oligo-Zuckerphopshate der Formel VI
Oligo sugar phosphates of the formula VI

-(O-PO2-O-5'-Zucker-3')n1-O-PO2- (VI)
- (O-PO 2 -O-5'-Sugar-3 ') n1 -O-PO 2 - (VI)

oder Kombinationen davon, insbesondere
or combinations thereof, in particular

-NH-(CHR1)n1-NH-(OCH2CH2)n2- (VII)
-NH- (CHR 1 ) n1 -NH- (OCH 2 CH 2 ) n2 - (VII)

wobei in den Formeln III bis VII n1 einem Wert von 1 bis 50 und insbesondere von 5-20 entspricht und n2 einem Wert von 2 bis 100 und vorzugsweise 5 bis 50 entspricht, R1 die für R angegebenen Bedeutungen besitzt, wobei mehrere Reste R1 gleich oder verschie­ den sein können (bei n1 ≠ 1) und der Zucker insbesondere Ribose und Desoxyribose, vorzugsweise in der D-Form, ist. In der Kombination entspricht n1 insbesondere einem Wert von 2 bis 6 und bevorzugt von 3, während n2 insbesondere einem Wert von 2 bis 20, bevorzugt 4 bis 10, z. B. 6, entspricht. Vorzugsweise steht R1 für α-C-Substituenten natürlich vorkommender Aminosäuren, insbesondere für Wasserstoff und C1-C4-Alkyl. Die Verknüpfung zum Chinon kann prinzipiell an beiden Bindungsstellen erfolgen (Q-S- bzw. -S-Q), bevorzugt sind gemäß obiger Darstellung Q-S-Derivate. where in the formulas III to VII n1 corresponds to a value from 1 to 50 and in particular from 5-20 and n2 corresponds to a value from 2 to 100 and preferably 5 to 50, R 1 has the meanings given for R, where several radicals R 1 may be the same or different (with n1 ≠ 1) and the sugar is in particular ribose and deoxyribose, preferably in the D-form. In the combination, n1 corresponds in particular to a value from 2 to 6 and preferably from 3, while n2 in particular corresponds to a value from 2 to 20, preferably 4 to 10, e.g. B. 6 corresponds. R 1 preferably represents α-C substituents of naturally occurring amino acids, in particular hydrogen and C 1 -C 4 -alkyl. The link to the quinone can in principle take place at both binding sites (QS- or -SQ); QS derivatives are preferred as shown above.

Für die Bindung von Chinonen bzw. Spacern an Biomoleküle gelten im Prinzip obige Ausführungen zur Bindung von Chinonen an Spacer entsprechend. Kovalente Bindungen, insbesondere -O-, -NH- oder -S-, werden bevorzugt.In principle, the above apply to the binding of quinones or spacers to biomolecules Comments on the binding of quinones to spacers accordingly. Covalent bonds, in particular -O-, -NH- or -S- are preferred.

Biomoleküle können dazu bestimmte Funktionalitäten vorgeben, sie können aber auch zweckmäßig modifiziert werden. Beispielsweise können Proteine über Amino-, Sulfid oder Carboxygruppen, und Nukleinsaüren über 5'- oder 3"-OH-Gruppen binden. Proteine können beispielsweise in an sich bekannter Weise reduktiv modifiziert werden, um Disulfidbrücken in freie Sulfidgruppen zu überführen, und Nukleinsäuren können bei­ spielsweise mit bekannten und auch kommerziell erhältlichen Reagenzien umgesetzt werden, um terminale OH-Gruppen in Aminogruppen aufweisende Gruppen zu überfüh­ ren.Biomolecules can specify certain functionalities for this, but they can too appropriately modified. For example, proteins can be via amino, sulfide or Carboxy groups, and nucleic acids bind via 5 'or 3 "-OH groups. Proteins can, for example, be reductively modified in a manner known per se to To convert disulfide bridges into free sulfide groups, and nucleic acids can contribute for example implemented with known and also commercially available reagents in order to convert terminal OH groups into groups containing amino groups ren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind Nukleinsäuren über ihr jeweiliges 5'-Ende an Chinon oder Spacer gebunden. Vorteilhafterweise kann dies über Polyethy­ lenglykol-Spacer erfolgen, insbesondere den Spacern der Formel VII.According to a preferred embodiment, nucleic acids are above their respective 5 'end attached to quinone or spacer. This can advantageously be done via polyethylene Lenglycol spacers take place, in particular the spacers of the formula VII.

Neben immobilisierten Biomolekülen können weitere Substanzen auf der kohlenstoffhalti­ gen Oberflächen immobilisiert sein, die kein Biomolekül im erfindungsgemäßen Sinn beinhalten. Diese können an eigenen Plätzen des Arrays oder zusammen mit Biomole­ külen in statistischer Verteilung an einem Platz immobilisiert sein (co-immobilisiert). Zweckmäßigerweise sind derartige Moleküle ebenfalls über Chinone an die Trägerober­ fläche gekoppelt. Prinzipiell brauchbar sind daher Chinone und Chinonderivate, die sich von den jeweiligen immobilisierten Biomolekülen ableiten, selbst aber kein Biomolekül im erfindungsgemäßen Sinn beinhalten. Hierzu gehören insbesondere Chinonderivate, insbesondere funktionalisierte Chinone (Q), die gegebenenfalls mit Spacern (Q-S) und/oder weiteren Gruppen verknüpft sind. Geeignete weitere Gruppen (B') können sich insbesondere von immobilisierten Biomolekülen ableiten, z. B. Analoga oder Teile eines Biomoleküls, die mit einer biologischen Probe, insbesondere einem Analyt, nicht in die analytische Wechselwirkung zu treten vermögen, zu der das entsprechende Biomolekül in der Lage ist. Beispielsweise kann der Teil eines Biomoleküls ein Nukleotid, Dinukleotid oder Trinukleotid sein, daß nicht mit den in der biologischen Probe vorhandenen Nuklein­ säuren zu hybridisieren vermag, während das Biomolekül ein Oligonukleotid ist, das dazu in der Lage ist.In addition to immobilized biomolecules, other substances can be found on the carbon-containing material be immobilized gene surfaces that are not a biomolecule in the sense of the invention include. These can be in their own places in the array or together with Biomole kulen be immobilized in a statistical distribution in one place (co-immobilized). Appropriately, such molecules are also attached to the carrier via quinones area coupled. In principle, therefore, quinones and quinone derivatives, which are derive from the respective immobilized biomolecules, but no biomolecule in itself include sense of the invention. These include in particular quinone derivatives, in particular functionalized quinones (Q), optionally with spacers (Q-S) and / or other groups are linked. Suitable further groups (B ') can be in particular derive from immobilized biomolecules, e.g. B. Analogues or parts of a Biomolecule that is not included in the with a biological sample, in particular an analyte analytical interaction are able to occur, to which the corresponding biomolecule in is able to. For example, the part of a biomolecule can be a nucleotide, dinucleotide or a trinucleotide that does not match the nuclei present in the biological sample acids are able to hybridize, while the biomolecule is an oligonucleotide that is responsible for this be able to.

Prinzipiell können auf einen Array pro cm2 Trägeroberfläche mehr als 60, 100, 600, 1000, 5000, 10000, 40000, 100000, 400000 oder 1000000 definierte Plätze angeordnet sein. In der Regel weisen erfindungsgemäße Arrays 500 bis 1000000 Plätze/cm2 auf. Eine besondere Ausführungsform sind Arrays mit 500 bis 10000 Plätzen/cm2 und insbesondere 1000 bis 5000 Plätzen/cm2 (low density). Eine weitere besondere Ausführungsform sind Arrays mit 10000 bis 1000000 Plätzen/cm2 und insbesondere 50000 bis 250000 Plätzen/cm2 (high density). An verschiedenen Plätzen können gleiche oder verschiedene Chinonderivate, mitunter verschiedene Biomoleküle immobilisiert sein.In principle, more than 60, 100, 600, 1000, 5000, 10000, 40,000, 100,000, 400,000 or 1,000,000 defined places can be arranged on an array per cm 2 of carrier surface. As a rule, arrays according to the invention have 500 to 1,000,000 spaces / cm 2 . A special embodiment are arrays with 500 to 10000 places / cm 2 and in particular 1000 to 5000 places / cm 2 (low density). Another particular embodiment are arrays with 10,000 to 1,000,000 places / cm 2 and in particular 50,000 to 250,000 places / cm 2 (high density). The same or different quinone derivatives, sometimes different biomolecules, can be immobilized in different places.

Zweck der vorstehend beschriebenen Anordnung unter Verwendung co-immobilisierter Chinonderivate ist es, Plätze mit definierten Dichten immobilisierter Biomoleküle bereitzu­ stellen. Erfindungsgemäß werden auf diese Art Dichten realisiert, die kleiner sind, als der Wert, der einer maximalen Belegung immobilisierbarer Moleküle pro Flächeneinheit entspricht. So können erfindungsgemäße Anordnungen bei insgesamt x an eine Oberflä­ cheneinheit gekoppelten Chinonen bzw. Chinonderivaten (x-y) immobilisierte Biomoleküle aufweisen, wobei y die Anzahl co-immobilisierter Chinonderivate ist. Vorzugsweise entspricht der Wert x der maximalen Anzahl an eine Oberflächeneinheit koppelbarer Chinone (Sättigungsgrad), d. h. bevorzugte Arrays weisen Felder immobilisierter Biomole­ küle auf, deren Oberfläche in Bezug auf die Kopplung der verwendeten Chinonderivate gesättigt ist. Der Anteil immobilisierter Biomoleküle (x-y/x) beträgt vorteilhafterweise wenigstens 0,001, vorzugsweise wenigstens 0,1, und insbesondere wenigstens 0,75. In bestimmten Fällen kann der Anteil vorteilhafterweise weniger als 1, vorzugsweise weniger als 0,75 und insbesondere weniger als 0,5 betragen.Purpose of the arrangement described above using co-immobilized Quinone derivatives are to provide places with defined densities of immobilized biomolecules put. According to the invention, densities are realized in this way that are smaller than that Value of the maximum occupancy of immobilizable molecules per unit area corresponds to. Thus, arrangements according to the invention can be attached to a surface at a total of x unit-coupled quinones or quinone derivatives (x-y) immobilized biomolecules have, where y is the number of co-immobilized quinone derivatives. Preferably the value x corresponds to the maximum number that can be coupled to a surface unit Quinones (degree of saturation), d. H. preferred arrays have fields of immobilized biomoles küle on whose surface in relation to the coupling of the quinone derivatives used is saturated. The proportion of immobilized biomolecules (x-y / x) is advantageously at least 0.001, preferably at least 0.1, and in particular at least 0.75. In In certain cases, the proportion can advantageously be less than 1, preferably less be than 0.75 and in particular less than 0.5.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform beinhalten erfindungsgemäße Arrays Plätze mit in unterschiedlichen Dichten immobilisierten Biomolekülen der gleichen Art. In Form von Standardreihen kann so eine interne Kalibrierung ermöglicht werden.According to a particular embodiment, arrays according to the invention contain spaces with biomolecules of the same kind immobilized in different densities. In shape Internal calibration of standard series can thus be made possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform beinhaltet ein Platz immobilisierter Biomole­ küle eine Markierung, die zur Menge gekoppelter Chinonderivate proportional ist. Zweck dieser Ausgestaltung ist es, eine Beurteilung der immobilisierten Biomoleküle insbesonde­ re im Hinblick auf die Menge und Verteilung der immobilisierten Biomoleküle vornehmen zu können.According to an advantageous embodiment, a site contains immobilized biomoles Make a label that is proportional to the amount of quinone derivatives coupled. purpose this embodiment is an assessment of the immobilized biomolecules in particular take into account the amount and distribution of the immobilized biomolecules to be able to.

Dazu können immobilisierte Biomoleküle und/oder co-immobilisierte Chinonderivate markiert sein. Vorzugsweise sind die Spacer markiert.Immobilized biomolecules and / or co-immobilized quinone derivatives can be used for this purpose be marked. The spacers are preferably marked.

Grundsätzlich sind alle Markierungsarten geeignet. Vorzugsweise wird die Markierung so gewählt, daß sie nicht oder nur minimal mit der nachfolgenden Analytik interferiert, die Verwendung der Arrays also nicht oder nur unwesentlich beeinflußt. Dazu sind vor allem gegebenenfalls erforderliche Markierungen der Probe, also insbesondere von Nukleinsäu­ re-Targets zu beachten. Andererseits kann die Markierung so gewählt werden, daß sie mit der Markierung der Probe wechselwirkt. Das von wechselwirkenden Markierungen ausgehende Signal kann unterscheidbar sein von demjenigen, das von den entsprechen­ den nicht wechselwirkenden Markierungen ausgeht. Die Wechselwirkung kann beispiels­ weise die Signalintensität beeinflussen, z. B. verstärken oder quenchen, oder das Signal modifizieren, z. B. die Wellenlänge absorbierten oder emittierten Lichts verändern.In principle, all types of marking are suitable. Preferably the marking is so chosen that it does not, or only minimally, interferes with the subsequent analytics, the Use of the arrays is therefore not or only marginally influenced. These are above all any necessary markings of the sample, ie in particular of nucleic acids re-targets to be considered. On the other hand, the marking can be chosen so that it is with the marking of the sample interacts. That of interactive markings outgoing signal may be distinguishable from that of the corresponding runs out of non-interacting markings. The interaction can, for example way to influence the signal intensity, e.g. B. amplify or quench, or the signal modify, e.g. B. change the wavelength of absorbed or emitted light.

Erfindungsgemäß geeignet sind Markierungssysteme, die sich spektroskopisch, photo­ chemisch, biochemisch, immunochemisch, elektrisch, optisch oder chemisch erkennen lassen. Dazu gehören sowohl direkte Markierungssysteme, wie radioaktive Marker (z. B. 32P, 3H, 125I, 35S, 14C), magnetische Marker, Chromophore, beispielseise UV-, VIS-, oder IR-absorbierende Verbindungen, Fluorophore, chemi- oder biolumineszierende Marker, Übergangsmetalle, die in der Regel chelatgebunden sind, oder Enzyme, z. B. Meerrettich-Peroxidase oder alkalische Phosphatase und die daran gekoppelten Nachweisreaktionen, als auch indirekte Markierungssysteme, beispielsweise Haptene, wie Biotin oder Digoxigenin, die über entsprechende Nachweissysteme erkannt werden können.According to the invention, marking systems which can be recognized spectroscopically, photochemically, biochemically, immunochemically, electrically, optically or chemically, are suitable. This includes both direct marking systems, such as radioactive markers (e.g. 32 P, 3 H, 125 I, 35 S, 14 C), magnetic markers, chromophores, for example UV, VIS or IR absorbing compounds, fluorophores, chemi- or bioluminescent markers, transition metals, which are usually chelated, or enzymes, e.g. B. horseradish peroxidase or alkaline phosphatase and the detection reactions coupled to them, as well as indirect labeling systems, for example haptens, such as biotin or digoxigenin, which can be recognized via appropriate detection systems.

Vorteilhafte Chromophore besitzen eine intensive Farbe, die von den umgebenden Molekülen nur geringfügig absorbiert wird. Farbstoffklassen, wie Chinoline, Triarylmetha­ ne, Acridine, Alizarine, Phthaleine, Azoverbindungen, Anthrachinone, Cyanine, Phenaza­ thioniumverbindungen oder Phenazoxoniumverbindungen, seien hier stellvertretend für das breite Spektrum erfindungsgemäß geeigneter Chromophore genannt.Advantageous chromophores have an intense color that of the surrounding ones Molecules is only slightly absorbed. Dye classes, such as quinolines, triarylmetha ne, acridines, alizarines, phthaleins, azo compounds, anthraquinones, cyanines, phenaza thionium compounds or phenazoxonium compounds are representative of called the broad spectrum of chromophores suitable according to the invention.

Fluoreszierende Markierungen werden bevorzugt. Man erhält starke Signale mit wenig Hintergrund, hoher Auflösung und hoher Sensitivität. Erfindungsgemäß von Vorteil ist, daß ein und derselbe Fluorophor je nach Anregung und Detektionsprinzip mehrere unterscheidbare Strahlungen emittieren kann.Fluorescent labels are preferred. You get strong signals with little Background, high resolution and high sensitivity. According to the invention it is advantageous that one and the same fluorophore, depending on the excitation and detection principle, several can emit distinguishable radiation.

Fluorophore können allein oder in Kombination mit einem Quencher (z. B. Molecular Beacons) verwendet werden.Fluorophores can be used alone or in combination with a quencher (e.g. Molecular Beacons) are used.

Bevorzugte Fluorophore sind Aminomethylcoumarinessigsäure (AMCA, blau), EDANS, BODIPY 493/503; FL; FL Br2; R6G; 530/550; 558/568; TMR 542/574; TR 589/617; 630/650; 650/665, 6-FAM Fluorescein (grün), 6-OREGON green 488, TET, Cy3 (rot), Rhodamine (rot), 6-JOE, HEX, 5-TAMRA, NED, 6-ROX, TEXAS Red7 (rot), Cy5, Cy5.5, LaJolla Blue, Cy7 und IRD41.Preferred fluorophores are aminomethylcoumarin acetic acid (AMCA, blue), EDANS, BODIPY 493/503; FL; FL Br2; R6G; 530/550; 558/568; TMR 542/574; TR 589/617; 630/650; 650/665, 6-FAM fluorescein (green), 6-OREGON green 488, TET, Cy3 (red), Rhodamine (red), 6-JOE, HEX, 5-TAMRA, NED, 6-ROX, TEXAS Red7 (red), Cy5, Cy5.5, LaJolla Blue, Cy7 and IRD41.

Besonders bevorzugte Fluorophore sind Cy5, 5-Tamra und Cy3.Particularly preferred fluorophores are Cy5, 5-Tamra and Cy3.

Obige beispielhafte Aufzählung verdeutlicht, daß eine Vielzahl unterscheidbarer Markie­ rungen zur Verfügung steht, so daß ein zweckmäßiges Verhältnis von Markierungen der immobilisierten Moleküle einerseits und, sofern erforderlich, der Probe andererseits realisiert werden kann.The above exemplary list shows that a large number of distinguishable Markie ments is available, so that an appropriate ratio of marks of the immobilized molecules on the one hand and, if necessary, the sample on the other can be realized.

Polymere auf Cycloolefin-Basis sind an sich bekannt. Eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften sind zweckmäßig:
Cycloolefin-based polymers are known per se. One or more of the following are useful:

  • - eine relativ geringe Gesamtoberflächenenergie, die insbesondere niedriger ist als beispielsweise diejenige von Polymethylmethacrylat (PMMA) und vorzugsweise in einem Bereich von 25 bis 35 mN/m und noch bevorzugter in einem Bereich von 28 bis 32 mN/m liegt. Hierbei ist vor allem ein relativ geringer polarer Anteil von Vorteil. So beträgt das Verhältnis von dispersivem Anteil zu polarem Anteil nach der OWRK-Methode vorteilhafterweise wenigstens 2 : 1, vorzugsweise 3 : 1 und besonders bevorzugt wenig­ stens 4 : 1;- a relatively low total surface energy, which is in particular lower than for example that of polymethyl methacrylate (PMMA) and preferably in one Range from 25 to 35 mN / m and more preferably in a range from 28 to 32 mN / m lies. A relatively low polar component is particularly advantageous here. So amounts the ratio of the dispersive part to the polar part according to the OWRK method advantageously at least 2: 1, preferably 3: 1 and particularly preferably a little at least 4: 1;
  • - eine verhältnismäßig geringe Oberflächenrauhigkeit. Von Vorteil sind mittels Raster­ kraftmikroskopie (AFM) bestimmte rms-Rauhigkeiten von weniger als 1,5 nm und vorzugsweise von weniger als 1,0 nm. Vorteilhafterweise liegt die rms-Rauhigkeit in einem Bereich von 0,6 bis 0,8 nm;- a relatively low surface roughness. Grid is an advantage force microscopy (AFM) determined rms roughness levels of less than 1.5 nm and preferably less than 1.0 nm. The rms roughness is advantageously in a range from 0.6 to 0.8 nm;
  • - eine verhältnismäßig hohe Transmission, vorteilhafterweise wenigstens 85% und vorzugsweise wenigstens 90% Transmissionen bei λ = 400 nm und/oder λ = 800 nm (mittels UV-VIS-Spektralphotometrie zu bestimmen);- a relatively high transmission, advantageously at least 85% and preferably at least 90% transmissions at λ = 400 nm and / or λ = 800 nm (to be determined by means of UV-VIS spectrophotometry);
  • - eine verhältnismäßig geringe Reflexion, vorteilhafterweise weniger als 10% und vorzugsweise weniger als 9% Reflexion bei λ = 400 nm und/oder λ = 800 nm (mittels UV-VIS-Spektralphotometrie zu bestimmen);- a relatively low reflection, advantageously less than 10% and preferably less than 9% reflection at λ = 400 nm and / or λ = 800 nm (using To determine UV-VIS spectrophotometry);
  • - eine verhältnismäßig geringe Wasser-Absorption, die vorteilhafterweise weniger als 0,01 Gew.-% beträgt (ASTM D570);- A relatively low water absorption, which is advantageously less than 0.01 wt% (ASTM D570);
  • - einen verhältnismäßig geringen Anteil an Fremdpartikeln. Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Gehalt von Fremdpartikeln mit einem Durchmesser von 0,5 µm oder mehr, weniger als 105 Partikel/g und vorzugsweise weniger als 5 × 104 Partikel/g beträgt;- a relatively low proportion of foreign particles. It is advantageous here if the content of foreign particles with a diameter of 0.5 μm or more, less than 10 5 particles / g and preferably less than 5 × 10 4 particles / g;
  • - eine verhältnismäßig geringe Eigenfluoreszenz, die zweckmäßigerweise ähnlich der von Pyrex-Glas ist.- A relatively low self-fluorescence, suitably similar to that of Pyrex glass is.

Beispielhaft sei hier auf die in EP 0 591 892, US 5,008,356, US 5,087,677, WO 97/46617, EP 0 713 893, EP 0 827 975, EP 0 997 482 beschriebenen Polycycloolefine (Polymere und Copolymere) Bezug genommen, die Teil dieser Anmeldung sind.For example, reference is made here to those in EP 0 591 892, US 5,008,356, US 5,087,677, WO 97/46617, EP 0 713 893, EP 0 827 975, EP 0 997 482 described polycycloolefins (polymers and copolymers) which are part of this application.

Bevorzugte Vertreter dieser Gruppe basieren auf Struktureinheiten der Formel VIII
Preferred representatives of this group are based on structural units of the formula VIII

wobei die Reste R2, R3, R4, R5 gleich oder verschieden sein können und unabhängig voneinander für Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Cyano oder gegebenenfalls einfach, zweifach, dreifach, vierfach oder fünffach mit Halogen, Cyano oder Alkyl, substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl, Cycloalkenyl, Alkoxy, Alkoxycarbonyl, Alkanoyloxy, Aryl oder Aralkyl, stehen, oder R2 zusammen mit R3 oder R4 zusammen mit R5 für gegebe­ nenfalls in der vorstehend beschriebenen Weise substituiertes Alkyliden stehen, oder 2 oder mehrere der Reste R2, R3, R4, R5 eine Doppelbindung oder unter entsprechender Modifikation der zuvor genannten einbindigen Reste, einen Ring oder mehrere Ringe, insbesondere cycloaliphatische Ringe bilden, die ihrerseits mit einbindigen Resten R2, R3, R4, R5 substituiert sein können. Das Symbol steht für eine Kohlenstoff-Einfachbindung oder -Doppelbindung.where the radicals R 2 , R 3 , R 4 , R 5 can be identical or different and, independently of one another, represent hydrogen, halogen, hydroxy, cyano or optionally alkyl substituted once, twice, three times, four times or five times with halogen, cyano or alkyl , Alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, cycloalkenyl, alkoxy, alkoxycarbonyl, alkanoyloxy, aryl or aralkyl, or R 2 together with R 3 or R 4 together with R 5 represent alkylidene optionally substituted in the manner described above, or 2 or several of the radicals R 2 , R 3 , R 4 , R 5 form a double bond or, with appropriate modification of the aforementioned single-bond radicals, a ring or several rings, in particular cycloaliphatic rings, which in turn form single-bond radicals R 2 , R 3 , R 4 , R 5 can be substituted. The symbol stands for a carbon single or double bond.

Sofern nichts anderes angegeben ist, steht "Alk" bzw. "alk" vor allem für Kohlenwasser­ stoffreste mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, und "Aryl" vor allem für Aromaten mit 6 bis 10 Kohlenwasserstoffresten, insbesondere Phenyl und Naphthyl.Unless stated otherwise, “Alk” or “alk” stands primarily for hydrocarbons radicals with 1 to 15 carbon atoms, and "aryl" especially for aromatics with 6 to 10 Hydrocarbon radicals, especially phenyl and naphthyl.

Bevorzugte Polymere dieses Typs basieren auf Struktureinheiten der Formel IX
Preferred polymers of this type are based on structural units of the formula IX

wobei R6 bis R13 unabhängig voneinander die oben für R1 bis R4 angegebenen Bedeutun­ gen besitzen. Vorzugsweise stehen R6 bis R9 unabhängig voneinander für Wasserstoff, C1-C6-Alkyl oder C1-C6-Alkyliden, oder 2 oder mehrere der Reste R6 bis R9 bilden zusammen einen Cyclohexanring, Cyclopentanring, Norbornenring oder Benzolring. Dies sind auch die bevorzugten Bedeutungen von R10 bis R13.where R 6 to R 13 independently of one another have the meanings given above for R 1 to R 4. Preferably, R 6 to R 9 independently represent hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl or C 1 -C 6 -alkylidene, or 2 or more of the radicals R 6 to R 9 together form a cyclohexane ring, cyclopentane ring, norbornene ring or benzene ring. These are also the preferred meanings of R 10 to R 13 .

Die voranstehend beschriebenen Polymere können als Ringöffnungspolymere oder -copolymere bezeichnet werden. Sie sind erhältlich aus Monomeren der Formel X
The polymers described above can be referred to as ring opening polymers or copolymers. They can be obtained from monomers of the formula X

wobei R2 bis R5 die oben angegebenen Bedeutungen besitzen, und gegebenenfalls weiteren Comonomeren durch Ringöffnungspolymerisation bzw. -copolymerisation und gegebenenfalls anschließender Hydrierung.where R 2 to R 5 have the meanings given above, and optionally further comonomers by ring-opening polymerization or copolymerization and optionally subsequent hydrogenation.

Bevorzugte Vertreter dieser Polymere sind erhältlich aus Monomeren der Formel XI
Preferred representatives of these polymers can be obtained from monomers of the formula XI

wobei R6 bis R9 die oben angegebenen Bedeutungen besitzen, und/oder
Monomeren der Formel XII
where R 6 to R 9 have the meanings given above, and / or
Monomers of formula XII

wobei R10 bis R13 die oben angegebenen Bedeutungen besitzen,
und gegebenenfalls weiteren Comonomeren in entsprechender Weise.
where R 10 to R 13 have the meanings given above,
and optionally further comonomers in a corresponding manner.

Weitere bevorzugte Vertreter von Polymeren auf Cycloolefin-Basis basieren auf Struktur­ einheiten der Formel XIII
Further preferred representatives of polymers based on cycloolefin are based on structural units of the formula XIII

wobei R2 bis R5 die oben angegebenen Bedeutungen besitzen und R14, R15 gleich oder verschieden sein können und unabhängig voneinander für Wasserstoff, Alkyl oder Aryl stehen.where R 2 to R 5 have the meanings given above and R 14 , R 15 can be identical or different and independently represent hydrogen, alkyl or aryl.

Bevorzugte Polymere dieses Typs basieren auf Struktureinheiten der Formel XIV
Preferred polymers of this type are based on structural units of the formula XIV

wobei R6 bis R13 die oben angegebenen Bedeutungen besitzen. R14, R15 stehen vorzugs­ weise für Wasserstoff, C1-C6-Alkyl oder C6-C10-Aryl, insbesondere für Wasserstoff.where R 6 to R 13 have the meanings given above. R 14 , R 15 are preferably hydrogen, C 1 -C 6 -alkyl or C 6 -C 10 -aryl, in particular hydrogen.

Diese Polymere können als Additionspolymere oder -copolymere bezeichnet werden. Sie sind erhältlich durch Additionspolymerisation bzw. -copolymerisation wenigstens eines Cycloolefin-Monomers der Formel X, vorzugsweise wenigstens eines Cycloolefinpolymers der Formel XI und/oder wenigstens eines Cycloolefin-Monomers der Formel XII mit einem Monomer der Formel XV
These polymers can be referred to as addition polymers or copolymers. They can be obtained by addition polymerization or copolymerization of at least one cycloolefin monomer of the formula X, preferably at least one cycloolefin polymer of the formula XI and / or at least one cycloolefin monomer of the formula XII with a monomer of the formula XV

wobei R14, R15 die oben angegebenen Bedeutungen besitzen,
und gegebenenfalls weiterer Comonomere.
where R 14 , R 15 have the meanings given above,
and optionally further comonomers.

Spezifische Beispiele von Monomeren der Formel X sind in der EP 0 827 975 A2 auf den Seiten 6, Zeile 41 bis Seite 8, Zeile 21, in der EP 0 997 482 A1 auf der Seite 4, Zeilen 24-49, in der EP 0 713 893 A1 in Spalte 3, Zeile 39 bis Spalte 5, Zeile 2 und in der US 5,008,356 in Spalte 6, Zeile 37-67 und in den Tabellen 1 und 2 genannt. Auf diese Ausführungen wird in vollem Umfang Bezug genommen, womit die Monomere Teil dieser Anmeldung sind.Specific examples of monomers of the formula X can be found in EP 0 827 975 A2 Pages 6, line 41 to page 8, line 21, in EP 0 997 482 A1 on page 4, lines 24-49, in EP 0 713 893 A1 in column 3, line 39 to column 5, line 2 and in the No. 5,008,356 in column 6, lines 37-67 and in Tables 1 and 2. To this Reference is made in full to this text, with the monomers being part of this Registration are.

Spezifische Beispiele für die Monomere der Formel XV sind in der EP 0 827 975 A2 auf den Seiten 10, Zeile 54 bis Seite 11, Zeile 3, und in der EP 0 997 482 A1 auf der Seite 4, Zeilen 55-58 genannt. Auch auf diese Ausführungen wird in vollem Umfang Bezug genommen, womit auch diese Monomere Teil dieser Anmeldung sind.Specific examples of the monomers of the formula XV are given in EP 0 827 975 A2 pages 10, line 54 to page 11, line 3, and in EP 0 997 482 A1 on page 4, Called lines 55-58. Reference is also made to these statements in full taken, whereby these monomers are also part of this application.

Bevorzugt werden Polycycloolefine, die aus Norbornenderivaten, d. h. insbesondere Norbornen und obigen Angaben entsprechend substituierten Norbornenderivaten, erhältlich sind.Preference is given to polycycloolefins derived from norbornene derivatives, d. H. especially Norbornene and the above information correspondingly substituted norbornene derivatives, are available.

Eine besondere Ausführungsform erfindungsgemäßer verwendbarer Polymere auf Cycloolefin-Basis sind erhältlich durch Additionspolymerisation von Vinylverbindungen der Formel XV, insbesondere Ethylen, mit
A particular embodiment of cycloolefin-based polymers which can be used according to the invention are obtainable by addition polymerization of vinyl compounds of the formula XV, in particular ethylene, with

  • a) Norbornen-Monomeren, insbesondere Norbornen, Tetracyclododecen oder Dicyclo­ pentadien;a) Norbornene monomers, in particular norbornene, tetracyclododecene or dicyclo pentadiene;
  • b) Monocycloolefin-Monomeren, insbesondere Cyclopenten oder Cyclohexen; oderb) monocycloolefin monomers, in particular cyclopentene or cyclohexene; or
  • c) Cyclische konjugierte Dien-Monomere, insbesondere Cyclopentadien oder Cyclohexa­ dien.c) Cyclic conjugated diene monomers, in particular cyclopentadiene or cyclohexa serve.

Derartige Additionsspolymere sind beispielsweise nach dem in der US 5,087,677 be­ schriebenen Verfahren erhältlich.Such addition polymers are, for example, according to the US Pat. No. 5,087,677 be procedures are available.

Eine weitere besondere Ausführungsform erfindungsgemäßer verwendbarer Polymerer auf Cycloolefin-Basis sind erhältlich durch Ringöffnungspolymerisation von Norbornende­ rivaten und anschließender Hydrierung der nach Polymerisation verbleibenden Doppel­ bindungen. Sind die verwendeten Norbornenderivate mit aromatischen Gruppen substi­ tuiert oder weisen sie polycyclische Strukturen mit Norbornen- und aromatischen Struktu­ relementen auf, sie ist es von Vorteil, wenn wenigstens 90% der ungesättigten Bindungen der Polymerhauptkette hydriert sind während wenigstens 80% der aromatischen Struktu­ ren erhalten sind. Another particular embodiment of polymers that can be used according to the invention Cycloolefin-based are obtainable by ring-opening polymerization of norbornende derivatives and subsequent hydrogenation of the double remaining after polymerization ties. Are the norbornene derivatives used with aromatic groups substituted? do they indicate or exhibit polycyclic structures with norbornene and aromatic structures Relementen on it, it is advantageous if at least 90% of the unsaturated bonds of the main polymer chain are hydrogenated during at least 80% of the aromatic structure ren are preserved.

Derartige Ringöffnungspolymere sind beispielsweise nach dem in der EP 0 713 893 A1 beschriebenen Verfahren erhältlich.Such ring-opening polymers are, for example, according to that in EP 0 713 893 A1 described method available.

Ein Additionspolymer aus Norbornen und Ethylen wird beispielsweise von der Firma Hoechst unter dem Handelsnamen Topas® vertrieben. Weitere im Handel erhältliche Polymere auf Cycloolefin-Basis führen beispielsweise die Handelsnamen Zeonex®, insbesondere Zeonex®480 R und Zeonex®480, und sind von der Firma Zeon erhältlich.For example, an addition polymer of norbornene and ethylene is available from the Company Hoechst sold under the trade name Topas®. More commercially available Cycloolefin-based polymers, for example, have the trade names Zeonex®, in particular Zeonex®480 R and Zeonex®480, and are available from Zeon.

Enthält die Trägeroberfläche wenigstens ein Polymer auf Cycloolefin-Basis, so kann sie zusätzlich weitere Polymere, insbesondere Polyolefine, enthalten. Eine bevorzugte Ausführungsform kohlenstoffhaltiger Oberflächen besteht im wesentlichen aus einem Polymer auf Cycloolefin-Basis oder einem Gemisch mehrerer Polymere auf Cycloolefin-Basis.If the carrier surface contains at least one polymer based on cycloolefin, it can additionally contain further polymers, in particular polyolefins. A preferred one Embodiment of carbon-containing surfaces consists essentially of one Polymer based on cycloolefin or a mixture of several polymers Cycloolefin based.

Der Träger kann aus einem einheitlichen Material sein. Dies ist insbesondere für Träger mit einer Oberfläche aus Polycycloolefin bevorzugt. Möglich sind allerdings auch Träger, die aus verschiedenen Materialien aufgebaut sind, z. B. bei denen eine erfindungsgemäße Oberfläche auf anderen Trägermaterialien aufgebracht ist. Prinzipiell können die erfin­ dungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Oberflächen auf beliebige brauchbare Trägermateria­ lien aufgebracht sein. So können als Trägermaterial beispielsweise folgende Stoffe verwendet werden: Glas (Standardglas, Pyrexglas, Quarzglas), Kunststoffe bevorzugt hoher Reinheit bzw. geringer Eigenfluoreszenz (wie Polyolefine, z. B. PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), Polymethylpenten, Polystyrol, PMMA (Poly(methylmethacrylat)), Polycar­ bonat, Teflon), Metalle (wie Gold, Chrom, Kupfer, Titan, Silizium), oxidische Materialien (Keramiken, aluminiumdotiertes Zinkoxid (TCO), Silica, Aluminiumoxid).The carrier can be made of a single material. This is especially true for carriers with a surface made of polycycloolefin is preferred. However, carriers are also possible which are composed of different materials, e.g. B. where an inventive Surface is applied to other carrier materials. In principle, the inven carbon-containing surfaces according to the invention on any useful carrier material lien be upset. For example, the following substances can be used as carrier material can be used: glass (standard glass, Pyrex glass, quartz glass), plastics preferred high purity or low intrinsic fluorescence (such as polyolefins, e.g. PE (polyethylene), PP (Polypropylene), polymethylpentene, polystyrene, PMMA (poly (methyl methacrylate)), polycar bonat, Teflon), metals (such as gold, chromium, copper, titanium, silicon), oxidic materials (Ceramics, aluminum-doped zinc oxide (TCO), silica, aluminum oxide).

Alternativ zu den vorstehend beschriebenen kohlenstoffhaltigen Oberflächen auf Polycy­ cloolefin-Basis können erfindungsgemäße Oberflächen dadurch erhalten werden, daß man Glas-, Metall- oder Keramikoberflächen mit einer wäßrigen Lösung wenigstens einer hydrolysierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindung behandelt und die Oberfläche trocknet.As an alternative to the carbon-containing surfaces described above on Polycy cloolefin-based surfaces according to the invention can be obtained in that glass, metal or ceramic surfaces with an aqueous solution of at least one Treats hydrolyzable carbonaceous compound and dries the surface.

Zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Vorgehensweise richten sich vor allem nach den Vorschriften für Sol-Gel-Prozesse.Appropriate configurations of this procedure are based primarily on the Regulations for sol-gel processes.

Geeignete hydrolysierbare kohlenstoffhaltige Verbindungen basieren vor allem auf Elementen M der Hauptgruppen III bis V und der Nebengruppen II bis IV des Periodensy­ stems der Elemente, insbesondere Si, Al, B, Pb, Sn, Ti, Zr, V und Zn, von denen Si, Al, Ti und Zr und insbesondere Si bevorzugt sind. Diese Verbindungen weisen wenigstens eine hydrolysierbare Gruppe A und wenigstens eine nicht hydrolysierbare kohlenstoffhaltige Gruppe B auf. In der Regel kann das Molverhältnis von Gruppen A zu Gruppen B in den Verbindungen 10 : 1 bis 1 : 2 betragen.Suitable hydrolyzable carbon-containing compounds are based primarily on Elements M of the main groups III to V and the subgroups II to IV of the Periodensy stems of the elements, in particular Si, Al, B, Pb, Sn, Ti, Zr, V and Zn, of which Si, Al, Ti and Zr and particularly Si are preferred. These compounds have at least one hydrolyzable group A and at least one non-hydrolyzable carbonaceous group Group B on. In general, the molar ratio of groups A to groups B in the Connections are 10: 1 to 1: 2.

Zu hydrolysierbaren Gruppen A gehören Halogene, insbesondere Cl und Br, Alkoxygrup­ pen, insbesondere C1-4-Alkoxygruppen, Aryloxygruppen, insbesondere C6-10-Aryloxygruppen, Acyloxygruppen, insbesondere C1-C4-Acyloxygruppen, und Alkylcar­ bonylgruppen, insbesondere C1-4-Alkylcarbonylgruppen. Bevorzugte Gruppen sind Cl, Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, i-Propoxy, Butoxy, Phenoxy, Acetoxy, Propionyloxy und Acetyl.Hydrolyzable groups A include halogens, in particular Cl and Br, alkoxy groups, in particular C 1-4 alkoxy groups, aryloxy groups, in particular C 6-10 aryloxy groups, acyloxy groups, in particular C 1 -C 4 acyloxy groups, and alkyl carbonyl groups, in particular C 1-4 alkyl carbonyl groups. Preferred groups are Cl, methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy, butoxy, phenoxy, acetoxy, propionyloxy and acetyl.

Wenigstens eine nicht hydrolysierbare Gruppe B ist zweckmäßigerweise in der Lage, an Chinone zu koppeln. Derartige Gruppen B leiten sich vor allem von aliphatischen, heteroaliphatischen, cycloaliphatischen, cycloheteroaliphatischen oder aromatischen Resten ab. Hierzu gehören vor allem Alkylgruppen, insbesondere C1-C30-Alkylgruppen, Cycloalkylgruppen, insbesondere C3-C10-Cycloalkylgruppen, Alkenylgruppen, insbesonde­ re C2-C30-Alkenylgruppen, Arylgruppen, insbesondere C6-C12-Arylgruppen, Aralkylgrup­ pen, insbesondere C7-C10-Aralkylgruppen, wobei diese Gruppen einfach oder mehrfach durch Alkyl, insbesondere C1-C4-Alkyl, Alkoxy, insbesondere C1-C4-Alkoxy und Halogen substituiert sein können. Bevorzugt sind hydrolysierbare kohlenstoffhaltige Verbindungen mit wenigstens einer aliphatischen oder cycloaliphatischen Gruppe B mit 3 bis 20 Kohlen­ stoffatomen, vorzugsweise 3 bis 16 Kohlenstoffatomen.At least one non-hydrolyzable group B is expediently able to couple to quinones. Groups B of this type are mainly derived from aliphatic, heteroaliphatic, cycloaliphatic, cycloheteroaliphatic or aromatic radicals. These include above all alkyl groups, in particular C 1 -C 30 -alkyl groups, cycloalkyl groups, in particular C 3 -C 10 -cycloalkyl groups, alkenyl groups, in particular C 2 -C 30 -alkenyl groups, aryl groups, in particular C 6 -C 12 -aryl groups, aralkyl groups pen, in particular C 7 -C 10 aralkyl groups, it being possible for these groups to be substituted one or more times by alkyl, in particular C 1 -C 4 alkyl, alkoxy, in particular C 1 -C 4 alkoxy and halogen. Hydrolyzable carbon-containing compounds with at least one aliphatic or cycloaliphatic group B with 3 to 20 carbon atoms, preferably 3 to 16 carbon atoms, are preferred.

Eine besonders bevorzugte Klasse von hydrolysierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindun­ gen sind die Silane der Formel XVI
A particularly preferred class of hydrolyzable carbon-containing compounds are the silanes of the formula XVI

(R17)zSi(R16)4-z (XVI)
(R 17 ) z Si (R 16 ) 4-z (XVI)

wobei die Reste R16, die gleich oder verschieden sein können, unabhängig für Halogen, insbesondere Cl oder Br, C1-C4-Alkoxy, insbesondere Methoxy und Ethoxy, C1-C4-Acyloxy, insbesondere Acetyloxy stehen und die Reste R17, die gleich oder verschieden sein können, unabhängig voneinander für C1-C30-Alkyl oder C3-C10-Cycloalkyl, insbeson­ dere Cyclohexyl, stehen und z einem Wert von 1, 2 oder 3 entspricht. where the radicals R 16 , which can be identical or different, independently represent halogen, in particular Cl or Br, C 1 -C 4 alkoxy, in particular methoxy and ethoxy, C 1 -C 4 acyloxy, in particular acetyloxy, and the radicals R 17 , which can be the same or different, are independently C 1 -C 30 -alkyl or C 3 -C 10 -cycloalkyl, in particular cyclohexyl, and z corresponds to a value of 1, 2 or 3.

Insbesondere zu nennen sind Dichlormethylcyclohexylsilan, Phenyltriethoxysilan, (2-Phenylethyl)trichlorsilan, Phenyldimethylchlorsilan, Dimethoxymethylcyclohexylsilan und (C3-C16-Alkyl)n-(C1-C4-alkoxy)m-(chlor)l-silan, wobei n, m und l unabhängig voneinander für einen Wert von 0, 1, 2 oder 3 stehen und die Summe aus n, m und l 4 beträgt.Particular mention may be Dichlormethylcyclohexylsilan, phenyltriethoxysilane, (2-phenylethyl) trichlorosilane, phenyldimethylchlorosilane, Dimethoxymethylcyclohexylsilan and (C 3 -C 16 alkyl) n - (C 1 -C 4 alkoxy) m - (chloro) silane l, wherein n , m and l independently of one another stand for a value of 0, 1, 2 or 3 and the sum of n, m and l is 4.

Diese Verbindungen können in an sich bekannter Weise hergestellt und teilweise auch kommerziell bezogen werden.These compounds can be produced in a manner known per se, and in some cases also be obtained commercially.

In der erfindungsgemäß zu verwendenden wäßrigen Lösung sind diese Verbindungen zumindest teilweise hydrolysiert. Vorzugsweise bilden sie eine kolloidale Lösung aus. Verwendet werden insbesondere Lyosole und vor allem Hydrosole. Es handelt sich in der Regel um disperse Systeme.These compounds are in the aqueous solution to be used according to the invention at least partially hydrolyzed. They preferably form a colloidal solution. Lyosols and especially hydrosols are used in particular. It is in the Usually about disperse systems.

Brauchbare wäßrige Lösungen basieren auf Wasser und können zusätzliche weitere Lösungsmittel, insbesondere niedere Alkohole, wie Methanol, Ethanol und Isopropanol, Ketone wie Aceton, Ether wie Diethylether, Sulfoxide wie DMSO und andere mit Wasser mischbare Lösungsmittel enthalten. Der Wasseranteil, bezogen auf das Gesamtgewicht an Lösungsmittel, beträgt wenigstens 30%, vorzugsweise wenigstens 50% und insbeson­ dere wenigstens 80%.Usable aqueous solutions are based on water and can include additional ones Solvents, especially lower alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol, Ketones like acetone, ethers like diethyl ether, sulfoxides like DMSO and others with water contain miscible solvents. The water content, based on the total weight of solvent, is at least 30%, preferably at least 50% and in particular whose at least 80%.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform verwendet man wäßrige Lösungen, die soviel Wasser enthalten, daß mehr als 10, vorzugsweise mehr als 20 und insbesondere mehr als 40%, vorteilhafterweise 10 bis 99%, bevorzugt 25 bis 75%, insbesondere etwa 50% aller hydrolysierbaren Gruppen hydrolysiert sind. Der pH-Wert der Lösung liegt in der Regel unterhalb von 7, vorzugsweise bei 2 bis 5 und insbesondere bei 3 bis 4.According to a particular embodiment, aqueous solutions are used that have so much Water contain that more than 10, preferably more than 20 and especially more than 40%, advantageously 10 to 99%, preferably 25 to 75%, in particular about 50% of all hydrolyzable groups are hydrolyzed. The pH of the solution is in the Usually below 7, preferably 2 to 5 and especially 3 to 4.

Der pH-Wert der wäßrigen Lösung kann mit geeigneten Säuren, z. B. Chlorwasser­ stoffsäure oder Essigsäure, auch als wäßrige Lösung, eingestellt werden.The pH of the aqueous solution can be adjusted with suitable acids, e.g. B. chlorinated water chemical acid or acetic acid, also as an aqueous solution, can be adjusted.

Bevor die zu behandelnde Glas- oder Metalloberfläche mit der wäßrigen Lösung der hydrolysierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindung in Kontakt gebracht wird, ist es von Vorteil, die Oberfläche zu reinigen. Dies kann in an sich bekannter Weise geschehen, z. B. mit entfettenden Mitteln, z. B. Isopropanol und/oder Diethylether, und/oder Ultraschall.Before the glass or metal surface to be treated with the aqueous solution of the hydrolyzable carbonaceous compound is brought into contact, it is of Advantage of cleaning the surface. This can be done in a manner known per se, e.g. B. with degreasing agents, e.g. B. isopropanol and / or diethyl ether, and / or ultrasound.

Vorzugsweise wird die Oberfläche mit der wäßrigen Lösung beschichtet. Zu diesem Zweck kann man übliche Beschichtungsverfahren anwenden, beispielsweise Tauchen, Fluten, Ziehen, Gießen, Schleudern, Spritzen oder Aufstreichen. Bevorzugt ist das Tauchen. Die Durchführung dieses Vorgangs und dessen Optimierung erfolgt durch den Fachmann.The surface is preferably coated with the aqueous solution. To this Conventional coating processes can be used for this purpose, for example dipping, Flooding, pulling, pouring, centrifuging, spraying or brushing. That is preferred Diving. This process is carried out and optimized by the Professional.

Anschließend wird die Oberfläche und die damit in Kontakt stehende wäßrige Lösung der hydrolysierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindung erwärmt. Lösungsmittel verdampft und die Beschichtung härtet aus.The surface and the aqueous solution in contact therewith is then the heated hydrolyzable carbonaceous compound. Solvent evaporates and the coating hardens.

Trocknung meint in diesem Zusammenhang das Entfernen von Lösungsmittel, insbeson­ dere von Wasser. Wenigstens ein Teil des Lösungsmittels wird entfernt. Von Vorteil ist die im wesentlichen vollständige Entfernung von Wasser. Die Trocknung kann durch Erwär­ men unterstützt werden. Üblicherweise erfolgt die Erwärmung bei Temperaturen in einem Bereich von 20-500°C und vorzugsweise 50°C bis 200°C.In this context, drying means the removal of solvents, in particular those of water. At least some of the solvent is removed. That is an advantage essentially complete removal of water. Drying can be done by heating men are supported. Usually the heating takes place at temperatures in one Range of 20-500 ° C and preferably 50 ° C to 200 ° C.

Die ausgehärteten Schichten weisen üblicherweise Dicken im Bereich zwischen 2 µm und 30 µm auf. Bevorzugt sind Schichtdicken in einem Bereich von 2 bis 10 µm und insbeson­ dere von 2 bis 5 µm.The hardened layers usually have thicknesses in the range between 2 μm and 30 µm. Layer thicknesses in a range from 2 to 10 μm and in particular are preferred others from 2 to 5 µm.

Die erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Oberflächen zeichnen sich durch geringe Rauhigkeit aus. Vorteilhafterweise beträgt der Ra-Wert weniger als 0,5 µm, vorzugsweise weniger als 0,2 µm und insbesondere weniger als 0,1 µm.The carbon-containing surfaces according to the invention are notable for their low roughness. The R a value is advantageously less than 0.5 μm, preferably less than 0.2 μm and in particular less than 0.1 μm.

Die erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Oberflächen zeigen auch ein ausgeprägtes wasserabweisendes Verhalten. Vorteilhafterweise beträgt der Kontaktwinkel mehr als 60°, vorzugsweise mehr als 70° und insbesondere mehr als 80°.The carbonaceous surfaces of the invention also show a pronounced one water repellent behavior. The contact angle is advantageously more than 60 °, preferably more than 70 ° and in particular more than 80 °.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform weisen Teile der Trägeroberfläche erfin­ dungsgemäßer Arrays weitere Überzüge auf, an die keine Chinone gekoppelt sind.According to a particular embodiment, parts of the carrier surface have inventions according to arrays on further coatings to which no quinones are coupled.

Geeignet sind insbesondere Metalle, z. B. Kupfer, Titan, Chrom, Gold und vor allem Platin, oder Polymere. So geben derartige Beschichtungen zweckmäßigerweise eine Oberflä­ chenstrukturierung vor, wonach die Plätze, an denen Biomoleküle immobilisiert sind, keine derartige Beschichtung aufweisen, während die Teile der Oberfläche mit einer derartigen Beschichtung keine immobilisierten Biomoleküle aufweisen. Derartige Arrays können vorteilhafterweise eine präzisere Kopplung von Chinonen auf definierten Flächen aufweisen.Metals are particularly suitable, e.g. B. copper, titanium, chromium, gold and especially platinum, or polymers. Such coatings expediently give a surface surface structuring, according to which the places where biomolecules are immobilized, do not have such a coating, while the parts of the surface with a such a coating do not have any immobilized biomolecules. Such arrays can advantageously achieve a more precise coupling of quinones on defined areas exhibit.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind im Sinne eines Vorprodukts auch Träger, deren Oberflächen partiell mit zweckmäßigen Materialien überzogen sind. Bevorzugt sind Träger mit einer strukturierten Beschichtung (Vorstrukturierung), wobei Aussparungen in der Beschichtung definierte Plätze (Array) vorgeben, auf denen anschließend Biomoleküle immobilisiert werden können.The present invention also relates to carriers in the sense of a preliminary product, the surfaces of which are partially covered with suitable materials. Are preferred Carrier with a structured coating (pre-structuring), with recesses in predefine the coating defined places (array), on which then biomolecules can be immobilized.

Träger im erfindungsgemäßen Sinn sind in der Regel Materialien mit starrer oder halbstar­ rer Oberfläche und in diesem Sinne als fest zu bezeichnen. Üblich sind planare Oberflä­ chen. In bestimmten Fällen kann es aber von Vorteil sein, profilierte Träger zu verwenden. Erhebungen und Vertiefungen, wie Stufen, Rillen, Kanäle, Kerben, beispielsweise V-Kerben oder Mesa-Strukturen sind möglich. Diese Strukturen können so auf der Oberflä­ che angeordnet sein, daß sie die Immobilisierung der Biomoleküle zweckmäßig beeinflus­ sen. Beispielsweise bei der lichtgesteuerten Synthese kann einfallendes Licht durch derartige Strukturen der Trägeroberfläche gezielt beeinflußt, beispielsweise gespiegelt und sogar fokussiert werden, Kanäle können zum Führen von Flüssigkeit dienen.Carriers in the sense of the invention are usually rigid or semi-rigid materials rer surface and in this sense as solid. Planar surfaces are common chen. In certain cases, however, it can be advantageous to use profiled supports. Elevations and depressions, such as steps, grooves, channels, notches, for example V-notches or mesa structures are possible. These structures can be on the surface surface be arranged that it expediently influence the immobilization of the biomolecules sen. In the case of light-controlled synthesis, for example, incident light can pass through such structures of the carrier surface are specifically influenced, for example mirrored and even be focused, channels can be used to guide fluid.

Zumindest Teile der Oberfläche derartiger Träger entsprechen den erfindungsgemäßen Vorgaben.At least parts of the surface of such supports correspond to those according to the invention Requirements.

Die Form eines Trägers kann mannigfaltig sein und richtet sich in erster Linie nach der Art der noch zu beschreibenden Verwendung des Trägers. Es kann sich beispielsweise um Objektträger, Mikrotiterplatten, Röhrchen, Chips, Dipsticks, Stempel, Caps, Partikel, Stränge, insbesondere Faserbündel, sphärische Körper, wie Kugeln oder Kügelchen, Fällungsprodukte, Membranen, Gele, Blätter, Behältnisse, Kapillaren, Scheiben, Folien oder Platten handeln. Auch Wafer-Formate können als Träger dienen, die gewünschten­ falls vereinzelbar sind. Die Träger können ferner mit weiteren zweckmäßigen Bauteilen versehen sein, beispielsweise kann man Chips einkapseln. Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist ein Körper, insbesondere in Form eines Dipsticks, mit einem Verschlußmittel, z. B. einem Schnapp- oder Schraubdeckel versehen, der, aufgesetzt auf ein passendes Behältnis, insbesondere ein Inkubationsgefäß, die auf dem Körper immobilisierten Biomoleküle mit einem im Behältnis befindlichen Probenfluid in Kontakt bringen kann. Der Körper hat vorzugsweise die Form eines Stiftes, an dessen einem Ende das Verschlußmittel und an dessen anderem Ende zweckmäßigerweise die Biomoleküle immobilisiert sind. So entspricht wenigstens ein Teil der Oberfläche des Körpers den erfindungsgemäßen Vorgaben. Praktischerweise kann der Körper aus dem Polymer auf Polycycloolefin-Basis oder einem geeigneten Verbundwerkstoff mit entspre­ chenden Oberflächenteilen geformt sein. Ferner können mehrere Dipsticks - auch gemäß der vorstehend erläuterten Ausführungsform - vereinzelbar miteinander verbunden sein. The shape of a carrier can be varied and depends primarily on the type the use of the carrier to be described. It can be, for example Slides, microtiter plates, tubes, chips, dipsticks, stamps, caps, particles, Strands, especially fiber bundles, spherical bodies, such as spheres or spheres, Precipitation products, membranes, gels, sheets, containers, capillaries, discs, foils or trade records. Wafer formats can also serve as carriers, the desired ones if are separable. The carrier can also be equipped with other useful components be provided, for example one can encapsulate chips. According to a particular Embodiment is a body, in particular in the form of a dipstick, with a Closure means, e.g. B. provided a snap or screw cap that is placed on a suitable container, especially an incubation vessel, that is placed on the body immobilized biomolecules in contact with a sample fluid located in the container can bring. The body is preferably in the form of a pin, on one of which End of the closure means and expediently at the other end of the Biomolecules are immobilized. At least part of the surface corresponds to the Body the specifications according to the invention. Practically, the body can get out of the Polycycloolefin-based polymer or a suitable composite material with corre corresponding surface parts be shaped. Furthermore, several dipsticks - also according to the embodiment explained above - be individually connected to one another.

Die Plätze, an denen Biomoleküle immobilisiert sind, also insbesondere Felder immobili­ sierter Biomoleküle können unterschiedliche Geometrien aufweisen. Prinzipiell kann die Form beliebig sein, z. B. kreisförmig, rechteckig, quadratisch oder elliptisch. Die Fläche beträgt vorzugsweise weniger als 1 mm2, insbesondere weniger als 10000 µm2, und ganz besonders bevorzugt weniger als 1000 µm2.The places where biomolecules are immobilized, in particular fields of immobilized biomolecules, can have different geometries. In principle, the shape can be any, e.g. B. circular, rectangular, square or elliptical. The area is preferably less than 1 mm 2 , in particular less than 10,000 μm 2 , and very particularly preferably less than 1000 μm 2 .

Gemäß einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind Biomoleküle als Spots immobilisiert, d. h. als im wesentlichen kreisförmige Felder. Derartige Spots haben vorzugsweise Durchmesser in einem Bereich von 1 µm bis 1000 µm, insbesondere 5 µm bis 20 µm oder 50 µm bis 500 µm. Insbesondere Spots mit Durchmessern unterhalb von 200 µm und vor allem unterhalb von 20 µm lassen sich mit der oben beschriebenen Vorstrukturierung vorteilhaft verwirklichen.According to a particular embodiment of the invention, biomolecules are as Spots immobilized, d. H. as substantially circular fields. Have such spots preferably diameter in a range from 1 μm to 1000 μm, in particular 5 μm up to 20 µm or 50 µm to 500 µm. In particular spots with diameters below 200 µm and especially below 20 µm can be achieved with the one described above Realize pre-structuring in an advantageous manner.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfindungsgemäßer Arrays handelt es sich bei den Biomolekülen um Nukleinsäuren, insbesondere Oligonukleotide mit einer Länge von 2 bis 500 Basen. In der Regel sind die immobilisierten Oligonukleotide in der Lage, an eine Target-Nukleinsäure zu binden. In diesem Sinne werden die immobilisierten Oligonu­ kleotide auch als Sonden bezeichnet.According to a preferred embodiment of arrays according to the invention, these are in the case of biomolecules, around nucleic acids, in particular oligonucleotides with a length from 2 to 500 bases. As a rule, the immobilized oligonucleotides are able to to bind a target nucleic acid. In this sense, the immobilized Oligonu Kleotide also known as probes.

Die Sonden sind in der Regel einzelsträngige Oligomere. DNA, RNA sowie Nukleinsäure-Analoga und -Derivate, wie gegebenenfalls modifizierte PNA, LNA und PSNA sowie modifizierte DNA oder RNA können verwendet werden. Die Mindestlänge der Sonden hängt ab von der Komplexität der Probe, insbesondere der Anzahl der Basen nachzuwei­ sender Nukleinsäuren, aber auch von der Art des als Sonde verwendeten Nukleinsäure­ typs und der erreichbaren thermodynamische Stabilität zwischen Probe und Sonde.The probes are usually single-stranded oligomers. DNA, RNA as well Nucleic acid analogs and derivatives, such as optionally modified PNA, LNA and PSNA as well as modified DNA or RNA can be used. The minimum length of the probes depends on the complexity of the sample, in particular the number of bases to be detected sender nucleic acids, but also on the type of nucleic acid used as a probe type and the achievable thermodynamic stability between sample and probe.

In Abhängigkeit vom Nukleinsäuretyp weisen Sonden üblicherweise ein Länge von 8 bis 60, vorzugsweise von 13 bis 25 und insbesondere von 13 Basen für DNA, von 8 bis 60, vorzugsweise von 13 bis 25 und insbesondere von 13 Basen für DNA-LNA Hybride, von 8 bis 60, vorzugsweise von 13 bis 25 und insbesondere von 13 Basen für PSNA, von 6 bis 30, vorzugsweise von 8 bis 18 und insbesondere von 9 Basen für LNA, und von 6 bis 18, vorzugsweise von 8 bis 18 und insbesondere von 9 Basen für PNA auf.Depending on the nucleic acid type, probes usually have a length of 8 to 60, preferably from 13 to 25 and in particular from 13 bases for DNA, from 8 to 60, preferably from 13 to 25 and especially from 13 bases for DNA-LNA hybrids, from 8 to 60, preferably from 13 to 25 and especially from 13 bases for PSNA, from 6 to 30, preferably from 8 to 18 and especially from 9 bases for LNA, and from 6 to 18, preferably from 8 to 18 and especially from 9 bases for PNA.

Bei relativ geringer Komplexität der nachzuweisenden Nukleinsäuren, z. B. Amplifikaten, insbesondere PCR-Amplifikaten, Viren, Plasmiden und Mikroorganismen, sind relativ kurze Sonden, etwa im Bereich von 8-25meren und insbesondere 8-15meren, zweckmä­ ßig. Bei relativ hoher Komplexität der nachzuweisenden Nukleinsäuren, z. B. nichtamplifi­ zierter RNA; über cDNA gesamtamplifizierter RNA, nichtamplifizierter gesamtgenomischer DNA und amplifizierter gesamtgenomischer DNA, sind längere Sonden, etwa im Bereich von 16-60meren für synthetische Sonden, zweckmäßig oder die Sonden bestehen aus PCR-Produkten, cDNA, Plasmiden oder DNA aus lysierten Bakterien, die auch eine darüber hinaus gehende Basenanzahl aufweisen können.With relatively low complexity of the nucleic acids to be detected, e.g. B. amplificates, in particular PCR amplificates, viruses, plasmids and microorganisms are relative short probes, for example in the range of 8-25 mers and in particular 8-15 mers, are appropriate thirty. With relatively high complexity of the nucleic acids to be detected, e.g. B. non-amplifi decorated RNA; Totally amplified RNA via cDNA, unamplified total genomic mixer DNA, and amplified whole genomic DNA, are longer probes, roughly in the range from 16-60mers for synthetic probes, expedient or the probes consist of PCR products, cDNA, plasmids or DNA from lysed bacteria that also contain a can have a base number in excess of this.

Die Basenabfolge der Sonden richtet sich vornehmlich nach ihrer Funktion. Eine Testson­ de weist in der Regel eine Basenabfolge auf, die zu einer bestimmten Targetsequenz einer nachzuweisenden Nukleinsäure komplementär ist oder einem anderen Aspekt zufolge mit der Targetsequenz spezifisch hybridisieren kann. Eine Kontrollsonde kann insbesondere die Funktion einer Normalisierungs-, Mismatch-, Housekeeping-, Probenzu­ bereitungs-, Hybridisierungs- oder Amplifikationskontrolle haben und dementsprechend eine Basenabfolge aufweisen, die komplementär ist zu einer Basenabfolge einer Refe­ renz-Nukleinsäure, einer nachzuweisenden Nukleinsäure mit ähnlicher Basenabfolge, einer konstitutiv exprimierten Nukleinsäure, z. B. einer vom β2-Mikroglobulin, β-Aktin-, GAPDH- oder Transferrin-Rezeptor-Gen abgeleiteten Nukleinsäure, einer speziesspezifi­ schen Nukleinsäure bzw. eines Amplifikats.The base sequence of the probes depends primarily on their function. A test probe usually has a sequence of bases that is complementary to a specific target sequence of a nucleic acid to be detected or, according to another aspect, can specifically hybridize with the target sequence. A control probe can in particular have the function of a normalization, mismatch, housekeeping, sample preparation, hybridization or amplification control and accordingly have a base sequence that is complementary to a base sequence of a reference nucleic acid, a nucleic acid to be detected with a similar base sequence, a constitutively expressed nucleic acid, e.g. B. a nucleic acid derived from β 2 -microglobulin, β-actin, GAPDH or transferrin receptor gene, a species-specific nucleic acid or an amplificate.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Immobilisierung von Biomolekülen,
The present invention also relates to a method for immobilizing biomolecules,

  • a) wobei man wenigstens ein Derivat einer Kopplungsgruppe, vorzugsweise ein Chinon­ derivat, auf einen Träger mit kohlenstoffhaltiger Oberfläche aufbringt, belichtet und erforderlichenfalls die immobilisierten Derivate in die Biomoleküle überführt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man als kohlenstoffhaltige Oberfläche wenigstens ein Polycycloolefin verwendet; odera) being at least one derivative of a coupling group, preferably a quinone derivative, applied to a carrier with a carbonaceous surface, exposed and if necessary, the immobilized derivatives are transferred into the biomolecules, the The method is characterized in that the carbon-containing surface at least one polycycloolefin is used; or
  • b) wobei man eine Trägeroberfläche mit wenigstens einer hydrolysierbaren kohlenstoff­ haltigen Verbindung behandelt, wenigstens ein Derivat einer Kopplungsgruppe, vorzugs­ weise ein Chinonderivat, auf die kohlenstoffhaltige Trägeroberfläche aufbringt, belichtet und erforderlichenfalls die immobilisierten Derivate in die Biomoleküle überführt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine wässrige Lösung der hydroly­ sierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindung verwendet.b) wherein having a support surface with at least one hydrolyzable carbon containing compound treated, at least one derivative of a coupling group, preferably wise a quinone derivative, applied to the carbonaceous support surface, exposed and, if necessary, converting the immobilized derivatives into the biomolecules, wherein the method is characterized in that an aqueous solution of the hydrolyte convertible carbonaceous compound is used.

Erfindungsgemäße Ausgestaltungen dieses Gegenstandes werden ebenfalls anhand der bevorzugten, auf Chinone gerichteten Ausführungsform stellvertretend für weitere geeignete Kopplungsgruppen beschrieben. Developments according to the invention of this subject are also based on the preferred embodiment directed to quinones as representative of others suitable coupling groups described.

Zur Kopplung des Chinons an die kohlenstoffhaltige Oberfläche wird belichtet. Belichtung meint hier das Einstrahlen elektromagnetischer Strahlung zwecks Chinonaktivierung. Es sollte sich dabei um eine nichtionisierende Strahlung handeln, deren Wellenlänge in der Regel im UV-VIS-Bereich liegt. Die Strahlung sollte möglichst wenig mit weiteren funktio­ nellen Gruppen der Chinonderivate wechselwirken. Aus praktischen Gründen wird üblicherweise inkohärentes kontinuierliches Licht verwendet. Ebenfalls kann monochro­ matisches, polarisiertes, gepulstes oder kohärentes Licht verwendet werden. Geeignete Lichtquellen sind bekannt und können in der Regel kommerziell bezogen werden.Exposure takes place to couple the quinone to the carbon-containing surface. exposure here means the radiation of electromagnetic radiation for the purpose of quinone activation. It should be a non-ionizing radiation whose wavelength is in the Usually in the UV-VIS range. The radiation should interfere with other functions as little as possible nell groups of the quinone derivatives interact. For practical reasons, commonly used incoherent continuous light. Monochrome can also be used matic, polarized, pulsed or coherent light can be used. Suitable Light sources are known and can usually be obtained commercially.

Die Belichtungszeit bemißt sich an einer effektiven Kopplung der Chinone an die kohlen­ stoffhaltige Oberfläche bei minimaler Zersetzung des Chinonderivats. In der Regel beträgt die Belichtungszeit weniger als 200 Minuten. Bevorzugt sind Belichtungszeiten von weniger als 60 Minuten, vor allem von weniger als 10 Minuten und insbesondere von weniger als 5 Minuten.The exposure time is measured by an effective coupling of the quinones to the carbon Substance-containing surface with minimal decomposition of the quinone derivative. Usually amounts to the exposure time less than 200 minutes. Exposure times of less than 60 minutes, especially less than 10 minutes and especially less than 5 minutes.

Das aufzubringende Chinonderivat basiert auf wenigstens einer funktionalisierten Chinonstruktur und kann Spacer und/oder Biomoleküle bzw. -derivate oder Teile davon aufweisen. Beispielsweise können Funktionalitäten an Spacern und/oder Biomolekülen geeignete Schutz- oder Aktivierungsgruppen aufweisen.The quinone derivative to be applied is based on at least one functionalized Quinone structure and can be spacers and / or biomolecules or derivatives or parts thereof exhibit. For example, functionalities on spacers and / or biomolecules have suitable protecting or activating groups.

Die sich hieraus ergebenden Vorgehensweisen zur Immobilisierung von Biomolekülen können grundsätzlich unterschieden werden in eine Variante, bei der das Biomolekül während der Chinonkopplung zugegen ist, und einer anderen Variante, bei der das Biomolekül erst nach erfolgter Chinonkopplung an ein bereits immobilisiertes Chinonderi­ vat angefügt wird. Die im Einzelfall zu wählende Variante hängt von der Art des Biomole­ küls und dessen Synthese ab.The resulting procedures for immobilizing biomolecules can basically be differentiated into a variant in which the biomolecule while the quinone coupling is present, and another variant in which the Biomolecule only after the quinone has been coupled to an already immobilized quinone vat is added. The variant to be chosen in each individual case depends on the type of biomole küls and its synthesis.

So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, zunächst das funktionalisierte Chinon gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Spacers an das Biomolekül zu binden und dieses vorgefertigte Konstrukt anschließend an die kohlenstoffhaltige Oberfläche zu koppeln. Diese Variante bietet den Vorteil, daß die vorgefertigten Konstrukte als Substanz - erforderlichenfalls nach zweckmäßiger Aufreinigung und vorteilhafterweise charakteri­ siert - im wesentlichen homogen sein können, so daß die Qualität des resultierenden Arrays vor allem durch die Kopplungsreaktion bestimmt wird. Hier bietet die vorliegende Erfindung wiederum vorteilhafte Ausgestaltungen, die einerseits zu einer effektiven und reproduzierbaren Kopplung beitragen, andererseits eine Kontrolle des Kopplungsergeb­ nisses und damit des Arrays ermöglichen. For example, it can be useful to first use the functionalized quinone optionally with the interposition of a spacer to bind to the biomolecule and this prefabricated construct is then attached to the carbonaceous surface couple. This variant offers the advantage that the prefabricated constructs as a substance - If necessary after appropriate purification and advantageously characteristic sated - can be essentially homogeneous, so that the quality of the resulting Arrays are mainly determined by the coupling reaction. This is where the present one offers Invention, in turn, advantageous embodiments that on the one hand result in an effective and Contribute reproducible coupling, on the other hand a control of the coupling result enable nisses and thus the array.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens werden daher vorgefertigte, Chinon und Biomolekül bzw. Derivate davon aufweisende Konstrukte (gegebenenfalls unter Verwendung von Spacern und anderen Linkem) auf die kohlen­ stoffhaltige Oberfläche aufgebracht und belichtet. Erforderlichenfalls kann sich eine Überführung der immobilisierten Konstrukte in die gewünschten Biomoleküle anschließen, in der Regel ist dies aber nicht erforderlich. Diese Ausführungsform findet vor allem Anwendung auf Nukleinsäuren und insbesondere Oligonukleotide.According to a preferred embodiment of the present method are therefore prefabricated, quinone and biomolecule or derivatives thereof having constructs (possibly with the use of spacers and other linkers) on the carbon material-containing surface applied and exposed. If necessary, a Then transfer the immobilized constructs into the desired biomolecules, as a rule, however, this is not necessary. This embodiment takes place above all Application to nucleic acids and especially oligonucleotides.

Dazu werden die Nukleinsäure zunächst in an sich bekannter Weise bereitgestellt. Oligonukleotide können bequem mit Festphasen-Synthesemethoden, wie der Phosphat­ diesterkopplungs- oder Phosphoramidit-Methode synthetisiert werden. Für PNAs kommen geeignete Peptid-Synthesesysteme zur Anwendung. Eine andere Möglichkeit verwendet Nukleinsäuren natürlichen Ursprungs als Templat zur Erzeugung erfindungsgemäß geeigneter Nukleinsäuren, beispielsweise in Form von cDNA, ccDNA, RNA oder cRNA. Hier sind vor allem Amplifikate, insbesondere PCR-Produkte zu nennen.For this purpose, the nucleic acids are first made available in a manner known per se. Oligonucleotides can be conveniently used with solid phase synthesis methods, such as the phosphate the ester coupling or phosphoramidite method can be synthesized. Come for PNAs suitable peptide synthesis systems for use. Used another option Nucleic acids of natural origin as a template for generation according to the invention suitable nucleic acids, for example in the form of cDNA, ccDNA, RNA or cRNA. Above all, amplicons, particularly PCR products, should be mentioned here.

Für die Bindung an funktionalisiertes Chinon oder Spacer ist die Nukleinsäure erforderli­ chenfalls an geeigneter Stelle zu modifizieren, beispielsweise durch Umsetzung mit Amino-Modifikatoren oder Biotin-Analoga, wie z. B. aktivierbaren Arylazidderivaten von Biotin. Die Bindung am 5'-Ende der Nukleinsäure ist bevorzugt.The nucleic acid is required for binding to functionalized quinone or spacers if necessary to be modified at a suitable point, for example by implementing with Amino modifiers or biotin analogs, such as. B. activatable aryl azide derivatives of Biotin. Binding at the 5 'end of the nucleic acid is preferred.

Das Chinon wird vorzugsweise als Carbonsäure oder reaktives Acylderivat, beispielswei­ se als Carbonsäurehalogenid, mit geeigneten Spacern, Biomolekülen oder Spacer-Biomolekül-Konstrukten bzw. zweckmäßigen Derivaten davon umgesetzt. Diese Umset­ zung erfolgt in an sich bekannter Weise je nach Art der zu realisierenden Bindung. Der Aufbau von Spacern kann dabei auch schrittweise erfolgen, beispielsweise indem man sukzessive ausgehend vom funktionalisierten Chinon zunächst die einzelnen Linker und schließlich das oder die Biomoleküle anfügt, oder einerseits das funktionalisierte Chinon mit einem oder mehreren Linkem und andererseits das Biomolekül mit einem oder mehreren Linkem umsetzt und anschließend die resultierenden Konstrukte zusammen­ fügt. Sollen Amplifikate, insbesondere PCR-Produkte, immobilisiert werden, so kann man zunächst die zu verwendenden Primer mit dem Chinon, gegebenenfalls unter Zwischen­ schaltung von Spacern, derivatisieren. Das Amplifikat weist dann bereits das Chinon auf und kann in der Regel direkt an die Oberfläche gekoppelt werden. The quinone is preferably used as a carboxylic acid or reactive acyl derivative, for example se as a carboxylic acid halide, with suitable spacers, biomolecules or Implemented spacer-biomolecule constructs or appropriate derivatives thereof. This implementation tion takes place in a manner known per se, depending on the type of bond to be realized. The Spacers can also be built up step by step, for example by successively starting from the functionalized quinone first the individual linkers and finally adding the biomolecule or molecules, or on the one hand the functionalized quinone with one or more linkers and on the other hand the biomolecule with one or several linkers implemented and then the resulting constructs together adds. If amplificates, in particular PCR products, are to be immobilized, one can first of all the primers to be used with the quinone, optionally with intermediate switching of spacers, derivatizing. The amplificate then already has the quinone and can usually be coupled directly to the surface.

In bestimmten Fällen kann es allerdings erforderlich und auch zweckmäßig sein, daß das Biomolekül während der Chinonkopplung nicht zugegen ist. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sich die Kopplungsbedingungen auf das Biomolekül auswirken. Ein anderer Fall betrifft die Möglichkeit, die Biomoleküle im Anschluß an die Kopplung ausgehend von den immobilisierten Chinonderivaten sukzessive zu synthetisieren.In certain cases, however, it may be necessary and also appropriate that the Biomolecule is not present during the quinone coupling. This is especially true useful if the coupling conditions affect the biomolecule. A another case concerns the possibility of the biomolecules following the coupling to be synthesized successively starting from the immobilized quinone derivatives.

Grundsätzlich können dazu die bekanntermaßen bei der Festphasensynthese von Nukleinsäuren und Peptiden zur Anwendung kommenden Methoden eingesetzt werden.In principle, the known in the solid phase synthesis of Nucleic acids and peptides are used to apply methods.

Sollen verschiedene Biomoleküle, vor allem Oligonukleotide und Peptide mit unterschied­ lichen Sequenzen parallel synthetisiert werden, können mittels photoaktivierbarer Schutzgruppen und selektiver Bestrahlung nur diejenigen Oligomere entschützt werden, die dann mit einem bestimmten weiteren Baustein versehen werden sollen. Die selektive Bestrahlung erfolgt in der Regel über geeignete lithographische Masken. Zur weiteren Erläuterung sei hier auf die grundlegenden Ausführungen hierzu in dem US-Patent 5,744,305 verwiesen.Shall different biomolecules, especially oligonucleotides and peptides with different union sequences are synthesized in parallel, can be activated by means of photoactivatable Protective groups and selective irradiation only those oligomers are deprotected which are then to be provided with a certain additional module. The selective one Irradiation is usually carried out using suitable lithographic masks. To further Explanation is given here to the basic explanations in this regard in the US patent 5,744,305.

In der Regel wird das Chinonderivat in Lösung auf die kohlenstoffhaltige Trägeroberfläche aufgebracht. Geeignete Lösungsmittel sollten mit dem Chinonderivat und insbesondere dem photoaktivierten Chinonderivat kompatibel sein. Darüber hinaus ist es von Vorteil, daß die gleichmäßige Verteilung der Chinonderivate auf der Oberfläche vor dem Ver­ dampfen des Lösungsmittels erfolgt ist. Vorzugsweise ergibt sich eine homogene Verteilung der Chinonderivate auf der behandelten Oberfläche, wobei es insbesondere bevorzugt ist, daß die behandelte Oberfläche mit Chinonderivaten gesättigt ist.As a rule, the quinone derivative is applied in solution to the carbon-containing carrier surface upset. Suitable solvents should be with the quinone derivative and in particular be compatible with the photoactivated quinone derivative. In addition, it is advantageous that the even distribution of the quinone derivatives on the surface before the Ver the solvent has been evaporated. The result is preferably a homogeneous one Distribution of the quinone derivatives on the treated surface, being in particular it is preferred that the treated surface is saturated with quinone derivatives.

Prinzipiell können wäßrige und organische Lösungsmittel verwendet werden. Bevorzugt sind wäßrige Lösungsmittel. Diese können organische Lösungsmittel enthalten. Vorzugs­ weise beträgt der Anteil an organischen Lösungsmitteln weniger als 10 Vol.-% und insbesondere weniger als 5 Vol.-%. Zu geeigneten organischen Lösungsmitteln gehören niedere Alkohole, wie Methanol, Ethanol und 1-Propanol, Ketone wie Aceton, Ether wie Diethylether, Sulfoxide wie DMSO und andere mit Wasser mischbare Lösungsmittel. Wäßrige Lösungen mit einem Propanolgehalt von etwa 1 bis 10 Vol.-%, insbesondere etwa 5% haben sich als zweckmäßig erwiesen.In principle, aqueous and organic solvents can be used. Prefers are aqueous solvents. These can contain organic solvents. Preference wisely, the proportion of organic solvents is less than 10% by volume and in particular less than 5% by volume. Suitable organic solvents include lower alcohols such as methanol, ethanol and 1-propanol, ketones such as acetone, ethers such as Diethyl ether, sulfoxides such as DMSO and other water-miscible solvents. Aqueous solutions with a propanol content of about 1 to 10% by volume, in particular about 5% have proven to be useful.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man der aufzubringenden Lösung ein hygroskopisches Salz zu. Bevorzugt ist Calcium­ chlorid. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das hygroskopische Salz im mM-Bereich zuzusetzen, vorzugsweise etwa 0,1 mM bis 200 mM, vorzugsweise 1 mM bis 50 mM und insbesondere etwa 50 mM.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, sets a hygroscopic salt is added to the solution to be applied. Calcium is preferred chloride. It has proven to be useful to use the hygroscopic salt in the mM range add, preferably about 0.1 mM to 200 mM, preferably 1 mM to 50 mM and especially about 50 mM.

Zum Aufbringen der Chinonderivate sind prinzipiell alle Techniken geeignet, die eine definierte und reproduzierbare Abgabe einer bestimmten Flüssigkeitsmenge erlauben. Beispielsweise können Techniken wie Pipettieren, Dispensieren, Drucken, Stempeln zur Anwendung kommen.In principle, all techniques are suitable for applying the quinone derivatives that include a allow defined and reproducible delivery of a certain amount of liquid. For example, techniques such as pipetting, dispensing, printing, stamping can be used Application.

Brauchbar sind beispielsweise kontaktfreie Verfahren wie Piezodispenser und Druckpuls­ dispenser. Hier hat sich die Kontrolle von Temperatur und relativer Luftfeuchte zur Vermeidung von Satellitenspots als zweckmäßig erwiesen. Vor allem bei Kunststoffträ­ gern ist die Erdung des Trägermaterials zur Ableitung von elektrostatischer Ladung sinnvoll.For example, non-contact methods such as piezo dispensers and pressure pulses can be used dispenser. Here is the control of temperature and relative humidity Avoidance of satellite spots proved useful. Especially with plastic carriers The grounding of the carrier material to dissipate electrostatic charge is popular makes sense.

Brauchbar sind auch kontaktierende Verfahren, wie Kapillardispenser, welche die Flüssigkeit mit einer dünnen Kapillare, beispielsweise mit einem Innendurchmesser von 1,5 bis 5 µm, auftragen, und die sogenannte Pin- und Ring-Technologie. Über die Polarität des zu dispensierenden Mediums kann ein optimaler Tropfenabriß gewährleistet werden, z. B. durch Zusatz von Salz oder Lösungsmitteln wie Ethanol oder 1-Propanol.Contacting methods, such as capillary dispensers, which use the Liquid with a thin capillary, for example with an inner diameter of 1.5 to 5 µm, and the so-called pin and ring technology. About the The polarity of the medium to be dispensed can guarantee optimal tear-off be e.g. B. by adding salt or solvents such as ethanol or 1-propanol.

Die abgegebene Flüssigkeitsmenge ist von Bedeutung, da sie die Fläche, auf der die Biomoleküle immobilisiert werden, also insbesondere die Spotgröße bestimmt. In der Regel werden Flüssigkeitsmengen im Femto- bis Nanoliter-Bereich aufgebracht. So sind Spots mit einem Durchmesser von etwa 150 bis 200 µm mit einer kontaktfrei aufgebrach­ ten Menge von etwa 0,5 nl bis 1,5 nl erhältlich. Spots mit Durchmessern im Bereich von 10 µm können erzeugt werden, indem man mittels Kapillardispensern Mengen von etwa 1 pl aufbringt.The amount of liquid dispensed is important as it determines the area on which the Biomolecules are immobilized, so in particular the spot size is determined. In the As a rule, amounts of liquid in the femto to nanoliter range are applied. So are Spots with a diameter of about 150 to 200 µm with a non-contact applied th quantity available from about 0.5 nl to 1.5 nl. Spots with diameters in the range of 10 µm can be produced by using capillary dispensers to dispense amounts of approx 1 pl applies.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Chinonderivate auf eine vorstrukturierte Oberfläche aufgebracht. Dazu werden Teile der Oberfläche derart behandelt, daß Chinonderivate an die behandelten Flächen im wesentlichen nicht koppeln. Beispielsweise kann man Teile der Oberfläche mit Materialien beschichten, die unter den Kopplungsbedingungen im wesentlichen nicht mit den Chinonderivaten reagieren. Hierzu gehören vor allem Metalle, wie Chrom, Kupfer, Titan, Platin, Gold und dergleichen, weitere anorganische Materialien, wie Gläser oder Kerami­ ken, sowie organische Materialien, Polymere eingeschlossen. Ferner kommt auch eine Plasmabehandlung der Oberfläche, beispielsweise mit Argonplasma, in Betracht. According to a particular embodiment of the method according to the invention the quinone derivatives applied to a pre-structured surface. These are parts the surface treated so that quinone derivatives to the treated areas in the essential not couple. For example, you can parts of the surface with materials coat which, under the coupling conditions, are essentially not with the Quinone derivatives react. Above all, this includes metals such as chromium, copper, titanium, Platinum, gold and the like, other inorganic materials such as glasses or ceramics ken, as well as organic materials, including polymers. There is also one Plasma treatment of the surface, for example with argon plasma, into consideration.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform bringt man zunächst eine Metallschicht, vorzugsweise eine Platin- oder Chromschicht, auf die kohlenstoffhalti­ ge Oberfläche auf. Dies kann in an sich bekannter Weise erfolgen, beispielsweise kann das Metall gesputtert oder aufgedampft werden. Anschließend werden die Teile der aufgebrachten Schicht wieder entfernt und damit die Teile der kohlenstoffhaltigen Oberfläche wieder freigelegt, auf denen Biomoleküle immobilisiert werden sollen. Auch das Entfernen von Teilen der Metallschicht kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Beispielsweise kann man einen zu diesem Zweck herkömmlicherweise verwendeten Photolack auftragen, diesen über eine geeignet Maske, in der Regel eine photolithogra­ phische Maske, an den Stellen belichten, an denen das Metall anschließend, beispiels­ weise durch Ätzen, entfernt werden soll. Auf diese Art und Weise kann durch die Wahl einer bestimmten Maske mit Aussparungen definierter Größe und Form die kohlenstoff­ haltige Oberfläche als Abbild dieser Maske in kopplungsfähige und nicht kopplungsfähige Bereiche unterteilt werden.According to a preferred embodiment of this embodiment, one brings first a metal layer, preferably a platinum or chrome layer, on the carbon-containing ge surface. This can be done in a manner known per se, for example can the metal can be sputtered or vapor deposited. Then the parts of the applied layer removed again and thus the parts of the carbonaceous Surface exposed again, on which biomolecules are to be immobilized. Also parts of the metal layer can be removed in a manner known per se. For example, one can be conventionally used for this purpose Apply photoresist, this over a suitable mask, usually a photolithogra phische mask, expose in the places where the metal then, for example wisely by etching, should be removed. This way you can by choosing a certain mask with recesses of a defined size and shape the carbon containing surface as an image of this mask in couplable and non-couplable Areas are divided.

Alternativ kann auch zunächst Photolack auf die kohlenstoffhaltige Oberfläche aufgetra­ gen werden. Dieser wird dann über eine inverse Maske belichtet und entwickelt, so daß anschließend Metall auf diejenigen Teile der Oberfläche aufgetragen werden kann, an denen Biomoleküle nicht immobilisiert werden sollen. Diejenigen Stellen, an denen Biomoleküle immobilisiert werden sollen, sind zunächst noch mit Photolack überzogen, der vor Kopplung der Biomoleküle in geeigneter Weise, beispielsweise mit zweckmäßigen Lösungsmitteln wie Aceton, entfernt wird.Alternatively, photoresist can also first be applied to the carbon-containing surface be genes. This is then exposed through an inverse mask and developed so that then metal can be applied to those parts of the surface which biomolecules should not be immobilized. Those places where Biomolecules to be immobilized are initially coated with photoresist, before coupling the biomolecules in a suitable manner, for example with appropriate Solvents such as acetone is removed.

Zusätzlich zum Auftragen definierter und reproduzierbarer Flüssigkeitsmengen bietet diese Ausführungsform insbesondere den Vorteil, die Form und die maximale Fläche eines Platzes zur Immobilisierung von Biomolekülen wählen zu können.In addition to the application of defined and reproducible amounts of liquid this embodiment in particular has the advantage of the shape and the maximum area to be able to choose a place to immobilize biomolecules.

Nach dem Aufbringen der Chinonderivate läßt man in der Regel zunächst das Lösungs­ mittel verdampfen. Dies erfolgt normalerweise bei Raumtemperatur, kann aber auch durch Wahl geeigneter höherer oder niedrigerer Temperaturen beeinflußt werden.After the quinone derivatives have been applied, the solution is generally left first evaporate medium. This is usually done at room temperature, but it can also can be influenced by choosing suitable higher or lower temperatures.

Im Anschluß an die Belichtung und die damit einhergehende Kopplung von Chinonen an die kohlenstoffhaltige Oberfläche wird in der Regel ein Waschvorgang durchgeführt. Zweck dieses Waschvorgangs ist es insbesondere, nicht gekoppelte Chinonderivate zu entfernen. In Anlehnung an die zuvor zum Aufbringen des Chinonderivats verwendete Lösung werden zum Waschen ebenfalls wäßrige Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemi­ sche verwendet. Prinzipiell gelten obige Ausführungen hier entsprechend.Following the exposure and the associated coupling of quinones on a washing process is usually carried out on the carbon-containing surface. The purpose of this washing process is, in particular, to add uncoupled quinone derivatives remove. Based on the one previously used to apply the quinone derivative Aqueous solvents or solvent mixtures are also used for washing used. In principle, the above statements apply here accordingly.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform wäscht man mit einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, das ein Tensid, vorzugsweise ein nichtionisches Tensid, enthält. Besonders bevorzugt sind polyalkoxylierte, insbesondere polyethoxylierte Fettsäurester von Polyolen, insbesondere von Glycerin oder Sorbitol, beispielsweise die unter dem Handelsnamen Tween® vertriebenen Sorbitanfettsäureester. Insbesondere hat sich die Verwendung von ethoxyliertem Sorbitanmonolaurat als zweckmäßig erwiesen.According to a particular embodiment, washing is carried out with a solvent or Solvent mixture containing a surfactant, preferably a nonionic surfactant. Polyalkoxylated, in particular polyethoxylated, fatty acid esters are particularly preferred of polyols, in particular of glycerol or sorbitol, for example those under the Sorbitan fatty acid esters sold under the trade name Tween®. In particular, the Use of ethoxylated sorbitan monolaurate proved to be expedient.

Die Konzentration an Tensid in der Waschlösung wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß einerseits eine effektive Entfernung nicht gekoppelter Chinonderivate gewährleistet wird, andererseits die Waschlösung mit den immobilisierten Biomolekülen kompatibel ist. Konzentrationen im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-% und vorzugsweise 0,05 Gew.-% bis 2 Gew.-% haben sich als zweckmäßig erwiesen.The concentration of surfactant in the washing solution is expediently chosen so that that on the one hand ensures effective removal of uncoupled quinone derivatives on the other hand, the washing solution is compatible with the immobilized biomolecules. Concentrations ranging from 0.01 wt% to 10 wt% and preferably 0.05% by weight to 2% by weight have proven to be expedient.

Beispielsweise kann die Trägeroberfläche nach Belichtung mit einer etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 2 Gew.-% Tween 20 enthaltenden Lösung gewaschen, insbesondere in diese Lösung getaucht werden. Zweck dieses ersten Waschvorgangs ist es insbesondere, eine Ankopplung der zu entfernenden Reagenzien zu vermeiden. Anschließend kann die Trägeroberfläche dann mit einer etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 0,05 Gew.-% Tween 20 enthaltenden Lösung gespült werden.For example, the support surface after exposure to about 0.5 wt .-% to about 2 wt .-% Tween 20 containing solution washed, especially in this Solution to be immersed. The purpose of this first wash is in particular to provide a Avoid coupling the reagents to be removed. Then the Support surface then with about 0.01 wt .-% to about 0.05 wt .-% Tween 20 containing solution are rinsed.

Die Konzentration an Chinonderivaten in der aufzubringenden Lösung ist variabel und richtet sich insbesondere nach der gewünschten Dichte immobilisierter Biomoleküle. Konzentrationen im Bereich von 0,1 µM bis 100 µM können eingesetzt werden, wobei im unteren Konzentrationsbereich in bestimmten Fällen eine Absättigung der Oberfläche mit Chinonen nicht erreicht wird, während dies im oberen Konzentrationsbereich der Fall ist und überschüssige Chinonderivate, die aufgrund der Sättigung nicht gekoppelt haben, anschließend entfernt werden können. Konzentrationen oberhalb von wenigstens 5 µM haben sich zwecks Sättigung der Oberfläche bei zufriedenstellender Homogenität der immobilisierten Biomoleküle als zweckmäßig erwiesen.The concentration of quinone derivatives in the solution to be applied is variable and depends in particular on the desired density of immobilized biomolecules. Concentrations in the range from 0.1 µM to 100 µM can be used, with im lower concentration range in certain cases a saturation of the surface with Quinones is not reached, while this is the case in the upper concentration range and excess quinone derivatives that have not coupled due to saturation, can then be removed. Concentrations above at least 5 µM have to saturate the surface with satisfactory homogeneity of the immobilized biomolecules proved to be useful.

Nach dem Waschen mit tensidhaltigem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch können sich weitere Waschschritte anschließen. Dazu kann es zweckmäßig sein, organische Lösungsmittel, insbesondere niedere Alkohole, beispielsweise Isopropanol, zu verwen­ den, die dann anschließend durch Spülen mit Wasser wieder entfernt werden können. After washing with a surfactant-containing solvent or solvent mixture, you can further washing steps follow. For this it may be useful to use organic Solvents, especially lower alcohols, such as isopropanol, to use which can then be removed again by rinsing with water.

Schließlich trocknet man die Oberfläche unter üblichen Bedingungen, bequemerweise bei Umgebungstemperatur und gewünschtenfalls durch Trockenblasen durch Luft oder Inertgas.Finally, the surface is dried under normal conditions, conveniently at Ambient temperature and, if desired, by blowing dry through air or Inert gas.

Sind die immobilisierten Biomoleküle gemäß obiger besonderer Ausführungsform mit einer Markierung versehen, so kann sich nun eine Qualitätskontrolle des Arrays anschlie­ ßen. Dazu kann der Array mit einem der Markierung entsprechenden Detektionssystem vermessen werden. Über die gemessene Menge an immobilisierter Markierung lassen sich insbesondere die Kopplungseffizienz und damit die Immobilisierung der Biomoleküle in Bezug auf Fläche, Homogenität und Dichte beurteilen.Are the immobilized biomolecules according to the above special embodiment with provided with a marking, a quality control of the array can then follow eat. For this purpose, the array can be equipped with a detection system corresponding to the marking be measured. Let over the measured amount of immobilized marker in particular the coupling efficiency and thus the immobilization of the biomolecules assess in terms of area, homogeneity and density.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung erfindungsgemäßer Arrays für analytische und insbesondere diagnostische Zwecke.The present invention also relates to the use of the invention Arrays for analytical and in particular diagnostic purposes.

Beispielhaft seien folgende Anwendungen genannt:
Diagnostik, Therapiewahl und Therapiekontrolle von Tumor- und Stoffwechselerkrankun­ gen; Untersuchung der genetischen Prädisposition (SNPs), insbesondere die Detektion von Mutationen, auch im forensichen Bereich; Genexpressionskontrolle; Sequenzierung, insbesondere Sequenzierung durch Hybridisierung; Mikrobiologische Anwendungen wie in Bakteriologie und Virologie, beispielsweise zur Differenzierung verschiedener Stämme; ELISA-Anwendungen mit immobilisierten Antikörpern, Antigenen, Rezeptoren und Liganden in der klinischen Chemie bis hin zur Lebensmittelchemie und Umweltanalytik; Allergiediagnostik mit immobilisierten Allergene; High Throughput Screening von Sub­ stanzbibliotheken.
The following applications are mentioned as examples:
Diagnostics, therapy selection and therapy control of tumor and metabolic diseases; Investigation of genetic predisposition (SNPs), in particular the detection of mutations, also in the forensic area; Gene expression control; Sequencing, in particular sequencing by hybridization; Microbiological applications such as in bacteriology and virology, for example for differentiating different strains; ELISA applications with immobilized antibodies, antigens, receptors and ligands in clinical chemistry through to food chemistry and environmental analysis; Allergy diagnostics with immobilized allergens; High throughput screening of substance libraries.

Prinzipiell eignen sich erfindungsgemäße Arrays sowohl für nichtkompetitive als auch für kompetitive analytische Verfahren (Assays).In principle, arrays according to the invention are suitable for both non-competitive and for competitive analytical methods (assays).

Bei nichtkompetitiven Assays tritt die zu analysierende Substanz (Analyt) mit den auf der Oberfläche immobilisierten Biomolekülen in Wechselwirkung. In der Regel wird der Analyt zuvor markiert, möglich ist aber auch eine Markierung, nachdem der Analyt bereits mit den immobilisierten Biomolekülen in Wechselwirkung getreten ist, z. B. mittels Primer Extension oder Rolling-Cycle-PCR. In diesen Fällen erhält man ein Meßsignal, das um so größer ist, je mehr Analyt vorhanden ist. Es ist auch möglich, daß durch die Wechselwir­ kung der Probe mit den auf der Oberfläche immobilisierten Substanzen die Fluoreszenz der immobilisierten Substanzen verändert wird (Abschwächung, Verstärkung, z. B. Molecular Beacons) oder die Aktivität eines Enzyms verändert wird und diese Änderung als Meßsignal registriert wird. Beispiele für nichtkompetitive Assays sind Hybridisierungs­ reaktionen von PCR-Produkten oder markierter DNA/RNA an auf der Oberfläche immobi­ lisierte Nukleinsäuren, insbesondere Oligonukleotide oder cDNA, sowie Sandwichimmu­ noassays.In non-competitive assays, the substance to be analyzed (analyte) occurs with the on the Surface immobilized biomolecules in interaction. Usually the analyte previously marked, but marking is also possible after the analyte has already been marked the immobilized biomolecules has interacted, e.g. B. by means of primers Extension or rolling cycle PCR. In these cases, a measurement signal is obtained that is so is larger, the more analyte is present. It is also possible that through the interaction The effect of the sample with the substances immobilized on the surface increases the fluorescence of the immobilized substances is changed (weakening, amplification, e.g. Molecular Beacons) or the activity of an enzyme is changed and this change is registered as a measuring signal. Examples of non-competitive assays are hybridization reactions of PCR products or labeled DNA / RNA to immobi on the surface lized nucleic acids, in particular oligonucleotides or cDNA, and sandwichimmu noassays.

Bei kompetitiven Verfahren wird der Probe eine markierte Substanz (Marker) zugesetzt, die ähnliche Bindungseigenschaften zu den auf der Oberfläche immobilisierten Biomole­ külen hat wie der Analyt selbst. Es findet eine Konkurrenzreaktion zwischen Analyt und Marker um die begrenzte Anzahl von Bindungsplätzen auf der Oberfläche statt. Man erhält ein Signal, das um so niedriger ist, je mehr Analyt vorhanden ist. Beispiele für kompetitive Assays sind Immunoassays (ELISA) und Rezeptorassays.In competitive procedures, a marked substance (marker) is added to the sample, the similar binding properties to the biomoles immobilized on the surface like the analyte itself. There is a competitive reaction between analyte and Markers held around the limited number of binding sites on the surface. Man receives a signal that is lower the more analyte is present. examples for competitive assays are immunoassays (ELISA) and receptor assays.

Die erfindungsgemäßen Arrays eignen sich zur Untersuchung beliebiger Proben biologi­ schen Ursprungs, die einen bestimmten Analyt enthalten können. Eine Ausführungsform betrifft Körperproben humanen und tierischen Ursprungs. Erforderlichenfalls erfolgt eine vorbereitende Aufarbeitung des in der Probe vorhandenen Analyts oder einer Fraktion, die diesen Analyt enthalten kann. Diese Aufarbeitung enspricht in der Regel üblicher Praxis. Proben wie Blut und Blutbestandteile bzw. Isolate davon, Gewebe, nativ, gefroren, fixiert, mit und ohne Dissektion, Zellen aus Körperflüssigkeiten, z. B. Sputum, Lavagen, Punktate, Exsudate und Urin, oder Stuhl, können vorteilhaft mit erfindungsgemäßen Arrays unter­ sucht werden. Derartige analytische Verfahren unter Verwendung der Arrays sind in vitro Verfahren.The arrays according to the invention are suitable for examining any samples biologically of origin that may contain a particular analyte. One embodiment concerns body samples of human and animal origin. If necessary, an preparatory work-up of the analyte present in the sample or a fraction which may contain this analyte. This work-up usually corresponds to standard practice. Samples such as blood and blood components or isolates thereof, tissue, native, frozen, fixed, with and without dissection, cells from body fluids, e.g. B. sputum, lavages, punctures, Exudates and urine, or stool, can advantageously be taken with arrays according to the invention be sought. Such analytical methods using the arrays are in vitro Procedure.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind erfindungsgemäße Arrays für Hybridisie­ rungsexperimente bestimmt. Zweckmäßigerweise sind auf der Trägeroberfläche Nuklein­ säuren immobilisiert, die als Sonden mit bestimmten Targets hybridisieren können. Eine besondere Art derartiger Arrays sind Oligonukleotidarrays.According to a preferred embodiment, arrays according to the invention are for hybridization determination experiments. Expediently, there are nuclei on the carrier surface acids immobilized, which can hybridize as probes with certain targets. A oligonucleotide arrays are a special type of such arrays.

Die Gestaltung der Sonden erfolgt insbesondere mit Blick auf das oder die Targets, die von analytischem Interesse sind (Analyt). So werden Testsonden in der Regel so gestal­ tet, daß sie mit einem definierten Target, beispielsweise einer bestimmten Basenabfolge, spezifisch hybridisieren. Von Bedeutung ist insbesondere eine gute Diskriminierung zwischen Perfect-Match und Mismatch. Dazu können die Schmelzpunkte der Hybride aus Sonde und Target sowie entsprechende Schmelzpunkte für definierte Mismatches nach dem Nearest-Neighbor-Modell berechnet und so Aussagen über die Diskriminierung von Perfect-Match und Mismatch getroffen werden (vgl. z. B. J. J. SantaLucia: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (1998) 1460 und Peyret, e. al.: Biochemistry 38 (1999) 3468-3477).The design of the probes takes place in particular with a view to the target or targets that are of analytical interest (analyte). This is how test probes are usually designed tet that they work with a defined target, for example a specific base sequence, hybridize specifically. Good discrimination is particularly important between perfect match and mismatch. This can be done using the melting points of the hybrids Probe and target as well as corresponding melting points for defined mismatches calculated using the nearest-neighbor model and thus making statements about the discrimination of Perfect match and mismatch are made (cf. e.g. J. J. SantaLucia: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (1998) 1460 and Peyret, e. al .: Biochemistry 38 (1999) 3468-3477).

Zur Hybridisierung bringt man die immobilisierte Sonde in Kontakt mit einem Hybridisie­ rungsgemisch, das einen von der zu untersuchenden Probe nach zweckmäßiger Proben­ vorbereitung abgeleiteten Teil, und gegebenenfalls weitere zweckmäßige Zusätze umfaßt. Es versteht sich, daß Teile des Gemisches zunächst getrennt voneinander mit der Sonde in Kontakt gebracht werden können. Die Hybridisierungsbedingungen werden zweckmä­ ßigerweise so gewählt, daß Sonde und dazu komplementäres Target stabile Hybride bilden können. Dazu werden in der Regel zunächst Bedingungen relativ niedriger Stringenz gewählt, z. B. Temperaturen von etwa 20-50°C und insbesondere von etwa 30-40°C sowie Ionenstärken von etwa 6 × SSPE oder niedriger. Anschließend kann dann bei ähnlicher oder höherer Stringenz, z. B. etwa 1 × SSPE bei etwa 30-40°C bis etwa 0,25 × SSPE bei etwa 30-50°C gewaschen werden. Es kann auch unter stringenten Bedingungen hybridisiert werden und der nicht gebundene markierte Probenanteil weggewaschen werden. Ferner kann auf bekannte Agenzien, z. B. Detergenzien, Block­ reagenzien, denaturierende Agenzien, die Renaturierung beschleunigende Agenzien und Tm-egalisierende Reagenzien zurückgegriffen werden. Die Optimierung des Hybridisie­ rungsprotokolls ist Sache des Fachmanns.For hybridization, the immobilized probe is brought into contact with a hybridization rgemisch that one of the sample to be examined after appropriate samples preparation derived part, and, if necessary, further expedient additives. It goes without saying that parts of the mixture are initially separated from one another with the probe can be brought into contact. The hybridization conditions are appropriate Usually chosen so that the probe and the target complementary to it are stable hybrids can form. For this purpose, conditions are usually relatively lower at first Stringency chosen, e.g. B. Temperatures of about 20-50 ° C and in particular of about 30-40 ° C and ionic strengths of about 6 × SSPE or lower. Then can then at similar or higher stringency, e.g. B. about 1 × SSPE at about 30-40 ° C to about 0.25 x SSPE can be washed at about 30-50 ° C. It can also be under stringent Conditions are hybridized and the unbound labeled sample portion to be washed away. Furthermore, known agents, e.g. B. detergents, block reagents, denaturing agents, agents accelerating renaturation and Tm-leveling reagents can be used. The optimization of the Hybridisie the log is a matter for the specialist.

Für den Hybridisierungsschritt können amplifizierte oder nicht amplifizierte Nukleinsäuren eingesetzt werden. Brauchbar sind die bekannten Amplifikationsverfahren, zu denen die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), auch als Nested-PCR, Asymmetrische PCR oder Multiplex-PCR durchgeführt, oder alternative Verfahren, wie die Ligase-Kettenreaktion (LCR), Nukleinsäuresequenz-basierende Amplifikation (NASBA), Transkriptions-vermittelte Amplifikation (TMA) und ähnliche, gehören. Bestimmte Versionen dieser Techniken, wie die mutationsanreichernde PCR, und/oder Kombinationen mit anderen molekularbiologischen Methoden, wie mit der Reversen Transkription (RT), können zweckmäßig sein. Insbesondere ermöglichen die erfindungsgemäßen Arrays Hybridisie­ rung ohne vorherige Amplifikation, insbesondere für den Nachweis von mRNA bzw. davon abgeleiteten Nukleinsäuren.Amplified or non-amplified nucleic acids can be used for the hybridization step can be used. The known amplification methods to which the Polymerase chain reaction (PCR), also called nested PCR, asymmetric PCR or Multiplex PCR performed, or alternative methods such as the ligase chain reaction (LCR), nucleic acid sequence-based amplification (NASBA), transcription-mediated Amplification (TMA) and the like. Certain versions of this Techniques such as mutation-enriching PCR and / or combinations with others molecular biological methods, such as reverse transcription (RT), can be appropriate. In particular, the arrays according to the invention enable hybridization tion without prior amplification, in particular for the detection of mRNA or thereof derived nucleic acids.

Der Nachweis im erfindungsgemäßen Sinn beinhaltet die Feststellung, ob ein bestimmtes Target (Analyt) in einer Probe vorhanden ist oder nicht (Anwesenheit oder Abwesenheit). Die Feststellung kann qualitativ oder quantitativ erfolgen. The proof in the sense of the invention includes the determination of whether a certain Target (analyte) is or is not present in a sample (presence or absence). The determination can be made qualitatively or quantitatively.

In der Regel erfordert der Nachweis eine Quantifizierung derjenigen Nukleinsäuren, die an eine immobilisierte Sonde hybridisieren. Die Quantifizierung kann absolut oder relativ erfolgen. Geeignete Detektionssysteme sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Eine vielfach genutzte Möglichkeit besteht in der Einführung von Markierungen, z. B. radioakti­ ver, colorimetrischer, fluoreszierender oder lumineszierender Art. Diese werden in der Regel in die in der Probe vorhandenen Nukleinsäuren und insbesondere in die nachzu­ weisenden Nukleinsäuren mit bestimmter Basenabfolge bzw. Nukleinsäuren mit dazu ähnlicher Basenabfolge eingeführt, z. B. im Zuge einer der Hybridisierung vorgeschalteten Amplifikation oder auf andere an sich bekannte Art und Weise.As a rule, the detection requires a quantification of those nucleic acids that are hybridize an immobilized probe. The quantification can be absolute or relative respectively. Suitable detection systems are sufficiently known to the person skilled in the art. A A widely used option is the introduction of markings, e.g. B. radioacti ver, colorimetric, fluorescent or luminescent type. These are used in the Usually in the nucleic acids present in the sample and in particular in those after Pointing nucleic acids with a certain base sequence or nucleic acids with it similar base sequence introduced, e.g. B. in the course of a hybridization upstream Amplification or in another manner known per se.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele veranschaulicht.The invention is illustrated by the following examples.

BeispieleExamples

Es zeigtIt shows

Fig. 1 die relative auf Standardobjektglasträger A (Menzel) bezogene Fluoreszenz verschiedener Trägermaterialien; B: Pyrex-Glas; C: Polymethylpenten (Permanox; Nunc); D: Polycycloolefin (Zeonex 480R; Zeon); E: Polycy­ cloolefin (Zeonex 480; Zeon); F: Polycycloolefin (Topas; Hoechst); G: Poly­ carbonat (Nunc); H: Polystyrol (Nunc); I: Polystyrol auf Pyrex; J: CxHy auf Silicium (weich abgeschiedener Kohlenstoff; Plasma; über den Wasser­ stoffanteil läßt sich das H/C Verhältnis einstellen, Technik IMM Mainz); K: Teflon auf Pyrex; L: Gold auf Pyrex;1 shows the fluorescence of various carrier materials relative to standard glass slide A (Menzel); B: Pyrex glass; C: polymethylpentene (Permanox; Nunc); D: polycycloolefin (Zeonex 480R; Zeon); E: Polycycloolefin (Zeonex 480; Zeon); F: polycycloolefin (Topas; Hoechst); G: polycarbonate (Nunc); H: polystyrene (Nunc); I: polystyrene on Pyrex; J: CxHy on silicon (soft deposited carbon; plasma; the H / C ratio can be adjusted via the hydrogen content, technology IMM Mainz); K: Teflon on Pyrex; L: gold on pyrex;

Fig. 2 die Fluoreszenz nach Hybridisierung einer Cy5-markierten 16mer-Oligonukleotid-Probe mit immobilisiertem 16mer-Oligonukleotid für ver­ schiedene Trägermaterialien A: Polycycloolefin (Zeonex 480R; Zeon); B: Polystyrol auf Pyrexglas; C: Teflon auf Pyrexglas; D: CxHy auf Silicium. Es ist das Verhältnis von Signal- (weiße Balken) zu Hintergrundfluoreszenz (schwarze Balken) entnehmbar; Figure 2 shows the fluorescence after hybridization of a Cy5-labeled 16-mer oligonucleotide probe immobilized 16mer oligonucleotide for different ver carrier materials. A: polycycloolefin (Zeonex 480R; Zeon); B: polystyrene on pyrex glass; C: Teflon on Pyrex glass; D: CxHy on silicon. The ratio of signal (white bars) to background fluorescence (black bars) can be seen;

Fig. 3 die Fluoreszenz nach Hybridisierung einer Cy5-markierten 55mer-Oligonukleotid-Probe mit Polycycloolefin-immobilisiertem 18mer-Oligonukleotid, wobei zur Immobilisierung Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen des Oligonukleotids verwendet wurden (A: 1 µM; B: 3 µM; C: 5 µM), die jeweils 5-fach in einem Raster von 400 µm als Spot aufgetra­ gen wurden; . Figure 3 shows the fluorescence after hybridization of a Cy5-labeled 55mer-oligonucleotide sample with polycycloolefin immobilized 18-mer oligonucleotide were being used for the immobilization of solutions with different concentrations of the oligonucleotide (A: 1 uM; B: 3 uM; C: 5 uM ), each of which was applied 5 times in a grid of 400 µm as a spot;

Fig. 4 die Fluoreszenz nach Hybridisierung einer Cy5-markierten 55mer-Oligonukleotid-Probe mit Polycycloolefin-immobilisiertem 18mer-Oligonukleotid in Abhängigkeit von der Konzentrationen [µM] des Oligonu­ kleotids in der zur Immobilisierung verwendeten Lösung; . Figure 4 shows the fluorescence after hybridization of a Cy5-labeled 55mer-oligonucleotide sample with polycycloolefin immobilized 18-mer oligonucleotide as a function of the concentration [.mu.M] of Oligonu kleotids as used for immobilising solution;

Fig. 5 die Fluoreszenz nach Hybridisierung einer Cy5-markierten 55mer-Oligonukleotid-Probe mit Polycycloolefin-immobilisiertem 18mer-Oligonukleotid, wobei zur Immobilisierung eine 10 µM Lösung des Oligonu­ kleotids 5-fach in einem Raster von 400 µm als Spot aufgetragen wurde; Figure 5 shows the fluorescence after hybridization of a Cy5-labeled 55mer-oligonucleotide sample with polycycloolefin immobilized 18 mer oligonucleotide, wherein 5-micron was applied as a spot to immobilize a 10 uM solution of the Oligonu kleotids in a grid of 400.

Fig. 6 die Fluoreszenz nach Hybridisierung einer Cy5-markierten 24mer-Oligonukleotid-Probe mit verschiedenen 13mer-Oligonukleotiden, die auf einem Cyclohexyl-silanisierten Glasobjektträger immobilisiert ist, wobei ein Oligonukleotid komplementär ist zur Probe (links, 2 Spots, Perfect Match) und ein weiteres Oligonukleotid mit der Probe eine Basenfehlpaarung auf­ weist (rechts, 2 Spots, Mismatch); Fig. 6 shows the fluorescence after hybridization of a Cy5-labeled 24-mer oligonucleotide probe with different 13-mer oligonucleotides is immobilized on a cyclohexyl-silanized glass slide, wherein an oligonucleotide complementary to the sample (left, 2 spots, Perfect Match) and a another oligonucleotide has a base mismatch with the sample (right, 2 spots, mismatch);

Fig. 7 die Fluoreszenz nach Hybridisierung einer Cy5-markierten 24mer-Oligonukleotid-Probe mit Polycycloolefin-immobilisiertem AQ-gekoppeltem PCR-Amplifikat (A, 0.1-0.5 µM), AQ-gekoppeltem PCR-Amplifikat (B, 0.01-0.05 µM), nicht-AQ-gekoppeltem PCR-Amplifikat (C, 0.1-0.5 µM); Fig. 7 shows the fluorescence after hybridization of a Cy5-labeled 24-mer oligonucleotide probe immobilized polycycloolefin with AQ-coupled PCR amplicon (A, 0.1-0.5 uM), AQ-coupled PCR amplicon (B, 0:01 to 0:05 uM) non-AQ-coupled PCR amplicon (C, 0.1-0.5 μM);

Fig. 8 die Fluoreszenz nach Hybridisierung einer Cy5-markierten 55mer-Oligonukleotid-Probe mit Polycycloolefin-immobilisiertem 18mer-Oligonukleotid, das zur Immobilisierung im Gemisch mit einem Anthra­ chinonderivat AQ-HEG-5'-T als Spot aufgetragen wurde, wobei der auf eine Anthrachinon-Gesamtkonzentration von 10 µM bezogene AQ-HEG-5'-T- Anteil [%] 0; 10; 25; 50; 75; 90 und 99 Mol-% betrug; Fig. 8 shows the fluorescence after hybridization of a Cy5-labeled 55mer-oligonucleotide sample with polycycloolefin immobilized 18-mer oligonucleotide that quinone derivative for immobilization in admixture with a Anthra AQ-HEG-5'-T was applied as a spot, wherein the a Total anthraquinone concentration of 10 µM related AQ-HEG-5'-T proportion [%] 0; 10; 25; 50; 75; 90 and 99 mol%;

Fig. 9 die Fluoreszenz nach Hybridisierung einer Cy5-markierten 55mer-Oligonukleotid-Probe mit Polycycloolefin-immobilisiertem 18mer-Oligonukleotid, wobei zur Immobilisierung eine 10 µM Lösung des Oligonu­ kleotids 5-fach mit einem Kapillardispenser (Kapillarinnendurchmesser im Bereich von 1.5-5 µM) in einem Raster von 50 µm als Spot aufgetragen wurde; Fig. 9, the fluorescence after hybridization of a Cy5-labeled 55mer-oligonucleotide sample with polycycloolefin immobilized 18 mer oligonucleotide, whereby immobilization to a 10 uM solution of the Oligonu kleotids 5-fold with a Kapillardispenser (capillary diameter in the range of 1.5-5 uM) was applied as a spot in a grid of 50 μm;

Fig. 10 eine Maske zur fotolitographischen Vorstrukturierung der Trägeroberfläche mit Aussparungen von 100 µm Durchmesser in einem Raster von 400 µm und Positioniermarken; FIG. 10 is a mask for photolithographic pre-structuring the substrate surface with recesses 100 microns in diameter in a grid of 400 microns and positioning marks;

Fig. 11 die Fluoreszenz nach Hybridisierung unterschiedlicher Konzentrationen einer Cy5-markierten 55mer-Oligonukleotid-Probe (10-11; 10-10; 10-9; 10-8; 10-7; 10-6; 10-5 M) mit Polycycloolefin-immobilisiertem 18mer-Oligonukleotid (200 µm-Spots), wobei die mit O gekennzeichneten Werte ohne Filter, die mit Δ gekennzeichneten Werte mit einem ersten Filter und die mit ge­ kennzeichneten Werte mit einem zweiten Filter aufgenommen wurden; Fig. 11, the fluorescence after hybridization of different concentrations of a Cy5-labeled 55mer oligonucleotide-probe (10 -11; 10 -10; 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 M) with polycycloolefin -immobilized 18-mer oligonucleotide (200 μm spots), the values marked with O being recorded without a filter, the values marked with Δ with a first filter and the values marked with a second filter;

Fig. 12 die Fluoreszenz nach Hybridisierung unterschiedlicher Konzentrationen einer Cy5-markierten 55mer-Oligonukleotid-Probe (2 × 10-13; 2 × 10-12; 2 × 10-11; 2 × 10-10; 2 × 10-9 M); mit IMNT-S1-immobilisiertem 18mer-Oligonukleotid (10 µm Spots); Fig. 12, the fluorescence after hybridization of different concentrations of a Cy5-labeled 55mer-oligonucleotide probe (2 x 10 -13; 2 x 10 -12; 2 x 10 -11; 2 x 10 -10; 2 x 10 -9 M) ; with IMNT-S1-immobilized 18-mer oligonucleotide (10 µm spots);

Fig. 13 die Fluoreszenz von Polycycloolefin-immobilisiertem, Cy5-markierten (B) und nicht-markierten (A) 18mer-Oligonukleotid vor Hybridisierung sowie die Chemilumineszenz nach Hybridisierung mit biotinylierter 18mer-Oligonukleotid-Probe und anschließender Inkubation mit Streptavidin-POD (B' bzw. A'); Fig. 13, the fluorescence of polycycloolefin immobilized, Cy5-labeled (B) and non-labeled (A) 18mer-oligonucleotide prior to hybridization and chemiluminescence by hybridization with biotinylated 18-mer oligonucleotide probe and subsequent incubation with streptavidin-HRP (B ' or A ');

Fig. 14 eine schematische Exposionsdarstellung eines Dipsticks (A) und eines dazu passenden Behältnisses (B). Fig. 14 is a schematic exploded view of a dipstick (A) and a mating receptacle (B).

In den Fig. 2 bis 9 und 11 bis 13 ist die Fluoreszenz als Intensität in willkürlich gewählten Einheiten [AU] aufgetragen.In FIGS. 2 to 9 and 11 to 13, the fluorescence is plotted as an intensity in arbitrarily selected units [AU].

1. Hintergrundfluoreszenz des Trägermaterials1. Background fluorescence of the support material

Die Hintergrundfluoreszenz verschiedener Trägermaterialien bei 635 nm-Anregung und 670 nm-Emission wurde mit einem hochauflösenden konfokalen Laserscanner untersucht (Fig. 1). Polycycloolefine, Polymethylpenten sowie Polystyrol auf Pyrexglas zeigen eine niedrigere Fluoreszenz als ein Standardobjektträger.The background fluorescence of various carrier materials at 635 nm excitation and 670 nm emission was examined with a high-resolution confocal laser scanner ( FIG. 1). Polycycloolefins, polymethylpentene and polystyrene on Pyrex glass show a lower fluorescence than a standard slide.

2. Herstellung der Sonden2. Manufacture of the probes a) Oligonukleotid (Biomolekül B)a) oligonucleotide (biomolecule B)

Oligonukleotide wurden in an sich bekannter Weise über eine Festphasensynthese nach der Phosphoramiditmethode hergestellt. Es wurden über das 3'-OH an die Festphase gekoppelte Oligonukleotide mit DMTr-geschütztem 5'-OH und folgender Sequenz synthetisiert:
SEQ ID NO: 1: 5'-AACAGCTATGACCATG-3'
SEQ ID NO: 2: 5'TATTCAGGCTGGGGGCTG-3'
SEQ ID NO: 3: 5'-AGCTGGTGGCGTA-3'
SEQ ID NO: 4: 5'-TGGTGACGTAGGC-3'
SEQ ID NO: 5: 5'GTACTGGTGGAGTATTTGATAGTG-3'.
Oligonucleotides were produced in a manner known per se via a solid phase synthesis using the phosphoramidite method. Oligonucleotides coupled to the solid phase with DMTr-protected 5'-OH and the following sequence were synthesized via the 3'-OH:
SEQ ID NO: 1: 5'-AACAGCTATGACCATG-3 '
SEQ ID NO: 2: 5'TATTCAGGCTGGGGGCTG-3 '
SEQ ID NO: 3: 5'-AGCTGGTGGCGTA-3 '
SEQ ID NO: 4: 5'-TGGTGACGTAGGC-3 '
SEQ ID NO: 5: 5'GTACTGGTGGAGTATTTGATAGTG-3 '.

b) Chinon-Spacer-Konstrukt (Q-S)b) quinone spacer construct (Q-S)

Dieses wurde in an sich bekannter Weise aus Anthrachinon-2-carbonsäure, Mono-Boc-1,3-propandiamin und Hexaethylenglykol synthetisiert.This was in a manner known per se from anthraquinone-2-carboxylic acid, Synthesized mono-Boc-1,3-propanediamine and hexaethylene glycol.

c) Chinon-Spacer-Oligonukleotid-Konstrukt (Q-S-B) bzw. Chinon-Spacer-T-Konstruktc) quinone spacer oligonucleotide construct (Q-S-B) or quinone spacer T construct

Nach dem Aufbau obiger Sequenzen, wurde abermals die DMTr-Schutzgruppe am 5'-Ende unter sauren Bedingungen mit ZnBr2 entfernt und das freie 5'-OH mit dem 2-Cyanoethyl-N,N-diisopropyl-chlorphosphoramidit-aktivierten Konstrukt Q-S umgesetzt.After setting up the above sequences, the DMTr protective group at the 5 'end was again removed under acidic conditions with ZnBr 2 and the free 5'-OH was reacted with the 2-cyanoethyl-N, N-diisopropyl-chlorophosphoramidite-activated construct QS.

In analoger Weise wurde ein Konstrukt aus Thymidin und dem Q-S-Konstrukt erhalten.A construct of thymidine and the Q-S construct was obtained in an analogous manner.

Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht der synthetisierten Chinonderivate:
The following table shows an overview of the synthesized quinone derivatives:

3. Array-Herstellung3. Array fabrication 3.1 Arrays mit Kunststoffoberfläche3.1 Arrays with a plastic surface

Sofern nicht ausdrücklich angegeben, wurde das unter dem Handelsnamen Zeonex 480® zum Anmeldezeitpunkt erhältliche Polycycloolefin verwendet.Unless expressly stated, this was done under the trade name Zeonex 480® Polycycloolefin available at the time of filing was used.

3.1.1 Oligonukleotid-Arrays3.1.1 Oligonucleotide arrays 3.1.1.1 Arrays mit Spots aus 16meren auf unterschiedlichen Oberflächenmaterialien3.1.1.1 Arrays with spots of 16mers on different surface materials

Wäßrige Lösungen (0,2 M NaCl) von AQ-1 (0,05 µM) wurden von Hand als 0,5 µL Tropfen in 4-fach-Werten auf verschiedene Oberflächen (A-D) aufpipettiert (Pitch 2-4 mm): A: Polycycloolefin (Zeonex 480R; Zeon); B: Polystyrol auf Pyrexglas; C: Teflon auf Pyrex­ glas; D: CxHy auf Silicium. Nach dem Eintrocknen der Spots wurden die Träger 10 min mit UV-Licht (340 nm) bestrahlt und 3 × 5 min mit Bidest-Wasser gewaschen, um über­ schüssige Sonden zu entfernen.Aqueous solutions (0.2 M NaCl) of AQ-1 (0.05 µM) were added by hand as 0.5 µL drops pipetted in 4-fold values onto different surfaces (A-D) (pitch 2-4 mm): A: Polycycloolefin (Zeonex 480R; Zeon); B: polystyrene on pyrex glass; C: Teflon on Pyrex Glass; D: CxHy on silicon. After the spots had dried, the carriers were 10 min irradiated with UV light (340 nm) and washed 3 × 5 min with bidest water to over remove excess probes.

3.1.1.2 Arrays mit verschiedenen Größen von Spots aus 18meren3.1.1.2 Arrays with different sizes of spots from 18mers

Eine wässrige Lösung (2 mM Calciumchlorid; 1 Vol.-% 1-Propanol) von AQ-2 (10 µM) wurden mit einem Piezodispensor (1-Kanal; Genesis NPS 100/4 mit Active Tip M, TECAN AG, Hombrechtikon, CH) in einem Raster von 500 µm auf Polycycloolefin (Zeonex 480R; Zeon) aufgetragen. Die Tropfengröße betrug etwa 1,5 nL. Nach dem Eintrocknen der Spots wurde der Träger 1 min mit UV-Licht bestrahlt. Anschließend wurde der Träger zunächst in eine wässrige Lösung mit 0.5-1% Tween 20 getaucht und kurz geschwenkt. Dann wurde gründlich mit 0.1%-iger Tween 20-Lösung gespült und der Träger 2 × 10 min in jeweils frische 0.5-1%-ige Tween 20-Lösung eingetaucht, dazu geschüttelt. Abschlie­ ßend wurde der Träger unter Schütteln 10 min in 2-Propanol getaucht, mit Wasser abgespült und an der Luft bei Raumtemperatur getrocknet. Die Durchmesser der resultie­ renden Spots betrugen etwa 150 bis 200 µm. In entsprechender Weise konnten Spots mit einem Durchmesser von etwa 12 µm erhalten werden, indem man mit einem Kapillardis­ penser Tropfengrößen von etwa 1 pL (Kapillarinnendurchmesser im Bereich von 1.5-5 µM) in einem Raster von 50 µm auftrug.An aqueous solution (2 mM calcium chloride; 1 vol .-% 1-propanol) of AQ-2 (10 µM) were with a piezo dispenser (1-channel; Genesis NPS 100/4 with Active Tip M, TECAN AG, Hombrechtikon, CH) in a grid of 500 µm on polycycloolefin (Zeonex 480R; Zeon) applied. The drop size was about 1.5 nL. After the The carrier was irradiated with UV light for 1 min. Subsequently, the carrier first immersed in an aqueous solution with 0.5-1% Tween 20 and swirled briefly. It was then rinsed thoroughly with 0.1% Tween 20 solution and the carrier 2 × 10 min Immersed in fresh 0.5-1% Tween 20 solution, shaken to do so. Final The support was then immersed in 2-propanol for 10 minutes with shaking, with water rinsed and air dried at room temperature. The diameter of the result The resulting spots were around 150 to 200 µm. In a corresponding way, spots could with a diameter of about 12 µm can be obtained by using a capillary penser drop sizes of about 1 pL (internal capillary diameter in the range of 1.5-5 µM) in a grid of 50 µm.

3.1.1.3 Array mit Spots aus 18meren in unterschiedlichen Mengen3.1.1.3 Array with spots from 18mers in different amounts

5-fach Replikate der in 3.1.1.2 verwendeten Lösungen mit unterschiedlichen Konzentra­ tionen (0,5; 1; 3; 5; 8; 10; 20 µM) von AQ-2 wurden wie unter 3.1.1.2 beschrieben mit dem Piezodispensor bei einer Tropfengröße von 1,5 nL auf Polycycloolefin immobilisiert.5-fold replicas of the solutions used in 3.1.1.2 with different concentrations tions (0.5; 1; 3; 5; 8; 10; 20 µM) of AQ-2 were as described under 3.1.1.2 with the Piezodispensor with a drop size of 1.5 nL immobilized on polycycloolefin.

3.1.1.4 Arrays mit Spots aus 18meren in unterschiedlichen Dichten3.1.1.4 Arrays with spots from 18mers in different densities

In Anlehnung an die in Beispiel 3.1.1.2 beschriebene Vorgehensweise wurden Lösungen (2 mM Calciumchlorid; 1 Vol-% 1-Propanol) auf mit dem Piezodispensor bei einer Tropfengröße von 1,5 nL Polycycloolefin aufgetragen, die zusätzlich zum AQ-2 das Anthrachinonderivat AQ-5 in unterschiedlichen Konzentrationen enthielten. Die aufzutra­ genden Lösungen wurden so eingestellt, daß die Anthrachinon-Konzentration von AQ-2 + AQ-5 stets 10 µM betrug.Based on the procedure described in Example 3.1.1.2, solutions were found (2 mM calcium chloride; 1% by volume 1-propanol) with the piezo dispenser for a Drop size of 1.5 nL polycycloolefin applied, which in addition to the AQ-2 Contained anthraquinone derivative AQ-5 in different concentrations. The to be applied lowing solutions were adjusted so that the anthraquinone concentration of AQ-2 + AQ-5 was always 10 µM.

3.1.1.5 Arrays mit Spots aus fluoreszenzmarkierten 18meren3.1.1.5 Arrays with spots of fluorescence-labeled 18-mers

In Anlehnung an die in Beispiel 3.1.1.2 beschriebene Vorgehensweise wurden Lösungen (2 mM Calciumchlorid; 1 Vol-% 1-Propanol), die einerseits AQ-2 (10 µM), andererseits AQ-6 (10 µM) enthielten, in Triplikaten mit dem Piezodispensor bei einer Tropfengröße von 1,5 nL auf denselben Polycycloolefin-Träger aufgetragen.Based on the procedure described in Example 3.1.1.2, solutions were found (2 mM calcium chloride; 1% by volume 1-propanol), on the one hand AQ-2 (10 µM), on the other hand AQ-6 (10 µM) contained, in triplicate with the piezo dispenser with a drop size of 1.5 nL applied to the same polycycloolefin carrier.

3.1.1.6 Arrays mit 150 µm bzw. 200 µm Spots aus 13meren unter Verwendung eines Piezo- bzw. Druckpulsdispensors3.1.1.6 Arrays with 150 µm or 200 µm spots from 13mers using a piezo or pressure pulse dispenser

Desweiteren wurden in Anlehnung an die in Beispiel 3.1.1.2 beschriebene Vorgehenswei­ se wässrige Lösungen (2 mM Calciumchlorid; 1 Gew.-% 1-Propanol) von AQ-3 (10 µM) einerseits mit einem Piezodispensor (1-Kanal; Genesis NPS 100/4 mit Active Tip M, TECAN AG, Hombrechtikon, CH), andererseits mit einem Druckpulsdispensor (24-Kanal; TopSpot, HSG-IMIT, Villingen-Schwenningen) in einem Raster von 300 µm bzw. 500 µm auf Polycycloolefin gespottet. Die Tropfengröße betrug etwa 0.5 nl bzw. 1,5 nl.Furthermore, based on the procedure described in example 3.1.1.2 se aqueous solutions (2 mM calcium chloride; 1% by weight 1-propanol) of AQ-3 (10 µM) on the one hand with a piezo dispenser (1-channel; Genesis NPS 100/4 with Active Tip M, TECAN AG, Hombrechtikon, CH), on the other hand with a pressure pulse dispenser (24-channel; TopSpot, HSG-IMIT, Villingen-Schwenningen) in a grid of 300 µm or 500 µm spotted on polycycloolefin. The droplet size was about 0.5 nl or 1.5 nl.

3.1.2 Array mit Spots aus PCR-Amplifikat3.1.2 Array with spots from PCR amplificate

DNA aus der Zellline Colo320 (k-ras-Wildtyp) wurde unter Verwendung der unten spezifizierten Primer RasUS1 und RasDS135 amplifiziert. Die Länge des PCR-Amplifikats betrug 157 bp. Ferner wurde ein entsprechendes Amplifikat unter Verwendung von RasDS135 und einem RasUS1 entsprechenden AQ-gekoppelten Primer (AQ-7) erzeugt.
DNA from the Colo320 cell line (k-ras wild type) was amplified using the primers RasUS1 and RasDS135 specified below. The length of the PCR amplificate was 157 bp. Furthermore, a corresponding amplicon was generated using RasDS135 and an AQ-coupled primer (AQ-7) corresponding to RasUS1.

PCR-Bedingungen pro Ansatz: 100 ng DNA, 1,5 mM MgCl2; 100 µM dNTPs; 250 nM Primer; 1 U Taq-Polymerase (Qiagen; HotStar); 7,5% Glycerol; in 50 µl 1 × PCR-Puffer. Thermocycling: 1 × 95°C 15 min; 35 × (94°C 60 s, 70°C 50 s, 58°C 50 s, 72°C 60 s); 1 × 72°C 7 min.PCR conditions per batch: 100 ng DNA, 1.5 mM MgCl 2 ; 100 µM dNTPs; 250 nM primer; 1 U Taq polymerase (Qiagen; HotStar); 7.5% glycerol; in 50 µl of 1 × PCR buffer. Thermocycling: 1 × 95 ° C 15 min; 35x (94 ° C 60 sec, 70 ° C 50 sec, 58 ° C 50 sec, 72 ° C 60 sec); 1 x 72 ° C 7 min.

Die PCR-Produkte mit und ohne AQ-Primer wurden 1 : 2 und 1 : 20 (nur AQ-Primer) mit Spottinglösung (2 mM CaCl2, 1 Vol% 1-Propanol) verdünnt und je 1,5 nL in 5-fach Replikaten auf Polycycloolefin in Anlehnung an die in Beispiel 3.1.1.2 beschriebene Vorgehensweise immobilisiert.The PCR products with and without AQ primer were diluted 1: 2 and 1:20 (AQ primer only) with spotting solution (2 mM CaCl 2 , 1 vol% 1-propanol) and each 1.5 nL in 5-fold Replicates immobilized on polycycloolefin based on the procedure described in Example 3.1.1.2.

3.2 Array mit Glasoberfläche3.2 Array with glass surface

Glasobjektträger wurden über einen Sol-Gel-Prozeß mit Cyclohexyldichloromethylsilan (Fluka) vorbeschichtet. Dazu wurde das Silan mit Wasser vorhydrolysiert und das Gemisch mit verdünnter Salzsäure leicht angesäuert. Zuvor mit Isopropanol (10% Diethylether) und Ultraschall (15 min) gereinigte Glasobjektträger (Menzl) wurden in das Hydrolysat eingetaucht und langsam wieder herausgezogen. Die Glasträger wurden bei 80-150°C getrocknet. Auf die resultierende Oberfläche wurden wäßrige Lösungen (2 mM CaCl2) von AQ-3 und AQ-4 (jeweils 10 µM) mit einem Druckpulsdispensor (24-Kanal; TopSpot, HSG-IMIT, Villingen-Schwenningen) in 4-fach Replikaten bei einer Tropfengrö­ ße von 1,5 nL in einem Raster von 500 µm auf demselben Polycycloolefin-Träger immobilisiert.Glass slides were precoated with cyclohexyldichloromethylsilane (Fluka) using a sol-gel process. For this purpose, the silane was prehydrolyzed with water and the mixture was slightly acidified with dilute hydrochloric acid. Glass slides (Menzl) previously cleaned with isopropanol (10% diethyl ether) and ultrasound (15 min) were immersed in the hydrolyzate and slowly withdrawn again. The glass slides were dried at 80-150 ° C. AQ-3 and AQ-4 (10 μM each) solutions (2 mM CaCl 2 ) with a pressure pulse dispenser (24-channel; TopSpot, HSG-IMIT, Villingen-Schwenningen) were added in quadruple replicates to the resulting surface a drop size of 1.5 nL in a grid of 500 µm on the same polycycloolefin support.

3.3 Arrays mit strukturierter Oberfläche3.3 Arrays with a structured surface

Zunächst wird eine Chromschicht auf die Polycycloolefin- oder Glasoberfläche aufge­ sputtert. Bei der Verwendung von Titan wird dieses aufgedampft. Der anschließend aufgetragene Photolack (Resistsystem AZ 1512, Clariant) wird dann über die in Fig. 10 schematisch dargestellte Maske belichtet. Bei der Entwicklung werden die belichteten Lackstellen entfernt. Zuletzt werden die so freigelegten Stellen der Metallschicht wegge­ ätzt. Die ausgesparten Flächen haben einen Durchmesser von 100 µm und das Raster beträgt 400 µm. Die Spot-Durchmesser von jeweils 12 ausgesparten Flächen betrugen für Polycycloolefin 102,07 µm und für Glas 100,74 µm mit Variationskoeffizienten von 0,033% bzw. 0,042%.First, a chrome layer is sputtered onto the polycycloolefin or glass surface. When using titanium, this is vapor deposited. The subsequently applied photoresist (resist system AZ 1512, Clariant) is then exposed via the mask shown schematically in FIG. 10. The exposed areas of the lacquer are removed during development. Finally, the exposed areas of the metal layer are etched away. The recessed areas have a diameter of 100 µm and the grid is 400 µm. The spot diameters of 12 recessed areas were 102.07 µm for polycycloolefin and 100.74 µm for glass with coefficients of variation of 0.033% and 0.042%, respectively.

In Fig. 14 ist schematisch eine Explosionsdarstellung eines Dipsticks (A) mit Verschluß­ mittel 1 und daran angefügtem Körper 2, der einen Array 3 aufweist, sowie eines Behältnisses 4 mit Probenfluid 5 gezeigt. Der Array 3 kann ein Array immobilisierter Biomoleküle mit oder ohne Vorstrukturierung sein.In Fig. 14 an exploded view of a dipstick (A) with closure means 1 and attached body 2 , which has an array 3 , and a container 4 with sample fluid 5 is shown. The array 3 can be an array of immobilized biomolecules with or without pre-structuring.

4. Array-Qualitätskontrolle4. Array quality control

Der Array aus Beispiel 3.1.1.5 wurde mit einem konfokalen Fluoreszenzscanner vermessen. Fig. 13 (linke Hälfte) zeigt den Scan. Immobilisiertes AQ-2 ist nicht zu erkennen (Bildausschnitt A), während immobilisiertes AQ-6 (Bildausschnitt B) ein Fluores­ zenzsignal liefert, anhand dessen die Qualität der Spots beurteilt werden kann. The array from Example 3.1.1.5 was measured with a confocal fluorescence scanner. Fig. 13 (left half) shows the scan. Immobilized AQ-2 cannot be seen (section A), while immobilized AQ-6 (section B) supplies a fluorescence signal, on the basis of which the quality of the spots can be assessed.

5. Array-Hybridisierung5. Array hybridization 5.1 16mer-Sonden5.1 16mer probes

Die Chips (Oberflächenproben mit Array) werden für 1 h bei RT in 20 mL einer 0,05 µM Lösung einer 5'-Cy5-markierten 16mer-Probe (SEQ ID NO: 7: 5'-CATGGTCATAGCTGTT-3') in 5 × SSC-T (Natriumchlorid/Natriumzitratpuffer mit 0,1% Tween 20) eingelegt. Danach wurde die überschüssige Probe mit 5 × SSC-T abgespült und die Fluoreszenz gemessen.The chips (surface samples with array) are placed in 20 mL of a 0.05 µM for 1 h at room temperature Solution of a 5'-Cy5-labeled 16mer sample (SEQ ID NO: 7: 5'-CATGGTCATAGCTGTT-3 ') in 5 × SSC-T (sodium chloride / sodium citrate buffer with 0.1% Tween 20) inserted. The excess sample was then rinsed off with 5 × SSC-T and the fluorescence measured.

5.2 18mer-Sonden5.2 18mer probes

10 µl einer in PerfectHyb (Sigma, Deisenhofen) gelösten 5'-Cy5-markierten 55mer-Probe SEQ ID NO: 8 [5'-CTACGTTGCCCCCCTGACCTGCAGCCCCCAGCCTGAATATGTGAACCAGCCAGAT-3'] wurde auf den Array pipettiert. Die Proben-Konzentration betrug 10-11; 10-10; 10-9; 10-8; 10-7; 10-6; 10-5 M bzw. 0,05 nM. Es wurde 1 h bei RT inkubiert. Danach wurde die überschüssige Probe kurz mit 5 × SSPE abgespült und die Fluoreszenz gemessen.10 μl of a 5'-Cy5-labeled 55mer sample, dissolved in PerfectHyb (Sigma, Deisenhofen), SEQ ID NO: 8 [5'-CTACGTTGCCCCCCTGACCTGCAGCCCCCAGCCTGAATATGTGAACCAGCCAGAT-3 '] was pipetted onto the array. The sample concentration was 10 -11 ; 10 -10 ; 10 -9 ; 10 -8 ; 10 -7 ; 10 -6 ; 10 -5 M and 0.05 nM, respectively. It was incubated for 1 h at RT. The excess sample was then briefly rinsed off with 5 × SSPE and the fluorescence was measured.

5.3 Cy5-markierte 18mer-Sonden5.3 Cy5-labeled 18mer probes

20 µl einer 5 nM in 6 × SSPE-T (= 6 × SSPE mit 0.1 Vol% Tween 20) gelösten, am 5'-Ende biotinylierten 18mer-Probe (SEQ ID NO: 9: 5'-CAGCCCCCAGCCTGAATA-3') wurde auf den Array pipettiert. Nach einem Waschschritt mit 6 × SSPE-T wurde mit Steptavidin-POD (Sigma; Verdünnung 1 : 100 in 6 × SSPE-T) inkubiert (30 min, RT). Es wurde erneut mit 6 × SSPE-T gewaschen. Es wurde 10 µL Chemilumineszenzsubstrat (SuperSignal, ELISA, Pierce) zugegeben, 2s belichtet und die Chemilumineszenz bestimmt.20 μl of a 5 nM in 6 × SSPE-T (= 6 × SSPE with 0.1 vol% Tween 20) dissolved at the 5 'end 18mer biotinylated probe (SEQ ID NO: 9: 5'-CAGCCCCCAGCCTGAATA-3 ') was added to pipetted the array. After a washing step with 6 × SSPE-T it was washed with Steptavidin-POD (Sigma; dilution 1: 100 in 6 × SSPE-T) incubated (30 min, RT). It was again with Washed 6 × SSPE-T. 10 µL chemiluminescent substrate (SuperSignal, ELISA, Pierce) was added, the light was exposed for 2 seconds and the chemiluminescence was determined.

5.4 13mer-Sonden; PCR-Amplifikate5.4 13mer probes; PCR amplificates

30 µl einer in 6 × SSPE mit 0.1% Tween 20 gelösten, Cy5-markierten 24mer-Probe (SEQ ID NO: 10: 5'-CTTGCCTACGCCACCAGCTCCAAC-3') wurden auf den Array pipettiert. Die Proben-Konzentration betrug 5 nM. Es wurde 1 h bei 37°C inkubiert. Danach wurde die überschüssige Probe kurz mit 6 × SSPE-T abgespült und die Fluoreszenz gemessen.30 µl of a Cy5-labeled 24mer sample dissolved in 6 × SSPE with 0.1% Tween 20 (SEQ ID NO: 10: 5'-CTTGCCTACGCCACCAGCTCCAAC-3 ') were pipetted onto the array. The Sample concentration was 5 nM. It was incubated at 37 ° C. for 1 hour. After that, the Excess sample was briefly rinsed off with 6 × SSPE-T and the fluorescence was measured.

Unter Verwendung des in Fig. 14 gezeigten Dipsticks geht man folgendermaßen vor. Das die Probe enthaltende Hybridisierungsgemisch wird in das Behältnis 4 vorgelegt. Der Dipstick wird in das Behältnis 4 eingeführt, so daß der Array 3 mit dem Hybridisierungs­ gemisch in Kontakt kommt. Das Behältnis 4 wird mit dem Verschlußmittel 1 verschlossen. Erforderlichenfalls wird die Probe, z. B. ein PCR-Amplifikat, denaturiert, in der Regel mindestens 2 min bei 94°C. Dann kann auf 0 bis 4°C abgekühlt werden. Die anschließen­ de Hybridisierung erfolgt wie üblich, z. B. bei 37°C 60 min. Anschließend entnimmt man den Dipstick, wäscht und wertet den Array aus.Using the dipstick shown in Fig. 14, one proceeds as follows. The hybridization mixture containing the sample is placed in the container 4 . The dipstick is inserted into the container 4 so that the array 3 comes into contact with the hybridization mixture. The container 4 is closed with the closure means 1 . If necessary, the sample, e.g. B. a PCR amplicon, denatured, usually at least 2 min at 94 ° C. Then it can be cooled down to 0 to 4 ° C. The subsequent de hybridization takes place as usual, for. B. 60 min at 37 ° C. The dipstick is then removed, washed and the array is evaluated.

6. Auswertung6. Evaluation

Die Arrays wurden mit einem konfokalen Fluoreszenzscanner (Fluoreszenz) oder mit einem Chemilumineszenz-Detektor (Chemilumineszenz) vermessen. The arrays were scanned with a confocal fluorescence scanner (fluorescence) or with a chemiluminescence detector (chemiluminescence) measured.

6.1 Unspezifische Bindung6.1 Non-specific binding

Die Untersuchung der in Beispiel 3.1.1.1 hergestellten Arrays zeigt, daß Polycycloolefin sowie Polystyrol auf Pyrexglas aufgrund geringerer unspezifischer Bindung der Probe ein wesentlich besseres Verhältnis von Signal- zu Hintergrundfluoreszenz zeigen als CxHy auf Silizium und Teflon auf Pyrexglas, das bei diesen nachteiligen Trägermaterialien in einem Bereich unterhalb von 10 liegt (Fig. 2).The investigation of the arrays produced in Example 3.1.1.1 shows that polycycloolefin and polystyrene on Pyrex glass, due to the lower unspecific binding of the sample, show a significantly better ratio of signal to background fluorescence than CxHy on silicon and Teflon on Pyrex glass, which in these disadvantageous carrier materials in one Range is below 10 ( Fig. 2).

6.2 Spot-Homogenität6.2 Spot homogeneity

Zur Herstellung der Arrays aus Beispiel 3.1.1.3 wurden unterschiedliche Mengen an Sonden aufgetragen. Mit steigender Sonden-Konzentration nimmt die Homogenität der Spots zu (Fig. 3), bis schließlich eine Sättigung der Oberfläche erreicht wird (Fig. 4). Bei einer Sonden-Konzentration von 10-20 µM werden sehr homogene Spots von etwa 150-­ 200 µm Durchmesser erhalten (Fig. 5).To produce the arrays from Example 3.1.1.3, different amounts of probes were applied. As the probe concentration increases, the homogeneity of the spots increases ( FIG. 3) until the surface is finally saturated ( FIG. 4). With a probe concentration of 10-20 μM, very homogeneous spots about 150-200 μm in diameter are obtained ( FIG. 5).

Auch die gemäß Beispiel 3.2 auf Glasoberflächen aufgetragenen Spots sind homogen. Es wird eine gute Diskriminierung zwischen Perfect Match und Mismatch erzielt (Fig. 6).The spots applied to glass surfaces according to Example 3.2 are also homogeneous. A good discrimination between perfect match and mismatch is achieved ( FIG. 6).

Fig. 7 zeigt, daß gute Immobilisierungsausbeuten auch für PCR-Amplifikate erzielt werden (vgl. Beispiel 3.1.2). FIG. 7 shows that good immobilization yields can also be achieved for PCR amplificates (cf. Example 3.1.2).

6.3 Sondendichte6.3 Probe density

Die Untersuchung eines gemäß Beispiel 3.1.1.4 hergestellten Arrays zeigt, daß die Menge an hybridisierter Probe und damit die Dichte an immobilisierter Sonde AQ-1 mit steigendem Anteil des nichthybridisierenden AQ-HEG-5'-T (AQ-6) stetig abnimmt (Fig. 8). Auf diese Art und Weise läßt sich die Oberflächendichte der immobilisierten Sonden reproduzierbar einstellen. Im Gegensatz zu einer einfachen Reduzierung der Sondenkon­ zentration bleibt die Homogenität der Spots bei der Verdünnung mit AQ-HEQ-5'-T erhalten. The investigation of an array produced according to Example 3.1.1.4 shows that the amount of hybridized sample and thus the density of immobilized probe AQ-1 steadily decreases with increasing proportion of the non-hybridizing AQ-HEG-5'-T (AQ-6) ( Fig . 8). In this way, the surface density of the immobilized probes can be adjusted in a reproducible manner. In contrast to a simple reduction in the probe concentration, the homogeneity of the spots is retained when diluting with AQ-HEQ-5'-T.

6.4 Präzision6.4 Precision

Die Meßdaten zu den mit dem 1-Kanal Piezodispensor gemäß Beispiel 3.1.1.6 aufgetra­ genen Spots sind in Tabelle 1 dargestellt.The measurement data for the 1-channel piezodispenser according to example 3.1.1.6 The corresponding spots are shown in Table 1.

Tabelle 1 Table 1

Der Variationskoeffizient (VC) über 64 Spots liegt für die Spotflächen (Area) bei Einzel­ tropfenabgabe (ca. 0.5 nL) bei 5%. Der Variationskoeffizient für die Spotvolumina (Volume) und die Spotdurchmesser (Diameter) liegt nach Hybridisierung unter 7%. Alle 64 Spots bildeten zusammen ein regelmäßiges Gitter.The coefficient of variation (VC) over 64 spots is single for the spot areas drop release (approx. 0.5 nL) at 5%. The coefficient of variation for the spot volumes (Volume) and the spot diameter (Diameter) is below 7% after hybridization. All 64 Spots together formed a regular grid.

Die Meßdaten zu den mit dem 24-Kanal Druckpulsdispensor gemäß Beispiel 3.1.1.6 aufgetragenen Spots sind in Tabelle 2 dargestellt.The measurement data for the 24-channel pressure pulse dispenser according to example 3.1.1.6 applied spots are shown in Table 2.

Tabelle 2 Table 2

Die Variationskoefflzienten für die Spotflächen liegen hier unter 6% und die integrierten Signale unter 7%.The coefficients of variation for the spot areas are below 6% and the integrated ones Signals below 7%.

Die Interassay-Varianzen für die Spotdurchmesser liegen bei der willkürlichen Auswahl von 4 Chips aus 400 nach Hybridisierung bei 7,0%.The interassay variances for the spot diameters are in the case of the arbitrary selection of 4 chips out of 400 after hybridization at 7.0%.

Die Meßdaten zu den mit dem Kapillardispensor gemäß Beispiel 3.1.1.2 aufgetragenen Spots sind in Fig. 9 aufgetragen und in Tabelle 3 dargestellt.The measurement data for the spots applied with the capillary dispenser according to Example 3.1.1.2 are plotted in FIG. 9 and shown in Table 3.

Tabelle 3 Table 3

Wie im Querschnitt zu sehen ist, sind auch die ca. 12 µm breiten Spots sehr gleichmäßig. Die Intraassay-Varianz (n = 20) für die Spotflächen liegt unter 10% und die Intraassay-Varianz für die Volumina beträgt lediglich 11%.As can be seen in the cross section, the approximately 12 µm wide spots are also very uniform. The intraassay variance (n = 20) for the spot areas is below 10% and the Intraassay variance for the volumes is only 11%.

6.5 Dynamischer Hybridisierungsbereich6.5 Dynamic hybridization area

Aus Fig. 11 ist ersichtlich, daß der dynamische Bereich der gemäß Beispiel 3.1.1.2 erhaltenen 200 µm Spots größer ist als der dynamische Meßbereich des verwendeten konfokalen Fluoreszenzscanners. Es mußten daher im oberen Konzentrationsbereich Abschwächungsfilter in den Strahlengang eingebracht werden. Der dynamische Hybridi­ sierungsbereich für die 200 µm Spots beträgt <105. Für die gemäß Beispiel 3.1.1.2 erhaltenen 10 µm Spots wird ein dynamischer Bereich von <104 bei einer um eine Größenordnung niedrigeren Nachweisgrenze erreicht (Fig. 12).From FIG. 11 it can be seen that the dynamic range of the 200 μm spots obtained according to Example 3.1.1.2 is greater than the dynamic measuring range of the confocal fluorescence scanner used. Attenuating filters therefore had to be introduced into the beam path in the upper concentration range. The dynamic hybridization range for the 200 µm spots is <10 5 . For the 10 μm spots obtained according to Example 3.1.1.2, a dynamic range of <10 4 is achieved with a detection limit which is one order of magnitude lower ( FIG. 12).

Claims (19)

1. Array immobilisierter Biomoleküle, die an eine kohlenstoffhaltige Trägeroberfläche gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffhaltige Oberfläche we­ nigstens ein Polymer auf Cycloolefin-Basis enthält oder erhältlich ist dadurch, daß man eine Glas-, Metall- oder Keramikoberfläche mit einer wässrigen Lösung wenig­ stens einer hydrolysierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindung behandelt und die Oberfläche trocknet.1. array of immobilized biomolecules which are coupled to a carbonaceous support surface, characterized in that the carbonaceous surface contains at least one cycloolefin-based polymer or is obtainable by having a glass, metal or ceramic surface with an aqueous solution little treated at least a hydrolyzable carbonaceous compound and the surface dries. 2. Array nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biomoleküle über wenigstens ein Chinon, vorzugsweise ein Anthrachinon gekoppelt sind.2. Array according to claim 1, characterized in that the biomolecules over at least one quinone, preferably an anthraquinone, are coupled. 3. Array nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsgruppe und Biomolekül über einen Spacer verknüpft sind.3. Array according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling group and biomolecule are linked via a spacer. 4. Array nach Anspruch nach 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Spacer markiert ist.4. Array according to claim 3, characterized in that the marked the spacer is. 5. Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer auf Norbornen-Struktureinheiten basiert.5. Array according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer is based on norbornene structural units. 6. Array nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydroly­ sierbare kohlenstoffhaltige Verbindung ein Silan der Formel XVI
(R17)zSi(R16)4-z (XVI)
ist, wobei die Reste R16 unabhängig voneinander für Halogen, C1-C4-Alkoxy oder C1-C4-Acyloxy stehen, die Reste R17 unabhängig voneinander für C1-C30-Alkyl oder C3-C10-Cycloalkyl stehen und z einem Wert von 1, 2 oder 3 entspricht.
6. Array according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hydrolyzable carbon-containing compound is a silane of the formula XVI
(R 17 ) z Si (R 16 ) 4-z (XVI)
where the radicals R 16 independently of one another represent halogen, C 1 -C 4 alkoxy or C 1 -C 4 acyloxy, the radicals R 17 independently of one another represent C 1 -C 30 alkyl or C 3 -C 10 - Are cycloalkyl and z corresponds to a value of 1, 2 or 3.
7. Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Oberfläche eine Metallschicht, vorzugsweise eine Chrom- oder Platin­ schicht, aufweisen.7. Array according to one of the preceding claims, characterized in that Parts of the surface have a metal layer, preferably a chrome or platinum layer layer. 8. Träger mit kohlenstoffhaltiger Oberfläche zur Immobilisierung von Biomolekülen über Kopplungsgruppen, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Oberfläche einen Überzug aufweisen, an den die Kopplungsgruppen nicht koppeln.8. Carrier with carbon-containing surface for immobilizing biomolecules via coupling groups, characterized in that parts of the surface have a Have coating to which the coupling groups do not couple. 9. Vorrichtung auf Basis wenigstens eines Arrays nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Form eines Chips oder Dipsticks.9. Device based on at least one array according to one of claims 1 to 7 in Shape of a chip or dipstick. 10. Vorrichtung auf Basis wenigstens eines Trägers nach Anspruch 8 in Form eines Chips oder Dipsticks.10. Device based on at least one carrier according to claim 8 in the form of a Chips or Dipsticks. 11. Dipstick nach Anspruch 9 oder 10, umfassend ein Verschlußmittel 1 und einen daran angefügten Körper 2, der wenigstens einen Array 3 aufweist.11. Dipstick according to claim 9 or 10, comprising a closure means 1 and a body 2 attached thereto, which has at least one array 3 . 12. Verfahren zur Immobilisierung von Biomolekülen, wobei man wenigstens ein Derivat einer Kopplungsgruppe auf einen Träger mit kohlenstoffhal­ tiger Oberfläche aufbringt, belichtet und erforderlichenfalls die immobilisierten Derivate in die Biomoleküle überführt, dadurch gekennzeichnet, daß man als kohlenstoffhaltige Oberfläche wenigstens ein Polycycloolefin verwendet.12. A method for immobilizing biomolecules, wherein one at least one derivative of a coupling group on a carbon-containing support tiger surface, exposed and if necessary, the immobilized derivatives are converted into the biomolecules, characterized in that there is at least one carbon-containing surface Polycycloolefin used. 13. Verfahren zur Immobilisierung von Biomolekülen, wobei man eine Trägeroberfläche mit wenigstens einer hydrolysierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindung behandelt, wenigstens ein Derivat einer Kopplungsgruppe auf die kohlenstoffhaltige Trä­ geroberfläche aufbringt, belichtet und erforderlichenfalls die immobilisierten Derivate in die Biomoleküle überführt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wässrige Lösung der hydrolysierbaren kohlenstoffhaltigen Verbindung verwendet.13. A method for immobilizing biomolecules, wherein one a support surface with at least one hydrolyzable carbonaceous Connection handled, at least one derivative of a coupling group on the carbonaceous substrate applies the surface, exposed and if necessary, the immobilized derivatives are converted into the biomolecules, characterized in that an aqueous solution of the hydrolyzable carbonaceous compound used. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß man Chinonde­ rivate verwendet.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that one quinonde derivatives used. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Derivate der Kopplungsgruppen und ein hygroskopisches Salz, vorzugsweise Calciumchlorid, aufbringt.15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that one the derivatives of the coupling groups and a hygroscopic salt, preferably Calcium chloride. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man Teile der Oberfläche so behandelt, daß die Derivate der Kopplungsgruppen an die behandelte Oberfläche im wesentlichen nicht koppeln.16. The method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that one Parts of the surface treated so that the derivatives of the coupling groups to the essentially do not couple treated surface. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Oberfläche eine Metallschicht aufbringt und Teile dieser Schicht wieder entfernt.17. The method according to claim 16, characterized in that one is on the surface applies a metal layer and removes parts of this layer again. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Belichtung mit einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch wäscht, das 0,1 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 2 und insbesondere 1 Gew.-% eines Tensids ent­ hält.18. The method according to any one of claims 12 to 17, characterized in that one after exposure to a solvent or solvent mixture that washes 0.1 to 10, preferably 0.5 to 2 and in particular 1 wt .-% of a surfactant ent holds. 19. Verwendung eines Arrays nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 11 für diagnostisch/analytische Zwecke.19. Use of an array according to one of claims 1 to 7 or a device according to claim 9 or 11 for diagnostic / analytical purposes.
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