DE10053394C2

DE10053394C2 - Bauteil mit einer Mehrzahl von Fiberelementen und an den Fiberelementen immobilisierten Probenmolekülen

Info

Publication number: DE10053394C2
Application number: DE10053394A
Authority: DE
Inventors: Derya Oezkan
Original assignee: VARIOM BIOTECHNOLOGY AG
Current assignee: VARIOM BIOTECHNOLOGY AG, 10178 BERLIN, DE
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2020-10-21
Also published as: DE10053473A1; DE10053394A1; DE10053393A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer Mehrzahl von Fiberelementen, und mit an den Fiberelementen im mobilisierten Probenmolekülen selektierter Proben molekülspezies oder selektierter Probenmolekülspezies gruppen, wobei jedem Fiberelement zumindest eine spezifische Probenmolekülspezies oder Probenmolekül speziesgruppe zugeordnet ist, ein Verfahren zur Her stellung eines solchen Bauteils sowie die Verwendung eines solchen Bauteils.

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Bauteile des vorstehenden Aufbaus dienen der schnellen Analyse von Proben auf die Anwesenheit oder Abwesen heit von Targetmolekülen. Es handelt sich im Kern um ein paralleles Verfahren, da eine Probe gleichzeitig mit mehreren oder allen Elementen des Bauteils kontak tiert wird und Targetmoleküle mit jenen Elementen reagieren, welche für das Targetmolekül spezifische Probenmoleküle tragen.

Biochips sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise die Literaturstelle US-A-5,744,305 beschreibt einen Biochip mit einer pla naren Struktur, auf deren Oberfläche in definierter Bereichen, den sogenannten Spots, jeweils selektierte und zugeordnete Probenmoleküle aufgebracht sind. Sol che planaren Biochips sind in der Herstellung sehr aufwendig, da jeder Spot sequenziell mit den jeweils zugeordneten Probenmolekülen bestückt werden muß. Zudem ist jeder Bauteil gleichsam ein Einzelstück, i. e. die Herstellung eines zweiten Biochips gleichen Aufbaus, auch gleicher Bestückung mit Probenmolekülen, erfordert wieder den gleich hohen Aufwand wie die Her stellung des ersten Biochips. Eine Massenproduktion ist daher nicht möglich und die insofern bekannten Biochips sind daher extrem teuer.

Ein Bauteil anderen Aufbaus ist aus der Litera turstelle US-A-6,037,186 bekannt. Demgemäß werden eine Mehrzahl von porösen Stäben hergestellt, welche jeweils mit einer Lösung enthaltend eine selektierte Probenmolekülspezies gleichsam getränkt werden. Nach Bündelung der getränkten Stäbe werden von dem Bündel in einer Ebene orthogonal zur Längserstreckung des Bündels Scheiben abgeschnitten, welche das Bauteil bilden. Die Schnittflächen bilden dabei die Spots. Diese Technologie erlaubt zwar eine Massenproduktion eines Biochiptyps, weist jedoch den wesentlichen Nachteil auf, daß Kontaminationen der Spots mit den Probenmolekülen jeweils benachbarter Spots stattfinden und folglich in störendem Maß "crosstalking" bei der Auslesung stattfindet. Diverse übliche Detektionsmeth oden sind zudem bei porösen Körpern nicht anwendbar. Schließlich haben poröse Körper schlechtere kinetische Eigenschaften aufgrund diffusionskontrollierter Trans portprozesse im Poreninneren.

Beiden vorstehend beschriebenen Bauteilen ist der Nachteil gemeinsam, daß eine nur geringe wirksame Sen sorfläche mit Probenmolekülen zur Verfügung steht. Hinzu kommt, daß zur Auslesung ein geeigneter Detektor über der Oberfläche, aber diese nicht kontaktierend exakt positioniert werden muß. Bei zunehmender Minia turisierung verstärken sich Positionierungprobleme und das Risiko von falschen Zuordnungen zwischen Signalen und Spots steigt beachtlich.

Ein Bauteil des eingang genannten Aufbaus ist aus der Literaturstelle US-A-5,837,196 bekannt. Bei dem in sofern bekannten Bauteil ist dieser aus einem Bündel von optischen Fiberelementen gebildet, deren in einer Ebene angeordneten Stirnflächen die Probenmoleküle tragen. Eine Auslesung erfolgt durch Abnahme von op tischen Signalen an dem die Probenmoleküle tragenden entgegengesetzten Ende der Fiberelemente. Bei dieser Aufbau stellt sich die Problematik der Positionierung des Detektors zwar nicht mehr, jedoch muß zur Herstel lung eines als Biochip funktionierenden Bauteils jedesmal jeweils eine Bestückung der erzeugten Stirn flächen mit Probenmolekülen erfolgen mit dem Ergebnis, daß eine wenig aufwendige Massenherstellung eines Bio chiptyps ebensowenig möglich ist, wie im Falle eines Biochips gemäß der vorstehend beschriebenen Litera turstelle US-A-5,744,305.

Die Literaturstelle WO 99/40418 A1 beschreibt ver schiedene Sensoren zur Detektion chemischer oder bi ologischer Substanzen. Allen Varianten gemeinsam ist die Einrichtung einer einzelnen optischen Fiber mit einem Fiberkern und einer den Fiberkern ummantelnden Beschichtung, welche für chemische oder biologische Substanzen dahingehend sensitiv ist, daß sich die (in nenseitigen) Reflexionseigenschaften bei außenseitiger Belegung mit chemischen oder biologischen Stoffen ändern. In einer beschriebenen Variante wird Licht an einem Ende des Sensors eingekoppelt und am gegenüber liegenden Ende detektiert. In einer anderen Variante wird Licht an einem Ende eingekoppelt, am gegenüber liegenden Ende reflektiert und am gleichen Ende der Einkoppelung detektiert. An eine Auswerteelektronik können mehrere Sensoren angeschlossen sein; eine Bündelung ist nicht vorgesehen, vielmehr sind die ver schiedenen Sensoren in verschiedenen räumlichen Bereichen angeordnet.

Die Literaturstelle DE 41 14 159 A1 beschreibt einen faseroptischen Detektor, wobei eine optische Faser mit einem Proteinmantel versehen ist, an welchem ein An tikörper sowie ein an dem Antikörper gebundenen floureszenzmarkierten Antigen gebunden sind. Durch die Faser erfolgt eine Anregung der Floureszenz mit Licht. Die Floureszenz wird extern mittels eines Spektrome ters detektiert. Wenn dieser Detektor einer Lösung mit Molekülen ausgesetzt wird, welche an den Antikörper binden, erfolgt ein Austausch des markierten Antigens und folglich eine Reduktion der Floureszenz, welche detektiert wird. Eine Bündelung mehrer Faseroptiken ist nicht vorgesehen.

Technisches Problem der Erfindung

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Bauteil mit immobilisierten Probenmolekülen anzugeben, welches auf einfache Weise in Massenproduk tion herstellbar und gleichzeitig sicher auslesbar ist.

Grundzüge der Erfindung

Zur Lösung dieses technischen Probelms lehrt die Er findung, daß die Probenmoleküle an Mantelflächen der Fiberelemente immobilisiert sind, und daß die Fiberelemente mittels eines Tragelements in radialer Richtung, bezogen auf die Fiberelemente, gegeneinander beabstandet fixiert oder mit Linienkontakt zueinander gebündelt sind. Zwar ist nicht ausgeschlossen, daß Probenmoleküle auch im Volumen der Fiberelemente ge bunden sind, wesentlich ist, daß die Interaktion mit Targetmolekülen an bzw. über die Mantelflächen erfolgt.

Weiterhin lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Her stellung eines erfindungsgemäßen Bauteils mit den fol genden Verfahrensstufen: a) es wird zumindest eine Endlosfiber hergestellt, b) die Endlosfiber wird durch ein Fluid enthaltend eine selektierte Probenmolekül spezies oder eine selektierte Probenmolekülspezies gruppe geleitet, c) die Probenmoleküle der Probenmolekülspezies oder der Probenmolekülspezies gruppe werden an der Endlosfiber immobilisiert, d) optional wird die Endlosfiber zumindest einer Wasch verfahrensstufe zugeführt, e) der Endlosfiber wird die jeweils in Stufe c) an der Fiber immobilisierte Pro benmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppe di rekt oder indirekt zugeordnet, f) von verschiedenen Endlosfibern oder aus verschiedenen Bereichen einer Endlosfiber wird jeweils ein Fiberelement abgeschnit ten und die Fiberelemente werden mit einem Tragelement verbunden oder gebündelt. Grundsätzlich können eine Mehrzahl von Endlosfibern jeweils durch verschiedene Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppen enthaltende Fluide geleitet werden. Alternativ wird bei einer einzelnen Endlosfiber abschnittsweise das Fluid gewechselt.

Schließlich lehrt die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Bauteils in einem Verfahren zur De tektion von Targetmolekülen, wobei optisch kontaktier bare Stirnflächen der Fiberelemente optisch beispielsweise mit einem CCD Array oder über ein Mikrospiegelsystem mit einem Photomultipier verbunden sind, welches sensitiv für optische Strahlung einer Nachweiswellenlänge ist, und wobei Sensorelemente des CCD Arrays oder Mikrospiegel oder Mikrospiegelposi tionen jeweils den Fiberelementen zugeordnet sind, mit folgenden Verfahrenstufen: a) dem Bauteil wird eine Lösung mit prospektiven Targetmolekülen zugeführt un ter Bedingungen, bei welchen Targetmoleküle an Proben moleküle binden, b) gleichzeitig mit Stufe a) oder hieran anschließend wird der Bauteil mit einer eine Nachweiswellenlänge anregende Primärstrahlung bestrahlt, c) gleichzeitig mit Stufe b) oder hieran anschließend erfolgt eine Auslesung der Signale der Sensorelemente des CCD Arrays oder des Photomultipli ers und Aufbereitung sowie Abspeicherung der Signale. Alternativ oder zusätzlich können die Fiberelemente beispielsweise elektrisch kontaktierbar und/oder kon taktiert sein, zum Zwecke der Auswertung durch Messung der Impedanz bzw. der Impedanzänderungen. Auch Auswer tungen durch Detektion von Oberflächenplasmonenreso nanzen oder Streuprozessen sind möglich. Vor allem ist auch Lumineszenzdetektion möglich. Im Rahmen der Er findung umfaßt der Ausdruck des Bindens auch Interak tionen im weitesten Sinne.

Definitionen

Als Bauteil ist eine Anordnung bezeichnet, welche in diskreten und definierten Flächenbereichen Proben moleküle einer Probenmolekülspezies oder Proben molekülspeziesgruppe tragen. In der Regel wird jeder Flächenbereich eines Bauteils eine andere Proben molekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppe tragen. Die Flächenbereiche sind adressierbar in dem Sinne, daß eine Zuordnung getroffen ist/wird zwischen jedem Flächenbereich bzw. seiner geometrischen Lage im Rah men des Biochips und der von dem Flächenbereich getragenen Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppe.

Der Ausdruck des Bauteils umfaßt auch die Begriffe des Biochips sowie des "zusammengesetzten Analysesystems aus einer Vielzahl unabhängiger Einzelelemente".

Als Fiberelemente sind von einer Endlosfiber ab geschnittene Stücke bezeichnet. In der Regel wird der Schnitt in einer Ebene orthogonal zur Längserstreckung der Endlosfiber ausgeführt sein, es ist jedoch selbstverständlich auch eine demgegenüber weniger als 90° abgewinkelte Schnittebene möglich.

Eine Endlosfiber ist ein stabartiges oder fadenartiges Gebilde, mit gegenüber der Länge von Fiberelementer großer Längserstreckung, welches typischerweise mit tels Ziehtechnologien, Blastechnologien und/oder Ex trusionstechnologien hergestellt und auf Trommeln oder dergleichen aufgewickelt und bevorratet sein können.

Eine Endlosfiber und/oder ein Fiberelement kann in einer zur Längserstreckung orthogonalen Querschnitts ebene die verschiedensten Querschnittsformen auf weisen. Lediglich bevorzugt ist ein im wesentlicher kreisförmiger Querschnitt. Insofern umfaßt der Begriff der Mantelfläche im Rahmen der Erfindung nicht nur Zylindermantelflächen, sondern auch Mantelflächen im Falle nicht-kreisförmiger Querschnitte. Insofern bezeichnet der Begriff der radialen Richtung im Rahmen der Erfindung alle Richtungen in einer Querschnittse bene. Insofern bezeichnet schließlich der Durchmesser im Rahmen der Erfindung d = 2.(F/2π)^0,5, wobei F die Querschnittsfläche (beliebiger Form) ist.

Die Stirnfläche eines Fiberelementes ist durch einen Schnitt durch eine Endlosfiber gebildet.

Beabstandung der Fiberelemente meint, daß die Man telflächen benachbarter Fiberelemente einander nicht berühren. Es ist dann eine Bündelung der Fiberelemente ohne Linienkontakt zwischen einzelnen Fiberelementen des Bündels geschaffen. Linienkontakt bedeutet, daß der (mechanische) Kontakt nicht in Bereichen zue inander paralleler Flächen benachbarter Fiberelemente besteht. Einer Beabstandung der Fiberelemente und/oder einem Linienkontakt zwischen benachbarten Fiberelemen ten gleichwertig ist die Einrichtung von sich in ra dialer Richtung erstreckenden Nasen im Bereich der Mantelfläche eines Fiberelements, wodurch benachbarte Fiberelemente bis auf den Punkt-, Linien-, oder Fläch enkontakt im Bereich der Nasen voneinander beabstandet gehalten werden.

Ein Fiberelementebündel weist in der Regel zueinander coplanare Stirnflächen der gebündelten Fiberelemente auf. Es ist aber auch möglich, innerhalb eines Fiberelementebündels Gruppen von Fiberelementen mit jeweils coplanaren Strinflächen auszubilden, wobei die Strinflächen von Fiberelementen unterschiedlicher Gruppen zueinander nicht coplanar sind.

Optische Fiberelemente sind optisch transparent für elektromagnetische Strahlung zumindest in einem Teil bereich der Bereich IR, sichtbares Licht und/oder UV. Optisch transparent meint, daß die Dämpfung der elek tromagnetischen Strahlung ausreichend gering ist, um eine Detektion an einem Ende eines Fiberelements erzeugter elektromagnetischen Strahlung an dem gegenüberliegenden Ende des Fiberelementes mittels üblicher Detektionstechnologien zu erlauben.

Der Begriff der optischen Kontaktierbarkeit bezeichnet eine Aufbereitung einer Teilfläche eines Fiberelemen tes, welche die Emission von elektromagnetischer Strahlung aus dem Fiberelement heraus durch die Teilfläche erlaubt. Eine starke Streuung ist möglichst zu vermeiden. Ggf. können die Teilflächen auf geeignete Weise bearbeitet, beispielsweise geglättet oder poliert werden. Es ist auch das Anpolieren oder Aufbringen von Mikrolinsen zur Fokussierung austre tender Strahlung möglich.

Probenmoleküle sind Moleküle, welche mit Target molekülen eine spezifische Wechselwirkung eingehen können. Beispiele für solche Wechselwirkungen sind: Antikörper-Antigen, Lectin-Kohlenhydrat, Protein- Aptamer, Nukleinsäure-Nukleinsäure, Nukleinsäure- Ribozym, Biotin-Avidin, usw.

Targetmoleküle sind Moleküle, auf welche eine zu analysierende Probe, welche dem Bauteil aufgegeben wird, untersucht wird. Targetmoleküle können aber auch Moleküle sein, die gezielt aus einer (z. B. mit anderen Methoden oder auch mit der gleichen Methode zu analysierenden) Probe entfernt werden sollen.

Eine Probenmolekülspezies enthält Probenmoleküle ausschließlich einer Struktur, beispielsweise einer Sequenz im Falle von Nukleinsäuren oder Proteinen oder Peptiden.

Eine Probenmolekülspeziesgruppe enthält als Grup penelemente zumindest zwei Probenmolekülspezies. Hier bei kann es bei den Probenmolekülspezies um gleichartige oder verschiedenartige Probenmolekültypen handeln. Als Probenmolekültypen werden beispielsweise Nukleinsäuren, Peptide, Proteine und Saccharide bezeichnet.

Als funktionelle Gruppen eines Polymerwerkstoffes sind solche chemische Gruppen des Polymergerüstes bezeichnet, welche eine unspezifische Bindung zwischen Targetmolekülen und dem Polymerwerkstoff ermöglichen. Im Falle von Nukleinsäuren als Targetmolekülen wären funktionelle Gruppen beispielsweise Aminogruppen, Hy droxylgruppen, Thiolgruppen oder Carboxylgruppen. Es versteht sich, daß das Gesagte auch auf dem Po lymerwerkstoff ggf. zugegebene Hilfsstoffe zutrifft.

Kooperative Effekte zwischen Molekülen mehrerer Pro benmolekülspezies und einer Targetmolekülspezies sind dadurch gekennzeichnet, daß der energetische Gewinn durch simultane Wechselwirkung zwischen jeweils den Molekülen der verschiedenen Probenmolekülspezies ein erseits und den zwischen den verschiedenen Proben molekülspezies und dem Targetmolekül insgesamt andererseits größer ist als die Summe der ener getischen Gewinne der Wechselwirkungen eines Moleküls jeweils einer Probenmolekülspezies mit einem Molekül der Targetmolekülspezies. Im Falle der Nukleinsäuren als Probenmoleküle und Targetmoleküle sind beispielshaft Stacking Effekte zu nennen. Der Stacking Effekt ist ein Energiegewinn durch Wechselwirkungen, nämlich Delokalisation der π-Elektronen der hydro phoben Ringstrukturen benachbarter Basen in doppel strängigen Nukleinsäuren. Im Falle der Proteine können kooperative Effekte aus speziellen Sekundärstrukturen miteinander wechselwirkender Proteine resultieren. Generell wird mit kooperativen Effekten eine höhere Spezifität und Bindungsenergie einer Bindung zwischen Probenmolekülen und einem Targetmolekül erreicht.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Grundsätzlich können die Fiberelemente beliebige For men in Richtung der Längserstreckung aufweisen. In Hinblick auf ggf. eine sichere beabstandete Fixierung über die gesamte Längserstreckung der Fiberelemente empfiehlt es sich, die Fiberelemente gerade verlaufend und ggf. parallel oder mit in Richtung der Längser streckung wachsendem Abstand zueinander angeordnet auszubilden. Es versteht sich, daß ggf. der Abstand der Fiberelemente so abgestimmt ist, daß unter Berück sichtigung möglicher lateraler mechanischer Belas tungskräfte der Fiberelemente und des Elastizitäts moduls des Werkstoffes der Fibern sowie deren Länge, die Mantelflächen benachbarter Fiberelemente sich un ter normalen Betriebsbedingungen des Biochips nicht berühren können. Es gelten aber auch die bereits angesprochenen Alternativen.

Es ist bevorzugt, wenn die Fiberelemente optische Fiberelemente sind. Mit dieser Ausführungsform lassen sich Signale beispielsweise Floureszenzsignale aus entsprechenden Markergruppen von an den Fibern gebun denen Molekülen (optisch) anregen und zur Detektion mittels optischer Sensoren zu optisch kontaktierbaren Stellen der Fiberelemente leiten. Aber auch Lumines cenz kann detektiert werden. Solche Stellen können insbesondere die Stirnflächen der Fiberelemente sein. Optische Fibern können beispielsweise zumindest teil weise aus Glas bestehen. Bevorzugt ist es allerdings, wenn die Fiberelemente aus einem Polymerwerkstoff ge bildet sind, welcher vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehen aus "Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polytherephthalat (PETP), Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylenoxid (PPO), Polyphenylensulfid (PPS), Polybuthylenterephthalat (PBT, Polyoxymethylen (POM), Polysulfon (PSU), Poly etherimid (PEI), Polyamid (PA) und Mischungen sowie Copolymere der Monomere solcher Polymere", insbeson dere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus "Polycar bonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol und Mischungen sowie Copolymere der Monomere solcher Po lymere". Wesentlich bei der Werkstoffauswahl ist le diglich, daß der Werkstoff ausreichend (dauer-) temperaturbeständig gegen im Zuge einer Prozessierung oder eines Einsatzes der Biochips auftretenden Tem peraturen ist. Als in diesem Sinne hochtemperatur beständig werden alle Polymerwerkstoffe bezeichnet, welche sich bei Exposition unter zumindest 90°C, vor zugsweise zumindest 120°C, insbesondere zumindest 140°C, über 1000 Stunden als beständig erweisen. Typ ischerweise ist dies erfüllt, wenn die Glastemperatur überhalb der genannten Temperaturgrenze liegt. Beson ders temperaturbeständig ist beispielsweise Polycar bonat mit einer Glastemperatur von 150°C. Es versteht sich, daß der Polymerwerkstoff in der Kunststofftech nologie übliche Hilfsstoffe enthalten kann, wie beispielsweise Weichmacher, Lichtstabilisatoren, ins besondere UV-Stabilisatoren, und dergleichen. Auch können die (wellenlängenabhängige) Dielektrizitätskon stante beeinflussende Zusätze eingebracht sein zum Zwecke der Optimierung der optischen Eigenschaften in einem interessierenden Wellenlängenbereich.

Ein Fiberelement kann auch aus mehreren Werkstoffen im Verbund hergestellt sein. Insbesondere können im Bereich der Mantelfläche von dem Werkstoff des Cores verschiedene Werkstoffe eingesetzt sein, beispiels weise um die Reflektivität von in dem Fiberelement laufenden Lichts an der Grenzfläche fest/flüssig bzw. fest/gas ggf wellenlängenselektiv zu modifizieren. Auch kann beispielsweise das Core aus einem mechanisch starren Werkstoff bestehen, beispielsweise Metall, Glas oder Polycarbonat, während der das Core umgebende optisch transparente Werkstoff dann weniger starr sein kann.

In geometrischer Hinsicht können die Fiberelemente wie folgt ausgebildet und angeordnet sein. Die Fiberele mente weisen vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,01 µm bis 1000 µm und eine Länge im Bereich von 0,1 µm bis 100 mm auf. Das Verhältnis Durchmesser zu Länge kann im Bereich von 100 bis 10^-4 liegen. Weiter hin ist es bevorzugt, wenn die Fiberelemente in einer Dichte von 1 bis 10⁷ Fibern/cm², bezogen auf eine ra diale Querschnittsebene der Fiberelemente, gepackt sind.

Hinsichtlich des Tragelements sind verschiedene Aus führungsformen möglich. Das Tragelement kann an einem Ende der Fiberelemente angeordnet und die Enden der Fiberelemente umfassend ausgebildet sein, wobei die Stirnflächen der umfaßten Fiberelemente direkt oder indirekt optisch kontaktierbar sind. Im Falle der in direkten Kontaktierbarkeit muß das Tragelement zumind est im Bereich der Enden der Fiber optisch transparent sein. Ein solches Tragelement ist typischerweise plattenförmig und seine Hauptflächen stehen orthogonal zu der Längserstreckung bzw. Mittenachse der Fiberele mente. Ein solches Bauteil kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß das als Lochplatte ausge bildete Tragelement durch Einführung der Fiberelemente oder der Endlosfiber in die Löcher der Lochplatte und subsequente Fixierung der Fiberelemente in den Löchern mit den Fiberelementen bestückt wird. Im Falle der Einführung von Endlosfibern muß selbstverständlich vor oder nach der Fixierung eine Schneideverfahrenstufe erfolgen. Ebenso ist es möglich, die Enden eines mit tels einer Haltevorrichtung gehaltenen Bündels an Fiberelementen (oder Enden von Endlosfibern) in einen nicht ausgehärteten Werkstoff einzutauchen und dann die Aushärtung durchzuführen. Als Werkstoff für solche Trageelemente kommen grundsätzlich die gleichen Werkstoffe, wie vorstehend im Zusammenhang mit den Fiberelementen genannt in Frage. Es wird sich allerd ings empfehlen, das Tragelement optisch nicht trans parent auszuführen, beispielsweise durch Zugabe von Pigmenten, und die Fiberelemente vollständig durch das Tragelement hindurchgreifend auszubilden. Hierdurch wird ein crosstalking optischer Signale reduziert.

Das Tragelement kann auch aus einem Wickeltragband ausgeführt sein. Hierbei handelt es sich um ein langes, bandförmiges elastisches Konstrukt, beispiel sweise aus einem thermoplastischen Elastomer, wie thermoplastisches Polyurethan (TPU), an oder in welchem ein Ende der Fiberelemente aufgebracht oder eingebettet wird. Dabei stehen die Fiberelemente or thogonal zur Längserstreckung des Wickeltragbandes. Sodann wird das Wickeltragband beispielsweise spiralförmig aufgerollt oder mäanderartig im Zig-Zag gefalten, wodurch die Fiberelemente zu einem 2-dimensionalen Raster angeordnet werden.

Auch kann eines oder mehrere Tragelemente aus den Fiberelementen herausgebildet sein, beispielsweise durch kontaktierende Fixierung in einem oder mehreren Bereichen der Fiberelemente und Verschmelzen, Verschweißen, Verkleben oder dergleichen dieser Bereiche der Fiberelemente. Dabei können die Fiberele mente dann parallel und in Linienkontakt miteinander verlaufen, wenn dagegen beim Fügen der Bereiche mecha nischer Druck auf die Bereiche in radialer Richtung der Fiberelemente ausgeübt wird, können auch nicht- parallele und kontaktlose Verläufe der Fiberelemente sich einstellen.

Ein Bauteil kann lediglich ein Tragelement aufweisen. Dieses Tragelement kann im Prinzip an jeder Stelle, bezogen auf die Längserstreckung der Fiberelemente, angeordnet werden, beispielsweise an einem Ende der oder mittig der Fiberelemente. Ebenso ist es aber auch möglich, zwei oder mehr Tragelemente im Rahmen eines Biochips einzurichten. Dies empfiehlt sich insbeson dere im Falle sehr langer und/oder flexibler Fiberele mente. Wenn mehrere Tragelemente vorgesehen sind, empfiehlt es sich weiterhin, jedenfalls 2 Tragelemente an den gegenüberliegenden Enden der Fiberelementen vorzusehen.

Die Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspezies gruppe kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus "Nukleinsäuren, DNA, RNA, PNA, Aptamere, Proteine, Peptide, Saccharide sowie Mischungen dieser Proben moleküle". Im Falle der Nukleinsäuren kann es sich um einzelsträngige oder doppelsträngige Nukleinsäuren handelt. Die Basen der Nukleinsäuren können natürli cherweise vorkommende Basen sein, sie können aber auch chemisch derivatisiert sein, beispielsweise durch Ein bau von Markergruppen. Entsprechendes gilt im Falle der weiteren Verbindungsklassen der vorstehend genannten Gruppe. Ebenso können die Sequenzen natür lich oder nicht-natürlich sein. Im Falle der Nuklein säuren kann die Anzahl der Basen einer hybridisierbaren Region grundsätzlich beliebige lang sein. Es empfiehlt sich allerdings, die Anzahl der Basen möglichst klein zu halten, beispielsweise auf maximal 25, besser 17, zu begrenzen, damit ein Mis match zwischen einem Probenmolekül und einem Target molekül in lediglich einer Base zu einer hinreichenden Destabilisierung führt.

Die Probenmoleküle können unmittelbar oder über Spac erverbindungen an die Fiberelemente gebunden sein. Letzteres ist bevorzugt. Als Spacerverbindungen kommen alle fachüblichen Verbindungen in Frage. Beispiels weise kann die Spacerverbindung aus einer Kette (beispielsweise der Länge 5 bis 80, vorzugsweise 25 bis 40 Basen) von (gleichen) Nukleinsäurebasen, beispielsweise Thymidin, gebildet sein. Dann ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Basen in der Spac erverbindung größer als die Anzahl der Basen in einer hybridisierbaren Region des Probenmoleküls ist. Es ist auch möglich, synthethische organische Oligomere oder Polymere einzusetzen, in deren Polymerkette beispiel sweise Carbamatgruppen eingebaut sein können. Es ist auch möglich zwei oder mehr Probenmoleküle über eine Spacerverbindung zu verbinden und die Spacerverbindung über eine Bindungsstelle der Spacerverbindung an dem Fiberelement zu binden.

Jedes Fiberelement kann Probenmoleküle einer jeweils selektierten, unterschiedlichen Probenmolekülspezies tragen. Mit anderen Worten ausgedrückt, jedes Fiberelement trägt Probenmoleküle einer einzigen Struktur, wobei die Strukturen der Probenmoleküle ver schiedener Fiberelemente sich unterscheiden. Es ist aber auch möglich, daß jedes Fiberelement Proben moleküle einer jeweils selektierten, unterschiedlichen Probenmolekülspeziesgruppe trägt, wobei die Grup penelemente jeder Probenmolekülspeziesgruppe gemeinsam unter Ausbildung von kooperativen Effekten, beispiel sweise Stacking, an ein definiertes Targetmolekül bin den. Dann trägt jedes Fiberelement Probenmoleküle mit zwei (oder mehr) verschiedenen Strukturen (Gruppenele mente), wobei verschiedene Fiberelemente unterschied liche Kombinationen an Probenmolekülen unterschied licher Strukturen tragen. In Hinblick auf die genutz ten kooperativen Effekte wird es sich empfehlen, die molaren Mengen der Probenmoleküle unterschiedlicher Strukturen auf einem Fiberelement innerhalb von Ab weichungen bis zu ±50% gleich groß zu halten. Es emp fiehlt sich, daß die Probenmoleküle unterschiedlicher Struktur auf einem Fiberelement hinsichtlich der räum lichen Anordnung der Bindungstellen an dem Fiberele ment stochastisch verteilt sein sollten.

Es ist auch möglich, innerhalb eines oder mehrerer der Fiberelemente jeweils diskrete Felder einzurichten, welche unterschiedliche Probenmolekülspezies oder Pro benmolekülspeziesgruppen tragen.

In Hinblick auf eine Reduktion unspezifischer Bindung von Targetmolekülen direkt an den Oberflächen der Fiberelemente ist es vorteilhaft, wenn der Po lymerwerkstoff keine funktionalen Gruppen an seiner Oberfläche trägt, und wenn die Probenmoleküle Nuklein säuren sind, daß die Nukleinsäuren aus einer vorzug sweise wäßrigen Lösung unter Bestrahlung mit UV-Licht an die Oberfläche des Polymerwerkstoffes gebunden sind.

Für Nukleinsäuren und andere Stoffgruppen ist eine kombinatorische Synthese auf den Fibern möglich. Selbstverständlich läßt sich ein erfindungsgemäßes Bauteil nicht nur analytisch sondern auch präparativ, beispielsweise zur gezielten Abtrennung von Stoffen aus komplexen Gemischen, wie beispielsweise Blut. Ein erfindungsgemäßes Bauteil kann mittels beispielsweise Detergentien mit einer selbstbenetzenden Oberfläche im Bereich der Mantelflächen ausgestattet sein. Dann benetzen Lösungen mit Targetmolekülen die Man telflächen selbsttätig. Es ist auch möglich "inte grated devices" zu bilden, mittels einer Kombination von Bauteilen beispielsweise zur Probenvorbereitung, zur Analyse, sowie zur Auslesung. Im Rahmen der Her stellung der Endlosfibern und/oder der Fiberelemente kann auch die Polymerisation bzw. Ausformung des Po lymerwerkstoffes in Gegenwart bzw. unter Zumischung der Probenmoleküle durchgeführt werden, so daß die Probenmoleküle im Volumen eingebaut werden, allerdings nur an der Oberfläche eines Fiberelementes zugänglich sind. Weiterhin ist die Bildung von Patronen, enthal tend zumindest ein erfindungsgemäßes Bauteil, möglich, wobei solche Patronen beispielsweise hintereinander schaltbar sind. Auf der Oberfläche der Bauteile oder in einer Patrone können Hilfsstoffe, wie Enzyme für PCR oder Ligation, aber auch interaktionsvermittelnde Moleküle angesiedelt sein.

Ein erfindungsgemäßes Bauteil kann in ein fluidisches Bauteil, beispielsweise eine Pipettenspitze oder Düse eingebracht und fixiert sein. Mehrere erfindungsgemäße Bauteile können fluidisch in Serie oder parallel geschaltet sein. Ein Einbau in integrierte Analysen systeme ist möglich.

Bei Bauteilen, welche Stacking Effekte ausnutzen, kann Förster-Energie-Transfer (FRET) ausgenutzt werden, indem eines der beiden immobilisierten Oligonukleotide mit einem Donor-Fluoreszenzfarbstoff und der andere mit einem Acceptor-Farbstoff markiert ist. Bei Stack ing kommt es nun zu Förster-Transfer, entsprechend einer Modulation der Emissionswellenlänge. Bei Stack ing Bauteilen kann auch eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit beispielsweise im Wege der Impedanzmes sung durchgeführt werden.

Weiterhin ist eine Detektion mittels festen und ggf. metallischen Partikeln, welche an Targetmoleküle ge bunden sind, möglich. Es erfolgt dann eine Messung beispielsweise mittels Scattering, evaneszenter Wel len, oder durch metallischen Niederschlag an einem Fiberelement (beispielsweise, wenn Nanokugeln aus SIl ber an den Targetmolekülen gebunden sind und fotographische Emulsionen eingesetzt werden. Ggf. im Zusammenhang mit diesen Methoden kann SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) eingesetzt werden.

Aufgrund der Tatsache, daß das Bauteil aus ver schiedenen Einzelelementen zusammengesetzt ist, kann auch jedes Einzelne angesprochen werden. Hierbei kön nen komplette Spektren gefahren werden und eine weitergehende Aussage zur Zusammensetzung der spezi fischen Bindungspartner oder auch frei in der Lösung weilender Moleküle getroffen werden. Hierzu sind beispielsweise eisetzbar: Raman, SERS, NIR.

Bauteile können ausgelesen werden, indem das gesamte Bauteil belichtet wird oder einzelne Fiberelemente angesteuert werden (elektrisch, optomechanisch über x-y-stage und z. B. Faseroptik oder optoelektrisch, indem fokussiertes Licht über ablenkbare Mikrospiegel eingekoppelt oder aufgenommen wird.

Die Probenmolekülfelder sind adressierbar in dem Sinne, daß eine Zuordnung getroffen ist/wird zwischen jedem Probenmolekülfeld bzw. seiner geometrischen Lage im Rahmen des Bauteils und der von dem Proben molekülfeld getragenen Probenmolekülspeziesgruppe. Dabei kann die Zuordnung direkt oder indirekt sein. In letzterem Falle findet zunächst, beispielsweise in Zuge der Herstellung, eine Zuordnung zwischen Proben molekülen oder Probenmolekülgruppen und (unterschied lichen) Markierungen der Felder statt. Im Kern wird also zunächst eine Markierung den Probenmolekülen bzw. Probenmolekülgruppen zugeordnet. Nach Fertigstellung des Bauelements wird dann eine Detektion der Markierungen und Zuordnung der Markierungen und fol glich der Probenmolekülspezies bzw. Probenmolekülspe ziesgruppen zu der räumlichen Anordnung der Felder in dem Bauteil durchgeführt. Eine Markierung kann beispielsweise durch Ein- oder Aufbringung von Quantum-Spots an bzw. in einem Feld erfolgen. Belie bige andere Markierungsarten, beispielsweise Farbpig mentcodierung, sind ebenfalls möglich. Die endgültige Zuordnung zwischen Probenmolekülspezies-/-gruppe zu deren räumlichen Anordnung kann dabei herstellerseitig oder auch erst anwenderseitig erfolgen. Im Ergebnis braucht nicht im eigentlichen Herstellungsprozeß eine exakte räumliche Anordnung eingehalten zu werden, vielmehr findet nach Zusammenfügung des Bauteils gleichsam eine Kalibrierung durch ortsaufgelöste De tektion der Markierungen statt.

Fiberelemente können vor- und/oder nachbehandelt sein, indem Fiberenden coplanar geschliffen werden, Fiber enden zu Mikrolinsen verschliffen werden, Fibern zur Erzugung von evaneszenten Wellen metallisch beschichtet werden, Fibern aufgerauht werden, Fibern einendig verspiegelt werden und so die Emission eingekoppelten Lichts wieder am gleichen (nicht ver spiegelten) Ende abgenommen und gemessen wird, op tional über die gleiche Optikvorrichtung. Die Signaleinkoppelung bzw. Modulation kann verstärkt wer den, indem ein modulierender bzw. reflektierender Stoff in Lösung in die Fiberzwischenräume eingebracht wird. Dieser Stoff kann aber dort auch als Festkörper vorliegen.

Alle vorstehenden Ausführungen gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs gemäße Verwendung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsformen darstellenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1 Immobilisierung von Nukleinsäuren auf einer Polymer Endlosfiber

Ein Oligonukleotid der Sequenz T(20)-AGT CTA ATC TCA TCT AGA wird in eine Crosslink-Lösung enthaltend 1 M NaCl, 0,2 M MgCl₂ und 0,3 M Tris, pH8, in einer Konzentration von 10 nM eingebracht. In einer Vorrich tung wird eine PS-Endlosfiber von 80 µm Durchmesser, welche auf übliche Weise extrudiert wurde, von einer Vorratsrolle durch ein Quarzglasrohr mit einem Innen durchmesser von 1 mm und einer Länge von 1 m durchge leitet, dessen Enden offen und nach oben gebogen sind, wobei an einem Ende des Rohres ein zusätzlicher Ab laufstutzen und am enderen Ende ein zusätzlicher Zu laufstutzen angebracht sind. Der Zulaufstutzen wird mit einer Schlauchpumpe verbunden, die mit einem Vor ratsbehälter in Verbindung steht, in welchem die Cli gonukleotidlösung bevorratet wird. Die Endlosfiber wird am Austrittsende aus dem Quarzglasrohr auf eine Auffangrolle aufgespult, die mit einem Schrittschalt mototr angetrieben wird. In das Quarzglasrohr wird die Oligonukleotidlösung eingebracht und das Quarzglasrohr wird mit mit einer darüber angebrachten UV-Lampe mit einer Hauptemission bei 254 nm bestrahlt. Dabei wird die Drehzahl der Auffangspule so eingestellt, daß eine Verweildauer jedes Bereiches der Endlosfiber in der Oligonukleotidlösung in dem Quarzglasrohr von ca. 5 min. eingerichtet ist. Gleichzeitig wird der Volumen strom der Oligonukleotidlösung durch das Quarzglasrohr so eingestellt, daß innerhalb von ca. 5 min. ein voll ständiger Austausch der Oligonukleotidlösung in dem Quarzglasrohr stattfindet. Verschiedene Endlosfibern werden so in verschiedenen Quarzglasrohren bzw. Reak toren mit verschiedenen Oligonukleotiden beschichtet. Alternativ können verschiedene Abschnitte einer einzi gen Endlosfiber, beispielsweise jeweils auf 10 m Länge, dadurch mit verschiedenen Oligonukleotiden beschichtet werden, daß die Oligonukleotidlösung in dem Quarzrohr entsprechend der gewünschten Abschnit tlänge und unter Berücksichtigung der Vorschubgesch windigkeit der Endlosfiber durch das Quarzglasrohr ausgetauscht wird. So können ggf. auf einer einzigen Endlosfiber sehr viele verschiedene Spezifitäten erzeugt werden.

Beispiel 2 Immobilisierung von Nukleinsäuren auf einer Glas Endlosfiber

Eine Endlosfiber aus Glas wird zunächst durch eine Silanisierungslösung geführt, und dabei aminosilanis iert. Ansonsten wird wie in Beispiel 1 verfahren mit dem Unterschied, daß die Lösung in dem Reaktor einen aminospezifischen chemischen Crosslinker, beispiel sweise EDC, enthält und die Oligonukleotide aminomodi fiziert sind. Eine Bestrahlung ist nicht notwendig.

Beispiel 3 Zusammenfügen von Fiberelementen zu einem Bauteil durch mäanderförmiges Verlegen

Eine Endlosfiber mit 200 µm Durchmesser und 1000 m Länge, die an 1000 äquidistanten verschiedenen Längenabschnitten (von 1 m Länge) mit unterschiedli chen Oligonukleotiden beschichtet ist, wird gegen läufig über zwei einander gegenüberliegenden Reihen mit je 100 Führungshaken gewunden, so daß die Über gangsstellen zwischen den verschiedenen Längenab schnitten bei den Führungshaken zu liegen kommen. Die Fiber ist dann letztendlich mäanderförmig verlegt, wobei die verschiedenen Längenabschnitte zueinander parallel angeordnet sind. Die verschiedenen Längenab schnitte werden dann ggf. in Richtung der Mäanderebene zum Anliegen aneinander gebracht und die so entste hende dichte Lage an Längenabschnitten wird dann mit einer Abdeckfolie belegt. Es entsteht eine Lage von 20 mm Breite und 1 m Länge. Dies wird mit weiteren Längenabschnitten der Endlosfiber oder einer anderen Endlosfiber 99 mal wiederholt, wobei die entstehenden Lagen unter jeweiliger Zwischenschaltung einer Abdeck folie aufeinander gestapelt werden. Es entsteht ein 100 × 100 Raster, in einer Ebene orthogonal zur Läng serstreckung der Längenabschnitte betrachtet. Die Deckfolien werden in Längsrichtung herausgezogen, ohne Verschiebung von Längenabschnitte und ein ver dichtender Druck wird aufgebracht. Es entsteht ein im wesentlichen quadratisches 100 × 100 Raster in dichter Packung. Sodann wird zur mechanischen Stabilisierung der Positionen der Längenabschnitte zueinander eine Stützhülse, beispielsweise als Band, um das Raster angebracht und die Bereiche bei den Führungshaken durch zwei Schnitte in Ebenen orthogonal zu der Läng serstreckung der Längenabschnitte entfernt. Durch ort sselektive selektive Lichteinkoppelung an einem so entstandenen Längenabschnitte und Messung des erhal tenen Signals an dem anderen so erhaltenen Ende er folgt eine Bestimmung von Position eines Längenab schnittes und hierzu zugeordnetem Oligonukleotid. Schließlich werden in Richtung orthogonal zur Läng serstreckung Blöcke einer Höhe von 1 mm abgeschnitten, wobei nicht ganz 1000 Biochips gleichen Aufbaus erhal ten werden.

Beispiel 4 Zusammenfügen von Fiberelementen durch Webtechnologie

Endlosfibern, wie in Beispiel 3 eingesetzt, werden entsprechend einem Schußfaden zwischen Kettfäden mäanderförmig eingewebt. Als Kettfäden dienen nicht mit Nukleinsäuren beschichtete Fibern. Es entsteht gleichsam ein flächiges Textil mit zueinander parallel angeordneten Längenabschnitten. Eine Mehrzahl solcher flächigen Textile werden aufeinander gestapelt und gehalten, wobei dann die Kettfäden herausgezogen wer den. Dabei oder danach wird eine Verdichtung durchge führt und es entsteht ein raster gemäß dem Beispiel. 3. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können auch mit Nukleinsäuren versehene Fibern als Kettfäden eingesetzt sein (dann wird es sich um Fibern von un terschiedlichen Endlosfibern mit jeweils nur einem Oligonukleotid bzw. Oligonukleotidgruppe handeln) und die Schußfäden durch nicht mit Oligonukleotiden beschichtete Fiber gebildet sein.

Beispiel 5 Zusammenfügen von Fiberelementen mittels Tragelement

Eine Endlosfiber entsprechend Beispiel 3 wird durch eine Mehrzahl von thermoplastischen Lochplatten hin- und hergefädeltgefädelt, wobei die Übergangsstellen der verschiedenen Längenabschnitte bei den Umkehrpunk ten der ersten und der letzten Lochplatte zu liegen kommen. Zwischen der ersten und der letzten Lochplatte engeordnete Lochplatten sind in Richtung der Längser streckung der Längenabschnitte gegeneinander beispiel sweise mittels Abstandhaltern fixiert, wobei jeweils Paare von Lochplatten gebildet werden (zwischen den Paaren von Lochplatten können ebenfalls (kürzere) Ab standshalter angeordnet sein, die Lochplatten benach barter Paare können aber auch unmittelbar aneinander anstoßen). Durch Wärmeeinwirkung und/oder mechanische Druckkräfte auf die Lochplatten in Richtungen der Hauptebene der Lochplatten werden die Längenabschnitte in jeder Lochplatte gleichsam eingeschrupft so darin fixiert. Sodann werden Schnitte zwischen den Lochplat ten benachbarter Paare angebracht. Die Außenflächen der Lochplatten der so erhaltenen Konstrukte werden poliert, so dann die Enden der Fiberelemente coplanar mit den Außenflächen der Lochplatten sind. Die Loch platten können aus einem lichtundurchlässigen Werkstoff bestehen. Das erhaltene Konstrukt kann mit einer lichtundurchlässigen Hülse ausgestattet werden.

Die Lochplatten können Zu- und/oder Ablauföffnungen für Fluide, beispielsweise Analysate, aufweisen.

Beispiel 6 Durchführung einer Messung mit einem er findungsgemäßen Bauteil

Ein erfindungsgemäßes Bauteil wird mit einem Analysat enthalten ein Gemisch aus fluoreszenzmarkierten Oli gonukleotiden unter Hybridisierungsbedingungen kontak tiert. Einige der Oligonukleotide des Analysats weisen dabei Komplementarität zu einigen an dem Bauteil immo bilisierten Oligonukleotiden auf. Das Analysat verteilt sich aufgrund von Kapillarkräften selbsttätig innerhalb des Bauteils, wobei Oligonukleotide des Ana lysats, welche komplementär zu immobilisierten Oli gonukleotiden sind im Wege der Hybridisierung an dem Bauteil bzw. den respektiven Fiberelementen gebunden werden. Es folgt eine Waschverfahrenstufe mit Wasch puffer, wobei nicht hybridisierte Oligonukleotide des Analysats ausgewaschen werden. Dann wird eine Stirn seite des Bauteils mit einer zur Anregung des Fluo reszenzfarbstoffes geeigneten Wellenlänge bstrahlt. An der gegenüberliegenden Seite wird eine Detektion von Signalen bei der Emissionswellenlänge des Fluoreszen zfarbstoffes durchgeführt, und zwar mit Ortsauflösung in Richtungen der Ebene der Stirnfläche mittels eines CCD Elements. Auch der Einsatz eines Scanners und/oder eines Photomultipliers ist möglich. Eine Auswertung erfolgt unter Berücksichtigung der Positionen der Fiberelemente und der jeweils daraus emittierten Signale.

Beispiel 7 dynamische Adressierung

Unterschiedliche Endlosfibern werden aus einem Po lymergranulat extrudiert, wobei unterschiedliche Quantum-Dots (mit unterschiedlichen Wellenlängen charakteristika) in verschiedenen Vorlagen an Granu latmasse eingemischt sind. Auf diese Weise erfolgt eine eindeutige Codierung der jeweilig hergestellten Endlosfibern. Die Endlosfibern werden, wie vorstehend beschrieben jeweils mit unterschiedlichen Proben molekülspezies bzw. Probenmolekülspeziesgruppen beschichtet, wobei eine Zuordnung zwischen Codierung und Probenmolekülspezies-/-gruppen erfolgt. Sodann wird auf ebenfalls vorstehend beschriebene Weise aus mehreren unterschiedlichen Endlosfibern ein Bauteil zusammengesetzt. Herstellerseitig oder vor dem Einsatz des Bauteils beim Anwender wird mittels Spektralana lyse der einzelnen Fiberelemente eine räumliche Zuord nung der örtlichen Position der jeweiligen Fiberelemente mit ihrer jeweiligen Codierung getrof fen. Mit der bekannten Zuordnung der Codierungen und den Probenmolekülspezies-/-gruppen erfolgt so letzten delich deren Zuordnung zu räumlichen Positionen. Im Ergebnis braucht im Herstellungsprozeß nicht auf ex akte Positionierung der Fiberelemente geachtet zu werden.

Beispiel 8 Detektion mittels FRET

Ein Fiberelement wird mit Probenmolekülen belegt, welche bei Kontakt mit dem spezifizierten Target molekül eine kooperative Wechselwirkung, beispiel sweise Stacking, eingehen. Die Kooperationspartner sind dabei mit jeweils einem Donor und einem Akzeptor für FRET ausgestattet. Bei Bindung des Targetmoleküls tritt eine räumliche Nähe des Donor-/Akzeptor-Paares ein, die bei optischer Kontaktierung mit der Anregung swellenlänge zu FRET führt. Dieser Aufbau macht eine Markierung der Targetmoleküle, beispielsweise mit Farbstoffen, sowie eine Waschstufe überflüssig.

Claims

1. Bauteil mit einer Mehrzahl von Fiberelementen und mit an den Fiberelementen immobilisierten Proben molekülen selektierter Probenmolekülspezies oder se lektierter Probenmolekülspeziesgruppen, wobei jedem Fiberelement eine spezifische Probenmolekülspezies oder Probenmolekülspeziesgruppe zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Probenmoleküle an Mantelflächen der Fiberele mente immobilisiert sind, und
daß die Fiberelemente mittels eines Tragelements in radialer Richtung, bezogen auf die Fiberelemente, gegeneinander beabstandet fixiert oder mit Linienkon takt zueinander gebündelt sind.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fiberelemente parallel zueinander als Fiberelementebündel angeordnet sind.

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fiberelemente optische Fiberelemente sind.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fiberelemente aus einem Po lymerwerkstoff gebildet sind, welcher vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyeth ylen (PE), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polytherephthalat (PETP), Polyether sulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenyle noxid (PPO), Polyphenylensulfid (PPS), Polybuthylenterephthalat (PBT, Polyoxymethylen (POM), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polyamid (PA) und Mischungen sowie Copolymere der Monomere solcher Polymere, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol und Mischungen sowie Copolymere der Monomere solcher Polymere.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen zumindest eines Endes der Fiberelemente, vorzugsweise beider Enden, optisch kontaktierbar sind.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fiberelemente einen Durch messer im Bereich von 0,01 µm bis 1000 µm aufweisen.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fiberelemente eine Länge im Bereich von 0,1 mm bis 100 mm aufweisen.

8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fiberelemente in einer Dichte von 1 bis 10⁷ Fibern/cm², bezogen auf eine radiale Querschnittsebene der Fiberelemente, gepackt sind.

9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement an einem Ende der Fiberelemente angeordnet und die Enden der Fiberele mente umfassend ausgebildet ist, wobei die Stirn flächen der umfaßten Fiberelemente direkt oder indirekt optisch kontaktierbar sind.

10. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden der Fiberelemente jeweils ein Tragelement angeordnet ist.

11. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement zwischen den bei den Enden der Fiberelemente, beispielsweise mittig, angeordnet ist.

12. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement als Lochplatte ausgebildet ist.

13. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement als Wickeltragband ausgebildet ist.

14. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenmolekülspezies oder Pro benmolekülspeziesgruppe ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nukleinsäuren, DNA, RNA, PNA, Aptamere, Proteine, Peptide, Saccharide sowie Mischungen dieser Probenmoleküle.

15. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fiberelement Probenmoleküle einer jeweils selektierten, unterschiedlichen Proben molekülpezies trägt.

16. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fiberelement Probenmoleküle einer jeweils selektierten, unterschiedlichen Proben molekülspeziesgruppe trägt, wobei die Gruppenelemente jeder Probenmolekülspeziesgruppe gemeinsam unter Aus bildung von kooperativen Effekten an ein definiertes Targetmolekül binden.

17. Bauteil nach einem der Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede Probenmolekülspeziesgruppe zwei Gruppenelemente enthält.

18. Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerwerkstoff keine funk tionalen Gruppen an seiner Oberfläche trägt, daß die Probenmoleküle Nukleinsäuren sind, und daß die Nukleinsäuren aus einer MgCl₂ und NaCl enthaltenden wäßrigen Fixierlösung unter Bestrahlung mit UV-Licht an die Oberfläche des Polymerwerkstoffes gebunden sind.

19. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 18, mit den folgenden Verfahrensstufen:

a) es wird zumindest eine Endlosfiber hergestellt,
b) die Endlosfiber wird durch ein Fluid enthaltend eine selektierte Probenmolekülspezies oder eine selek tierte Probenmolekülspeziesgruppe geleitet,
c) die Probenmoleküle der Probenmolekülspezies oder der Probenmolekülspeziesgruppe werden an der Endlosfi ber immobilisiert,
d) der Endlosfiber wird die in Stufe c) an der Fiber immobilisierte Probenmolekülspezies oder Proben molekülspeziesgruppe zugeordnet,
e) von verschiedenen Endlosfibern oder von ver schiedenen Abschnitten einer Endlosfiber wird jeweils ein Fiberelement abgeschnitten und die Fiberelemente verschiedener Endlosfibern oder Abschnitte werden ge bündelt und fixiert.

20. Verwendung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 18 in einem Verfahren zur Detektion von Targetmolekülen, wobei optisch kontaktierbare Stirn flächen der Fiberelemente optisch mit einem Detektor verbunden sind, welcher sensitiv für optische Strahlung einer Nachweiswellenlänge ist, und wobei Signale des Detektors jeweils den Fiberelementen zugeordnet sind, mit folgenden Verfahrenstufen:

a) dem Bauteil wird eine Lösung mit prospektiven Tar getmolekülen zugeführt unter Bedingungen, bei welchen Targetmoleküle an Probenmoleküle binden,
b) gleichzeitig mit Stufe a) oder hieran anschließend wird der Bauteil mit einer eine Nachweiswellenlänge anregende Primärstrahlung bestrahlt,
c) gleichzeitig mit Stufe b) oder hieran anschließend erfolgt eine Auslesung der Signale des Detektors und Aufbereitung sowie Abspeicherung der Signale.

21. Verwendung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 18 in einem Verfahren zur präparativen Vorberei tung einer Lösung enthaltend eine Mischung von Stof fen, wobei das Bauteil Probenmoleküle trägt, die an aus der Mischung der Stoffe abzutrennende Target moleküle binden, mit den folgenden Verfahrenstufen:

a) die Lösung wird dem Bauteil zugeführt, wobei die abzutrennenden Targetmoleküle an Probenmoleküle gebun den und so immobilisiert werden,
b) danach wird die von abzutrennenden Targetmolekülen befreite Lösung von dem Bauteil abgeführt und ggf. einer weiteren Prozessierung zugeführt.