DE10102063A1

DE10102063A1 - Analysechip mit mehreren funktionalen Ebenen für elektrofokussiertes Spotten

Info

Publication number: DE10102063A1
Application number: DE10102063A
Authority: DE
Inventors: Manfred Klemm
Original assignee: ALPHA TECHNOLOGY GES fur ANGE
Current assignee: ALPHA TECHNOLOGY GES fur ANGE
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2002-07-25
Also published as: WO2002057013A3; US20040087673A1; WO2002057013A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Analysechip mit mehreren funktionalen Ebenen für elektrofokussiertes Spotten, der eine Trägerstruktur, eine Basisschicht, mindestens zwei funktionale Ebenen sowie mindestens zwei Isolierschichten umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Analysechip mit mehreren funktionalen Ebenen für elektrofokussiertes Spotten, der eine Trägerstruktur, eine Basis schicht, mindestens zwei funktionale Ebenen sowie mindestens zwei Isolier schichten umfasst.

Analysechips, insbesondere Biochips, sind aus dem Stand der Technik be kannt. So können beispielsweise mit unterschiedlichen Aminosäuresequenzen beladene Biochips zum spezifischen Nachweis von Antikörpern verwendet wer den. Weiterhin kann mit Hilfe von mit unterschiedlichen DNA-Sequenzen bela denen Biochips eine DNA-Sequenzierung vorgenommen werden, da sich ein zelsträngige DNA-Abschnitte an komplementäre Abschnitte anlagern (hybridi sieren).

G. Wallraff et. al. (Chemtech Febr. 1997,22) beschreiben unterschiedliche Her stellungsverfahren von Biochips zur DNA-Sequenzierung. Diese Biochips be stehen aus einem ebenen Träger, beispielsweise aus Glas, der auf seiner Oberfläche in eng benachbarten Bereichen mit einer Dichte von bis zu 10⁶ pro cm² sich in der Sequenz unterscheidende Oligonukleotide trägt. Die Nukleotid sequenzen werden an die entsprechenden Bereiche der Oberfläche des Trä gers gekoppelt bzw. dort synthetisiert, wobei die übrigen Bereiche zu schützen sind, was mit einem hohen Aufwand verbunden ist.

Nach einem dort beschriebenen Verfahren werden fertig synthetisierte Oligo nukleotide mittels Feinstdosierung an bestimmte Stellen der Oberfläche eines Substrats gebracht und dort kovalent gebunden. Nachteilig hierbei ist, daß bei zunehmender Dichte der aufzubringenden Sequenzen pro Substratfläche durch Kontamination benachbarter Bereiche die notwendige Reinheit der Sequenzen nicht gewährleistet ist.

Nach einem anderen Verfahren werden die Nukleotid-Sequenzen auf dem Sub strat unter Verwendung photolabiler Schutzgruppen synthetisiert. Durch den Einsatz von aus der Photolithographie bekannten Maskentechniken werden die Schutzgruppen dort abgespalten, wo Nukleotid-Sequenzen aufgebaut werden sollen. Bei einer hohen Dichte unterschiedlicher Sequenzen, bezogen auf die Substratfläche, führt jedoch beispielsweise Streulicht zu einer unerwünschten Abspaltung von Schutzgruppen in unbelichteten Regionen des Substrats und damit zu einer Ankoppelung von Nukleotiden in Regionen, die eigentlich ge schützt sein sollten.

Aus der DE-A-198 23 876 ist ein Biochip bekannt, dessen Oberfläche zur Ver hinderung von Kontaminationen durch Proben aus benachbarten Bereichen des Chips räumlich segmentiert ist. Die Herstellung des Chips ist jedoch sehr auf wendig.

Die DE-100 28 257.1-52 offenbart einen Analysechip für elektrofokussiertes Spotten, der über lediglich eine funktionale Ebene aus elektrisch leitfähigem Material in Form eines Punktrasters verfügt. Fokussiert wird duch Anlegen einer positiven Spannung an diese Ebene und einer negativen Spannung an die Spotternadeln.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Mikroarrays, Biochips oder Analyse chips weisen im wesentlichen folgende Nachteile auf:
Hochviskose Probenlösungen, insbesondere Proben, die große Protein- oder Nukleinsäuremoleküle in hoher Konzentration enthalten, führen oft zu inhomo genen Spots und erzwingen zeitintensive Nachbearbeitungen und teure zusätz liche Untersuchungen.

Außerdem wird das Problem von möglichen Kreuzkontaminationen durch be nachbarte Spots, wie oben beschrieben, entweder gar nicht oder nur sehr auf wendig gelöst.

Der in der DE-100 28 257.1-52 offenbarte Analysechip überwindet zwar diese Nachteile des Standes der Technik, ist aber in der Herstellung aufwendig, da die Strukturen separat angefertigt und nachträglich verbunden werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen neuen Analysechip bereitzustellen, der die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Analysechip, umfassend

a) eine Trägerstruktur (0),
b) eine Basisschicht (1),
c) eine erste funktionale Ebene (2), umfassend eine elektrisch leitfähige Struktur in Form eines Punktrasters, wobei die einzelnen Punkte mitein ander elektrisch leitend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adressierbar sind,
d) eine erste Isolierschicht (3), die ein dem Punktraster der Ebene (2) ent sprechendes Lochmuster aufweist,
e) eine zweite funktionale Ebene (4), umfassend eine elektrisch leitfähige Struktur in Form eines Ring-Steg-Musters, das dem Punktraster der Ebene (2) entspricht, wobei die einzelnen Ringe miteinander über die Stege elektrisch leitend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adressierbar sind,
f) eine zweite Isolierschicht (5), die ein dem Punktraster der Ebene (2) ent sprechendes Lochmuster aufweist,
g) gegebenenfalls weitere funktionale Ebenen gemäß e) und
h) gegebenenfalls weitere Isolierschichten gemäß d) bzw. f).

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "funktionale Ebene" eine elektrisch adressierbare Struktur des Analysechips, die im Gegensatz zu den Isolierschichten aktiv an der Elektrofokussierung teilnimmt.

Der erfindungsgemäße Analysechip ermöglicht es vorteilhafterweise, Proben unabhängig von ihrer Viskosität mit Hilfe von Elektroden an definierten Punkten des Punktrasters (Arrays) zu fokussieren und zu immobilisieren. Durch die Fo kussierfähigkeit erfolgt gleichzeitig eine Erhöhung der lokalen Konzentration der Proben und so eine höhere Spezifität. Während der Analyse selbst besteht die Möglichkeit das Testgut an die einzelnen Positionen des Arrays zu adressieren. So kann potentiell jede untersuchte Information mit der höchst möglichen Sensi tivität aufgespürt werden. Die dem Punktraster der Ebene (2) entsprechenden Lochmuster bzw. Ring-Steg-Muster bilden zusammen Kavitäten, an deren Bo den sich je eine Sensorfläche der Ebene (2) befindet. Diese Kavitäten schließen vorteilhafterweise eine Kreuzkontamination durch benachbarte Spots aus.

Die Trägerstruktur (0) besteht aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus Glas oder fluoreszenzarmem Kunststoff, insbesondere aus schwarz eingefärbtem Polycarbonat, besonders bevorzugt aus einem Polycar bonat, das von der Firma Bayer AG unter dem Namen Makrofol® erhältlich ist.

Die Trägerstruktur weist vorzugsweise eine Stärke von etwa 100 µm bis etwa 1000 µm, insbesondere von etwa 100 µm bis etwa 500 µm, besonders bevor zugt von etwa 100 µm bis etwa 300 µm auf.

Die Stärke der Schichten bzw. Ebenen b) bis h) des erfindungsgemäßen Chips beträgt vorzugsweise etwa 1 µm bis etwa 100 µm, insbesondere etwa 1 µm bis etwa 60 µm, besonders bevorzugt etwa 1 µm bis etwa 30 µm. Die Stärke der Schichten bzw. Ebenen b) bis h) kann gleich oder unterschiedlich sein und durch den Fachmann in gewünschter Weise variiert werden.

Die elektrisch leitfähige Struktur der funktionalen Ebenen c), g) und e) kann bei spielsweise durch partielle Beschichtung der Basisschicht b), bzw. der Isolierschichten d), f) und h) mit einem elektrisch leitfähigen Material oder durch Ein legen einer vorgefertigten Gitterstruktur aus elektrisch leitfähigem Material her gestellt werden. Vorzugsweise wird die einzulegende Gitterstruktur aus Alumi nium angefertigt und nachfolgend galvanisch mit Gold beschichtet. Erfindungs gemäß sind jedoch auch andere dem Fachmann bekannte Verfahren zur Er zeugung elektrisch leitfähiger Strukturen einsetzbar, um die funktionalen Ebe nen c), g) und e) herzustellen.

Das elektrisch leitfähige Material, das die funktionalen Ebenen c), g) und e) bil det, ist vorzugsweise ein Metall, insbesondere Gold. Das für die Erzeugung der funktionalen Ebenen verwendete Material kann für alle Ebenen - und auch in nerhalb einer Ebene - gleich oder verschieden sein.

Das Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials erfolgt im bevorzugten Fall der metallischen Beschichtung insbesondere durch Bedampfung. Die Bedamp fung kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden:

a) Vorfertigung einer Maske, diese wird auf die Basisschicht b) bzw. auf die Iso lierschichten d), f) und h) aufgelegt und Metall (z. B. Gold) wird aufgedampft; oder
b) Die Basisschicht b) wird komplett mit Metall bedampft, eine Fotolackschicht wird darüber gelegt, mit einer vorgefertigten Maske belichtet und die festgelegte Struktur durch Ätzen freilegt.
c) Die Basisschicht b) wird komplett mit Metall bedampft, eine Maske wird er stellt und die Strukturen werden mit Hilfe eines Lasers hervorgeho ben/eingearbeitet.

Damit jeder einzelne Punkt des Rasters der Ebene c) bzw. jeder Ring der Ebe ne e) adressierbar ist, wird die Beschichtung so durchgeführt, daß die einzelnen Punkte bzw. Ringe in einem festgelegten Muster miteinander verbunden sind.

Zusätzlich sind die Punkte bzw. Ringe über Randkontakte einzeln bzw. in Reihe durchkontaktiert. Die einzelnen Randkontakte, die die beschichteten Punkte bzw. Ringe untereinander verbinden, liegen für die direkte Kontaktierung frei.

Am äußeren Rand der Bodenplatte kann ein Bar-Code angebracht werden oder eine andere Form der vorzugsweise computerlesbaren Kennzeichnung der auf gebrachten Spots.

Die Basisschicht b) und die Isolierschichten d), f) und h) des erfindungsgemä ßen Chips bestehen vorzugsweise aus einem in situ polymerisierbaren Kunst stoff, insbesondere aus einem Acrylat oder Epoxid.

Der in situ polymerisierbare Kunststoff ist vorzugsweise ein fluoreszenzarmer Kunststoff oder ein zur Verminderung der Eigenfluoreszenz eingefärbter, insbe sondere schwarz eingefärbter Kunststoff.

Besonders bevorzugt sind Acrylate und Epoxide, die sich mittels Laserbestrah lung in situ polymerisieren lassen, insbesondere mittels der als RMPD (Rapid Micro Product Development) und RMPD-MASK bekannten Fertigungstechnik, die beispielsweise im Internet unter http:/ / www.microtec-d.com offenbart ist. Bei der Polymerisation mittels Laserbestrahlung fährt ein gesteuerter Laser strahl die vorgegebenen Flächenstrukturen Punkt für Punkt ab und härtet auf diese Weise durch Photoinititation den flüssigen Photoresist aus, wie in "3D- Strukturen schnell umgesetzt", FE + M Zeitschrift für Elektrotechnik, Optik und Mikrosystemtechnik 3/98, 106. Jahrgang, Carl Hanser Verlag, beschrieben. Er findungsgemäß geeignete in situ polymerisierbare Kunststoffe erlauben Wachs tumsschritte von bis zu unter 1 µm und Auflösungen von weniger als 10 µm.

Die Schichten b), d) f) und h) bestehen vorzugsweise aus demselben Kunst stoff, können jedoch auch aus verschiedenen Kunststoffen gefertigt werden.

Die Löcher bzw. Ringe in den Schichten bzw. Ebenen d) bis h) haben vorzugs weise das gleiche Rastermaß wie das Punktraster der ersten funktionalen Ebe ne c). Jedoch unterscheiden sie sich von diesem in einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung in der Größe. Vorzugsweise ragen die Ringe der funk tionalen Ebenen e) und g) in die Kavität.

Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Durchmesser von Kavität und Sensor fläche etwa 1 : 1 bis 3 : 1, wobei jeder Punkt des Punktrasters der Ebene c) eine Sensorfläche darstellt.

Besonders bevorzugt weisen die Sensorflächen der Ebene c) einen Durchmes ser von etwa 1 nm bis etwa 200 µm, insbesondere etwa 100 nm bis etwa 10 µm, vorzugsweise etwa 1 µm bis etwa 10 µm; die Ringe der Ebene e) einen Innendurchmesser von etwa 1 nm bis etwa 400 µm, insbesondere etwa 2 µm bis etwa 300 µm, vorzugsweise etwa 20 µm bis etwa 300 µm; und die Kavitäten einen Durchmesser von etwa 1 nm bis etwa 600 µm, insbesondere etwa 5 µm bis etwa 400 µm, vorzugsweise etwa 50 µm bis etwa 400 µm; auf.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Analysechips, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

A) eine Trägerstruktur (0) mit einem in situ polymerisierbaren Material beschichtet und dieses ganzflächig zu einer Basisschicht (1) polymeri siert,
B) die Basisschicht (1) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versieht, vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Gold,
C) die elektrisch leitfähige Schicht so bearbeitet, vorzugsweise ätzt, daß ein Punktraster erhalten wird, wobei die einzelnen Punkte miteinander elektrisch leitend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adressierbar sind,
D) die in III) erhaltene erste funktionale Ebene (2) mit einem in situ poly merisierbaren Material beschichtet und dieses partiell so zu einer ersten Isolierschicht (3) polymerisiert, daß man ein dem Punktraster der Ebene (2) entsprechendes Lochmuster erzeugt,
E) die erste Isolierschicht (3) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht ver sieht, vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Gold,
F) die in V) erhaltene elektrisch leitfähige Schicht so bearbeitet, vorzugs weise ätzt, daß ein Ring-Steg-Muster erhalten wird, das dem Punktra ster der Ebene (2) entspricht, wobei die einzelnen Ringe miteinander über die Stege elektrisch leitend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adressierbar sind,
G) die in VI) erhaltene zweite funktionale Ebene (4) mit einem in situ po lymerisierbaren Material beschichtet und dieses partiell so zu einer zweiten Isolierschicht (5) polymerisiert, daß man ein dem Punktraster der Ebene (2) entsprechendes Lochmuster erzeugt,
H) gegebenenfalls weitere funktionale Ebenen gemäß V) und VI) erzeugt und
I) gegebenfalls weitere Isolierschichten gemäß IV) und VII) erzeugt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Analysechips, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

A) eine Trägerstruktur (0) mit einem in situ polymerisierbaren Material beschichtet und dieses ganzflächig zu einer Basisschicht (1) polymeri siert,
B) auf die Basisschicht (1) eine vorgefertigte Gitterstruktur in Form eines Punktrasters aus elektrisch leitfähigem Material aufbringt, wobei die einzelnen Punkte miteinander elektrisch leitend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adressierbar sind, die vorzugswei se aus Aluminium angefertigt und nachfolgend galvanisch mit Gold beschichtet wurde,
C) die in II) erhaltene erste funktionale Ebene (2) mit einem in situ poly merisierbaren Material beschichtet und dieses partiell so zu einer er sten Isolierschicht (3) polymerisiert, daß man ein dem Punktraster der Ebene (2) entsprechendes Lochmuster erzeugt,
D) auf die erste Isolierschicht (3) eine vorgefertigte Gitterstruktur in Form eines Ring-Steg-Musters aus elektrisch leitfähigem Material aufbringt, wobei die einzelnen Ringe miteinander über die Stege elektrisch lei tend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adres sierbar sind, die vorzugsweise aus Aluminium angefertigt und nachfol gend galvanisch mit Gold beschichtet wurde,
E) die in IV) erhaltene zweite funktionale Ebene (4) mit einem in situ po lymerisierbaren Material beschichtet und dieses partiell so zu einer zweiten Isolierschicht (5) polymerisiert, daß man ein dem Punktraster der Ebene (2) entsprechendes Lochmuster erzeugt,
F) gegebenenfalls weitere funktionale Ebenen gemäß II) und IV) erzeugt und
G) gegebenfalls weitere Isolierschichten gemäß III) und V) erzeugt.

Die erfindungsgemäßen Verfahren können auch kombiniert werden, beispiels weise, indem man die erste funktionale Ebene gemäß Schritt II) und III) des er sten Verfahrens erzeugt, die zweite oder weitere funktionale Ebenen aber ge mäß Schritt II) des zweiten Verfahrens, oder umgekehrt.

Besonders bevorzugt erfolgt die Polymerisation in den Schritten I), IV), VII) und IX) des ersten Verfahrens, bzw. in den Schritten I), III), V) und VII) des zweiten Verfahrens mittels Laserbestrahlung, insbesondere mittels der als RMPD (Ra pid Micro Product Development) und RMPD-MASK bekannten Fertigungstech nik, die beispielsweise im Internet unter http:/ / www.microtec-d.com offenbart ist. In den Schritten IV), VII) und IX) des ersten Verfahrens, bzw. in den Schritten III), V) und VII) des zweiten Verfahrens wird vorzugsweise mithilfe einer Maske, insbesondere einer Metallmaske, besonders bevorzugt einer aus Chrom gefer tigten Maske, polymerisiert, in die zuvor die gewünschte Lochstruktur eingeätzt wurde, so daß das polymerisierbare Material an den Stellen, an denen eine Ka vität gewünscht ist, nicht bestrahlt wird und somit auch nicht polymerisiert. Das nicht polymerisierte Material kann mit einem geeigneten Mittel, beispielsweise mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel, z. B. mit Isopropanol, ausgewaschen werden.

Die erfindungsgemäß bevorzugt einsetzbaren Materialien und Fertigungsme thoden sind oben bereits beschrieben worden, worauf hiermit Bezug genom men wird.

Die Bestückung des Analysechips mit für die gewünschte Analyse geignetem Material kann wie folgt ablaufen:
Die einzelnen Kavitäten werden mit einer elektrisch gering leitfähigen Salzlö sung gefüllt. Über die Randkontakte werden die einzelnen Sensorflächen der Ebene c) mit einer bestimmten positiven Spannung belegt. Fährt die Spotterna del auf die vorgelegte Position und taucht die Nadelspitze in die gefüllte Kavität, wird eine negative Spannung an die Nadel gelegt und die definierte Proben menge wandert durch die Salzlösung direkt auf das positive geladene Sensor feld. In Abhängigkeit von Art und Menge der Probe kann die Wanderungsdauer der Probe erheblich variieren.

Um zu vermeiden, daß die Spotternadel länger, als zum Probenausstoß nötig in der gefüllten Kavität verweilen muß, kann nach Befüllung der Kavität eine nega tive Spannung auf die Ringe der Ebene e) oder g) gegeben werden, so daß die Spotternadel nicht mehr als Katode gebraucht wird und weitere Kavitäten in demselben Chip oder in anderen Chips beladen kann.

Es ist auch möglich, kontaktfrei zu beladen bzw. zu spotten, indem beispiels weise mit einem Piezzospotter das Probenmaterial in die Kavität abgegeben (gespuckt) wird und die Elektrofokussierung durch Anlegen eines Spannungs feldes zwischen Punkt- und Ringelektrode der Ebene e) oder g) erfolgt.

Durch diesen Vorgang ergeben sich unter anderem die oben bereits erwähnten Vorteile:
Unabhängig von der Viskosität der Lösung, wird durch einen festgelegten Zeit faktor ein Spannungsfeld angelegt und dadurch eine definierte Menge an Probenlösung abgezogen.

Durch die elektrisch leitfähige Sensorfläche am Boden der Kavität wird die ge samte Probenlösung auf einen Punkt, mit immer der gleichen Größe, elektrisch fokussiert.

Durch die vorhandene Kavität gibt es keine Einschränkungen aufgrund von Kreuzkontaminationen durch benachbarte Spots.

Die Proben können feucht, durch Abdecken der Kavitäten, oder trocken gela gert werden.

Durch das Anlegen eines Spannungsfeldes kann eine schnelle lokale Hybridi sierung durchgeführt werden. Vorzugsweise wird beim Spott-Vorgang, d. h. wenn die Sonden aufgebracht werden, an die Metallstruktur ein Gleichstromfeld angelegt [Sensorfläche auf Ebene c) positive Spannung, Ring auf Ebene e) oder g) negative Spannung].

Bei der anschließenden Hybridisierung sowie beim elektrostringenten Wasch vorgang wird vorzugsweise ein Wechselstrom im Hz bis kHz-Bereich angelegt.

Der erfindungsgemäße Analysechip kann mit jedem Molekül bestückt werden, das einer Elektrofokussierung zugänglich ist. Hierbei sind insbesondere elek trisch geladene Oligo- und Polymere synthetischen oder natürlichen Ursprungs zu nennen. Geeignete Oligo- oder Polymere sind beispielsweise Nukleinsäuren wie DNA, RNA oder PNA (Peptide Nucleic Acid) sowie Peptide und Proteine, insbesondere DNA-assozierte und regulatorische Proteine.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Analysechips auf dem Gebiet der Untersuchung und Er fassung von Erbinformation oder von Veränderung von Erbinformation, insbe sondere auf dem Gebiet der in vitro Diagnostik von Erkrankungen bei Tieren, Pflanzen oder Menschen, der Lebensmittelüberwachung, der Identifizierung von Keimen in Wasser, insbesondere bei der Überprüfung von Reinstwässern in der pharmazeutischen Industrie sowie der Erfassung von Kombinationen und Co dierungsverfahren für die industrielle Nutzung von Stoffen oder Lebewesen.

Beispielsweise lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Analysechips Kom binationen und Codierungsverfahren von Ölen, Lacken oder Tieren erfassen. Lacke mit einer bestimmten Zusammensetzung (RAL Nummern) bekommen zum Beispiel einen DNA-Zusatz und können so über den Chip mit den entspre chenden Gegenstücken identifiziert werden. Landwirtschaftliche Betriebe für Tierproduktion erhalten zum Beispiel bestimmte DNA-Marker für ihr Vieh, wel ches nach der Schlachtung über eine Gewebe- oder Flüssigkeitsuntersuchung entsprechend analysiert und zugeordnet wird, um eventuelle "schwarz" Importe verfolgen bzw. ausschließen zu können. Mithilfe des erfindungsgemäßen Ana lysechips läßt sich auch der Status quo eines Genexpressionsmusters erfassen und so beispielsweise der Status der Genaktivierung bei Pflanzen oder Tieren bestimmen.

Die Figuren (Zeichnungen) verdeutlichen die Erfindung, ohne sie jedoch darauf einzuschränken:

Fig. 1 zeigt einen dreidimensionalen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Analysechips mit eine Trägerstruktur (0), einer Basisschicht (1), einer ersten funktionalen Ebene (2), einer ersten Isolierschicht (3), einer zweiten funktiona len Ebene (4) und einer zweiten Isolierschicht (5).

Fig. 2 zeigt einen dreidimensionalen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Analysechips mit besonderer Hervorhebung der funktionalen Ebenen (2) und (4).

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Kavitäten auf einem erfindungsgemäßen Ana lysechip in der Aufsicht.

Fig. 4 zeigt die funktionalen Ebenen (2) und (4) eines erfindungsgemäßen Analysechips in der Aufsicht.

Claims

1. Analysechip, umfassend

2. Analysechip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material Metall, insbesondere Gold ist.

3. Analysechip nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstruktur a) aus Glas oder geschwärztem Kunststoff, insbesondere aus schwarz eingefärbtem Polycarbonat, vorzugsweise aus Makrofol® besteht.

4. Analysechip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Isolierschichten d), f) und h) aus einem in situ polymeri sierbaren Kunststoff, vorzugsweise aus einem Acrylat oder Epoxid beste hen.

5. Analysechip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verhältnis der Durchmesser von Kavität und Sensorfläche etwa 1 : 1 bis 3 : 1 beträgt.

6. Analysechip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Sensorflächen der Ebene c) einen Durchmesser von etwa 1 nm bis etwa 200 µm, insbesondere etwa 100 nm bis etwa 10 µm, vor zugsweise etwa 1 µm bis etwa 10 µm; die Ringe der Ebene e) einen Innen durchmesser von etwa 1 nm bis etwa 400 µm, insbesondere etwa 2 µm bis etwa 300 µm, vorzugsweise etwa 20 µm bis etwa 300 µm; und die Kavitäten einen Durchmesser von etwa 1 nm bis etwa 600 µm, insbesondere etwa 5 µm bis etwa 400 µm, vorzugsweise etwa 50 µm bis etwa 400 µm; aufwei sen.

7. Verfahren zur Herstellung eines Analysechips, dadurch gekennzeichnet, daß man

A) eine Trägerstruktur (0) mit einem in situ polymerisierbaren Material beschichtet und dieses ganzflächig zu einer Basisschicht (1) polymeri siert,
B) die Basisschicht (1) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versieht, vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Gold,
C) die elektrisch leitfähige Schicht so bearbeitet, vorzugsweise ätzt, daß ein Punktraster erhalten wird, wobei die einzelnen Punkte miteinander elektrisch leitend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adressierbar sind,
D) die in III) erhaltene erste funktionale Ebene (2) mit einem in situ poly merisierbaren Material beschichtet und dieses partiell so zu einer er sten Isolierschicht (3) polymerisiert, daß man ein dem Punktraster der Ebene (2) entsprechendes Lochmuster erzeugt,
E) die erste Isolierschicht (3) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht ver sieht, vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Gold,
F) die in V) erhaltene elektrisch leitfähige Schicht so bearbeitet, vorzugs weise ätzt, daß ein Ring-Steg-Muster erhalten wird, das dem Punktra ster der Ebene (2) entspricht, wobei die einzelnen Ringe miteinander über die Stege elektrisch leitend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adressierbar sind,
G) die in VI) erhaltene zweite funktionale Ebene (4) mit einem in situ po lymerisierbaren Material beschichtet und dieses partiell so zu einer zweiten Isolierschicht (5) polymerisiert, daß man ein dem Punktraster der Ebene (2) entsprechendes Lochmuster erzeugt,
H) gegebenenfalls weitere funktionale Ebenen gemäß V) und VI) erzeugt und
I) gegebenfalls weitere Isolierschichten gemäß IV) und VII) erzeugt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Analysechips, dadurch gekennzeichnet, daß man

A) eine Trägerstruktur (0) mit einem in situ polymerisierbaren Material beschichtet und dieses ganzflächig zu einer Basisschicht (1) polymerisiert,
B) auf die Basisschicht (1) eine vorgefertigte Gitterstruktur in Form ei nes Punktrasters aus elektrisch leitfähigem Material aufbringt, wobei die einzelnen Punkte miteinander elektrisch leitend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adressierbar sind, die vor zugsweise aus Aluminium angefertigt und nachfolgend galvanisch mit Gold beschichtet wurde,
C) die in II) erhaltene erste funktionale Ebene (2) mit einem in situ po lymerisierbaren Material beschichtet und dieses partiell so zu einer ersten Isolierschicht (3) polymerisiert, daß man ein dem Punktraster der Ebene (2) entsprechendes Lochmuster erzeugt,
D) auf die erste Isolierschicht (3) eine vorgefertigte Gitterstruktur in Form eines Ring-Steg-Musters aus elektrisch leitfähigem Material aufbringt, wobei die einzelnen Ringe miteinander über die Stege elektrisch leitend verbunden und durch Randkontakte einzeln oder in Serie adressierbar sind, die vorzugsweise aus Aluminium angefertigt und nachfolgend galvanisch mit Gold beschichtet wurde,
E) die in IV) erhaltene zweite funktionale Ebene (4) mit einem in situ po lymerisierbaren Material beschichtet und dieses partiell so zu einer zweiten Isolierschicht (5) polymerisiert, daß man ein dem Punktraster der Ebene (2) entsprechendes Lochmuster erzeugt,
F) gegebenenfalls weitere funktionale Ebenen gemäß II) und IV) er zeugt und
G) gegebenfalls weitere Isolierschichten gemäß III) und V) erzeugt.

9. Verwendung eines Analysechips nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf dem Gebiet der Untersuchung und Erfassung von Erbinformation oder von Ver änderung von Erbinformation, insbesondere auf dem Gebiet der in vitro Dia gnostik von Erkrankungen bei Tieren, Pflanzen oder Menschen, der Le bensmittelüberwachung, der Identifizierung von Keimen in Wasser, insbe sondere bei der Überprüfung von Reinstwässern in der pharmazeutischen Industrie sowie der Erfassung von Kombinationen und Codierungsverfahren für die industrielle Nutzung von Stoffen oder Lebewesen.