DE10159091A1 - Trägersysteme und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Trägersystems, insbesondere einer Titerplatte oder eines Mikrosystem-Chips, mit mindestens einer Basis- und Bodenplatte, wobei DOLLAR A die Basisplatte Öffnungen aufweist und zumindest teilweise mit einem abbindbaren Klebemittel benetzt wird, DOLLAR A die Basisplatte mit einer Bodenplatte in Kontakt gebracht wird, DOLLAR A und DOLLAR A beim Abbinden mindestens eine im Klebemittel enthaltene Klebesubstanz angereichert wird und sich (i) eine Klebeverbindung zwischen Bodenplatte und Basisplatte und (ii) eine Beschichtung der Innenwände der Vertiefungen der Basisplatte ausbildet. DOLLAR A Offenbart werden weiterhin Trägersysteme, mit mindestens einer mehrere Öffnungen aufweisenden Basisplatte und mindestens einer die Öffnungen verschließenden Bodenplatte, so dass mehrere Vertiefungen zur Aufnahme von Proben ausgebildet sind und jede Vertiefung eine Innenwand und eine Bodenwand aufweist, wobei die Innenwände der Vertiefungen mit einer Beschichtung, umfassend mindestens eine Klebesubstanz, versehen sind, die gleichzeitig zur Verbindung von Basis- und Bodenplatte dient.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trägersystemen, insbesondere von Titerplatten und Mikrosystem-Chips sowie die Trägersysteme, insbesondere Titerplatten und Mikrosystem-Chips, selbst.
• In Biochemie, Medizin, pharmazeutischer Wirkstoffforschung und Gentechnik werden heutzutage zunehmend Systeme verwendet, die einen hohen Probendurchsatz ermöglichen und im Allgemeinen als Hochdurchsatz-Screening- Systeme (engl. High-Throughput-Screening-Systems) bekannt sind. Unter Verwendung solcher Hochdurchsatz-Screening-Systeme können Tausende von Proben hochparallel u. a. isoliert, kultiviert, manipuliert, untersucht, oder bestimmten Behandlungen, z. B. Assays, unterzogen werden. Im Rahmen der Assays können u. a. Verbindungen auf ihre biologische Aktivität und/oder pharmazeutische Wirksamkeit getestet werden. Ähnliche Systeme mit hohem Durchsatz werden u. a. auch in Hochdurchsatz-Synthese-Systemen eingesetzt. Diese Synthese-Systeme werden im Folgenden mit den Hochdurchsatz-Screening- Systemen unter der Bezeichnung HTS-Systeme zusammengefasst.
• Für die HTS-Systeme werden Trägersysteme, insbesondere Titerplatten, für die Aufnahme von Proben, die beispielsweise die zu untersuchenden Assay- oder Reaktionsmischungen darstellen, benötigt. Es ist notwendig, eine Vielzahl von Proben auf einer Titerplatte unterzubringen. Die Titerplatten müssen weiterhin eine schnelle und parallele Beschickung und beispielsweise eine weitere Verfügbarkeit der Proben nach der Reaktion sicherstellen. Sie müssen weiterhin gegenüber den Proben im Wesentlichen inert sein. Für die HTS-Systeme ist es insbesondere erforderlich, die Titerplatten zu miniaturisieren, um den Verbrauch von teuren und nur in begrenzter Menge vorliegenden Probensubstanzen zu minimieren.
• Bei einem HTS-System erfolgt die Untersuchung der Proben vorzugsweise mit hochempfindlichen Methoden, insbesondere unter Verwendung von Szintilationsmessungen, colorimetrischen Messungen oder Lumineszenzmessungen. Besonders bevorzugt basieren die bekannten HTS-Systeme auf der Verwendung von Lumineszenzmessungen. Lumineszenzmessungen umfassen beispielsweise Chemolumineszenz-, Phosphoreszenz- und Fluoreszenzmessungen. Ganz besonders bevorzugt sind Fluoreszenzmessungen.
• Die in HTS-Systemen im Allgemeinen verwendeten Titerplatten werden durch verschiedene bekannte Verfahren relativ aufwendig hergestellt. Andere kommerziell erhältliche, leicht herstellbare Titerplatten, sind dagegen nicht zur Verwendung in den HTS-Systemen geeignet. Dies beruht unter anderem darauf, dass bei der Herstellung dieser Körper eine Bodenplatte und eine Lochplatte flüssigkeitsdicht miteinander zusammengefügt werden müssen. Herkömmliche Lochplatten werden aus chemisch inertem, thermoplastischem Kunststoffmaterial, vorzugsweise durch Anwendung von Spritzgussverfahren, hergestellt und z. B. zur optischen Analyse mit einer transparenten Bodenplatte verbunden. Im Falle eines ebenfalls thermoplastischen Kunststoffbodens kann die Verbindung durch Verschweißen, beispielsweise durch Ultraschall, erreicht werden. Besteht die Bodenplatte z. B. aus Glas, was bei der Anwendung von bestimmten optischen Analysemethoden zu empfehlen ist, muss auf die Verklebung mit einem geeigneten Klebemittel zurückgegriffen werden. Die mit der Bodenplatte verbundene Lochplatte bildet die Titerplatte, welche eine Vielzahl von am unteren Ende verschlossenen Vertiefungen (Wells) aufweist.
• Ein angestrebtes Ziel ist dabei, eine unbedingte Dichtigkeit der einzelnen Wells gegenüber allen anderen umliegenden Wells zu erreichen und für eine ausreichende Dichtigkeit auch in Gegenwart aggressiver Fluide, Dispersionen oder Lösungen zu sorgen. Des Weiteren ist eine möglichst weitgehende Kälte- und Wärmeresistenz erforderlich, insbesondere wenn eine kühle Lagerung oder thermisch unterstützte Reaktionen in den Vertiefungen durchgeführt werden sollen.
• Im Falle des Verschweissens liegt eine Beschränkung auf thermoplastische Kunststoffe sowohl der Lochplatte als auch der Bodenplatte vor. Außerdem erreichen die in Frage kommenden, folienartig dünnen Kunststoffböden selten die optischen Güten von starren anorganischen Gläsern, was insbesondere darauf beruht, dass durch den thermischen Füge- und Verbindungsprozess thermischmechanische Spannungen nicht vermieden werden können, welche zu Verwerfungen in der Lochplatte und somit auch der Kunststoffböden führen. Diese Verwerfungen setzen die optische Güte der Böden herab und machen diese Titerplatten für die Verwendung in HTS-Systemen zusammen mit hochempfindlichen optischen Methoden, insbesondere konfokalen Fluoreszenztechniken, ungeeignet.
• Im Falle des Verbindens durch Kleben muss auf eine treffgenaue und mengenexakte Übertragung des Klebemittels bzw. der Klebesubstanzen entweder auf die schmalen Stege der Lochplatte oder alternativ die Projektion auf die Bodenplatte und eine präzise Ausrichtung der Fügeteile im Fügeprozess geachtet werden. Dies erreicht man beispielsweise durch Bedrucken der jeweiligen Komponenten mit Klebemittel bzw. Klebesubstanzen. Sollen sauber verklebte und gut dichtende Wells ohne Klebeverunreinigungen im optischen Strahlengang des Wells erreicht werden, sind entsprechend aufwendige Verfahren notwendig bzw. es ist ein hoher Ausschuss an nicht verwendbaren Trägersystemen vorhanden. Nur durch eine aufwendige Auswahl an Klebemitteln bzw. Klebesubstanzen ist das zumeist stark unterschiedliche Verhalten (z. B. individuelle Ausdehnungskoeffizienten und Hafteigenschaften) von z. B. kunststoffbasierender Lochplatte zu z. B. gläserner Bodenplatte überbrückbar. Vorzugsweise werden hierzu kalt- oder strahlungshärtende Klebemittel bzw. Klebesubstanzen verwendet, wodurch Probleme im thermischen Verzug oder Verwerfungen durch vermeintlich heißhärtende Klebemittel bzw. Klebesubstanzen umgangen werden sollen.
• Die herkömmlichen Klebesubstanzen werden in der Regel (1) ohne Lösemittel, d. h. als reine Klebesubstanzen, (ii) mit geringen Mengen an Lösemittel, d. h. als hochkonzentrierte Klebemittel oder in Lösemittel, die in die Klebeschicht reaktiv eingebaut werden, eingesetzt.
• Im Allgemeinen besteht eine Titerplatte bzw. ein jedes Well aus den drei verschiedenen Basismaterialien von Lochplatte, Bodenplatte und Verbindungsklebesubstanz. Infolgedessen befinden sich etwaige fluide, dispensierte oder gelöste Befüllsubstanzen in ständigem Kontakt mit jedem dieser verschiedenen Oberflächenmaterialien, wenn auch in verschieden großen Kontaktarealen.
• Außer der Well-Bildung ist eine wichtige Anforderung an diese Basismaterialien, völlig inert gegenüber den Befüllsubstanzen zu sein und den Messprozess in keiner Weise zu beeinflussen. Das bedeutet insbesondere, dass die die Vertiefungen begrenzenden Materialien weder Substanzen abgeben noch aufnehmen bzw. adsorbieren und bei optischen Analysemethoden auch keine Nachbar-Well- Effekte, d. h. beispielsweise Licht (engl. Crosstalk), übertragen dürfen. Diese Forderungen an eine gute Titerplatte zur Verwendung in HTS-Systemen sind nach gängigen Methoden nur mit sehr großem Aufwand oder gar nicht zu erfüllen.
• Sind die verwendeten Basismaterialien nicht inert gegenüber den Befüllsubstanzen, so müssen die Oberflächen der Trägersysteme in aller Regel modifiziert werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn es zu unspezifischer Adsorption der in den Lösungen oder Dispersionen enthaltenen Substanzen an den verschiedenen Oberflächen kommt. Die Modifizierung kann auf verschiedene Weise erfolgen, wie z. B. durch chemische Modifizierung, Plasmaprozessierung, Corona- Entladungs-Prozessierung, UV-Bestrahlung oder das Aufbringen einer Beschichtung. Diese Modifizierungen zielen darauf ab, die Wechselwirkungen der in den zu untersuchenden Proben enthaltenen Stoffe mit den Basismaterialien auf ein Minimum zu begrenzen oder gar völlig auszuschließen.
• Nach bisher bekannten Methoden würde eine beschichtete Titerplatte beispielsweise in einem aufwendigen Prozeß hergestellt werden, bei dem zuerst die Lochplatte flüssigkeitsdicht mit der Bodenplatte verbunden und anschließend die Beschichtung aufgebracht oder eine andersartige Modifizierung der Oberflächen durchgeführt wird.
• Bei den vorstehend aufgeführten Modifizierungsmethoden und insbesondere auch beim nachträglichen Beschichten treten allerdings bei Titerplatten, die in HTS-Systemen eingesetzt werden und daher besonders kleine Vertiefungen mit Volumina im Mikro- bzw. Nanoliterbereich aufweisen, Schwierigkeiten auf, da nicht hinreichend gewährleistet ist, dass die Beschichtungslösung auch in alle Wells eintritt und die Kontaktareale vollständig bedeckt. Dies beruht darauf, dass die Bodenplatte bereits mit der Lochplatte verbunden ist und somit die Wells nur an einer Seite zugängig sind. Beschichtet man jedoch Bodenplatte und Lochplatte getrennt, ist in der Regel eine nachträgliche Verbindung beider Komponenten nicht mehr möglich. Eine weitere Möglichkeit zur nachträglichen Beschichtung von Trägersystemen, wie beispielsweise Titerplatten, sind Beschichtungsverfahren unter Verwendung von gasförmigen Beschichtungssubstanzen. Diese Verfahren sind in der Regel sehr aufwendig und kostspielig.
• Eine vollständige Beschichtung der Wells trennt die drei Basismaterialien vollständig von den Befüllsubstanzen, so dass nur eine einzige Oberfläche mit den gewünschten Eigenschaften erzeugt werden muß und nicht die drei Basismaterialien separat in Bezug auf ihre Eigenschaften optimiert werden müssen. Es können somit preiswerte Basismaterialien für die Lochplatte und/oder die Bodenplatte verwendet werden.
• Bei den Trägersystemen handelt es sich insbesondere auch um Mikrosystem- Chips. Mikrosystem-Chips in unterschiedlicher Ausführung sind vielfach beschrieben worden und dem Fachmann generell bekannt. Sie weisen vorzugsweise mindestens einen Eingang, eine Vielzahl von Kanälen zur Führung beispiels-Weise eines Fluids, insbesondere einer Partikelsuspension, eine oder mehrere Vertiefungen (Wells) oder Vorratsgefäße und mindestens einen Ausgang auf. Die Kanalanordnungen zwischen den Ein- und Ausgängen besitzen anwendungsabhängige Geometrien, Dimensionen bzw. Querschnittsformen. Die Dimensionen liegen vorzugsweise im Mikrometerbereich. Die Mikrosystem-Chips können beispielsweise aus einem Halbleitermaterial oder aus Kunststoff ausgebildet sein. Die Böden können dabei durch das Chipmaterial selbst oder durch eine vorzugsweise transparente Bodenplatte gebildet werden. Insbesondere um optische Messungen durchführen zu können oder um optische Haltesysteme, z. B. optische Pinzetten, einsetzen zu können, sind solche transparente Bodenplatten erforderlich.
• Die Mikrosystem-Chips werden insbesondere zur Manipulierung oder Sortierung von Partikeln, insbesondere Zellen, verwendet.
• Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das es erlaubt, in einfacher und zuverlässiger Weise Trägersysteme, insbesondere Titerplatten oder Mikrosystem-Chips herzustellen, die in HTS-Systemen eingesetzt werden können und die die aufgezeigten Forderungen erfüllen. Ein weiteres technisches Problem ist die Bereitstellung von Trägersystemen, insbesondere einer Titerplatte und eines Mikrosystem-Chips, welche in weitem Umfang in HTS-Systemen eingesetzt werden können.
• Gelöst werden diese Probleme durch ein Verfahren zur Herstellung eines Trägersystems, insbesondere einer Titerplatte oder eines Mikrosystem-Chips, gemäß Patentanspruch 1 sowie eines Trägersystems, insbesondere einer Titerplatte oder eines Mikrosystem-Chips gemäß Patentanspruch 19. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen erläutert.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Trägersystems, insbesondere einer Titerplatte oder eines Mikrosystem-Chips mit mindestens einer Basis- und mindestens einer Bodenplatte, umfasst die folgenden Schritte: zumindest teilweises Benetzen einer Öffnungen aufweisenden Basisplatte mit einem abbindbaren Klebemittel, Inkontaktbringen der Basisplatte mit der Bodenplatte, Anreicherung mindestens einer im Klebemittel enthaltenen Klebesubstanz beim Abbinden unter Ausbildung (i) einer Klebeverbindung zwischen Bodenplatte und Basisplatte und (ii) einer Beschichtung der Innenwände der Vertiefungen der Basisplatte.
• Das der Erfindung zugrundeliegende allgemeine erfinderische Konzept besteht darin, dass das Beschichtungsmaterial vorteilhafterweise identisch mit dem Klebematerial ist, mit dem die Basisplatte mit der Bodenplatte zur Bildung eines erfindungsgemäßen Trägersystems verbunden sind. Im Falle der Titerplatten handelt es sich bei der Basisplatten um Lochplatten und im Falle von Mikrosystem-Chips um Chip-Platten.
• In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden verdünnte Klebemittel eingesetzt, so dass die Viskosität der Klebesubstanzen im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren deutlich verringert wird. Dies gewährleistet eine vollständige und optimale Benetzung aller Oberflächen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine treffgenaue und mengenexakte Übertragung des Klebmittels entweder auf die schmalen Stege der Lochplatte oder alternativ die Projektion auf die Bodenplatte nicht notwendig. Die Anforderungen an eine präzise Ausrichtung während des Fügeprozesses sind ebenfalls geringer.
• Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet weiterhin den Vorteil, dass das Klebemittel, welches somit als Klebedicht- und Beschichtungsmaterial dient, in einem einzigen Arbeitsgang appliziert werden kann. Dadurch bedingt sind beispielsweise auch die Fugen- bzw. Distanzräume zwischen der Bodenplatte und der Lochplatte volumenfüllend und flüssigkeitsdicht unterhalb der Stege der Öffnungen mit dem kombinierten Klebedicht- und Beschichtungsmittel gefüllt. Somit ist die Voraussetzung einer effektiven Trennung der Vertiefungen (Wells) gegenüber den jeweiligen Nachbar-Wells und gleichzeitig eine vollständige Beschichtung der Kontaktareale an den Innenwänden und ggf. der Bodenplatte gewährleistet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Verdunstung des Lösemittels von verdünnten Klebemitteln wird die Klebesubstanz insbesondere an den Verbindungsstellen zwischen der Lochplatte und der Bodenplatte angereichert. Im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren garantiert dies eine höhere Stabilität und Dichtigkeit der einzelnen Wells.
• Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel von Titerplatten näher beschrieben. Analoge Aussagen sind für die Mikrosystem-Chips gültig.
• Das erfindungsgemäße Verfahren führt beispielsweise zu einer beschichteten Titerplatte mit einer Vielzahl regelmäßig angeordneter Vertiefungen in einer im Wesentlichen glatten, ebenen Lochplatte, deren unterer Abschluss von einer im Wesentlichen glatten, ebenen Bodenplatte gebildet wird. Hierdurch entsteht eine Vielzahl regelmäßig angeordneter Vertiefungen (Wells) zur Aufnahme von festen und/oder flüssigen Proben (Befüllsubstanzen). Die flüssigen Proben liegen insbesondere in Form von Fluiden, Dispersionen (z. B. Emulsionen, Suspensionen) oder Lösungen vor.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden alle direkt mit den Befüllsubstanzen in Kontakt kommenden Wandungen, also im Falle von Titerplatten die Bodenwandung, die Lochplattenwandungen und deren Übergänge, mit einer einheitlichen ununterbrochenen Beschichtung versehen, so dass im Titerplattengebrauch eine weitestgehende örtliche Trennung zwischen den Basismaterialien und den Befüllsubstanzen durch die im Wesentlichen inerte Beschichtung, die aus dem Klebemittel gebildet wird, gewährleistet ist.
• Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise herstellbaren Titerplatten weisen gegenüber denjenigen des Standes der Technik den Vorteil auf, dass eine einzige Beschichtung die Basismaterialien der Titerplatte von den Befüllsubstanzen trennt, die gleichzeitig als Klebemittel zwischen Boden- und Lochplatte dient, so dass nur noch eine einzige auf die jeweiligen Erfordernisse abstimmbare, im Wesentlichen inerte, Oberfläche mit den Befüllsubstanzen in Kontakt ist. Dadurch wird die Möglichkeit eröffnet, preiswerte und technisch vorteilhafte Materialien einsetzen zu können. Somit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut zur Herstellung von preisgünstigen Einmalartikeln und aufwendige Reingigungsprozeduren der Titerplatten nach ihrer Verwendung entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiterhin die schnelle und effiziente Herstellung von beschichteten Titerplatten. Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
• Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise gereinigte, trockene Bodenplatten und gereinigte, getrocknete Lochplatten verwendet, um den Haftungsvorgang zu unterstützen.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren wird beispielsweise die Lochplatte zumindest teilweise mit Klebemittel benetzt. Eine optimale Benetzung ist immer dann gewährleistet, wenn die Oberflächenspannung der festen Materialien, d. h. der Lochplatte und Bodenplatte, höher ist als die des Klebemittels bzw. der getrockneten Klebesubstanz.
• Die Öffnungen der Lochplatte sind zu Beginn des Abbindevorgangs vorzugsweise vollständig mit Klebemittel gefüllt, um Luftblasen und damit eine ungleichmäßige Beschichtung, zu vermeiden. Vorzugsweise sind auch die Stege zwischen den einzelnen Wells auf beiden Seiten der Lochplatte mit einem dünnen Film Klebemittel überzogen. In dieser Ausführungsform ist die Lochplatte im Wesentlichen vollständig mit Klebemittel benetzt.
• Die Basisplatte der Titerplatte wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise nach einer im Wesentlichen vollständigen Benetzung mit dem Klebemittel auf eine nicht mit Klebemittel benetzte Bodenplatte aufgelegt.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Basisplatte vollständig mit dem Klebemittel benetzt werden und anschließend auf eine ebenfalls mit Klebemittel benetzte Bodenplatte aufgelegt werden. Vorzugsweise wird nur die der Lochplatte zugewandte Seite der Bodenplatte mit Klebemittel benetzt, um eine optimale Handhabbarkeit der Titerplatten zu gewährleisten.
• Generell ist es möglich, in den Ausführungsformen, bei denen sowohl die Bodenplatte als auch die Lochplatte mit dem Klebemittel benetzt werden, dies gleichzeitig oder zeitversetzt durchzuführen. Eine zeitversetzte Behandlung ist möglich, da bereits getrocknetes Klebemittel durch die Flüssigkeit des noch nicht angetrockneten Klebemittels des jeweils anderen Bauteils wieder gelöst werden kann.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Lochplatte mit einem anderen Klebemittel benetzt als die Bodenplatte, wenn z. B. unterschiedliche Eigenschaften beider Kontaktareale erreicht werden sollen. Die Kombinationen sind in diesem Fall vorzugsweise dahingehend auszuwählen, dass keine Vermischung beider Klebemittel stattfindet.
• Im erfindungsgemäßen Sinne umfasst der Begriff Benetzen Eintauchen, Besprühen oder Begießen. Hierzu können alle bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen verwendet werden, die eine zumindest teilweise Benetzung der Basisplatte ermöglichen. Benetzen schließt auch die Ausführungsform ein, bei der die Bodenplatte einseitig mit Klebemittel versehen wird und die Vertiefungen der Lochplatte erst beim Inkontaktbringen von Bodenplatte und Lochplatte mit Klebemittel befüllt werden.
• Das Klebemittel umfasst vorzugsweise mindestens eine Klebesubstanz und mindstens eine Flüssigkeit zur Aufnahme der Klebesubstanz. Besonders bevorzugt umfasst das Klebemittel eine einzige Klebesubstanz und eine einzige Flüssigkeit.
• Die Klebesubstanz umfasst ein organisches oder anorganisches Monomer, niedermolekulares Präpolymer, hochmolekulares Polymer, oder Gemische davon. Dies beinhaltet, dass beispielsweise Mischungen verschiedener Monomere, oder Mischungen verschiedener Polymere eingesetzt werden können. Möglich ist auch die Verwendung von Mischungen aus verschiedenen Polymeren und Monomeren. Die Polymerisation der Monomere oder Präpolymere erfolgt vorzugsweise nach der Benetzung. Die Polymerisationsprozesse werden vorzugsweise in einer Art und Weise durchgeführt, dass eine möglichst geringe Menge an Monomeren bzw. Präpolymeren zurückbleibt. Damit wird das Risiko minimiert, dass diese Verbindungen beispielsweise in die Proben abgegeben werden.
• Die beispielsweise aus den Monomeren oder den Präpolymeren entstehenden Polymere oder die direkt eingesetzten Polymere sind gegebenenfalls selbstvernetzend oder nachvernetzbar. Vernetzung im erfindungsgemäßen Sinne umfasst physikalische und chemische Vernetzung, d. h. insbesondere nicht-kovalente und kovalente Vernetzung. Beispiele für nicht-kovalente Vernetzungen sind koordinative, ionische, physikalische oder salzartige Bindungen. Die Vernetzung kann insbesondere beim Aufbau der Polymere aus den Monomeren oder durch Reaktionen an vorgebildeten Polymeren erfolgen.
• Selbstvernetzend im erfindungsgemäßen Sinne bedeutet, dass bei geeigneter Wahl der Reaktionsbedingungen in den Klebesubstanzen vorhandene funktionelle Gruppen miteinander unter Vernetzung, insbesondere kovalenter Vernetzung, reagieren. Durch Umsetzung mit zugesetzten multifunktionellen Vernetzern, bei denen es sich in der Regel niedermolekulare bi- oder trifunktionelle Verbindungen handelt, können auch nicht selbstvernetzende Polymere vernetzt werden. Die Vernetzung selbst kann beispielsweise durch Strahlungs-, Plasma-, Feuchtigkeits- oder Oxidationsbehandlung bzw. Kaltvulkanisation erfolgen. Bevorzugte Vernetzungsmethoden basieren auf Strahlungsbehandlung, insbesondere unter Verwendung von UV-Strahlung oder Oxidationsbehandlung. Beispiele für solche Vernetzer sind Divinylbenzol, Cyanurchlorid, acrylische Verbindungen oder Isocyanatverbindungen.
• Um nicht mit der späteren Befüllung in Wechselwirkung zu treten, sollten die in den Klebemitteln verwendeten Monomere, Präpolymere und Polymere beispielsweise in den üblicherweise in den einzelnen Assays verwendeten Lösemitteln nicht löslich und auch nicht quellbar sein. Sie sollten vorzugsweise keine extrahierbaren Bestandteile enthalten. Da die Assays in der Regel in wässrigen oder mit Wasser mischbaren Lösemitteln wie DMSO, Acetonitril, Methanol, Ethanol durchgeführt werden, ist für den Fachmann in einfacher Weise ersichtlich, welche Produkte als Klebesubstanzen in den jeweiligen Systemen in Frage kommen und ob ggf. eine Vernetzung, beispielsweise eine kovalente chemische Vernetzung, durchgeführt werden muß.
• Vorzugsweise umfasst die Klebesubstanz ein organisches Monomer, Präpolymer oder Polymer. Bei der Verwendung von Monomer- und präpolymerbasierenden Systemen werden vorzugsweise solche verwendet, die polyadditions-, polykondensations- und/oder polymerisationsfähig sind.
• Bei den verwendeten Polymeren handelt es sich vorzugsweise um unvernetzte, in unpolaren organischen Lösemitteln lösliche, Polymere.
• Als Klebesubstanz insbesondere bevorzugt ist ein Polymer aus der Reihe der Polyisobutene, wie es beispielsweise unter dem Produktnamen "Oppanol B50SF" von der BASF AG, Deutschland, vertrieben wird. Dieses Polymer ist im abgebundenen Zustand im Wesentlichen transparent und ermöglicht optische Messungen, insbesondere unter Verwendung konfokaler Optiken durch eine transparente Bodenplatte, auch wenn die Bodenplatte mit Klebesubstanz beschichtet ist.
• Des Weiteren kann ein doppelbindungshaltiger Butylkautschuk verwendet werden. Die Vernetzung erfolgt in diesem Falle vorzugsweise durch UV- Strahlungsvernetzung.
• In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann als Einkomponentenanwendung eine Polyurethan-Lösung, z. B. Fluropel - ein perfluoriertes reaktionsfähiges Polyurethan - eingesetzt werden. Es kommen aber auch Zweikomponentenpolyurethanlösungen in Frage. Dabei können Polyether- oder Polyesterurethane mit Hydroxyl- oder Aminhärter eingesetzt werden.
• Die Klebemittel liegen vorzugsweise als Lösung oder Dispersion, beispielsweise als Emulsion oder Suspension, vor. D. h. bei der Flüssigkeit, die die Klebesubstanz aufnimmt, handelt es sich vorzugsweise um ein Lösemittel oder ein Dispersionsmittel. Die Klebesubstanz ist vorzugsweise in einem Lösemittel gelöst oder in einem Dispersionsmittel dispergiert. Dem Fachmann ist bekannt, welche Form der Zubereitung des Klebemittels für ein bestimmtes System am geeignetsten ist.
• So können beispielsweise wässrige oder auch organisch dispergierte Polymerdispersionen, insbesondere solche mit elastomerem Charakter, z. B. Latices (homopolymerer als auch copolymerer Zusammensetzung: NR-, IR-, BR-, SBR-, NBR-, Acrylatdispersionen, aber auch auf (teil-)organischer Silikonbasis, insbesondere mit verbesserter Glashaftung im Fall reaktiver Systeme, z. B. unter Luftfeuchtigkeitszutritt) eingesetzt werden. Sämtliche genannten Stoffgruppen können gegebenenfalls selbstvernetzend oder nachvernetzbar sein, wobei zum Vernetzen insbesondere Strahlungs- oder Oxidationsbehandlung in Frage kommen. Die Polymerdispersionen können dabei mit Emulgatoren und/oder Vernetzern ausgestattete Beschichtungsdispersionen mit gutem Benetzungsverhalten sein. Als Emulgatoren kommen insbesondere in Frage anionische, kationische, betainische oder neutrale Emulgatoren. Besonders bevorzugt werden kationische Emulgatoren verwendet.
• Bei Verwendung organischer Polymere werden diese vorzugsweise in organischen Lösemitteln gelöst oder organischen Dispersionsmitteln dispergiert. Dazu kommen insbesondere unpolare Lösemittel bzw. Dispersionsmittel in Frage. Zu nennen sind insbesondere aliphatische, cyclische und aromatische Kohlenwasserstoffe. Zu bevorzugen sind dabei Hexan, Heptan, Dekalin, Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, Cyclohexan, Toluol, Xylol, Benzol, Chlorbenzol, Tetralin, Ether, Schwefelkohlenstoff, Ketone oder superkritisches Kohlendioxid. Besonders bevorzugt sind Benzol, Chlorbenzol, Toluol, Xylol, Cyclohexan, Hexan oder Heptan. Ganz besonders bevorzugt wird Hexan oder Heptan verwendet.
• Für unpolare Monomere, Präpolymere und Polymere werden grundsätzlich Lösemittel bzw. Dispersionsmittel eingesetzt, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Vorzugsweise werden solche Lösemittel bzw. Dispersionsmittel verwendet, deren Siedepunkt im Bereich von 50 bis 200°C liegt. Die Systeme aus Klebesubstanz und Löse- bzw. Dispersionsmittel sind vorzugsweise relativ niedrig viskos, vorzugsweise in einem Bereich von 1 CentiPoise bis 100 CentiPoise. Dadurch wird das Eindringen des Klebemittelsystems in die Öffnungen der Lochplatte erleichtert, was zu einer besseren Beschichtung der Innenwand des späteren Wells führt. Um eine gute Beschichtung der Wandungen mit dem Klebemittel zu gewährleisten, wird vorzugsweise aus verdünnter Lösung bzw. Dispersion heraus gearbeitet. Dazu ist die eigentliche Klebesubstanz z. B. in Mengen von 0,5 bis 30% in dem entsprechenden Löse- bzw. Dispersionsmittel enthalten. Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Anwendung einer großen Bandbreite von Beschichtungsstoffen und Erzielung einer guten Verbindung zwischen Lochplatte und Bodenplatte. Dabei können beispielsweise Methoden wie physikalische Härtung, Lösemittelverdampfung, chemische Härtung eingesetzt werden. Eine chemische Anbindung der Lochplatte an eine Bodenplatte oder eine Klammerung ist in der Regel nicht erforderlich. Eine Haftung wird dabei beispielsweise durch Kohäsionskräfte, die sich zwischen Klebesubstanz und den zu verklebenden Komponenten einstellen, gewährleistet.
• Vorzugsweise erfolgt die Verdunstung des Lösemittels bzw. des Dispersionsmittels während des Abbindens und eine eventuelle Vernetzung im Wesentlichen bei Raumtemperatur, um z. B. Verformungen der Lochplatte und/oder der Bodenplatte zu verhindern.
• Der Fachmann wird die Klebesubstanzen und die jeweils verwendeten Flüssigkeiten, beispielsweise das Lösemittels oder Dispersionsmittel, so auswählen, dass sich eine gute technische Umsetzbarkeit ergibt. Dabei berücksichtigt der Fachmann, dass es wünschenswert ist, dass die kombinierte Klebeschicht/Beschichtungsschicht vorzugsweise elastisch bis hochelastisch ist, um eine gute Filmbildung zu erzielen. Es kommen also Elastomere, thermoplastische Elastomere, weichgemachte Thermoplaste, oder niedrig vernetzte Duromere in Betracht, die insbesondere durch die oben beschriebenen Stoffe erzielbar sind. Die gute Filmbildung äußert sich in einer dichten, nach Möglichkeit rissfreien Schicht und ist über weite Temperaturbereiche in der Lage, einen abrissfreien Verbund zwischen Bodenplatte und Lochplatte zu gewährleisten, selbst wenn diese aus sehr unterschiedlichen Materialien, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, bestehen. Insbesondere im angetrockneten/lösemittelfreien Zustand sollen Lochplatte und Bodenplatte aneinander haften und fixiert bleiben, wobei sich eine dauerhafte Fixierung ggf. durch eine Vernetzung gewährleisten lässt. Es ist weiterhin eine minimierte Konfektionsklebrigkeit (engl. tackiness) wünschenswert, um die Wechselwirkung mit den Befüllsubstanzen zu minimieren oder im Wesentlichen auszuschließen.
• Als Materialien für Bodenplatte oder Lochplatte, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind grundsätzlich solche zu nennen, die den Beschichtungslösungen/-dispersionen standhalten und davon nicht aufgelöst werden. Allerdings kann ein Anquellen der gewählten Materialien in den Klebemitteln dem Klebe- und Fügeprozess förderlich sein. So kann es in verschiedenen Ausführungsformen von Vorteil sein, wenn die äußere Materialschicht anquillt oder angelöst wird und mit dem Gegenkörper unter Druck vereint wird. Beispielsweise findet nach Entweichen des Lösemittels dann eine Fixierung statt.
• In verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Loch- und/oder die Bodenplatte vor dem Benetzen mit Klebemittel einer Oberflächenmodifizierung unterzogen. Die Oberflächeneigenschaften beider Platten beeinflussen sowohl die Benetzungsfähigkeit als auch die Haftungseigenschalten der eingesetzten Klebemittel bzw. Klebesubstanzen. Da Loch- und Bodenplatte aus verschiedenen Materialien bestehen können, das Klebemittel bzw. die Klebesubstanz andererseits beide Platten benetzen und adhäsiv binden soll, kann durch eine Oberflächenbehandlung eine Nivellierung der unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften bzw. eine Optimierung erreicht werden. Das Material der Loch- und Bodenplatte ist in diesen Fällen ohne Bedeutung, da das Klebemittel als Haftvermittler zwischen beiden Platten dient.
• Sollen beispielsweise stark hydrophobe Platten miteinander verbunden werden, könnte sich eine Vorbehandlung der Oberflächen zur Hydrophilisierung empfehlen.
• Vorzugsweise werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen Titerplatte die folgenden Materialien für die Lochplatte eingesetzt: Duroplaste oder Thermoplaste. Die Kunststoffe können ungefüllt, gefüllt, z. B. mit Talkum, Kaolin, Kreide, Ruß, Graphit, Schiefermehl, Quarzmehl, oder verstärkt, z. B. mit Glasfasern, verwendet werden. Durch die umseitige Beschichtung der Lochplatte ist die Wahlfreiheit der Materialien größer als in bekannten Verfahren, da diese nicht direkt mit den Bodenplatten in Berührung kommen und direkt mit diesen verbunden werden müssen. Die verwendeten Materialien müssen dem eingesetzten Klebemittel selbst standhalten können. Wichtige Einsatzkriterien sind hohe Steifigkeit, minimale Schrumpfung und hohe Lösemittelbeständigkeit. Beispiele für Duroplaste umfassen Epoxidharze, Phenolharze, Melaminharze, Harnstoffharze, Furanharze, Polydiallylphthalat-(PDAP)-Harze, Polyimid-(PI)-Harze, oder ungesättigte Polyester-(UP)-Harze. Aufgrund der besseren Verwendbarkeit für die Massenproduktion, z. B. in Spritzgußverfahren werden vorzugsweise Thermoplaste, wie z. B. Polystyrol (PS), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyamidimid (PAI), Polyetherimid (PEI), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylbutadienstyrol (ABS), Styrolacrylnitril (SAN), Polyetheretherketon (PEEK), oder Polyalkylverbindungen, insbesondere Polypropylen (PP) oder Polyisobuten (PIB), verwendet. Bevorzugter Thermoplast ist Polypropylen (PP).
• Die Öffnungen der Lochplatten sind vorzugsweise matrixartig in Reihen und Spalten angeordnet. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können die Öffnungen auch kreis- oder spiralförmig angeordnet sein. Kombinationen der verschiedenen vorstehend genannten Typen von Öffnungen sind innerhalb einer Lochplatte möglich.
• Die im Lochteil der Titerplatte angeordneten Öffnungen sind beispielsweise im Querschnitt kreisförmig, quadratisch, sechseckig oder anders geometrisch ausgebildet. Die Lochplatten können neben den durchgehenden Öffnungen der einzelnen Öffnungen auch Kanäle zum Flüssigkeitstransport zwischen verschiedenen Öffnungen aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen können Sensoren zum Messen verschiedener Parameter, wie z. B. der Temperatur, vorhanden sein. Vorzugsweise werden Lochplatten mit Standardformaten (z. B. SBS- Format, Society of Biomolecular Screening) verwendet. In bevorzugten Ausführungsformen sind ferner Justiermarkierungen vorgesehen, die eine eindeutige Orientierung der Platten in den HTS-Systemen ermöglichen.
• Vorzugsweise ist die verwendete Lochplatte im Wesentlichen glatt und eben über die gesamte Oberfläche, insbesondere über die Oberfläche, die mit der Bodenplatte verbunden werden soll. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können zentrisch um die einzelnen Öffnungen Ausnehmungen, insbesondere Nutringe oder Auskerbungen, vorgesehen sein, die den Aufkonzentrierungsprozeß an diesen Stellen unterstützen. Dies führt zur Verstärkung der Haftwirkung zwischen Loch- und Bodenplatte.
• Die Volumina der Wells werden geprägt durch die Dicke der Lochplatte, welche üblicherweise im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm liegt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer Titerplatte mit einer mehrere Öffnungen aufweisenden flachen Lochplatte und einer die Öffnungen verschließenden Bodenplatte so dass mehrere Vertiefungen zur Aufnahme von Proben ausgebildet sind, wobei jede Vertiefung eine Innenwand und eine Bodenwand aufweist. Das besondere Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Beschichtung der Innenwände der Vertiefungen und ggf. der Bodenplatte einer Titerplatte. Diese Beschichtung wird durch die verwendeten Klebesubstanzen gebildet.
• Als Bodenplatten werden vorzugsweise im Wesentlichen glatte, ebene Platten aus Glas, Kunststoffen, Halbleitern oder Metallen eingesetzt. Besonders bevorzugt werden Bodenplatten aus Glas oder glasartigem Material, welches ähnliche optische Eigenschaften wie Glas besitzt, verwendet. Beispiele umfassen Silikatgläser (z. B. Flachglas), Borofloatgläser (z. B. Pyrex), Quarzgläser oder hochbrechende Titandioxidgläser. Beispiele für geeignete transparente Kunststoffe umfassen klares Polystyrol, Polyacrylnitril, Polycarbonat, Polyester, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen, Polymethyl-Penten und Acryl-Polymere.
• Es ist in verschiedenen Ausführungsformen das Ziel die Proben mit verschiedenen Meßmethoden, insbesondere mit Hilfe optischer Meßmethoden, von der transparenten Unterseite der Trägerplatte her, zu analysieren und auszuwerten.
• Vorzugsweise handelt es sich bei der Bodenplatte aus diesem Grund um eine glatte, ebene Glasplatte mit einer Dicke von vorzugsweise weniger als 500 µm und besonders bevorzugt weniger als 250 µm. Die Bodenplatte ist üblicherweise in einer Stärke von 0,05 mm bis 0,35 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 0,25 mm ausgebildet.
• Die Variationen in der Dicke der Bodenplatte betragen vorzugsweise weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10% der Gesamtdicke.
• Wenn die Untersuchung der in den Wells vorhandenen Proben mittels optischer Messungen durch die Bodenplatte durchgeführt wird, führt eine Beschichtung der Bereiche der Bodenplatte, die den Öffnungen der Basisplatte entsprechen, mit Klebesubstanz, zu einer Verschlechterung der optischen Transparenz. Die Folge davon wäre eine verringerte Empfindlichkeit der Messungen. Da bei modernen HTS-Systemen die Untersuchung der Proben in der Regel durch die Bodenplatte der Titerplatten erfolgt, werden vorzugsweise Titerplatten verwendet, die keine mit Klebesubstanz beschichtete Bodenplatte aufweisen.
• In den Ausführungsformen, bei denen die Teile der Bodenplatte, die sich unterhalb der einzelnen Öffnungen befinden, nicht mit Klebemittel benetzt werden sollen, muß zumindest in diesen Bereichen eine durch das Klebemittel im Wesentlichen unbenetzbare Schutzschicht auf die Bodenplatte aufgebracht werden. Diese Schutzschicht umfasst vorzugsweise Substanzen, die in Bezug auf die optischen Messungen, insbesondere Fluoreszenzmessungen, im Wesentlichen vernachlässigbar sind oder beispielsweise durch Ätzen, Molekülstrahlen oder einfaches Auswaschen mit Wasser nach Ende des Verfahrens entfernen lassen. Beispiele für die Schutzschicht umfassen Zucker oder zuckerähnliche Stoffe, Cycfodextrine, Polysaccharide, Polyethylenglykole, Acrylamide, Polyvinylalkohole, Teflon, Silikone oder Gemische davon. Bei der Verwendung von hydrophilen Klebemitteln werden vorzugsweise hydrophobe Schutzschichten eingesetzt und umgekehrt.
• Die Schutzschicht kann beispielsweise auf die Bodenplatte aufgedruckt werden. Die Anforderungen an die Präzision der Auftragung ist in diesem Fall deutlich geringer als bei der Auftragung des Klebemittels auf die Stege der Lochplatten bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Titerplatten und ist technisch einfacher zu verwirklichen.
• Es ist ferner möglich, Bodenplatten, Basisplatten und Klebemittel zu verwenden, die nach dem Abbinden nicht aneinander haften. Diese Nichthaftung zwischen Boden- und Basisplatte könnte auch durch die Verwendung von Trennmitteln erreicht werden. Bei den Trennmitteln handelt es sich beispielsweise um Silikone oder Teflon. Nach dem Abbinden des Klebemittels wird die Bodenplatte entfernt. Zurückbleibt eine dünne Schicht des Klebemittels, die die einzelnen Öffnungen abdichtet.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können eine Basisplatte mit einer Bodenplatte, mehrere Basisplatten mit einer Bodenplatte oder mehrere Bodenplatten mit einer Basisplatte verbunden werden.
• Die erfindungsgemäßen Titerplatten sind sehr gut verwendbar in Syntheseverfahren, die auf kombinatorischer Chemie beruhen.
• Insbesondere können die erfindungsgemäßen Titerplatten zur Identifizierung und Validierung von Targets, d. h. spezifischen biologischen Molekülen, wie Enzymen, Rezeptoren oder Ionenkanälen verwendet werden. Die Identifizierung und Validierung erfolgt beispielsweise mittels verschiedener Assay-Verfahren. Bei diesen Assay-Verfahren werden u. a. zur Untersuchung der biologischen Aktivität und/oder pharmazeutischen Wirksamkeit von natürlichen und/oder synthetischen Substanzen diese mit verschiedenen Targets kombiniert. Es ist somit auf einfachem Wege möglich, ein Modellsystem zu etablieren, das es erlaubt, Substanzen zu identifizieren, die das Target in der gewünschten Weise beeinflussen. Die erfindungsgemäßen Titerplatten können sowohl für biochemische als auch zelluläre Assay-Verfahren verwendet werden. Eingeschlossen sind dabei auch Assay-Verfahren die auf der Verwendung von polymeren Feststoffpartikeln (sogenannte Beads) basieren.
• Durch die Möglichkeit der Verwendung der erfindungsgemäßen Titerplatten in HTS-Systemen können beispielsweise deutlich mehr Substanzen innerhalb kurzer Zeit in Bezug auf ihre biologische Aktivität und/oder pharmazeutische Wirksamkeit untersucht werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, um die mittels kombinatorischer Chemie erhaltenen Substanzbibliotheken in Bezug auf ihre biologische Aktivität und/oder pharmazeutische Wirksamkeit zu untersuchen. Es ist mit den erfindungsgemäßen Titerplatten möglich, einen hohen Probendurchsatz zu erreichen und zwischen mehreren Tausend bis zu 100000 Substanzen pro Tag zu untersuchen.
• Die erfindungsgemäßen Titerplatten eignen sich weiterhin sehr gut zur Durchführung von Assay-Verfahren, die auf der Verwendung von vereinfachten Modellsystemen beruhen, die die Physiologie im Menschen oder im Tier nachbilden. Dies bedeutet, die Assay-Systeme können u. a. dazu verwendet werden, Informationen über die Löslichkeit von biologisch aktiven und/oder pharmazeutisch wirksamen Substanzen im Blutplasma, ihre Penetrationseigenschaften, ihre Leber-Toxizität, ihre Bioverfügbarkeit, ihre Stabilität im Blut oder ihre Abbauprofile nach Passage der Leber zu erhalten.
• Die erfindungsgemäßen Titerplatten mit optisch transparenten Bodenplatten eignen sich sehr gut für die Verwendung in Kombination mit Mikroskopen. Bei den Mikroskopen handelt es sich vorzugsweise um konfokale Mikroskope. Die konfokalen Mikroskope werden bevorzugt in Verbindung mit Detektionstechnologien, die auf der Detektion von Fluoreszenz basieren, kombiniert. Besonders gut geeignet sind die erfindungsgemäßen Titerplatten für die Fluoreszenz- Korrelations-Spektroskopie, Fluoreszenzverteilungsanalysen, Fluoreszenzlebensdauermessungen oder Fluoreszenz-Polarisationsmessungen unter Verwendung von konfokalen Mikroskopen. Die erfindungsgemäßen Titerplatten eignen sich sehr gut somit sehr gut zur Einzelmolekül-Detektion.
• Die vorstehend beschriebenen chemischen und/oder biotechnischen Untersuchungen können beispielsweise i) zur Identifizierung und Charakterisierung von synthetischen oder biologischen Objekten, ii) zur Identifizierung und Charakterisierung von chemischen Verbindungen, iii) zur Identifizierung und/oder Validierung von Targets, iv) zur Suche nach biologisch aktiven Substanzen und/oder pharmazeutischen Wirkstoffen, v) zur Identifizierung von Leitstrukturen, vi) zur Genomanalyse, vii) zur Proteomanalyse, viii) zur Reinigung und Konzentrierung von Substraten, oder ix) zur evolutiven Optimierung von biologisch relevanten Makromolekülen verwendet werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann analog zur Herstellung von Mikrosystem-Chips vorgesehen sein. Diese Mikrosystem-Chips umfassen vorzugsweise eine Chip-Platte und eine Bodenplatte, oder mehrere Chip-Platten mit einer Bodenplatte oder eine Chip-Platte mit mehreren Bodenplatten.
• Die Mikrosystem-Chips weisen insbesondere mindestens einen Eingang und mindestens einen Ausgang auf. Als Öffnungen sind eine Vielzahl von Kanälen zur Führung eines Fluids, insbesondere einer Partikelsuspension, eine oder mehrere Vertiefungen (Wells) oder Vorratsgefäße vorhanden. Die Kanalanordnungen zwischen den Ein- und Ausgängen besitzen anwendungsabhängige Geometrien, Dimensionen bzw. Querschnittsformen. Die Kanäle der erfindungsgemäßen Mikrochips besitzen typischerweise Kanalhöhen im Mikrometerbereich, vorzugsweise im Bereich von rund 20 µm bis 50 µm und Kanalbreiten im Bereich von rund 200 µm bis 800 µm.
• Die Vorratsgefäße sind größer als die Vertiefungen zur Probenaufnahme. Sie dienen beispielsweise zur Lagerung von Behandlungslösungen zum Waschen, Kultivieren, Konservieren bzw. Kryokonservieren. Auf den Mikrosystem-Chips können weiterhin Pumpvorrichtungen, beispielsweise Peristaltikpumpen, Spritzenpumpen, elektroosmotisch wirkende Fluid- und Partikelantriebe, oder Sensoren zur Bestimmung vorbestimmter Probeneigenschaften, beispielsweise für Temperatur-, pH- oder Leitfähigkeitsmessungen, vorgesehen sein. Beispielsweise sind verschiedene Vertiefungen (Wells) und/oder Vorratsgefäße durch Kanäle miteinander verbunden, über die gegebenenfalls ein Fluidaustausch möglich ist. Der Fluidaustausch kann durch geeignete Ventile, Membranen und/oder Ionensperren geregelt werden.
• Die Mikrosysteme können zusätzlich verschiedene Einrichtungen, z. B. zur Partikel- und/oder Fluidmanipulierung und/oder Trennung enthalten. Dabei handelt es sich beispielsweise um Zusatzelektroden zur Ausbildung von elektrischen Feldern in den Mikrosystemen, beispielsweise zum Haltern von Partikeln. Insbesondere handelt es sich bei den elektrischen Feldern um solche, die durch dielektrische Feldkäfige gebildet werden.
• Mit den elektrischen Feldern können weiterhin in bekannter Weise beispielsweise elektroosmotische Strömungen induziert oder eine elektrophoretische Teilchentrennung vorgenommen werden.
• Um eine Untersuchung der Proben z. B. in den Mikrokanälen und/oder den Vertiefungen durchführen zu können, ist der Boden der Mikrokanäle und/oder der Vertiefungen bevorzugt transparent ausgebildet. Die transparenten Bodenplatten sind insbesondere auch erforderlich, um optische Haltesysteme, z. B. optische Pinzetten, durch die Bodenplatte hindurch, einsetzen zu können.
• Die Mikrosystem-Chips können beispielsweise zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Materialien ein Halbleitermaterial umfassen. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Mikrosystem-Chips, sind vorstehend für die Titerplatten beschrieben worden.
• Auch für die Mikrosystem-Chips gelten die hohen Anforderungen in Bezug auf Dichtigkeit, die Stabilität in Gegenwart aggressiver Fluide, Dispersionen oder Lösungen, die Kälte- bzw. Wärmeresistenz, die Anwendbarkeit in optischen Analysemethoden und die Inertheit.
• Solche Mikrosysteme in Form von Chips werden beispielsweise zur Manipulierung, Sortierung und/oder Trennung biologischer und synthetischer Mikropartikel verwendet und sind allgemein bekannt.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die erfindungsgemäßen Trägersysteme sehr gut herstellen. Diese Trägersysteme umfassen mindestens eine mehrere Öffnungen aufweisende Basisplatte und mindestens eine die Öffnungen verschließende Bodenplatte, so dass mehrere Vertiefungen zur Aufnahme von Proben ausgebildet sind und jede Vertiefung eine Innenwand und eine Bodenwand aufweist, wobei die Innenwände der Vertiefungen mit einer Beschichtung, umfassend mindestens eine Klebesubstanz, versehen sind, die gleichzeitig zur Verbindung von Basis- und Bodenplatte dient.
• Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trägersysteme sind bei der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden.
• Die Erfindung besitzt insbesondere den Vorteil, dass in einem Schritt eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen Bodenplatte und Lochplatte oder Chip-Platte und eine inerte Beschichtung, die unspezifische Adsorptionen verhindert, erreicht werden kann.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren erläutert.
• Die Figuren zeigen:
• Die Fig. 1 zeigt eine Lochplatte einer Titerplatte, die im Wesentlichen vollständig mit Klebemittel benetzt ist, über einer Glasplatte.
• Fig. 2 zeigt eine wellseitig umfassend beschichtete Titerplatte. In dieser Ausführungsform ist die Lochplatte im Wesentlichen vollständig und auch die der Lochplatte zugewandte Seite der Bodenplatte ist mit einer Beschichtung versehen.
• Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine beschichtete Titerplatte mit unbeschichtetem Wellböden.
• Fig. 1 zeigt eine Lochplatte einer Titerplatte aus Polypropylen (2), die im Wesentlichen vollständig mit Klebemittel (1) benetzt ist, über einer nicht benetzten Glasplatte (3), vor dem Inkontaktbringen beider Platten. Vorzugsweise erfolgt vor dem Inkontaktbringen beider Platten eine intensive Reinigung.
• Fig. 2 zeigt eine wellseitig umfassend beschichtete Titerplatte. In dieser Ausführungsform ist die Lochplatte (2) auf den Innenwänden der Vertiefung (5) und auf der der Bodenplatte abgewandten Seite der Lochplatte (4) mit einer Beschichtung versehen. Auch die der Lochplatte zugewandte Seite der Bodenplatte ist mit einer Beschichtung (7) versehen. Die Verbindung von Lochplatte (2) und Bodenplatte (3) erfolgt über die Klebestellen (6). Diese Ausführungsform ist insbesondere interessant für Anwendungen, bei denen die Untersuchung der in den Wells befindlichen Proben von der der Bodenplatte gegenüberliegenden Seite der Lochplatte erfolgt.
• Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich beispielsweise für diesen Fall wie folgt beschreiben. Die Lochplatte (2) wird im Wesentlichen vollständig mit Klebemittel (1) benetzt, beispielsweise durch Eintauchen. Der Trockungsprozeß schreitet am schnellsten auf den Stegen fort, so dass das Klebemittel (1) an diesen Stellen bereits angetrocknet ist, d. h. die Klebesubstanz bereits angereichert ist, während der Trocknungsprozeß in den Wells noch nicht begonnen hat. Nach dem Andrücken der Bodenplatte, beispielsweise einer Glasplatte (3) an die Lochplatte (2) ergießt sich das in den Wells befindliche Klebemittel zum Teil zwischen Steg und Bodenplatte. Dabei wird das bereits angetrocknete Klebemittel auf der Unterseite der Stege erneut gelöst. Durch Kapillarkräfte wird Klebemittel unter die Stege gezogen und die Klebesubstanz reichert sich infolge der Lösemittelverdunstung an. Mit fortschreitender Lösemittelverdunstung sinkt der Meniskus des Klebemittels in den einzelnen Wells immer tiefer. Die darüberliegenden Wandbereiche der Wellinnenseite sind mit einem dünnen Film Klebemittel bzw. Klebesubstanz beschichtet. In diesem Bereich erfolgt nun ein schnelles Verdunsten von noch vorhandenem Lösemittel, so dass sich der Film des Klebemittels bzw. der Klebesubstanz weiter verfestigt. Im Endstadium des Prozesses ist so viel Lösemittel verdunstet, dass sich das Klebemittel mit der Klebesubstanz unter die Stege zurückzieht.
• Nach der Lösemittelverdunstung bleibt auf den Wandungen der Lochplatte, auf der Oberseite der Lochplatte sowie der Unterseite der Lochplatte ein Film aus der in dem Lösungsgemisch gelösten Klebesubstanz, beispielsweise dem Polymer Oppanol B50 SF, zurück. Wie vorstehend beschrieben reichert sich die Klebesubstanz vorzugsweise zwischen Lochplatte (2) und Glasboden (3) aufgrund von Kapillarkräften an. Es bildet sich ein umlaufender Ring aus Polymer, welcher zur Abdichtung der einzelnen Wells dient. Bei dieser Art der Herstellung wird durch die Klebesubstanz auch der Wellboden beschichtet.
• Um eine vollständige Beschichtung des Wellbodens zu gewährleisten, wird vorzugsweise auch die Seite der Glasplatte mit dem Klebemittel beaufschlagt, welche an die Lochplatte gedrückt wird. Während des Verdunstungsprozesses für das Lösemittel ist es erforderlich, nach dem Andrücken der Lochplatte auf die Bodenplatte, beispielsweise durch Klammern ein Verrutschen von Loch- oder Bodenplatte zu verhindern, zumindest solange, bis die Klebewirkung des Klebemittels bzw. der Klebesubstanz ausreichend stark ist.
• In verschiedenen Ausführungsformen sind die unter den einzelnen Öffnungen der Lochplatten befindlichen Teile der Bodenplatte unbeschichtet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Untersuchung der Proben in den Wells durch optische Messungen durch die Bodenplatte erfolgt.
• Diese Situation ist in Fig. 3 gezeigt. Vorstehend bereits beschriebene, identische Bestandteile sind mit identischen Bezeichnungen versehen worden. In dieser Ausführungsform ist der Bereich der Öffnungen der Lochplatte auf der Bodenplatte nicht beschichtet (8).
• In den Ausführungsformen, bei denen die Teile der Bodenplatte, die sich unterhalb der einzelnen Öffnungen befinden, nicht benetzt werden sollen, muß zumindest in diesen Bereichen eine durch das Klebemittel im Wesentlichen unbenetzbare Schutzschicht auf die Bodenplatte aufgebracht werden. Diese Schutzschicht umfasst vorzugsweise Substanzen, die in Bezug auf die optischen Messungen, insbesondere Fluoreszenzmessungen, im Wesentlichen vernachlässigbar sind oder beispielsweise durch Ätzen, Molekülstrahlen oder einfaches Auswaschen mit Wasser nach Ende des Verfahrens entfernen lassen. Beispiele für die Schutzschicht umfassen Zucker oder zuckerähnliche Stoffe, Cyclodextrine, Polysaccharide, Polyethylenglykole, Acrylamide, Polyvinylalkohole, Teflon, Silikone oder Gemische davon. Bei der Verwendung von hydrophilen Klebemitteln werden vorzugsweise hydrophobe Schutzschichten eingesetzt und umgekehrt.
• Die Schutzschicht kann in den notwendigen Bereichen beispielsweise auf die Bodenplatte aufgedruckt werden. Die einzelnen Flächen der Schutzschicht besitzen vorzugsweise Formen und Durchmesser, die denen der Öffnungen der Lochplatten entsprechen. In verschiedenen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, dass beispielsweise der Durchmesser der kreisrunden Schutzflächen kleiner ist als die kreisrunden Öffnungen der Lochplatten.
• Die Anforderungen an die Präzision der Auftragung ist in diesem Fall deutlich geringer als bei der Auftragung des Klebemittels auf die Stege der Lochplatten bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Titerplatten und ist technisch einfacher zu verwirklichen.
• In Abwandlung zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird die Bodenplatte (3) vor dem Inkontaktbringen mit der Lochplatte (2) in den Bereichen, in denen sich später die Öffnungen der Lochplatten befinden, mit einer Schutzschicht, beispielsweise einem Zucker bedruckt.
• Anschließend wird das Verfahren analog fortgeführt. Aufgrund der besonderen, unbenetzenden Eigenschaften der Schutzschicht reist der Meniskus des Klebemittels ab, wenn dieser die Oberfläche der Schutzschicht erreicht.
• Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihrem verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (30)

1. Verfahren zur Herstellung eines Trägersystems, insbesondere einer Titerplatte oder eines Mikrosystem-Chips, mit mindestens einer Basis- und Bodenplatte, wobei
die Basisplatte Öffnungen aufweist und zumindest teilweise mit einem abbindbaren Klebemittel benetzt wird,
die Basisplatte mit einer Bodenplatte in Kontakt gebracht wird, und
beim Abbinden mindestens eine im Klebemittel enthaltene Klebesubstanz angereichert wird und (i) eine Klebeverbindung zwischen Bodenplatte und Basisplatte und (ii) eine Beschichtung der Innenwände der Vertiefungen der Basisplatte ausbildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Basisplatte im Wesentlichen vollständig mit dem Klebemittel benetzt wird und auf eine nicht mit Klebemittel benetzte Bodenplatte aufgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Basisplatte im Wesentlichen vollständig mit dem Klebemittel benetzt wird und auf eine auf der der Basisplatte zugewandten Seite mit Klebemittel benetzten Bodenplatte aufgelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Benetzung der Basisplatte zeitlich vor der Benetzung der Bodenplatte stattfindet.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, wobei es sich bei der Basisplatte um die Lochplatte einer Titerplatte handelt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Lochplatte eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Basisplatte um die Chip- Platte eines Mikrosystem-Chips handelt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Klebemittel mindestens eine Klebesubstanz in einem Lösemittel gelöst oder in einem Dispersionsmittel dispergiert, umfasst.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem Lösemittel um ein organisches Lösemittel oder Dispersionsmittel, insbesondere ein unpolares organisches Lösemittel oder Dispersionsmittel, wie aliphatische, cyclische und aromatische Kohlenwasserstoffe, handelt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das organische Lösemittel oder Dispersionsmittel ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, insbesondere Hexan oder Heptan, ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, wobei die Klebesubstanz ein organisches Monomer, Präpolymer, Polymer oder ein Gemisch davon, ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei es sich bei den Monomer- oder präpolymeren Systemen um polyadditions-, polykondensations- und polymerisationsfähige Systeme handelt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die aus den Monomeren oder Präpolymeren gebildeten Polymere oder die direkt als Klebesubstanz eingesetzten Polymere selbstvernetzend oder nachvernetzend sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, wobei als Polymer eine Polyalkylverbindung, insbesondere Polyisobuten, verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, wobei die Klebesubstanz in Mengen von 0,5 bis 30% in dem Klebemittel vorhanden ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, wobei die Bodenplatte zumindest in Teilbereichen mit einer durch das Klebemittel unbenetzbaren Schutzschicht versehen wurde, bevor die Basisplatte und die Bodenplatte in Kontakt gebracht werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Schutzschicht Zucker oder zuckerähnliche Stoffe, Cyclodextrine, Polysaccharide, Polyethylenglykole, Acrylamide, Polyvinylalkohole, Teflon, Silikone oder Gemische davon, umfasst.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Schutzschicht nach der Beschichtung durch Anwendung einer wässrigen Lösung entfernt wird.

19. Trägersystem, mit mindestens einer mehrere Öffnungen aufweisenden Basisplatte und mindestens einer die Öffnungen verschließenden Bodenplatte, so dass mehrere Vertiefungen zur Aufnahme von Proben ausgebildet sind und jede Vertiefung eine Innenwand und eine Bodenwand aufweist, wobei die Innenwände der Vertiefungen mit einer Beschichtung umfassend mindestens eine Klebesubstanz, versehen sind, die gleichzeitig zur Verbindung von Basis- und Bodenplatte dient.

20. Trägersystem nach Anspruch 19, wobei es sich bei der Basisplatte um eine im Wesentlichen glatte, ebene Lochplatte einer Titerplatte handelt.

21. Trägersystem nach Anspruch 20, wobei die Dicke der Lochplatte im Bereich von 0,1-5 mm liegt.

22. Trägersystem nach Anspruch 19, wobei es sich bei der Basisplatte um eine im Wesentlichen glatte, ebene Chip-Platte eines Mikrosystem-Chips handelt.

23. Trägersystem nach einem der Ansprüche 19-22, wobei es sich bei der Bodenplatte um eine im Wesentlichen glatte, ebene Glasplatte handelt.

24. Trägersystem nach einem der Ansprüche 19-23, wobei zusätzlich die Bodenplatten in den Bereichen der Vertiefungen mit einer Beschichtung versehen sind.

25. Trägersystem nach einem der Ansprüche 19-24, wobei zusätzlich die der Bodenplatte abgewandte Oberseite der Basisplatte mit der Beschichtung versehen ist.

26. Trägersystem nach einem der Ansprüche 19-25, wobei die Basisplatte Duroplaste, vorzugsweise Epoxidharze, Phenolharze, Melaminharze, Harnstoffharze, Furanharze, Polydiallylphthalat-(PDAP)-Harze, Polyimid-(PI)- Harze, oder ungesättigte Polyester-(UP)-Harze oder Thermoplaste, vorzugsweise Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyamidimid (PAI), Polyetherimid (PEI), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylbutadienstyrol (ABS), Styrolacrylnitril (SAN), Polyetheretherketon (PEEK), oder Polyisobuten (PIB), besonders bevorzugt Polypropylen (PP), umfasst.

27. Trägersystem, nach einem der Ansprüche 19-26, wobei es sich bei der Bodenplatte um eine Glasplatte mit einer Dicke von weniger als 500 µm und vorzugsweise weniger als 250 µm handelt.

28. Trägersystem nach Anspruch 27, wobei die Variationen in der Dicke der Bodenplatte weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10% betragen.

29. Trägersystem nach einem der Ansprüche 19-28, wobei die Beschichtung eine Polyalkylverbindung, insbesondere Polyisobuten umfasst.

30. Trägersystem nach einem der Ansprüche 19-29, wobei die Lochplatte mit ringförmigen Ausnehmungen insbesondere Nutringen oder Auskerbungen, in den Stegen versehen ist, die zentrisch um die einzelnen Öffnungen liegen.