DE102004027364A1 - Porous, locally-transparent, treated substrate used to detect biochemical binding reactions, includes compartments surrounded by walls with metallic modification - Google Patents

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Abstract

A porous, locally-transparent, treated substrate used to detect biochemical binding reactions, includes compartments surrounded by walls with metallic modifications, is new. A substrate is flat and macroporous. Surface pores (11) have diameters in the range 500 nm to 100 mu m, which extend continuously between opposite surfaces (10A, 10B). The substrate includes compartments (11A) with pores (11). Pore walls (11C) surrounding a compartment (11A) are locally-modified with a metallic layer. Each compartment is surrounded by an open grid (12) of modified pore walls (11C), which lie parallel to the surfaces (10A, 10B). Each individual grid is completely separated from its neighbors. Pore density is 104> to 108>/cm2>. The substrate is silica, glass or alumina. The rectangular or square grid (12) contains essentially square pores (11). The optically-transparent material is an organic polymer containing dispersed pigments and/or tiny metal spheres. A further variant of the arrangement is presented.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft poröse, bereichsweise transparente Substrate, die sich als Basis für ein "BioChip-Grundmodul" in Verfahren zum Nachweis biochemischer (Bindungs)Reaktionen sowie hierfür insbesondere zur Untersuchung von enzymatischen Reaktionen, Nukleinsäure-Hybridisierungen, Protein-Protein-Wechselwirkungen und anderer Bindungsreaktionen im Bereich der Genom-, Proteom- oder Wirkstoff-Forschung in Biologie und Medizin, eignen, wobei in dem porösen Substrat optische Barrieren durch lokales, gezieltes Auffüllen von Poren mit optisch nicht-transparentem Material oder durch entsprechende Modifizierung von Porenwänden mit Metall vorgesehen werden.The The present invention relates to porous, partially transparent Substrates that are used as a basis for a "basic BioChip module" in methods of detection biochemical (binding) reactions and in particular for the investigation of enzymatic reactions, nucleic acid hybridizations, protein-protein interactions and other binding reactions in the field of genome, proteome or Drug research in biology and medicine, being in the porous Substrate optical barriers by local, targeted filling of Pores with optically non-transparent material or by appropriate Modification of pore walls be provided with metal.

In der Molekularbiologie finden heute in zunehmendem Maße Biochips Verwendung, mit denen auf schnelle Art und Weise Erkenntnisse über Organismen und Gewebe gewonnen werden. Für die Biowissenschaften und die medizinische Diagnostik ist die Detektion (bio)chemischer Reaktionen, d.h. die Detektion biologisch relevanter Moleküle in definiertem Untersuchungsmaterial von herausragender Bedeutung. In diesem Rahmen wird die Entwicklung von sogenannten Biochips stetig vorangetrieben. Bei derartigen Biochips handelt es sich üblicherweise um miniaturisierte hybride Funktionselemente mit biologischen und technischen Komponenten, insbesondere auf einer Oberfläche eines BioChip-Grundmoduls immobilisierten Biomolekülen, die als spezifische Interaktionspartner dienen. Häufig weist die Struktur dieser Funktionselemente Reihen und Spalten auf. Man spricht dann von sogenannten „Mikroarrays". Da tausende von biologischen bzw. biochemischen Funktionselementen auf einem Chip angeordnet sein können, werden diese in der Regel mit mikrotechnischen Methoden angefertigt.In Molecular biology is increasingly finding biochips today Use, with which in a fast way knowledge about organisms and tissues are recovered. For the life sciences and medical diagnostics is the detection (bio) chemical reactions, i. the detection of biologically relevant molecules in defined research material of outstanding importance. In this framework, the development of so-called biochips is steadily promoted. Such biochips are usually to miniaturized hybrid functional elements with biological and technical components, in particular on a surface of a BioChip's basic module immobilized biomolecules serving as specific interaction partners serve. Often has the structure of these functional elements rows and columns. you then speaks of so-called "microarrays." Thousands of biological or biochemical functional elements on a chip can be arranged These are usually made with microtechnical methods.

Als biologische und biochemische Funktionselemente kommen insbesondere DNA, RNA, PNA, (bei Nukleinsäuren und ihren chemischen Derivaten können z.B. Einzelstränge wie Oligonukleotide, Triplex-Strukturen oder Kombinationen hiervon vorliegen), Saccharide, Peptide, Proteine (z.B. Antikörper, Antigene, Rezeptoren), Derivate der kombinatorischen Chemie (z.B. organische Moleküle), Zellbestandteile (z.B. Organellen), einzelne Zellen, mehrzellige Organismen sowie Zellverbände in Frage.When biological and biochemical functional elements come in particular DNA, RNA, PNA, (for nucleic acids and their chemical derivatives e.g. single strands such as oligonucleotides, triplex structures or combinations thereof saccharides, peptides, proteins (e.g., antibodies, antigens, Receptors), combinatorial chemistry (e.g., organic Molecules), Cell components (e.g., organelles), single cells, multicellular Organisms and cell aggregates in question.

Die am weitesten verbreitete Variante von Biochips sind die sogenannten Microarrays. Dies sind kleine Plättchen ("Chips") aus beispielsweise Glas, Gold, Kunstoff oder Silizium. Zum Nachweis entsprechender biologischer oder biochemischer (Bindungs)Reaktionen werden beispielsweise kleine Mengen an solubilisierten unterschiedlichen Fängermolekülen, z.B. eine bekannte Nukleinsäuresequenz, in Form von kleinsten Tröpfchen punktförmig und matrizenartig, sogenannte Dots, auf der Oberfläche des BioChip-Grundmoduls fixiert.The The most common variant of biochips are the so-called Microarrays. These are little tiles ("Chips") for example Glass, gold, plastic or silicon. To prove such For example, biological or biochemical (binding) reactions small amounts of solubilized different capture molecules, e.g. a known nucleic acid sequence, in the form of the smallest droplets punctiform and matrix-like, so-called dots, on the surface of the BioChip basic module fixed.

In der Praxis werden einige hundert bis einige tausend Tröpfchen pro Chip verwendet. Anschließend wird ein zu untersuchender Analyt, der beispielsweise fluoreszenzmarkierte Zielmoleküle enthalten kann, über diese Oberfläche gepumpt. Dabei kommt es im allgemeinen zu unterschiedlichen chemischen (Bindungs)Reaktionen zwischen den im Analyt enthaltenen Zielmolekülen und den fixierten bzw. immobilisierten Fängermolekülen. Wie bereits angeführt, werden zur Beobachtung dieser Reaktionen oder Bindungen die Zielmoleküle mit Farbstoffmolekülbausteinen, üblicherweise Fluorochromen markiert. Das Vorhandensein und die Intensität von Licht, das von den Fluorochromen emittiert wird, gibt Aufschluß über den Verlauf der Reaktion oder Bindung in den einzelnen Tröpfchen auf dem Substrat, so daß Rückschlüsse auf das Vorhandensein und/oder die Eigenschaft der Zielmoleküle und/oder Fängermoleküle gezogen werden können. Wenn sich die entsprechenden fluoreszenzmarkierten Zielmoleküle des Analyten mit bzw. an den an der Oberfläche des Trägersubstrats immobilisierten Fängermolekülen umsetzen bzw. binden, kann durch optische Anregung mit einem Laser und Messung des entsprechenden Fluoreszenzsignals diese Reaktion bzw. Bindung nachgewiesen werden.In In practice, a few hundred to several thousand droplets per Chip used. Subsequently becomes an analyte to be examined which, for example, fluorescently labeled targets can contain, about this surface pumped. It generally comes to different chemical (Binding) reactions between the target molecules contained in the analyte and the fixed or immobilized capture molecules. As already stated, will be to observe these reactions or bonds, the target molecules with dye molecule building blocks, usually Marked fluorochromes. The presence and intensity of light, which is emitted by the fluorochromes, provides information about the course the reaction or binding in the individual droplets on the substrate, so that conclusions on the presence and / or the property of the target molecules and / or catcher molecules is drawn can be. When the corresponding fluorescence-labeled target molecules of the analyte with or on the surface of the carrier substrate Reactivate immobilized capture molecules or bind, can by optical excitation with a laser and measurement the corresponding fluorescence signal this reaction or binding be detected.

Substrate mit hoher, aber definierter Porosität weisen als Basis für derartige Biochips mehrere Vorteile gegenüber planaren Substraten auf. Auf der stark vergrößerten Oberfläche können mehr Nachweisreaktionen stattfinden. Dadurch steigt die Nachweisempfindlichkeit für biologische Assays. Durch Pumpen der im Analyt gelösten Zielmoleküle durch die Kanäle zwischen Vorder- und Rückseite des porösen Substrates werden diese in nahen räumlichen Kontakt mit der Oberfläche des Substrates gebracht (< 10 μm). Auf dieser Größenskala ist die Diffusion ein sehr effektiver Transportprozess, der innerhalb kurzer Zeit die Distanzen zwischen nachzuweisendem Zielmolekül und dem auf der Oberfläche immobilisierten Fängermolekül überbrückt. Die Geschwindigkeit der Bindungsreaktion kann dadurch erhöht und damit die Dauer des Nachweisverfahrens deutlich verkürzt werden. Poröse Substrate eignen sich somit aufgrund ihrer vorteilhaften fluidischen Eigenschaften sehr gut als Substrat für derartige DNA- und Protein-Microarrays.substrates with high, but defined porosity are the basis for such Biochips face several advantages planar substrates. On the greatly enlarged surface can do more Detection reactions take place. This increases the detection sensitivity for biological Assays. By pumping the target molecules dissolved in the analyte through the channels between front and back of the porous one Substrates will be in close spatial contact with the surface of the substrate Substrate brought (<10 microns). On this size scale Diffusion is a very effective transportation process that takes place within a short time Time the distances between the target molecule to be detected and the on the surface bridged immobilized capture molecule. The Speed of the binding reaction can thereby be increased and thus the duration of the detection procedure will be significantly shortened. Porous substrates are thus suitable due to their advantageous fluidic properties very good as a substrate for such DNA and protein microarrays.

Ein großer Teil der heute verwendeten analytischen Methoden in der Wirkstoff-Forschung und klinischen Diagnostik setzt optische Verfahren zum Nachweis von Bindungsereignissen zwischen nachzuweisender Substanz und Fängermolekülen ein (z.B.One greater Part of today's analytical methods in drug discovery and clinical diagnostics uses optical methods for detection of binding events between substance to be detected and capture molecules (e.g.

DNA-Hybridisierungen, Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen und Protein-Wechselwirkungen). Die nachzuweisende Substanz wird hierbei mit einem Marker versehen, der nach Anregung mit Licht geeigneter Wellenlänge fluoresziert (Fluoreszenzverfahren) oder der eine chemische Reaktion auslöst, die wiederum Licht erzeugt (Chemilumineszenzverfahren). Bindet die nachzuweisende Substanz, d.h. das Zielmolekül, mit dem immobilisierten Fängermolekül auf der Oberfläche, so kann dies optisch, z.B. über Lumineszenz, nachgewiesen werden. Unter dem Begriff "Lumineszenz" wird hierbei die spontane Emission von Photonen im ultravioletten bis infraroten Spektralbereich bezeichnet. Anregungsmechanismen der Lumineszenz können optischer oder nicht-optischer Natur sein, beispielsweise elektrische, chemische, biochemische und/oder thermische Anregungsprozesse. Somit sollen insbesondere Chemi-, Bio- und Elektrolumineszenz sowie Fluoreszenz und Phosphoreszenz unter den Begriff "Lumineszenz" im Sinne dieser Erfindung fallen.DNA hybridizations Antibody-antigen interactions and protein interactions). The substance to be detected becomes in this case provided with a marker, which is more suitable after excitation with light wavelength fluoresces (fluorescence) or a chemical reaction triggers that in turn generates light (chemiluminescence method). Bind the demonstrable Substance, i. the target molecule, with the immobilized capture molecule on the Surface, this can be done optically, e.g. above Luminescence, be detected. The term "luminescence" here is the spontaneous emission of photons in the ultraviolet to infrared Spectral range called. Excitation mechanisms of luminescence can optical or non-optical nature, for example electrical, chemical, biochemical and / or thermal excitation processes. Consequently In particular, chemical, bio and electroluminescence and fluorescence and phosphorescence under the term "luminescence" within the meaning of this invention.

Ein Nachteil von porösen, transparenten Substraten ist jedoch das Übersprechen der Lumineszenzsignale von benachbarten Spots. Das heißt, Signale, die von einem Spot herrühren, strahlen auch in angrenzende Spotbereiche und können dadurch die Signalintensitäten der benachbarten Spots verfälschen.One Disadvantage of porous, transparent substrates, however, is the crosstalk of the luminescence signals from neighboring spots. That is, signals, that come from a spot, They also radiate into adjacent spot areas and can therefore increase the signal intensities of the falsify neighboring spots.

Zur Überwindung dieses Problems wird bislang die Oberfläche abgerastert und nur Teile des Spots beleuchtet und ausgewertet. Dies erfordert jedoch den Einsatz komplexer und teuerer Detektionsgeräte. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Spots räumlich sehr weit zu trennen. Dies führt jedoch zu einer geringen Spottdichte, die für viele Anwendungen dann jedoch nicht mehr ausreichend hoch ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, transparente poröse Bereiche durch nicht-transparente Barrieren optisch voneinander abzutrennen. So wird in WO03/089925 eine 3D-Wellenleiterstruktur vorgestellt, welche lokal transparente Bereiche aus SiO2 aufweist, wobei diese transparenten Bereiche wiederum von einem reflektierenden Rahmen aus Wänden mit Siliziumkern umgeben sind, wodurch das optische Übersprechen des in der Struktur erzeugten Lumineszenzlichts zwischen den Kompartments durch die reflektierenden Wände aus im wesentlichen Silizium unterbunden werden kann. Die in WO03/089925 vorgestellte Vorrichtung zeigt im Rahmen von Analyseverfahren auf Fluoreszenz- oder Chemilumineszenz-Basis Chemilumineszenz-Basis zwar eine verbesserte absolute Signalausbeute bei verbessertem Signal-Rausch-Verhältnis. Jedoch ist die Herstellung der in WO03/089925 vorgestellten 3D-Wellenleiterstruktur nur schwer zu kontrollieren, da während der thermischen Oxidation des makroporösen Siliziums durch die Volumenverdopplung beim Übergang von Silizium zu Siliziumdioxid starke Spannungen innerhalb der Struktur entstehen. Im ungünstigsten Fall führt dies zu einer Verbiegung und Verzerrung der Struktur. Für Biochips sind solche nicht-planaren Substrate aber ungeeignet. Ein Nachteil derartiger Substrate ist daher deren aufwendige Herstellung.To overcome this problem so far the surface is scanned and illuminated only parts of the spot and evaluated. However, this requires the use of complex and expensive detection devices. Another possibility is to separate the spots spatially very far. However, this leads to a low mica density, which is then no longer sufficiently high for many applications. Another possibility is to optically separate transparent porous areas from one another by non-transparent barriers. Thus WO03 / 089925 presents a 3D waveguide structure which has locally transparent regions of SiO 2 , these transparent regions in turn being surrounded by a reflective frame of walls with silicon core, whereby the optical crosstalk of the luminescence light generated in the structure between the compartments can be prevented by the reflective walls of substantially silicon. The device presented in WO03 / 089925 shows an improved absolute signal yield with an improved signal-to-noise ratio in the context of chemiluminescence-based analysis methods based on fluorescence or chemiluminescence. However, the fabrication of the 3D waveguide structure presented in WO03 / 089925 is difficult to control because of the strong thermal stress of the macroporous silicon due to the volume doubling in the transition from silicon to silicon dioxide. In the worst case, this leads to bending and distortion of the structure. For biochips, however, such non-planar substrates are unsuitable. A disadvantage of such substrates is therefore their complicated production.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein "Biochip-Grundmodul" zum Nachweis biochemischer Reaktionen und/oder Bindungen bereitzustellen, die bzw. das im Rahmen von Analyseverfahren auf Fluoreszenz- oder Chemilumineszenz-Basis eine im Vergleich zu der in WO03/089925 vorgestellten Vorrichtung vergleichbar günstige absolute Signalausbeute bei vergleichbarem Signal-Rausch-Verhältnis liefern soll, um so die Nachweisempfindlichkeit von mit dem fertigen Biochip durchzuführenden Tests zu steigern, deren bzw. dessen Herstellung jedoch nicht die vorstehend angeführten Probleme der in WO03/089925 vorgestellten Vorrichtung zeigt, sondern relativ unaufwendig ist.Of the The present invention is therefore based on the object, a device or a "biochip basic module" for the detection of biochemical Provide reactions and / or bindings under the of fluorescence or chemiluminescence-based analysis methods, a Comparable to the device presented in WO03 / 089925 favorable provide absolute signal yield with a comparable signal-to-noise ratio, so as to be carried out the detection sensitivity of the finished biochip Tests to increase, but whose production is not the mentioned above Problems of the device presented in WO03 / 089925 shows, but relatively inexpensive.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.These The object is achieved by the embodiments characterized in the claims solved.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Vorrichtungen bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet sind, daß in einem porösen Substrat optische Barrieren durch lokal gezieltes Auffüllen von Poren mit optisch nicht-transparentem Material oder durch das Modifizieren bzw. Beschichten von entsprechenden Porenwänden mit Metall vorgesehen werden, so daß Lumineszenzsignale (z.B. aus Fluoreszenz, Chemilumineszenz usw.) nicht über die optischen Barrieren im Substrat in benachbarte poröse Bereiche übersprechen können.According to the present The invention provides devices characterized are that in a porous one Substrate optical barriers by locally targeted filling of Pores with optically non-transparent material or by modifying or coating of corresponding pore walls with metal, so that luminescence signals (e.g., from fluorescence, chemiluminescence, etc.) not via the crosstalk optical barriers in the substrate into adjacent porous regions can.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, umfassend ein flächig ausgebildetes makroporöses Trägermaterial (10), das über mindestens einen Oberflächenbereich verteilt eine Vielzahl von Poren (11) mit einem Durchmesser im Bereich von 500 nm bis 100 μm aufweist, welche sich von einer Oberfläche (10A) zur gegenüberliegenden Oberfläche (10B) des Trägermaterials durchgängig erstrecken, wobei die Vorrichtung zwei oder mehrere Kompartments (11A) aufweist, die jeweils zwei oder mehrere Poren (11) umfassen, wobei die ein solches Kompartment (11A) umgebenden Poren mit einem optisch nicht-transparenten Material ausgefüllt sind, so daß ein solches Kompartment (11A) jeweils von einem zu den Längsachsen der Poren im wesentlichen parallel angeordneten, zu den Oberflächen (10A, 10B) hin offenen Rahmen (12) aus derart ausgefüllten Poren umgeben ist.According to a first embodiment of the present invention, a device is provided, comprising a flat-shaped macroporous support material ( 10 ), which distributes a plurality of pores over at least one surface area ( 11 ) having a diameter in the range of 500 nm to 100 μm, which extends from a surface ( 10A ) to the opposite surface ( 10B ) of the carrier material, the device comprising two or more compartments ( 11A ), each having two or more pores ( 11 ), whereby such a compartment ( 11A ) surrounding pores are filled with an optically non-transparent material, so that such a compartment ( 11A ) arranged in each case from one to the longitudinal axes of the pores substantially parallel to the surfaces ( 10A . 10B ) open frames ( 12 ) is surrounded by such filled pores.

Das makroporöse Trägermaterial bzw. Substrat unterliegt keiner Beschränkung, so lange es aus transparentem Material ist. Üblicherweise ist das makroporöse Trägermaterial aus Siliziumdioxid, Glas oder Aluminiumoxid ausgewählt.The macroporous support material or substrate is subject to no restriction, as long as it is made of transparent Material is. Usually is the macroporous support material selected from silica, glass or alumina.

Das optisch nicht-transparente Material, mit welchem die Kompartmenteinfassung bzw. die den Rahmen (12) bildenden Poren (11) ausgefüllt werden, unterliegt ebenfalls keiner Beschränkung, so lange diese Material optisch nicht-transparent ist. In der Regel wird dieses Material entsprechend der biologischen und technischen Anforderungen gewählt.The optically non-transparent material with which the compartment border or the frame ( 12 ) forming pores ( 11 ) are also subject to no restriction, as long as this material is optically non-transparent. As a rule, this material is chosen according to the biological and technical requirements.

Üblicherweise ist das optisch nicht-transparente Material aus einem organischen Polymer ausgewählt, in welchem Pigmente und/oder Metallkügelchen bzw. Metallplättchen dispergiert sind. Als organisches Polymer können beispielhaft hier Poly(meth)acrylate, Polysiloxane, Polyurethane, Polyaddukte von Bisphenol-A und Epichlorhydrin, Polyolefine wie z.B. Vinylchlorid-Copolymerisate, Polyepoxidharze, Harnstoff-, Melamin- und Phenolharze genannt werden. Beispielhaft können hier Vinnol®-Lackharze der Firma Wacker Chemie, Burghausen, angeführt werden. Die Auswahl der Farben unterliegt keiner Beschränkung, solange die wesentlichen Anforderungen wie Lichtundurchlässigkeit, Verarbeitbarkeit mit gängigen Druckverfahren, keine Eigenfluoreszenz, Biokompatibilität und möglichst inerte Oberfläche zur Vermeidung unspezifischer Bindungen beachtet werden. So können sowohl organische als auch anoganische Pigmente eingesetzt werden. Als Beispiele für solche Pigmente können Pigment Black 7, Pigment Blue 15.3, Pigment Green 7 und Pigment Red 122 genannt werden. Es können aber auch anorganische Pigmente wie Kupferoxide, Eisenoxide, Chromoxide und deren Gemische, etc., vorgesehen werden. Als Metallkügelchen bzw. -plättchen können beispielsweise Silber-, Goldkügelchen oder Aluminiumflakes in einem solchen organischen Polymer dispergiert werden.Usually, the optically non-transparent material is selected from an organic polymer in which pigments and / or metal beads or metal flakes are dispersed. As an organic polymer, poly (meth) acrylates, polysiloxanes, polyurethanes, polyadducts of bisphenol A and epichlorohydrin, polyolefins such as vinyl chloride copolymers, polyepoxide resins, urea, melamine and phenolic resins can be exemplified here. By way of example here Vinnol ® -Lackharze Wacker Chemie, Burghausen, can be given. The choice of colors is not limited, as long as the essential requirements such as opacity, processability with common printing processes, no intrinsic fluorescence, biocompatibility and inert surface as possible to avoid non-specific bonds are observed. Thus, both organic and anoganic pigments can be used. Examples of such pigments include Pigment Black 7, Pigment Blue 15.3, Pigment Green 7 and Pigment Red 122. However, it is also possible to provide inorganic pigments such as copper oxides, iron oxides, chromium oxides and mixtures thereof, etc. As metal spheres or platelets, for example, silver, gold spheres or aluminum flakes can be dispersed in such an organic polymer.

Es können nahezu alle strukturierenden Verfahren wie Mikrowetprinting, Lift-Off Verfahren, Stempelverfahren, Lithographieverfahren, Plasma Printing, Siebdruckverfahren angewendet werden, um die Poren, welche den Rahmen (12) bzw. die Überstruktur, welche die Kompartments einfasst bzw. abgrenzt, aufzufüllen. Zwar findet durch das erfindungsgemäße Befüllen der Poren mit optisch nicht-transparentem Material bisweilen keine vollständige optische Trennung statt, da sich Licht in den transparenten Stegen ausbreiten kann und somit ein geringer Teil des Lichts von einem Kompartment ins andere gelangen kann. Der Anteil ist jedoch sehr gering, da das maskierende, optisch nicht-transparente Material optisch dichter als das eingesetzte poröse Trägermaterial gewählt werden kann und damit Licht aus den Stegen in das verwendete optisch nicht-transparente Material gebrochen und absorbiert wird.Nearly all structuring methods, such as micro-printing, lift-off, stamping, lithography, plasma printing, screen printing, can be used to 12 ) or the superstructure that encloses or demarcates the compartments. Although, by filling the pores according to the invention with optically non-transparent material, there is sometimes no complete optical separation, since light can propagate in the transparent webs and thus a small part of the light can pass from one compartment to the other. However, the proportion is very low, since the masking, optically non-transparent material can be optically denser than the porous support material used and thus light from the webs is refracted and absorbed in the optically non-transparent material used.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei lokal Bereiche bzw. Kompartments auf, die zwei oder mehrere Poren aufweisen. Diese Bereiche sind wiederum von einer kastenartigen bzw. rahmenartigen Überstruktur umgeben bzw. umschlossen, die durch die mit optisch nicht-transparentem Material gefüllten Poren erzeugt wird, die unmittelbar an die zwei oder mehrere Poren aufweisende Bereiche bzw. Kompartments angrenzen. Dadurch wird ein zu den Oberflächen (10A, 10B) hin offener Rahmen bzw. Kasten bzw. Zylinder, dessen Zylinderachse parallel zu den Poren verläuft, gebildet.The device according to the invention has locally regions or compartments which have two or more pores. These regions are in turn surrounded by a box-like superstructure, which is created by the pores filled with optically non-transparent material which directly adjoin the two or more pores or compartments. This will add one to the surfaces ( 10A . 10B ) open frame or box or cylinder whose cylinder axis is parallel to the pores formed.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise jeder einzelne Rahmen (12) innerhalb der Gesamtheit aller Rahmen vollständig von den ihn umgebenden Rahmen bzw. den benachbarten Rahmen räumlich isoliert. Die einzelnen Rahmen, die durch mit optisch nicht transparentem Material gefüllte Poren erzeugt werden, hängen somit nicht zusammen bzw. berühren sich nicht, sondern sind voneinander vollständig getrennt. Die Bereiche bzw. Kompartments, welche üblicherweise durch Poren mit Porenwänden aus Glas, Al2O3 oder SiO2, insbesondere SiO2, gebildet werden, sind damit für Wellenlängen insbesondere im sichtbaren Bereich transparent. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist somit lokal transparente Bereiche auf, wobei diese transparenten Bereiche wiederum von einem reflektierenden Rahmen aus mit optisch nicht-transparentem Material gefüllten Poren umgeben sind. Mit anderen Worten, es liegen lokal vollständig transparente Bereiche bzw. Kompartments aus insbesondere Glas, Al2O3 oder SiO2 vor, die durch mit optisch nicht-transparentem Material gefüllte Poren, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung quasi eine diese Kompartments vollständig umgebende, kastenartige Sekundärstruktur bilden, voneinander getrennt sind.According to the present invention, each individual frame is preferably ( 12 ) within the entirety of all frames spatially isolated from the surrounding frame (s). The individual frames, which are produced by pores filled with optically non-transparent material, thus do not hang together or touch each other, but are completely separated from one another. The regions or compartments, which are usually formed by pores with pore walls of glass, Al 2 O 3 or SiO 2 , in particular SiO 2 , are thus transparent to wavelengths, especially in the visible range. The device according to the invention thus has locally transparent regions, these transparent regions in turn being surrounded by a reflective frame of pores filled with optically non-transparent material. In other words, there are locally completely transparent regions or compartments, in particular glass, Al 2 O 3 or SiO 2 , which are filled with optically non-transparent material-filled pores, which in the device according to the invention virtually surrounds these compartments in a box-like manner Form secondary structure, are separated from each other.

Der aus mit optisch nicht-transparentem Material gefüllten Poren gebildete Rahmen bzw. Kasten (12) eliminiert Streulicht und optisches Übersprechen zwischen den Bereichen bzw. Kompartments, die zwei oder mehrere Poren (11) mit Porenwänden (11B) aus transparentem Material, wie insbesondere Glas, Al2O3 oder SiO2, umfassen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber porösen Substraten, die vollständig transparent sind.The frame or box formed from pores filled with optically non-transparent material ( 12 ) eliminates stray light and optical crosstalk between the regions or compartments that have two or more pores ( 11 ) with pore walls ( 11B ) of transparent material, in particular glass, Al 2 O 3 or SiO 2 . This is a significant advantage over porous substrates that are completely transparent.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, umfassend ein flächig ausgebildetes makroporöses Trägermaterial (10), das über mindestens einen Oberflächenbereich verteilt eine Vielzahl von Poren (11) mit einem Durchmesser im Bereich von 500 nm bis 100 μm aufweist, welche sich von einer Oberfläche (10A) zur gegenüberliegenden Oberfläche (10B) des Trägermaterials durchgängig erstrecken, wobei die Vorrichtung zwei oder mehrere Kompartments (11A) aufweist, die jeweils zwei oder mehrere Poren (11) umfassen, wobei die Porenwände (11C) der ein solches Kompartment (11A) umgebenden Poren lokal mit einer Metallschicht modifiziert sind, so daß ein solches Kompartment (11A) jeweils von einem zu den Längsachsen der Poren im wesentlichen parallel angeordneten, zu den Oberflächen (10A, 10B) hin offenen Rahmen (12) aus derart modifizierten Porenwänden (11C) umgeben ist.According to a second embodiment of the present invention, a device is provided, comprising a flat macroporous support material ( 10 ), which distributes a plurality of pores over at least one surface area ( 11 ) having a diameter in the range of 500 nm to 100 μm, which extends from a surface ( 10A ) to the opposite surface ( 10B ) of the carrier material extend continuously, wherein the device has two or more compartments ( 11A ), each having two or more pores ( 11 ), wherein the pore walls ( 11C ) of such a compartment ( 11A ) surrounding pores are locally modified with a metal layer, so that such a compartment ( 11A ) arranged in each case from one to the longitudinal axes of the pores substantially parallel to the surfaces ( 10A . 10B ) open frames ( 12 ) from such modified pore walls ( 11C ) is surrounded.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei wiederum lokal Bereiche bzw. Kompartments auf, die zwei oder mehrere Poren aufweisen. Diese Bereiche sind wiederum von einer kastenartigen bzw. rahmenartigen Überstruktur umgeben bzw. umschlossen, die durch die mit einer Metallschicht modifizierten Poren bzw. Porenwände (11C) erzeugt wird, die unmittelbar an die zwei oder mehrere Poren (11) aufweisende Bereiche bzw. Kompartments (11A) angrenzen. Dadurch wird wiederum ein zu den Oberflächen (10A, 10B) hin offener Rahmen bzw. Kasten bzw. Zylinder (12), dessen Zylinderachse parallel zu den Poren verläuft, gebildet.In turn, the device according to the invention has locally regions or compartments which have two or more pores. These regions are in turn surrounded by a box-like or frame-like superstructure, which is surrounded by the pores or pore walls ( 11C ) directly to the two or more pores ( 11 ) or compartments ( 11A ). This, in turn, leads to the surfaces ( 10A . 10B ) open frame or box or cylinder ( 12 ), whose cylinder axis is parallel to the pores formed.

Bezüglich dieser zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise wieder jeder einzelne Rahmen (12) innerhalb der Gesamtheit aller Rahmen vollständig von den ihn umgebenden Rahmen bzw. den benachbarten Rahmen räumlich isoliert. Die einzelnen Rahmen, die durch die mit einer Metallschicht modifizierten Poren erzeugt werden, hängen somit nicht zusammen bzw. berühren sich nicht, sondern sind voneinander vollständig getrennt. Die Bereiche bzw. Kompartments, welche üblicherweise durch Poren mit Porenwänden (11B) aus Glas, Al2O3 oder SiO2, insbesondere SiO2, gebildet werden, sind damit für Wellenlängen insbesondere im sichtbaren Bereich transparent. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist somit lokal transparente Bereiche auf, wobei diese transparenten Bereiche wiederum von einem reflektierenden Rahmen (12) aus mit einer Metallschicht modifizierten Poren (11C) umgeben sind. Mit anderen Worten, es liegen lokal vollständig transparente Bereiche bzw. Kompartments (11A) aus insbesondere Glas, Al2O3 oder SiO2 vor, die durch die mit einer Metallschicht modifizierten Poren, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung quasi eine diese Kompartments vollständig umgebende, kastenartige Sekundärstruktur bilden, voneinander getrennt sind.With respect to this second embodiment of the present invention, preferably each individual frame ( 12 ) within the entirety of all frames spatially isolated from the surrounding frame (s). The individual frames which are produced by the pores modified with a metal layer thus do not hang or touch each other but are completely separated from one another. The areas or compartments, which are usually through pores with pore walls ( 11B ) of glass, Al 2 O 3 or SiO 2 , in particular SiO 2 , are thus transparent to wavelengths, especially in the visible range. The device according to the invention thus has locally transparent regions, these transparent regions in turn being formed by a reflective frame (FIG. 12 ) made of pores modified with a metal layer ( 11C ) are surrounded. In other words, locally completely transparent regions or compartments ( 11A ) in particular glass, Al 2 O 3 or SiO 2 , which are separated from each other by the modified with a metal layer pores, which in the device according to the invention virtually a these compartments completely surrounding, box-like secondary structure.

Der aus der mit einer Metallschicht modifizierten Poren gebildete Rahmen bzw. Kasten (12) eliminiert Streulicht und optisches Übersprechen zwischen den Bereichen bzw. Kompartments (11B), die zwei oder mehrere Poren (11) mit Porenwänden (11B) aus transparentem Material, wie insbesondere Glas, Al2O3 oder SiO2, umfassen.The frame or box formed from the pores modified with a metal layer ( 12 ) eliminates stray light and optical crosstalk between the regions or compartments ( 11B ), the two or more pores ( 11 ) with pore walls ( 11B ) of transparent material, in particular glass, Al 2 O 3 or SiO 2 .

Die porösen transparenten Substrate mit einer Dicke zwischen 200 μm und 1 mm und Porendurchmesser zwischen 1 μm und 50 μm werden lokal mit Metall bzw. Metallionen maskiert, um die Kompartments auszubilden. Die Metallschicht kann somit auf Basis von elementaren Metall oder einer Metallverbindung wie insbesondere deren Chalkogenide sein, insoweit sie in das Trägermaterial diffundieren und die optischen Eigenschaften ändern können. Hierzu werden diese Materialien auf Metall-Basis üblicherweise zunächst in entsprechenden Lackharzen, wie z.B.The porous transparent substrates with a thickness between 200 microns and 1 mm and pore diameter between 1 micron and 50 μm are locally masked with metal or metal ions around the compartments train. The metal layer can thus be based on elementary Metal or a metal compound, in particular its chalcogenides, insofar as they are in the carrier material diffuse and change the optical properties. These are these materials on a metal basis usually first in corresponding lacquer resins, e.g.

Vinnol®-Lackharze der Firma Wacker Chemie, Burghausen, dispergiert. Die Metalle bzw. deren Chalkogenide wie Oxide und Sulfide (z.B. FeS, FeO, Fe3O4, CuO, Cr2O3, Pb3O4, TiO2, etc. ) können insofern auch in Form von deren im Handel erhältlichen Emailfarben eingesetzt werden. Es können auch Schwarzlot (Kupfer-Eisenoxidgemisch) und Silbergelb (beim Einbrennen von Silbernitrat entsteht durch kolloidal verteiltes, elementares Silber eine gelbe Farbe) vorgesehen werden. Es sind auch metallische Nanopartikel aus z.B. Kupfer, Silber oder Gold einsetzbar. Anschließend werden mit Hilfe eines Temperprozesses bzw. Einbrennprozesses Teile des sich auf der Oberfläche befindlichen Metalls bzw. der Metallverbindung in die Porenwände des Trägermaterials getrieben, um die optischen Eigenschaften in den Porenwänden bzw. Stegen gezielt zu verändern. Die Eindringtiefe des Metalls in das Material der Porenwände des Trägermaterials wird über die Temperatur und Zeit gesteuert. Die Poren mit der Metallschicht an den Wänden und deren optisch modifizierte Stege bzw. Porenwände bilden dann ein Kompartment. Licht, das von einem Kompartment in die Stege gebrochen wird, kann durch die modifizierten Stege größtenteils absorbiert oder reflektiert werden.Vinnol ® -Lackharze Wacker Chemie, Burghausen, dispersed. The metals or their chalcogenides such as oxides and sulfides (eg FeS, FeO, Fe 3 O 4 , CuO, Cr 2 O 3 , Pb 3 O 4 , TiO 2 , etc.) can also be used in the form of their commercially available enamel paints be used. It is also possible to provide black solder (copper-iron oxide mixture) and silver yellow (when burning in silver nitrate, a colloidal, elemental silver forms a yellow color). It is also possible to use metallic nanoparticles of, for example, copper, silver or gold. Subsequently, with the aid of an annealing process or baking process, parts of the metal or metal compound present on the surface are driven into the pore walls of the carrier material in order to specifically change the optical properties in the pore walls or webs. The penetration depth of the metal into the material of the pore walls of the support material is controlled by temperature and time. The pores with the metal layer on the walls and their optically modified ridges or pore walls then form a compartment. Light that is broken into the lands by a compartment may be largely absorbed or reflected by the modified lands.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Kompartmentrahmen der vorstehenden beiden Ausführungsformen ein Aspektverhältnis von etwa 1:1:100 bis 1:1:1 (Höhe × Breite × Tiefe) aufweisen.in the Within the scope of the present invention, the compartment frames the above two embodiments an aspect ratio from about 1: 1: 100 to 1: 1: 1 (height × width × depth) exhibit.

In den erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist über mindestens einen Oberflächenbereich des flächig ausgebildeten makroporösen Trägermaterials (10) verteilt eine Vielzahl von üblicherweise periodisch angeordneten Poren, welche sich von einer Oberfläche (10A) zur gegenüberliegenden Oberfläche (10B) des Trägermaterials erstrecken, angeordnet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können auf dem flächig ausgebildeten makroporösen Trägermaterial (10) bereichsweise auch Sacklöcher, d.h. nur nach einer der Oberflächenseiten (10A, 10B) geöffnete Poren, vorgesehen werden.In the devices according to the invention, at least one surface region of the macroporous support material ( 10 ) distributes a plurality of usually periodically arranged pores extending from a surface ( 10A ) to the opposite surface ( 10B ) of the substrate extend. In the context of the present invention, on the areal macroporous support material ( 10 ) partially blind holes, ie only after one of the surface sides ( 10A . 10B ) open pores are provided.

Das eingesetzte makroporöse Trägermaterial weist vorzugsweise einen Porendurchmesser von 1 μm bis 100 μm, mehr bevorzugt 1 bis 20 μm auf. Die Dicke des makroporösen Trägermaterials beträgt üblicherweise 100 bis 1.000 μm, vorzugsweise 250 bis 450 μm. Der Abstand von Porenmitte zu Porenmitte (Pitch), d.h. zweier zueinander benachbarter bzw. angrenzender Poren beträgt üblicherweise 1 bis 100 μm, vorzugsweise 2 bis 12 μm. Die Porendichte liegt üblicherweise im Bereich von 104 bis 108/cm2.The macroporous support material used preferably has a pore diameter of 1 μm to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm. The thickness of the macroporous support material is usually 100 to 1,000 .mu.m, preferably 250 to 450 .mu.m. The distance from the center of the pore to the center of the pore (pitch), ie, two adjacent or adjacent pores, is usually 1 to 100 μm, preferably 2 to 12 μm. The pore density is usually in the range of 10 4 to 10 8 / cm 2 .

Die Poren (11) können in hexagonaler oder quadratischer Anordnung vorliegen. Ferner können die Poren (11) in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen beispielsweise im wesentlichen rund oder ellipsenförmig gestaltet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Poren (11) im wesentlichen quadratisch ausgebildet. Der aus mit optisch nicht-transparentem Material gefüllten Poren gebildete Rahmen (12) kann dann in im wesentlichen quadratischer oder rechteckiger Form vorliegen.The pores ( 11 ) may be in hexagonal or square arrangement. Furthermore, the pores ( 11 ) may be designed in the inventive devices, for example, substantially round or elliptical. In a preferred embodiment of the present invention, the pores ( 11 ) is formed substantially square. The frame formed of pores filled with optically non-transparent material ( 12 ) may then be in substantially square or rectangular shape.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bezüglich beider Ausführungsformen, wie vorstehend beschrieben, auch eine Vorrichtung mit sogenannter Hybridstruktur eingeschlossen, die aus zusammenhängenden Kompartments und nicht-zusammenhängenden Kompartments aufgebaut ist. Diesbezüglich wird in vollem Umfang auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2004 018846.7 Bezug genommen, deren Offenbarungsgehalt insoweit Teil der vorliegenden Anmeldung sein soll.As described above, according to the present invention, as described above, a so-called hybrid structure device composed of contiguous compartments and non-contiguous compartments is also included. In this regard, the entirety of the German patent application DE 10 2004 018846.7 Reference, the disclosure of which should be part of the present application.

Zur Fertigung eines Biochips bezüglich beider Ausführungsformen, wie vorstehend beschrieben, kann dann beispielsweise das Anbringen bzw. Binden von Linkermolekülen an die Porenoberflächen erfolgen. Solche Linkermoleküle unterliegen keiner spezifischen Beschränkung, solange sie befähigt sind, an beispielsweise die auf der Oberfläche eines porösen Trägermaterials aus Glas, SiO2 oder Al2O3 vorliegenden OH-Gruppen kovalent zu binden und weiter eine funktionelle Gruppe aufweisen, die zur kovalenten Bindung mit als Sonden in biologisch-chemischen Reaktionen einsetzbaren Fängermolekülen befähigt ist. Solche Linkermoleküle sind üblicherweise auf der Basis einer Silizium-organischen Verbindung. Derartige bifunktionelle Silizium-organische Verbindungen können beispielsweise Alkoxysilan-Verbindungen mit einer oder mehreren terminalen funktionalen Gruppen, ausgewählt aus Epoxy, Glycidyl, Chlor, Mercapto oder Amino, sein. Vorzugsweise ist die Alkoxysilan-Verbindung ein Glycidoxyalkylalkoxysilan, wie z.B. 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, ein Mercaptoalkylalkoxysilan, wie z.B. γ- Mercaptopropyltrimethoxysilan, oder ein Aminoalkylalkoxysilan, wie z.B. N-β-(aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilan. Die Länge der als Spacer zwischen der funktionellen Gruppe, wie z.B. Epoxy bzw. Glycidoxy, welche mit dem Fängermolekül bzw. der Sonde bindet, und der Trialkoxysilangruppe wirkenden Alkylenreste unterliegt dabei keiner Beschränkung. Derartige Spacer können auch Polyethylenglykolreste sein.For the production of a biochip with respect to both embodiments, as described above, then, for example, the attachment or binding of linker molecules to the pore surfaces can take place. Such linker molecules are not specifically limited as long as they are capable of covalently bonding to, for example, the OH groups present on the surface of a porous glass, SiO 2 or Al 2 O 3 support material and further having a functional group capable of covalent bonding with as probes in biochemical reactions usable catcher molecules is capable. Such linker molecules are usually based on a silicon-organic compound. Such bifunctional organosilicon compounds may be, for example, alkoxysilane compounds having one or more terminal functional groups selected from epoxy, glycidyl, chloro, mercapto or amino. Preferably, the alkoxysilane compound is a glycidoxyalkylalkoxysilane such as 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, a mercaptoalkylalkoxysilane such as γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, or an aminoalkylalkoxysilane such as N-β- (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane. The length of the spacer as a spacer between the functional group, such as epoxy or glycidoxy, which binds with the capture molecule or the probe, and the Trialkoxysilangruppe acting alkylene is subject to no restriction. Such spacers may also be polyethylene glycol radicals.

Zur Endfertigung eines Biochips kann dann das Anbinden bzw. Koppeln von Fängermolekülen wie beispielsweise Oligonukleotiden bzw. DNA-Molekülen an das Trägermaterial über die Linkermoleküle nach den im Stand der Technik üblichen Verfahren erfolgen, beispielsweise mittels Behandeln des porösen Trägermaterials bei Verwendung von Epoxysilanen als Linkermoleküle durch anschließende Reaktion der terminalen Epoxidgruppen mit terminalen primären Aminogruppen oder Thiolgruppen von Oligonukleotiden bzw. DNA-Molekülen, die in entsprechenden Analyseverfahren als immobilisierte bzw. fixierte Fängermoleküle für die im zu untersuchenden Analyten vorliegenden Zielmoleküle fungieren. Dabei können beispielsweise die als Fängermoleküle verwendbaren Oligonukleotide unter Verwendung der Synthesestrategie, wie in Tet. Let. 22, 1981, Seiten 1859 bis 1862, beschrieben, hergestellt werden. Die Oligonukleotide können dabei während des Herstellungsverfahrens entweder an der 5-oder der 3-Endstellung mit terminalen Aminogruppen derivatisiert werden. Eine weitere Möglichkeit der Anbindung solcher Fängermoleküle an die Innenwandoberflächen der Poren kann durchgeführt werden, indem das Substrat zunächst mit einer Chlorquelle, wie Cl2, SOCl2, COCl2 oder (COCl)2, gegebenfalls unter Verwendung eines Radikalinitiators wie Peroxide, Azoverbindungen oder Bu3SnH, behandelt wird und anschließend mit einer entsprechenden nucleophilen Verbindung, wie insbesondere mit Oligonukleotiden bzw. DNA-Molekülen, die terminale primäre Aminogruppen oder Thiolgruppen oder andere entsprechende funktionale Gruppen aufweisen, umgesetzt werden (siehe WO 00/33976).For the final production of a biochip then the binding or coupling of capture molecules such as oligonucleotides or DNA molecules to the support material via the linker molecules according to the conventional methods, for example by treating the porous support material using epoxysilanes as linker molecules by subsequent reaction of the terminal epoxide groups with terminal primary amino groups or thiol groups of oligonucleotides or DNA molecules which function in corresponding analysis methods as immobilized or fixed capture molecules for the target molecules present in the analyte to be investigated. In this case, for example, the oligonucleotides which can be used as catcher molecules can be synthesized using the synthesis strategy as described in Tet. Let. 22, 1981, pages 1859-1862. The oligonucleotides can be derivatized during the preparation process either at the 5 or the 3-terminal position with terminal amino groups. Another way of attaching such capture molecules to the interior wall surfaces of the pores can be accomplished by first exposing the substrate to a source of chlorine such as Cl 2 , SOCl 2 , COCl 2 or (COCl) 2 , optionally using a free radical initiator such as peroxides, azo compounds or Bu 3 SnH, and then with a corresponding nucleophilic compound, in particular with oligonucleotides or DNA molecules having terminal primary amino groups or thiol groups or other corresponding functional groups are reacted (see WO 00/33976).

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eignen sich insbesondere auch für die örtlich begrenzte, lichtgesteuerte Synthese von Molekülen an den Porenwänden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Steuern chemischer bzw. biochemischer Reaktionen bzw. Synthesen die Schritte:

  • – Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. BioChips;
  • – Einleiten einer Synthesesubstanz in zumindest eine der Poren des Trägermaterials;
  • – Einkoppeln von Licht in die Pore zum optischen Anregen zumindest der Synthesesubstanz.
The devices according to the invention are also particularly suitable for the localized, light-controlled synthesis of molecules on the pore walls. Another object of the present invention thus relates to a method for controlling chemical or biochemical reactions or syntheses the steps:
  • Providing a device according to the invention or biochips;
  • Introducing a synthetic substance into at least one of the pores of the carrier material;
  • - Coupling of light into the pore for the optical excitation of at least the synthesis substance.

Für planare Substrate ist das Verfahren der lichtgesteuerten Synthese beispielsweise in EP 0 619 321 und EP 0 476 014 beschrieben. Auf den Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften wird hinsichtlich des Aufbaus und des lichtgesteuerten Syntheseverfahren in vollem Umfang Bezug genommen, so daß diese Druckschriften insoweit zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehören. Durch die effiziente Ausbreitung des Lichts in die Poren hinein können an den Porenwände photochemische Reaktionen getrieben bzw. gesteuert werden. Insbesondere können auf diese Weise komplexe sequentielle lichtgesteuerte chemische Reaktionen an den Porenbegrenzungsflächen ausgeführt werden.For planar substrates, the process of light-directed synthesis is, for example, in EP 0 619 321 and EP 0 476 014 described. With regard to the structure and the light-controlled synthesis process, reference is made in its entirety to the disclosure content of these publications, so that these documents are to Offenba content of the present application. Due to the efficient propagation of the light into the pores, photochemical reactions can be driven or controlled on the pore walls. In particular, complex sequential light-controlled chemical reactions can be carried out on the pore boundary surfaces in this way.

Optisches Übersprechen zwischen den einzelnen Poren oder Bereichen/Kompartments wird durch die reflektierenden Wände aus mit optisch nicht transparentem Material gefüllten Poren unterbunden. Damit wird ein Hauptproblem bei der lichtgesteuerten Synthese auf planaren Substraten gelöst.Optical crosstalk between the individual pores or areas / compartments is through the reflective walls prevented from pores filled with optically non-transparent material. In order to becomes a major problem in planar synthesis in light-directed synthesis Substrates solved.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigt:The The present invention will be described below with reference to FIGS Figures described by way of example. It shows:

1 eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung aus makroporösem Trägermaterial (10), worin Poren vollständig mit optisch nicht-transparentem Material unter Ausbildung eines wie vorstehend beschriebenen Rahmens (12) gefüllt sind. Die gefüllten Poren bilden den Rahmen (12), der wiederum ein Kompartment (11A) umschließt. Die Porenwände (11B), d.h. die Stege zwischen den Poren (11), innerhalb des Kompartments (11A) sind transparent. 1(A) zeigt die Aufsicht und 1(B) die Seitenansicht eines Ausschnitts einer solchen Vorrichtung. Während die 1(A) und 1(B) eine Ausführungsform mit quadratisch angeordneten Poren zeigen, ist in 1(C) schematisch die Draufsicht auf eine Ausführungsform mit hexagonal angeordneten Poren gezeigt. 1 an exemplary device according to the invention of macroporous carrier material ( 10 in which pores are completely filled with optically non-transparent material to form a frame as described above ( 12 ) are filled. The filled pores form the frame ( 12 ), which in turn is a compartment ( 11A ) encloses. The pore walls ( 11B ), ie the webs between the pores ( 11 ), within the Compartment ( 11A ) are transparent. 1 (A) shows the supervision and 1 (B) the side view of a section of such a device. While the 1 (A) and 1 (B) show an embodiment with square pores, is in 1 (C) schematically shows the top view of an embodiment with hexagonal pores.

2 eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung aus makroporösem Trägermaterial (10), worin Porenwände (11C) unter Ausbildung eines wie vorstehend beschriebenen Rahmens (12) beispielsweise durch Aufbringen einer Metallschicht derart modifiziert sind, daß sie nicht mehr transparent sind. Die derart modifizierten Poren bilden den Rahmen (12), der wiederum ein Kompartment (11A) umschließt. Die Porenwände (11B), d.h. die Stege zwischen den Poren (11), innerhalb des Kompartments (11A) sind transparent. 1(A) und 1(B) zeigen Aufsichten und 1(C) die Seitenansicht eines Ausschnitts einer solchen Vorrichtung. Während die 1(A), 1(B) und 1(C) eine Ausführungsform mit quadratisch angeordneten Poren zeigen, ist in 1(D) schematisch die Draufsicht auf eine Ausführungsform mit hexagonal angeordneten Poren gezeigt. 2 an exemplary device according to the invention of macroporous carrier material ( 10 ), in which pore walls ( 11C ) forming a framework as described above ( 12 ) are modified, for example by applying a metal layer so that they are no longer transparent. The thus modified pores form the framework ( 12 ), which in turn is a compartment ( 11A ) encloses. The pore walls ( 11B ), ie the webs between the pores ( 11 ), within the Compartment ( 11A ) are transparent. 1 (A) and 1 (B) show upfront and 1 (C) the side view of a section of such a device. While the 1 (A) . 1 (B) and 1 (C) show an embodiment with square pores, is in 1 (D) schematically shows the top view of an embodiment with hexagonal pores.

1010
makroporöses Trägermaterialmacroporous carrier material
10A, 10B10A, 10B
TrägermaterialoberflächenSubstrate surfaces
1111
Porepore
11A11A
Kompartmentcompartment
11B11B
Porenwände bzw. Stege innerhalb eines KompartmentsPore walls or Footbridges within a compartment
11C11C
modifizierte Porenwändemodified pore walls
1212
Rahmenframe

Claims (16)

Vorrichtung, umfassend ein flächig ausgebildetes makroporöses Trägermaterial (10), das über mindestens einen Oberflächenbereich verteilt eine Vielzahl von Poren (11) mit einem Durchmesser im Bereich von 500 nm bis 100 μm aufweist, welche sich von einer Oberfläche (10A) zur gegenüberliegenden Oberfläche (10B) des Trägermaterials durchgängig erstrecken, wobei die Vorrichtung zwei oder mehrere Kompartments (11A) aufweist, die jeweils zwei oder mehrere Poren (11) umfassen, wobei die ein solches Kompartment (11A) umgebenden Poren mit einem optisch nicht transparenten Material ausgefüllt sind, so daß ein solches Kompartment (11A) jeweils von einem zu den Längsachsen der Poren im wesentlichen parallel angeordneten, zu den Oberflächen (10A, 10B) hin offenen Rahmen (12) aus derart ausgefüllten Poren umgeben ist.Device comprising a flat macroporous support material ( 10 ), which distributes a plurality of pores over at least one surface area ( 11 ) having a diameter in the range of 500 nm to 100 μm, which extends from a surface ( 10A ) to the opposite surface ( 10B ) of the carrier material, the device comprising two or more compartments ( 11A ), each having two or more pores ( 11 ), whereby such a compartment ( 11A ) surrounding pores are filled with a non-transparent material, so that such a compartment ( 11A ) arranged in each case from one to the longitudinal axes of the pores substantially parallel to the surfaces ( 10A . 10B ) open frames ( 12 ) is surrounded by such filled pores. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder einzelne Rahmen (12) innerhalb der Gesamtheit aller Rahmen vollständig von den ihn umgebenden Rahmen räumlich isoliert ist.Apparatus according to claim 1, wherein each individual frame ( 12 ) is completely spatially isolated from the surrounding frames within the totality of all frames. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Porendichte im Bereich von 104 bis 108/cm2 liegt.Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the pore density is in the range of 10 4 to 10 8 / cm 2 . Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Trägermaterial aus Siliziumdioxid, Glas oder Aluminiumoxid ausgewählt ist.Apparatus according to claim 1, 2 or 3, wherein said support material is selected from silica, glass or alumina. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Poren (11) im wesentlichen quadratisch ausgebildet sind und der Rahmen (12) in im wesentlichen quadratischer oder rechteckiger Form vorliegt.Device according to one of claims 1 to 4, wherein the pores ( 11 ) are formed substantially square and the frame ( 12 ) in substantially square or rectangular shape. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das optisch transparente Material aus einem organischen Polymer, in dem welchem Pigmente und/oder Metallkügelchen dispergiert sind, ausgewählt ist.Device according to one of claims 1 to 5, wherein the optical transparent material of an organic polymer in which Pigments and / or metal spheres are dispersed is. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei an zumindest einer der Poren (11) zumindest bereichsweise kovalent Fängermoleküle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus DNA, Proteinen und Liganden, gebunden sind.Device according to one of the preceding claims, wherein on at least one of the pores ( 11 ) are at least partially covalent capture molecules selected from the group consisting of DNA, proteins and ligands bound. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Fängermoleküle Oligonukleotidsonden sind, die über endständige Amino- oder Thiolgruppen an Linkermoleküle gebunden sind, die wiederum über kovalente und/oder ionische Gruppen an die Poren (11) gebunden sind.The device according to claim 7, wherein the capture molecules are oligonucleotide probes which are bound via terminal amino or thiol groups to linker molecules which in turn are attached to the pores via covalent and / or ionic groups ( 11 ) are bound. Vorrichtung, umfassend ein flächig ausgebildetes makroporöses Trägermaterial (10), das über mindestens einen Oberflächenbereich verteilt eine Vielzahl von Poren (11) mit einem Durchmesser im Bereich von 500 nm bis 100 μm aufweist, welche sich von einer Oberfläche (10A) zur gegenüberliegenden Oberfläche (10B) des Trägermaterials durchgängig erstrecken, wobei die Vorrichtung zwei oder mehrere Kompartments (11A) aufweist, die jeweils zwei oder mehrere Poren (11) umfassen, wobei die Porenwände (11C) der ein solches Kompartment (11A) umgebenden Poren lokal mit einer Metallschicht modifiziert sind, so daß ein solches Kompartment (11A) jeweils von einem zu den Längsachsen der Poren im wesentlichen parallel angeordneten, zu den Oberflächen (10A, 10B) hin offenen Rahmen (12) aus derart modifizierten Porenwänden (11C) umgeben ist.Device comprising a flat macroporous support material ( 10 ), which distributes a plurality of pores over at least one surface area ( 11 ) having a diameter in the range of 500 nm to 100 μm, which extends from a surface ( 10A ) to the opposite surface ( 10B ) of the carrier material, the device comprising two or more compartments ( 11A ), each having two or more pores ( 11 ), wherein the pore walls ( 11C ) of such a compartment ( 11A ) surrounding pores are locally modified with a metal layer, so that such a compartment ( 11A ) arranged in each case from one to the longitudinal axes of the pores substantially parallel to the surfaces ( 10A . 10B ) open frames ( 12 ) from such modified pore walls ( 11C ) is surrounded. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei jeder einzelne Rahmen (12) innerhalb der Gesamtheit aller Rahmen vollständig von den ihn umgebenden Rahmen räumlich isoliert ist.Apparatus according to claim 9, wherein each individual frame ( 12 ) is completely spatially isolated from the surrounding frames within the totality of all frames. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Porendichte im Bereich von 104 bis 108/cm2 liegt.Apparatus according to claim 9 or 10, wherein the pore density is in the range of 10 4 to 10 8 / cm 2 . Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei das Trägermaterial aus Siliziumdioxid, Glas oder Aluminiumoxid ausgewählt ist.Apparatus according to claim 9, 10 or 11, wherein the support material is selected from silica, glass or alumina. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Poren (11) im wesentlichen quadratisch ausgebildet sind und der Rahmen (12) in im wesentlichen quadratischer oder rechteckiger Form vorliegt.Device according to one of claims 9 to 12, wherein the pores ( 11 ) are formed substantially square and the frame ( 12 ) in substantially square or rectangular shape. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Metallschicht auf Basis von elementaren Metall oder einer Metallverbindung davon wie insbesondere deren Chalkogenide ist.Device according to one of claims 9 to 13, wherein the metal layer based on elemental metal or a metal compound thereof in particular their chalcogenides. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei an zumindest einer der Poren (11) zumindest bereichsweise kovalent Fängermoleküle, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus DNA, Proteinen und Liganden, gebunden sind.Device according to one of claims 9 to 14, wherein on at least one of the pores ( 11 ) are at least partially covalent capture molecules selected from the group consisting of DNA, proteins and ligands bound. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Fängermoleküle Oligonukleotidsonden sind, die über endständige Amino- oder Thiolgruppen an Linkermoleküle gebunden sind, die wiederum über kovalente und/oder ionische Gruppen an die Poren (11) gebunden sind.The device according to claim 15, wherein the capture molecules are oligonucleotide probes which are bound via terminal amino or thiol groups to linker molecules, which in turn are attached to the pores via covalent and / or ionic groups ( 11 ) are bound.
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