DE102007008499A1 - Verfahren zur Immobilisierung von Hydrogelen über unmodifizierten Polymermaterialien, Biochip auf Basis von unmodifizierten Polymermaterialien und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Verfahren zur Immobilisierung von Hydrogelen über unmodifizierten Polymermaterialien, Biochip auf Basis von unmodifizierten Polymermaterialien und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung stellt eine Verwendung für eine Zahl unmodifizierter Polymermaterialien, die ohne ihre vorhergehende Modifikation verwendet werden, für die Herstellung von Trägern von Biochips zur Verfügung, wobei die Modifikation gedacht ist für die Immobilisierung von Hydrogelen über der Trägeroberfläche. Die Erfindung stellt ebenso einen Biochip, der auf dem Träger der unmodifizierten Polymermaterialien hergestellt ist, sowie auch ein Verfahren zur Herstellung eines Biochips und ein Verfahren zur Hydrogelimmobilisierung über den Trägern der unmodifizierten Polymermaterialien zur Verfügung.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der Molekularbiologie und bioorganischen Chemie und beschäftigt sich mit der Verwendung von Polymermaterialien, die ohne vorhergehende chemische Modifikation verwendet werden können, zur Herstellung eines Biochips mit Gel-immobilisierten Oligonukleotiden, Proteinen, Nukleinsäuren oder beliebigen anderen biologisch aktiven Verbindungen. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung von gelartigen Biochips, die in der Molekularbiologie beim Sequenzieren und Kartieren (mapping) von DNA, der Detektion von Mutationen sowie auch in zahlreichen medizinischen Anwendungen verwendet werden können.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gegenwärtig werden zur Herstellung von Biochips Träger verwendet, die aus Glas (Keramik), Metallen und Polymermaterialien hergestellt sind. Vor der Herstellung der Mikrochips werden das Glas, Metall und meistens die Polymere chemisch modifiziert, um auf ihrer Oberfläche einige aktive Gruppen zu bilden, die biologisch aktive Verbindungen binden können. Die beliebteste ist die Oberfläche mit Carboxy [1], Amino, Mercapto [2], Aldehyd [3], Isocyanat [4], Methacryl [5] und anderen Gruppen. In einer Zahl von Fällen gelang die Immobilisierung biologisch aktiver Verbindungen über Nylonmembranen [4] und über Polystyrol [6] ohne zusätzliche Modifikation.
    • [1] Nathalie Zammatteo, Laurent Jeanmart, Sandrine Hamels, Stephane Courtois, Pierre Louette, Laslo Hevesi, Jose Remacle, Analytical Biochemistry, 2000, 280, S. 143-150.
    • [2] Celine Adessi, Gilles Matton, Guidon Ayala, Gerardo Turcatti, Jean-Jacques Mermod, Pascal Mayer, Eric Kawashima, Nucleic Acids Research, 2000, Bd. 28, N20, e87.
    • [3] Edward N. Timofeev, Svetlana V. Kochetkova, Andrei D. Mirzabekov, Vladimir L. Florentiev, Nucleic Acids Research, 1996, Bd. 24, N16, S. 3142-3148.
    • [4] Markus Beier, Jorg D. Hoheisel, Nucleic Acids Research, 1999, Bd. 27, N9, S. 1970-1977.
    • [5] Anil Kumar, Zicai Liang, Nucleic Acids Research, 2001, Bd. 29, N2, e2.
    • [6] Farah N. Rehman, Mark Audeh, Ezra S. Abrams, Philip W. Hammond, Mary Kenney, T. Christian Boles, Nucleid Acids Research, 1999, Bd. 27, N2, S. 649-655.
  • Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von Biochips auf Basis von Hydrogelen, wobei der Prozesszyklus aus den folgenden Stufen besteht: (1) chemisches Modifizieren des Glasträgers, (2) Ausbilden einer Matrix von Gelzellen darauf, (3) Aufbringen der Lösungen biologischer Makromoleküle auf die Zellen gemäß dem vorgegebenen Biochipkreislauf, (4) chemisches Aktivieren der Zellen, um die Molekülproben zu immobilisieren, (5) Waschreinigen und Trocknen der erhaltenen Biochips. Um die Matrix von Gelzellen zu bilden, gibt es ein bekanntes Verfahren zur Laserablation einer speziellen Lichtabsorptionsschicht, die unter der kontinuierlichen Gelschicht liegt und die eine Geometrie hat, die relativ zu der definierten Zell-Array-Geometrie komplementär ist [7].
    • [7] Ershov et al., US-Patent Nr. 5770721
  • Ebenso bekannt sind Verfahren zur Herstellung von Biochips auf Basis eines Gels, wobei die Stufe der Zell-Array-Bildung und die Stufe der Immobilisierung der Molekülproben in einer einzelnen Stufe vereinigt sind auf Kosten der Verwendung einer photo- oder chemisch induzierten Copolymerisationstechnik [8, 9].
    • [8] Vasiliskov A.V. et al., BioTechniques, 1999, Bd. 27, S. 592-606.
    • [9] RU 2216547 C2 .
  • Der Kern dieser Verfahren besteht in der Verwendung solcher Zusammensetzungen, die zusammen mit einem Monomer und einem Vernetzungsmittel immobilisierbare Makromoleküle umfassen, versehen mit einer aktiven Gruppe, die für die Einfügung dieser Moleküle in ein Hydrogelpolymernetzwerk sorgt.
  • Zum gegenwärtigen Zeitpunkt für die Herstellung von Biochipträgern verwendete Materialien sowie auch die Verfahren zur Herstellung von Biochips auf ihrer Basis haben eine Zahl grundlegender Nachteile.
  • Die prinzipiellen Nachteile von Glasträgern können die folgenden einschließen:
    • – Ungenügende chemische Homogenität der Glasoberfläche. Diese Glaseigenschaft führt bei der chemischen Modifikation zur Bildung einer Oberfläche, die aus Bereichen mit unterschiedlichen hydrophoben (hydrophilen) Eigenschaften besteht und die in hohem Maße die Reproduzierbarkeit der physikalischen Eigenschaften des Biochips beeinträchtigt, einschließlich Volumen und Form der Zellen sowie auch ihre wechselseitige Anordnung.
    • – Relative Komplexität bei der Verarbeitung eines Glases und bei der Herstellung von Biochips mit einer vorgegebenen Oberflächenkonfiguration.
    • – Ungenügende mechanische Festigkeit.
    • – Vergleichsweise hohe Kosten eines Trägers mit der geforderten Oberflächenqualität.
    • – Obligatorische chemische Behandlung der Glasoberfläche zur wirksamen Immobilisierung biologisch aktiver Moleküle.
  • Die prinzipiellen Nachteile von Polymermaterialien, die heutzutage zur Herstellung von Trägern verwendet werden, können die folgenden einschließen:
    • • Die Polymeroberfläche erfordert die vorhergehende chemische Modifikation.
    • • Die poröse Struktur der Nylonfilter, die heutzutage in Verwendung sind, erlegen der Zahl von Biochipelementen, bezogen auf die Oberflächeneinheit Einschränkungen auf.
    • • Die über Polystyrol ohne vorherige chemische Modifikation seiner Oberfläche hergestellten Gel-Biochip-Elemente sind lose an der Oberfläche befestigt und während sie abgewaschen und hybridisiert werden, werden sie oft zerstört.
  • Gegenwärtig basieren alle bekannten Verfahren zur Herstellung von Gel-Biochips auf der Verwendung eines chemisch modifizierten Glases als Träger mit all seinen involvierten Nachteilen, die die Produktivität bei der Herstellung sowie auch die Qualität der Gel-Biochips beeinträchtigen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der erste erfindungsgemäße Aspekt stellt die Verwendung von unmodifizierten Polymermaterialien, die ohne ihre vorhergehende Modifikation verwendet werden, zur Herstellung eines Biochipträgers, der dafür gedacht ist, dass Hydrogele auf seiner Oberfläche immobilisiert werden, zur Verfügung. Die Hydrogelimmobilisierung auf der Trägeroberfläche wird zum Zeitpunkt seiner Bildung durch ein Polymerisationsverfahren bewirkt.
  • Zur Herstellung eines Biochipträgers sind Polymermaterialien, die ohne jegliche vorhergehende Modifikation verwendet werden, aus den folgenden Materialien ausgewählt:
    ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), ABS+PA (eine Mischung von ABS und Polyamid), ABS+PBT (eine Mischung von ABS und Polybutylenterephthalat), ABS + PC (eine Mischung von ABS und Polycarbonat), ABS+PMMA (eine Mischung von ABS und Polymethylmethacrylat), ABS+PVC (eine Mischung von ABS und Polyvinylchlorid), ACS (Copolymer von Acrylnitril, chloriertem Ethylen und Styrol), COC (Copolymere von Cycloolefinen), MABS (Copolymer von Methylmethacrylat, Acrylnitril, Butadien und Styrol), PA 6 (Polyamid 6), PA6-3-T (Polyamid 6-3-T), PA 11 (Polyamid 11), PA 12 (Polyamid 12), PA 46 (Polyamid 46), PA 66 (Polyamid 66), PA 610 (Polyamid 610), PA 612 (Polyamid 612), PBT (Polybutylenterephthalat), PBT+PC (eine Mischung von Polybutylenterephthalat und Polycarbonat), PC+PET (eine Mischung von Polycarbonat und Polyethylenterephthalat), PC+PMMA (eine Mischung von Polycarbonat und Polymethylmethacrylat), PET oder PETP (Polyethylenterephthalat), PETG (Polyethylenterephthalatglycol), PMMA (Polymethylmethacrylat), PPA (Polyphthalamid, Hochtemperatur-Polyamid), PVC (Polyvinylchlorid) und/oder Mischungen davon.
  • Die Erfindung stellt auch die Verwendung von Polymermaterialien und/oder Mischungen davon in Kombination mit Füllern zur Verfügung. Anorganische Füllstoffe, wie Asbest, Glasfasern und/oder Talk können als Füller verwendet werden.
  • Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Biochip, der über dem Träger, ausgewählt aus den oben aufgelisteten unmodifizierten Polymermaterialien und/oder Mischungen davon, hergestellt ist, mit einer auf der Trägeroberfläche immobilisierten Gelschicht zur Verfügung. Die spezifischen Polymermaterialien und/oder Mischungen davon können auch in Kombination mit Füllern verwendet werden. Anorganische Füllstoffe, eingeschlossen Asbest, Glasfasern und/oder Talk können als Füller verwendet werden. Gel, das auf dem Polymerträger immobilisiert ist, kann auch in Form von Zellen, die voneinander getrennt sind, angeordnet werden. Diese Zellen können auch eine regelmäßige eindimensionale oder zweidimensionale Struktur (Array) bilden.
  • Die Gelzellen können immobilisierte biologisch aktive Verbindungen einschließen und dann können unterschiedliche biologische aktive Verbindungen innerhalb unterschiedlicher Gelzellen immobilisiert werden. Jede Gelzelle eines Biochips kann zusätzlich immobilisiertes Fluoreszenzfarbmittel, beispielsweise Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY, einschließen. Die Immobilisierung der Verbindungen wird zum Zeitpunkt der Gelbildung unter thermisch, chemisch und photochemisch initiierter Polymerisation bewirkt.
  • Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Gel-Biochips zur Verfügung, wobei das Verfahren die Immobilisierung von Hydrogelen auf dem aus den oben aufgelisteten unmodifizierten Polymermaterialien und/oder Mischungen davon hergestellten Träger umfasst. Die spezifischen Polymermaterialien und/oder Mischungen davon können auch in Kombination mit Füllern verwendet werden. Anorganische Füllstoffe, eingeschlossen Asbest, Glasfasern und/oder Talk können als Füller verwendet werden.
  • Thermisch-, chemisch- oder photo-initiierte Polymerisation kann zur Bildung eines Gels verwendet werden. Im Fall der photo-initiierten Polymerisation kann eine photo-initiierte Polymerisation verwendet werden, die durch Licht in den Ultraviolett- oder sichtbaren Bereichen des Spektrums erzeugt wird.
  • Für die Gelbildung können Zusammensetzungen, die ein Monomer, ein Vernetzungsmittel und ein Lösungsmittel umfassen, verwendet werden, wobei die Zusammensetzungen zusätzlich eine immobilisierbare biologisch aktive Verbindung und/oder ein Fluoreszenzfarbmittel, beispielsweise Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY, enthalten können. Zusätzlich können die spezifischen Zusammensetzungen auch einen Polymerisationsinitiator oder -promotor enthalten.
  • Für die Gelbildung können ebenso Zusammensetzungen verwendet werden, die ein reaktives Oligomer und ein Lösungsmittel umfassen. Eine spezielle Zusammensetzung kann zusätzlich eine immobilisierbare biologisch aktive Verbindung und/oder ein Fluoreszenzfarbmittel, beispielsweise Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY, enthalten. In einer Ausführungsform kann das spezifische reaktive Oligomer zusätzlich eine biologisch aktive Verbindung in seine Struktur einschließen. Zusätzlich können spezifische Zusammensetzungen auch einen Polymerisationsinitiator oder -promotor enthalten.
  • Um den Transfer spezifischer Zusammensetzungen auf den Polymerträger zu bewirken, kann ein Mikrodispenser, beispielsweise ein Mikrodispenser vom stabartigen (Nadel-), Stift-Typ oder Strahl-Typ verwendet werden.
  • Träger mit angeordneten Mikrotropfen von Zusammensetzungen können in einen hermetischen Behälter mit einer sauerstoffreien Atmosphäre gestellt werden. Die sauerstoffreie Atmosphäre kann unter Verwendung von Stickstoff, Argon und Kohlendioxidgas erzeugt werden.
  • Die Immobilisierung der biologisch aktiven Verbindungen im Gel wird zum Zeitpunkt der Hydrogelbildung bewirkt.
  • Aus den Polymermaterialien hergestellte Träger werden vor der Biochipherstellung keinerlei chemischer Modifikation unterzogen.
  • Nach der Polymerisation können die Biochips in Pufferlösungen und dann in destilliertem Wasser abgewaschen werden.
  • Die Qualität erhaltener Biochips kann kontrolliert werden durch den Durchmesser der Biochipelemente und/oder durch das Fluoreszenzsignal des Farbmittels, das in der jeweiligen Gelzelle des Biochips immobilisiert ist.
  • Der vierte erfindungsgemäße Aspekt stellt ein Verfahren zur Immobilisierung von Hydrogelen über Trägern, die aus den oben aufgelisteten unmodifizierten Polymermaterialien und/oder Mischungen davon ohne ihre vorhergehende chemische Modifikation hergestellt sind, zur Verfügung. Spezifische Polymermaterialien und/oder Mischungen davon können auch in Kombination mit Füllern verwendet werden. Anorganische Stoffe, eingeschlossen Asbest, Glasfasern und/oder Talk können als Füller verwendet werden.
  • Für die Gelbildung kann eine thermisch, chemisch oder photo-initiierte Polymerisation verwendet werden. Im Fall einer photo-initiierten Polymerisation kann die photo-initiierte Polymerisation, die durch Licht in den Ultraviolett- oder sichtbaren Bereichen des Spektrums erzeugt wird, verwendet werden.
  • Aus Polymermaterialien hergestellte Träger würden keine chemische Modifikation ihrer Oberfläche erfahren.
  • Für die Gelbildung können Zusammensetzungen, die ein Monomer, ein Vernetzungsmittel und ein Lösungsmittel umfassen, wobei diese Zusammensetzungen zusätzlich eine immobilisierbare, biologisch aktive Verbindung und/oder ein Fluoreszenzfarbmittel, beispielsweise Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY, enthalten, verwendet werden. Die spezifischen Zusammensetzungen können zusätzlich auch einen Polymerisationsinitiator oder -promotor enthalten.
  • Für die Gelbildung können auch Zusammensetzungen verwendet werden, die ein reaktives Oligomer und ein Lösungsmittel umfassen. Eine spezielle Zusammensetzung kann zusätzlich eine immobilisierbare biologisch aktive Verbindung und/oder ein Fluoreszenzfarbmittel, beispielsweise Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY, enthalten. In einer der Ausführungsformen der Erfindung kann das spezifische reaktive Oligomer zusätzlich auch eine biologisch aktive Verbindung in seiner Struktur einschließen. Zusätzlich können die spezifischen Zusammensetzungen auch einen Polymerisationsinitiator oder -promotor enthalten.
  • Hydrogele können über Polymerträgern in Form kontinuierlicher Schicht unterschiedlicher Dicke und Konfiguration erzeugt werden. Die Hydrogele können über Polymerträgern auch in Form von Gelzellen, die voneinander getrennt sind, angeordnet werden.
  • Nach dem Transfer spezifischer Zusammensetzungen auf den Polymerträger kann letzterer in einen hermetischen Behälter mit einer sauerstoffreien Atmosphäre gestellt werden. Die sauerstoffreie Atmosphäre kann unter Verwendung von Stickstoff, Argon und Kohlendioxidgas erzeugt werden.
  • Nach der Polymerisation kann das gebildete Gel in Pufferlösungen und dann in destilliertem Wasser abgewaschen werden.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird durch die folgenden Figuren erläutert:
  • 1 zeigt Fotografien von Biochips, die aus Polymethylmethacrylat (PMMA) unter (A, D) thermisch, (B, E) chemisch und (C, F) photo-initiierter Polymerisation hergestellt wurden.
    Die in Beispiel 1 dargelegten Zusammensetzungen wurden in Tropfen auf die PMMA-Platte ohne deren vorhergehende Modifikation gegeben und dann UF-bestrahlt (λ = 350 nm). Die PMMA-Platten mit immobilisierten Gelelementen wurden in einer Pufferlösung und in Wasser abgewaschen und dann getrocknet. Zur Kontrolle der Qualität der Biochipelemente wurde das Biochipbild in Durchlicht (A, B, C) und in Lumineszenzlicht (D, E, F) aufgezeichnet.
  • 2 zeigt die Resultate der Hybridisierung von mit einem Fluoreszenzfarbmittel markiertem Oligonukleotid, das auf dem Oligonukleotid-Biochip, der auf Basis unterschiedlicher Polymerträger und Glas hergestellt worden war, erhalten wurde.
  • Oligonukleotide
    5'-AATTGGCTCAGCTGGCT-OCH2CH(CH2OH)(CH2)4-NH2 (A) und
    5'-AATTGGCTCGGCTGGCT-OCH2CH(CH2OH)(CH2)4-NH2 (B) wurden in Hydrogel gemäß Beispiel 1-I auf Trägern, die aus unterschiedlichen Polymermaterialien hergestellt waren: PMMA (1); PETP (2); PA6 (3); ABS (4); ABS+PBT (5); ACS (6); COC (7); MABS (8); PETG (9); ABS+PA (10); PPA (11); PVC (12); ABS+PMMA (13); PBT+PC (14); ABS+PC (15); ABS+PVC (16); PBT (17); PC+PET (18); PC+PMMA (19); Glas (20) immobilisiert. In Übereinstimmung mit Beispiel 2 wurden die erhaltenen Biochips mit Oligonukleotid, das mit dem Fluoreszenzfarbmittel 3'-TTAACCGAGTCGACCGA-Cy5 markiert war, hybridisiert. Nach der Hybridisierung wurde das größte Fluoreszenzsignal in den Zellen eines Biochips beobachtet, welche das immobilisierte Oligonukleotid A enthalten, das vollständig komplementär ist zu dem fluoreszenzmarkierten.
  • Ausführliche Beschreibung
  • In dieser Erfindung wird vorgeschlagen, eine Zahl gut bekannter und kommerziell erhältlicher Polymermaterialien zur Herstellung von Trägern von Gel-Biochips ohne ihre vorhergehende Modifikation zu verwenden. Die Polymermaterialien sind aus den folgenden Materialien ausgewählt:
    ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), ABS+PA (eine Mischung von ABS und Polyamid), ABS+PBT (eine Mischung von ABS und Polybutylenterephthalat), ABS + PC (eine Mischung von ABS und Polycarbonat), ABS+PMMA (eine Mischung von ABS und Polymethylmethacrylat), ABS+PVC (eine Mischung von ABS und Polyvinylchlorid), ACS (Copolymer von Acrylnitril, chloriertem Ethylen und Styrol), COC (Copolymere von Cycloolefinen), MABS (Copolymer von Methylmethacrylat, Acrylnitril, Butadien und Styrol), PA 6 (Polyamid 6), PA6-3-T (Polyamid 6-3-T), PA 11 (Polyamid 11), PA 12 (Polyamid 12), PA 46 (Polyamid 46), PA 66 (Polyamid 66), PA 610 (Polyamid 610), PA 612 (Polyamid 612), PBT (Polybutylenterephthalat), PBT+PC (eine Mischung von Polybutylenterephthalat und Polycarbonat), PC+PET (eine Mischung von Polycarbonat und Polyethylenterephthalat), PC+PMMA (eine Mischung von Polycarbonat und Polymethylmethacrylat), PET oder PETP (Polyethylenterephthalat), PETG (Polyethylenterephthalatglycol), PMMA (Polymethylmethacrylat), PPA (Polyphthalamid, Hochtemperatur-Polyamid), PVC (Polyvinylchlorid) und/oder Mischungen davon.
  • Spezifische Polymermaterialien und/oder Mischungen davon können auch in Kombination mit Füllern verwendet werden. Anorganische Füllstoffe, wie Asbest, Glasfasern und/oder Talk können als Füller verwendet werden.
  • Polymermaterialien, die ohne ihre vorhergehende Modifikation verwendet werden, sind für die Herstellung von Trägern für die chemische Immobilisierung von Hydrogelen auf ihrer Oberfläche zum Zeitpunkt ihrer Bildung durch die thermisch, chemisch und photochemisch induzierte Polymerisation gedacht. Spezifische Träger sind für die Herstellung von Biochips mit den in einem Gel immobilisierten biologisch aktiven Verbindungen gedacht.
  • Ein Biochip ist eine Gelschicht, die über dem Polymerträger ausgebildet ist und in Form von voneinander getrennten Zellen angeordnet ist, wobei jede Zelle die immobilisierten, biologisch aktiven Verbindungen enthalten oder nicht enthalten kann und sich gleichzeitig die in verschiedenen Zellen immobilisierten biologisch aktiven Verbindungen in ihrer Art und Eigenschaften unterscheiden können. Die Zellen können eine regelmäßige eindimensionale oder zweidimensionale Struktur (Array) bilden. Die Aufbringung von Zusammensetzungen mit biologisch aktiven Verbindungen auf den Träger kann mit verschiedenen Mitteln durchgeführt werden, eingeschlossen die Verwendung einer automatischen Vorrichtung (z.B. eines Roboters), die mit einem oder mehreren Mikrodispensern vom Strahl- oder Stab-/Nadel-Typ ausgestattet ist.
  • Die Immobilisierung von Oligonukleotiden, Proteinen und Nukleinsäuren oder anderen biologisch aktiven Verbindungen in einem Gel kann bewirkt werden:
    • • zum Zeitpunkt der Gelbildung, während eine thermisch, chemisch und photochemisch initiierte Polymerisation durchgeführt wird;
    • • nach der Gelbildung über dem Polymerträger.
  • Innerhalb ihrer Struktur können biologisch aktive Verbindungen eine aktive (beispielsweise Immobilisierungs-)Gruppe tragen, einschließlich: Amino-, Sulfhydryl-, Methacrylamid-, Acrylamid-, Acrylat-, Methacrylat-, Hydrazidgruppen usw. oder können ohne vorhergehende Modifikation in ihrer nativen Form verwendet werden.
  • Zusätzlich zu der immobilisierten biologisch aktiven Verbindung kann jede Gelzelle eines Biochips ein immobilisiertes Fluoreszenzfarbmittel enthalten, das für die Kontrolle der Biochipqualität und zur Interpretation der Resultate der Hybridisierung auf dem Chip verwendet wird.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Gel-Biochips über zur Verfügung gestellten Polymerträgern umfasst die folgenden Schritte:
    • • Herstellung von Zusammensetzungen für die Gelbildung;
    • • Transfer der Zusammensetzungen auf den Träger;
    • • Polymerisation der Zusammensetzungen in einer sauerstoffreien Atmosphäre;
    • • eine Biochip-Waschreinigung;
    • • Kontrolle der Qualität der Biochipelemente.
  • Während der Herstellung der Zusammensetzungen werden zur Bildung einer homogenen Lösung alle Komponenten sorgfältig gemischt und entgast.
  • Die Zusammensetzungen umfassen die folgenden Komponenten:
    • • Monomer, das die Basis des Gels bildet, das gebildet wird und eine ungesättigte Verbindung darstellt
    Als ein Monomer werden Acrylamid, Methacrylamid, N-[tris(hydroxymethyl)methyl]acrylamid, 2-Hydroxyethylmethacrylat, Methylmethacrylat oder ein anderes Monomer, das Mehrfachbindungen enthält, wobei mindestens eine Mehrfachbindung in der Polymerisation reaktiv sein muss, verwendet;
    • • Vernetzungsmittel, das eine ungesättigte Verbindung mit zwei oder mehr Mehrfachbindungen darstellt;
    Als ein Vernetzungsmittel können N,N'-Methylenbisacrylamid, N,N'-Methylenbismethacrylamid, N,N'-(1,2-Dihydroxyethylen)bisacrylamid, Polyethylenglycoldiacrylat, alleine oder in einer Mischung oder ein anderes symmetrisches oder asymmetrisches Vernetzungsmittel mit zwei oder mehr in Polymerisationsreaktionen aktiven Mehrfachbindungen verwendet werden;
    • • Immobilisierbare biologisch aktive Verbindung (optionale Komponente);
    Als eine biologisch aktive Verbindung können Oligonukleotid, Nukleinsäure, Protein oder eine andere maßgebliche Verbindung verwendet werden;
    • • Fluoreszenzfarbmittel (optionale Komponente)
    Als ein Fluoreszenzfarbmittel können Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY und andere Fluoreszenzfarbmittel verwendet werden.
    • • Lösungsmittel
    Als ein Lösungsmittel können Wasser, Glycerol, N,N-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, verschiedene polare und unpolare Lösungsmittel, wässrige Pufferlösungen, Glycerrollösungen, Saccharoselösungen, Polyalkohollösungen, Salz- und Nicht-Salzlösungen polarer und unpolarer Lösungsmittel verwendet werden;
    • • Initiator oder Promotor der Polymerisation (optionale Komponente)
    Als Initiator oder Promotor können in Wasser oder organischen Medien lösliche Verbindungen, die zur Photo- oder chemischen Initiation der Polymerisation beitragen, nämlich Ammoniumpersulfat, Kaliumpersulfat, Wasserstoffperoxid, Benzoylperoxid, Azoisobutyronitril (AIBN), Eisen(II)-Eisensalze, Methylenblau, Fluorescein, N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, 4-(N,N-Dimethylamino)pyridin, Triethylamin, Aceton oder ein anderer Initiator für die photochemisch oder chemisch induzierte Polymerisation verwendet werden.
  • Bei der Herstellung der Zusammensetzungen können anstelle eines Monomers und/oder Vernetzungsmittels reaktive Oligomere verwendet werden, die in ihrer Struktur biologisch aktive Verbindungen enthalten oder nicht enthalten.
  • Wenn die thermisch oder photo-initiierte Polymerisation durchgeführt wird, kann ein Initiator oder Promotor der Polymerisation auch fehlen.
  • Zum Bewirken des Transfers von Zusammensetzungen auf den Polymerträger werden Roboter mit Mikrodispensern unterschiedlicher Typen verwendet, eingeschlossen diejenigen, die mit Mikrodispensern vom stabartigen (Nadel-) Typ, Stift-Typ und Strahl-Typ ausgestattet sind.
  • Zur Durchführung der Polymerisation werden die Träger mit Mikrotropfen der Zusammensetzungen in einen hermetischen Behälter mit einer sauerstoffreien Atmosphäre (Stickstoff, Argon, Kohlendioxidgas usw.) gestellt.
  • Die thermisch initiierte Polymerisation innerhalb von Lösungsmikrotropfen wird unter der sauerstoffreien Atmosphäre bei T = 60-80°C durchgeführt.
  • Zur Durchführung der chemisch initiierten Polymerisation innerhalb der Lösungsmikrotropfen werden die letzteren unter einer sauerstoffreien Atmosphäre bei T = 60-80°C, abhängig von dem ausgewählten Initiator, gehalten.
  • Der photo-initiierte Polymerisationsprozess wird durch UV-Einstrahlung mit λ ≥ 312 nm bewirkt.
  • Die erhaltenen Biochips werden zuerst in Pufferlösungen und dann in destilliertem Wasser abgewaschen und danach verwendet.
  • Die Qualität der erhaltenen Biochips wird bestimmt durch den relativen Fehler der Durchmesser von Biochipelementen oder Volumina davon. Das Volumen der Biochipelemente ist proportional zu dem Fluoreszenzsignal eines innerhalb der jeweiligen Gelzelle eines Biochips immobilisierten Farbmittels.
  • Ein Verfahren zur Immobilisierung von Hydrogelen über Polymerträgern zum Zeitpunkt der Bildung der Hydrogele nimmt die Erzeugung von kovalenten Bindungen zwischen den Makromolekülen von Polymerträgern und den Hydrogelen an, wobei die kovalenten Bindungen auf der Oberfläche der Polymerträger zum Zeitpunkt der Gelbildung unter thermisch, chemisch und photochemisch initiierte Polymerisation erzeugt werden.
  • Die kovalenten Bindungen zwischen dem Polymerträger und dem Hydrogel werden einer der möglichen Routen folgend erzeugt:
    • a) Beteiligung von Mehrfachbindungen, die in der Struktur der Polymermoleküle vorliegen, an der Copolymerisationsreaktion mit Monomeren, die bei der Polymerisationsreaktion ein Hydrogel bilden.
    • b) Beteiligung von Fragmenten von Trägerpolymermolekülen an Kettentransferreaktionen zum Zeitpunkt der Gelbildung unter initiierter Polymerisation.
    • c) Modifikation einer Polymeroberfläche mit bifunktionellen Reagenzien, die ein ungesättigtes Fragment in ihrer Struktur tragen und einen Teil der Zusammensetzungen für die Hydrogelbildung bilden.
  • Route a) folgend können auch Polymere und Zusammensetzungen auf deren Basis, die durch das Verfahren der Polymerisation erhalten wurden, reagieren, nämlich: ABS, ABS+PVC, PC+PMMA, ACS, COC, MABS, PMMA, PVC. Dies ist möglich Dank der Art der Radikalpolymerisationsreaktion, bei der Polymere erhalten werden, nämlich dass im Schritt der Kettenbeendigung ein Prozess der Bildung von endständigen Mehrfachbindungen während der intermolekularen Disproportionierung fortschreitet [10].
    • [10] A. M. Shur, High-molecular compounds, M.: The Higher School Publishing House, 1981, S. 100-104 (auf Russisch).
  • Der Route a) folgend können auch die Polymere und Zusammensetzungen auf ihrer Basis, die mit dem Verfahren der Polykondensation erhalten wurden, reagieren, nämlich: PBT, PBT+PC, PC+PET, PET oder PETP, PETG. Die Bildung endständiger Mehrfachbindungen in Makromolekülen dieser Polymere ist festgelegt durch die intramolekularen Dehydratationsprozesse, die unter Beteiligung von Alkoholgruppen unter den Bedingungen der Polymerherstellung fortschreiten [11].
    • Shabarov, [11] Y u. S. Organic chemistry V1 M.: Chemistry, 1996, S. 193-203 (auf Russisch).
  • Route b) folgend können alle spezifischen Polymermaterialien reagieren [12], jedoch hängen die Bedingungen der Reaktionsdurchführung stark von der Polymerart und -struktur ab.
    • [12] A. M. Shur, High-molecular compounds, M.: The Higher School Publishing House, 1981, S. 104-113 (auf Russisch).
  • Die Polykondensationspolymere, die endständige Aminogruppen enthalten, nämlich: ABS+PA, PA6, PA6-3-T, PA11, PA12, PA46, PA66, PA610, PA612, PPA können entsprechend Route c) reagieren. Die notwendige Bedingung ist die Gegenwart bifunktioneller Derivate, die bei der nukleophilen Addition oder Substitutionsreaktionen aktiv sind, beispielsweise N,N-Methylenbisacrylamid [13] bzw. N-Hydroxysuccinamidester von 6-Methacryloylaminohexansäure in der für die Erzeugung eines Hydrogels gedachten Zusammensetzung.
    • [13] General organic chemistry, Bd. 3, Nitrogen-containing compounds, unter N.K. Kochetkov als Herausgeber, M: Chemistry, 1982, S. 61-62 (auf Russisch)
  • Das Konzept der Erfindung wird ferner unter Bezugnahme auf einzelne beispielhafte Ausführungsformen offenbart, die von dem Prüfer nicht als den Bereich der Patentansprüche der Erfindung beschränkend angesehen werden sollen.
  • Wie in 2 zu sehen ist, funktionieren die über verschiedenen Polymerträgern hergestellten Biochips unter Hybridisierung in derselben Weise wie im Fall von Glas, das üblicherweise für die Herstellung eines Biochips verwendet wird, und die Hybridisierungsresultate werden durch die Art der Polymermaterialoberfläche nicht wesentlich beeinträchtigt.
  • Weil die Art eines Polymerträgers die Gel-Eigenschaften nicht beeinträchtigt, ist es naheliegend, das die biologisch aktiven Verbindungen, die sich von Oligonukleotiden unterscheiden, wie beispielsweise Nukleinsäuren, Proteine, Kohlenhydrate, Lipide usw., die in Gel immobilisiert werden können, auch erfindungsgemäß immobilisiert werden können und darüber hinaus würden sie ihre Eigenschaften nicht unter Gel, das über dem Polymerträger immobilisiert ist, verlieren.
  • Informationsquellen und Publikationen, die in der Beschreibung aufgelistet sind, sind als wesentlicher Bestandteil der letzteren anzusehen, als wenn der gesamte Inhalt von ihnen in die Beschreibung eingeschlossen wäre.
  • Die folgenden Beispiele sind bevorzugt und sollen nur die Durchführbarkeit der Erfindung stützen und sollen nicht eine Basis werden, um den Bereich der Patentansprüche der Anmelderin einzuschränken. Ein Fachmann wird ohne weiteres andere erfindungsgemäße Ausführungsformen finden, die unzweifelhaft durch die nachstehend angegebenen Patentansprüche der Anmelderin abgedeckt sind.
  • Befunde um die Durchführbarkeit der Erfindung zu stützen
  • Beispiel 1. Herstellung eines Biochips über Polymerträger mit in einem Gel immobilisierten Oligonukleotiden
  • I. Photoinitiierte Polymerisation
  • Zu der Mischung von 2-Hydroxyethylmethacrylat (m = 0,030 g), N,N'-Methylenbisacrylamid (m = 0,007 g) und 2-Acryloyloxyethylmethacrylat (m = 0,003 g) wird eine Lösung von N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin in deionisiertem Wasser (V = 210 μl, 1:1), die ein Texas Red-Farbmittel (n = 40 nmol) enthält, gegossen und bis zur vollständigen Auflösung der Komponenten vermischt, und dann Glycerol (V = 650 µl) hinzugegossen. Eine Lösung von Oligonukleotid in Wasser (v = 100 µl, C = 2 nmol/µl) wird in die resultierende Lösung gegeben. Die Mischung wird gründlich vermischt. Die Zusammensetzung wird unter Verwendung des "QArray"-Roboters ("Genetix", U.K.) auf einen Polymerträger aufgebracht. Das erhaltene Tröpfchen-Array wird mit UV-Licht (λ = 350 nm, t = 60 min, T = 55°C) in einer Atmosphäre von trockenem Argon bestrahlt, in Phosphatpuffer (0,1 M, t = 15 min, T = 30°C) und dann in Wasser (t = 15 min, T = 60°C) abgewaschen und in Luft (T = 25°C) in einer staubfreien Atmosphäre getrocknet. Unter Verwendung einer Spezialausrüstung, die mit einer Digitalkamera (CCD-Kamera) und einem Computer ausgerüstet war, wurden Fotografien von Biochips im sichtbaren Durchlicht (C) und Fluoreszenzlicht erhalten. Die Qualität der Elemente des Biochips wird unter Verwendung von spezieller Software auf Basis des Relativfehlers der Durchmesser oder der Fluoreszenzsignale aller Elemente des Biochips bestimmt. 1(C, F) zeigt Fotografien von Biochips, die unter Verwendung der vorliegenden Technik auf Polymethylmethacrylat (PMMA) erhalten wurden, im Durchlicht und Fluoreszenzlicht.
  • II. Thermisch initiierte Polymerisation
  • Zu der Mischung von 2-Hydroxyethylmethacrylat (m = 0,075 g), N,N'-Methylenbisacrylamid (m = 0,0175 g) und 2-Acryloyloxyethylmethacrylat (m = 0,0075 g) wird eine Lösung von N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin in entionisiertem Wasser (V = 200 µl, 1:1), die ein Texas Red-Farbmittel (n = 40 nmol) enthält, gegossen und bis zur vollständigen Auflösung der Komponenten gemischt und dann Glycerol (V = 600 µl) hineingegossen. Eine Lösung von Oligonukleotid in Wasser (v = 100 µl, C = 2 nmol/µl) wird in die resultierende Lösung gegeben. Die Mischung wird gründlich vermischt. Die Zusammensetzung wird unter Verwendung des "QArray"-Roboters ("Genetix", U.K.) auf einen Polymerträger aufgebracht. Das erhaltene Tröpfchen-Array wird für 60 Minuten bei einer Temperatur von 80°C in einer Atmosphäre von trockenem Argon gehalten, in Phosphatpuffer (0,1 M, t = 15 min, T = 30°C) und dann in Wasser (t = 15 min, T = 60°C) abgewaschen und in Luft (T = 25°C) unter einer staubfreien Atmosphäre getrocknet. Unter Verwendung von mit einer CCD-Kamera (Ladungsspeicherbaustein) und einem Computer ausgestatteten Spezialausrüstung wurden Fotografien des Biochips in sichtbarem Durchlicht und Fluoreszenzlicht erhalten. Die Qualität der Elemente des Biochips wird unter Verwendung spezieller Software auf Basis von Relativfehlern der Durchmesser oder der Fluoreszenzsignale aller Element des Biochips bestimmt. 1(A, D) zeigt Fotografien von Biochips, die unter Verwendung der vorliegenden Technik auf Polymethylmethacrylat (PMMA) erhalten wurden, im Durchlicht und Fluoreszenzlicht.
  • III. Chemisch initiierte Polymerisation
  • Zu der Mischung von 2-Hydroxyethylmethacrylat (m = 0,075 g), N,N'-Methylenbisacrylamid (m = 0,0175 g) und 2-Acryloyloxyethylmethacrylat (m = 0,0075 g) wird eine Phosphatpufferlösung (pH 11,6, C = 0,05 M, V = 190 µl), die ein Texas Red-Farbmittel (n = 40 nmol) und Ammoniumpersulfat (m = 0,010 g) enthält, gegossen und bis zur vollständigen Auflösung der Komponenten gemischt und dann Glycerol (V = 600 µl) hineingegossen. Eine Lösung von Dinukleotid in Wasser (v = 100 µl, C = 2 nmol/µl) wird zu der resultierenden Lösung hinzugefügt. Die Mischung wird gründlich vermischt. Die Zusammensetzung wird unter Verwendung des "QArray"-Roboters ("Genetix", U.K.) auf einen Polymerträger aufgebracht. Das erhaltene Tröpfchenarray wird in eine hermetische Kammer, die mit N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin-Dämpfen in einer Argonatmosphäre gesättigt ist, gestellt und bei einer Temperatur von 80°C für 60 Minuten gehalten, in Phosphatpuffer (0,1 M, t = 15 min, T = 30°C) und dann in Wasser (t = 15 min, T = 60°C) abgewaschen und in Luft (T = 25°C) unter einer staubfreien Atmosphäre getrocknet. Unter Verwendung von Spezialausrüstung, die mit einer CCD-Kamera (Ladungsspeicherbaustein) und einem Computer ausgestattet ist, werden Fotografien des Biochips im sichtbaren Durchlicht und Fluoreszenzlicht erhalten. Die Qualität der Elemente des Biochips wird unter Verwendung von spezieller Software auf Basis des relativen Fehlers der Durchmesser oder der Fluoreszenzsignale aller Elemente des Biochips bestimmt. 1(B, E) zeigt Fotografien von Biochips, die unter Verwendung der vorliegenden Technik auf Polymethylmethacrylat (PMMA) erhalten wurden, im sichtbaren Durchlicht und Fluoreszenzlicht.
  • Es folgt aus den in 1 gezeigten Resultaten, dass thermisch-, chemisch- und fotoinitiierte Polymerisationen einen identischen Grad von Hydrogelimmobilisierung über den Träger oder in anderen Worten dieselbe Qualität von Biochips liefern.
  • Beispiel 2. Hybridisierung auf Oligonukleotid-Biochips
  • Eine Lösung (1M NaCl, 1 µM EDTA, 1 % Tween 20,5 mM Phosphatpuffer, pH 7,0, V = 35 µl), die fluoreszenzmarkiertes Oligonukleotid (C = 10 mM) enthält, wird mit einem Oligonukleotid-Biochip, der gemäß Beispiel 1-I hergestellt wurde, hybridisiert (τ = 12 h, T = 37°C). Der Biochip wird mit einer Hybridisierungslösung abgewaschen, die das fluoreszenzmarkierte Oligonukleotid nicht enthält, und getrocknet. Das Fluoreszenzsignal wird unter Verwendung eines mit einer CCD-Kamera und einem Computer ausgestatteten Fluoreszenzmikroskops aufgezeichnet. Die Hybridisierungsresultate sind in 2 gezeigt.
  • Wie aus den in 2 gezeigten Resultaten folgt, wird das stärkste Fluoreszenzsignal nach der Hybridisierung in den Biochipzellen beobachtet, welche das immobilisierte Oligonukleotid A, das vollständig komplementär ist zu dem fluoreszenzmarkierten Oligonukleotid, enthalten, und mit keiner Abhängigkeit von der Art des für die Trägerherstellung verwendeten Polymermaterials.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Biochips dient zur Herstellung von Biochips.
  • Erfindungsgemäße Biochips
    • können als unabhängige Artikel durch Durchführung wissenschaftlicher Forschung zum Studium unterschiedlicher Wechselwirkungen biologisch aktiver Verbindungen, einschließlich: Oligonukleotid- Oligonukleotid, Oligonukleotid-Nukleinsäure, Protein-Protein, Protein-Nukleinsäure usw. verwendet werden.
    • • können in Zusammensetzungen verschiedener medizinischer Diagnostika eingearbeitet werden, um ein ursächliches Agens (Vektor) und/oder eine Krankheit schnell zu detektieren und zu identifizieren.
  • Das Verfahren zur Immobilisierung von Hydrogelen über Polymerträgern
    • • kann zur Herstellung eines Biochips unterschiedlicher Anwendungen verwendet werden;
    • • kann zur Herstellung von Polymerartikeln für unterschiedliche Anwendungen, deren Oberfläche mit einer Schicht aus Hydrogel bedeckt sein muss, beispielsweise unterschiedliche Elektroden und Sensoren, deren Arbeitsoberfläche mit Hydrogel mit einer immobilisierten biologisch aktiven Verbindung bedeckt ist, verwendet werden.
  • Es folgt ein Sequenzprotokoll nach WIPO St. 25. Dieses kann von der amtlichen Veröffentlichungsplattform des DPMA heruntergeladen werden.

Claims (58)

  1. Verwendung von Polymermaterialien für die Herstellung eines Biochipträgers, der für die Immobilisierung von Hydrogelen über seiner Oberfläche gedacht ist, wobei die Polymermaterialien ausgewählt sind aus den folgenden: ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), ABS+PA (eine Mischung von ABS und Polyamid), ABS+PBT (eine Mischung von ABS und Polybutylenterephthalat), ABS + PC (eine Mischung von ABS und Polycarbonat), ABS+PMMA (eine Mischung von ABS und Polymethylmethacrylat), ABS+PVC (eine Mischung von ABS und Polyvinylchlorid), ACS (Copolymer von Acrylnitril, chloriertem Ethylen und Styrol), COC (Copolymere von Cycloolefinen), MABS (Copolymer von Methylmethacrylat, Acrylnitril, Butadien und Styrol), PA 6 (Polyamid 6), PA6-3-T (Polyamid 6-3-T), PA 11 (Polyamid 11), PA 12 (Polyamid 12), PA 46 (Polyamid 46), PA 66 (Polyamid 66), PA 610 (Polyamid 610), PA 612 (Polyamid 612), PBT (Polybutylenterephthalat), PBT+PC (eine Mischung von Polybutylenterephthalat und Polycarbonat), PC+PET (eine Mischung von Polycarbonat und Polyethylenterephthalat), PC+PMMA (eine Mischung von Polycarbonat und Polymethylmethacrylat), PET oder PETP (Polyethylenterephthalat), PETG (Polyethylenterephthalatglycol), PMMA (Polymethylmethacrylat), PPA (Polyphthalamid, Hochtemperatur-Polyamid), PVC (Polyvinylchlorid) und/oder Mischungen davon.
  2. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermaterialien und/oder Mischungen davon in Kombination mit Füllern verwendet werden.
  3. Verwendung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füller anorganische Füllstoffe, eingeschlossen Asbest, Glasfasern und/oder Talk sind.
  4. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrogelimmobilisierung auf der Trägeroberfläche zum Zeitpunkt seiner Bildung durch das Polymerisationsverfahren durchgeführt wird.
  5. Biochip, der gefertigt ist über einem Träger, der aus Polymermaterialien hergestellt ist, die ausgewählt sind aus den folgenden: ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), ABS+PA (eine Mischung von ABS und Polyamid), ABS+PBT (eine Mischung von ABS und Polybutylenterephthalat), ABS + PC (eine Mischung von ABS und Polycarbonat), ABS+PMMA (eine Mischung von ABS und Polymethylmethacrylat), ABS+PVC (eine Mischung von ABS und Polyvinylchlorid), ACS (Copolymer von Acrylnitril, chloriertem Ethylen und Styrol), COC (Copolymere von Cycloolefinen), MABS (Copolymer von Methylmethacrylat, Acrylnitril, Butadien und Styrol), PA 6 (Polyamid 6), PA6-3-T (Polyamid 6-3-T), PA 11 (Polyamid 11), PA 12 (Polyamid 12), PA 46 (Polyamid 46), PA 66 (Polyamid 66), PA 610 (Polyamid 610), PA 612 (Polyamid 612), PBT (Polybutylenterephthalat), PBT+PC (eine Mischung von Polybutylenterephthalat und Polycarbonat), PC+PET (eine Mischung von Polycarbonat und Polyethylenterephthalat), PC+PMMA (eine Mischung von Polycarbonat und Polymethylmethacrylat), PET oder PETP (Polyethylenterephthalat), PETG (Polyethylenterephthalatglycol), PMMA (Polymethylmethacrylat), PPA (Polyphthalamid, Hochtemperatur-Polyamid), PVC (Polyvinylchlorid) und/oder Mischungen davon, wobei eine Gelschicht auf der Trägeroberfläche immobilisiert ist.
  6. Biochip gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermaterialien und/oder Mischungen davon in Kombination mit Füllern verwendet werden.
  7. Biochip gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Füller anorganische Füllstoffe, eingeschlossen Asbest, Glasfasern und/oder Talk sind.
  8. Biochip gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Polymerträger ausgebildete Gelschicht zusätzlich in Form von Zellen angeordnet ist, die voneinander getrennt sind.
  9. Biochip gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen eine regelmäßige eindimensionale oder zweidimensionale Struktur (Array) bilden.
  10. Biochip gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelzellen zusätzlich die immobilisierten biologisch aktiven Verbindungen und/oder immobilisierte Fluoreszenzfarbmittel enthalten.
  11. Biochip gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche biologisch aktive Verbindungen innerhalb der Gelzellen immobilisiert sind.
  12. Biochip gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das immobilisierte Fluoreszenzfarbmittel ausgewählt ist aus Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY.
  13. Biochip gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Immobilisierung biologisch aktiver Verbindungen im Gel zum Zeitpunkt der Gelbildung unter thermisch, chemisch und photochemisch initiierter Polymerisation bewirkt wird.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Gel-Biochips, welches die Immobilisierung von Hydrogelen über einem aus Polymermaterialien hergestelltem Träger umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermaterialien aus den folgenden ausgewählt sind: ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), ABS+PA (eine Mischung von ABS und Polyamid), ABS+PBT (eine Mischung von ABS und Polybutylenterephthalat), ABS + PC (eine Mischung von ABS und Polycarbonat), ABS+PMMA (eine Mischung von ABS und Polymethylmethacrylat), ABS+PVC (eine Mischung von ABS und Polyvinylchlorid), ACS (Copolymer von Acrylnitril, chloriertem Ethylen und Styrol), COC (Copolymere von Cycloolefinen), MABS (Copolymer von Methylmethacrylat, Acrylnitril, Butadien und Styrol), PA 6 (Polyamid 6), PA6-3-T (Polyamid 6-3-T), PA 11 (Polyamid 11), PA 12 (Polyamid 12), PA 46 (Polyamid 46), PA 66 (Polyamid 66), PA 610 (Polyamid 610), PA 612 (Polyamid 612), PBT (Polybutylenterephthalat), PBT+PC (eine Mischung von Polybutylenterephthalat und Polycarbonat), PC+PET (eine Mischung von Polycarbonat und Polyethylenterephthalat), PC+PMMA (eine Mischung von Polycarbonat und Polymethylmethacrylat), PET oder PETP (Polyethylenterephthalat), PETG (Polyethylenterephthalatglycol), PMMA (Polymethylmethacrylat), PPA (Polyphthalamid, Hochtemperatur-Polyamid), PVC (Polyvinylchlorid) und/oder Mischungen davon, wobei die Polymermaterialien ohne vorhergehende chemische Modifikation verwendet werden.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermaterialien und/oder Mischungen davon in Kombination mit Füllern verwendet werden.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Füller anorganische Füllstoffe, eingeschlossen Asbest, Glasfasern und/oder Talk sind.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermisch initiierte Polymerisation für eine Gelbildung verwendet wird.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine chemisch initiierte Polymerisation für eine Gelbildung verwendet wird.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine photoinitiierte Polymerisation für eine Gelbildung verwendet wird.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die photoinitiierte Polymerisation in den Ultraviolett- oder sichtbaren Bereichen des Spektrums verwendet wird.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Zusammensetzungen, die Monomer, Vernetzungsmittel und Lösungsmittel umfassen, für eine Gelbildung verwendet werden.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzungen ferner eine immobilisierbare biologisch aktive Verbindung und/oder immobilisierbares Fluoreszenzfarbmittel und/oder Initiator oder Promotor der Polymerisation umfasst.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das immobilisierte Fluoreszenzfarbmittel ausgewählt ist aus Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY.
  24. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Zusammensetzungen, die reaktives Oligomer und Lösungsmittel umfassen, für eine Gelbildung verwendet werden.
  25. Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzungen ferner eine immobilisierbare biologisch aktive Verbindung und/oder immobilisierbares Fluoreszenzfarbmittel und/oder Initiator oder Promotor der Polymerisation umfassen.
  26. Verfahren gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das immobilisierte Fluoreszenzfarbmittel ausgewählt ist aus Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY.
  27. Verfahren gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine biologisch aktive Verbindung die Struktur des reaktiven Oligomers bildet.
  28. Verfahren gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine biologisch aktive Verbindung die Struktur des reaktiven Oligomers bildet.
  29. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrodispenser für den Transfer der Zusammensetzungen auf dem Polymerträger verwendet wird.
  30. Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrodispenser ausgewählt ist aus einem Mikrodispenser vom Stab-(Nadel-), Stift- oder Strahl-Typ.
  31. Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger mit den transferierten Mikrotropfen der Zusammensetzungen in einen hermetischen Behälter mit einer sauerstoffreien Atmosphäre gestellt werden.
  32. Verfahren gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die sauerstoffreie Atmosphäre unter Verwendung von Stickstoff, Argon und Kohlendioxidgas erzeugt wird.
  33. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Immobilisierung biologisch aktiver Verbindungen im Gel zum Zeitpunkt der Gelbildung bewirkt wird.
  34. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger aus Polymermaterialien keinerlei chemischen Modifikation vor der Herstellung des Biochips unterzogen werden.
  35. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Polymerisation die Biochips aufeinanderfolgend in Pufferlösungen und dann in destilliertem Wasser abgewaschen werden.
  36. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 14 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität erhaltener Biochips auf Basis von Durchmessern von Biochipelementen kontrolliert wird.
  37. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 14 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität erhaltener Biochips auf Basis eines Fluoreszenzsignals eines Farbmittels, das in der jeweiligen Gelzelle eines Biochips immobilisiert ist, kontrolliert wird.
  38. Verfahren zur Immobilisierung von Hydrogelen über Polymermaterialien, ausgewählt aus den folgenden: ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), ABS+PA (eine Mischung von ABS und Polyamid), ABS+PBT (eine Mischung von ABS und Polybutylenterephthalat), ABS + PC (eine Mischung von ABS und Polycarbonat), ABS+PMMA (eine Mischung von ABS und Polymethylmethacrylat), ABS+PVC (eine Mischung von ABS und Polyvinylchlorid), ACS (Copolymer von Acrylnitril, chloriertem Ethylen und Styrol), COC (Copolymere von Cycloolefinen), MABS (Copolymer von Methylmethacrylat, Acrylnitril, Butadien und Styrol), PA 6 (Polyamid 6), PA6-3-T (Polyamid 6-3-T), PA 11 (Polyamid 11), PA 12 (Polyamid 12), PA 46 (Polyamid 46), PA 66 (Polyamid 66), PA 610 (Polyamid 610), PA 612 (Polyamid 612), PBT (Polybutylenterephthalat), PBT+PC (eine Mischung von Polybutylenterephthalat und Polycarbonat), PC+PET (eine Mischung von Polycarbonat und Polyethylenterephthalat), PC+PMMA (eine Mischung von Polycarbonat und Polymethylmethacrylat), PET oder PETP (Polyethylenterephthalat), PETG (Polyethylenterephthalatglycol), PMMA (Polymethylmethacrylat), PPA (Polyphthalamid, Hochtemperatur-Polyamid), PVC (Polyvinylchlorid) und/oder Mischungen davon, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermaterialien ohne vorhergehende chemische Modifikation verwendet werden.
  39. Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermaterialien und/oder Mischungen davon in Kombination mit Füllern verwendet werden.
  40. Verfahren gemäß Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Füller anorganische Füllstoffe, eingeschlossen Asbest, Glasfasern und/oder Talk sind.
  41. Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermisch initiierte Polymerisation für eine Gelbildung verwendet wird.
  42. Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine chemisch initiierte Polymerisation für eine Gelbildung verwendet wird.
  43. Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine photoinitiierte Polymerisation für eine Gelbildung verwendet wird.
  44. Verfahren gemäß Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die photoinitiierte Polymerisation in Ultraviolett- oder sichtbaren Bereichen des Spektrums durchgeführt wird.
  45. Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche von Polymermaterialträgern nicht der chemischen Modifikation unterzogen wird.
  46. Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass Zusammensetzungen, die Monomer, Vernetzungsmittel und Lösungsmittel umfassen, für eine Gelbildung verwendet werden.
  47. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzungen ferner eine immobilisierbare biologisch aktive Verbindung und/oder immobilisierbares Fluoreszenzfarbmittel und/oder Initiator oder Promotor der Polymerisation umfassen.
  48. Verfahren gemäß Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass das immobilisierte Fluoreszenzfarbmittel ausgewählt ist aus Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BIODIPY.
  49. Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass Zusammensetzungen, die ein reaktives Oligomer und ein Lösungsmittel umfassen, für eine Gelbildung verwendet werden.
  50. Verfahren gemäß Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzungen ferner eine immobilisierbare biologisch aktive Verbindung und/oder immobilisierbares Fluoreszenzfarbmittel und/oder Initiator oder Promotor der Polymerisation umfassen.
  51. Verfahren gemäß Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass das immobilisierte Fluoreszenzfarbmittel ausgewählt ist aus Texas Red, Fluorescein, Cy 5, Cy 3, BODIPY.
  52. Verfahren gemäß Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Oligomer eine biologisch aktive Verbindung in seiner Struktur enthält.
  53. Verfahren gemäß Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Oligomer eine biologisch aktive Verbindung in seiner Struktur enthält.
  54. Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass Hydrogele über Polymerträgern in Form kontinuierlicher Schicht von unterschiedlicher Dicke und Aufbau erzeugt werden.
  55. Verfahren gemäß Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrogele über Polymerträgern in Form von Zellen, die voneinander getrennt sind, angeordnet werden.
  56. Verfahren gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerträger nach dem Transfer der Zusammensetzungen darauf in einen hermetischen Behälter mit einer sauerstoffreien Atmosphäre gestellt wird.
  57. Verfahren gemäß Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass die sauerstoffreie Atmosphäre unter Verwendung von Stickstoff, Argon und Kohlendioxidgas erzeugt wird.
  58. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 38 bis 57, dadurch gekennzeichnet dass nach der Polymerisation das gebildete Gel aufeinanderfolgend in Pufferlösungen und dann in destilliertem Wasser abgewaschen wird.
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