DE102007013636A1 - Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche und Substrat - Google Patents

Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche und Substrat Download PDF

Info

Publication number
DE102007013636A1
DE102007013636A1 DE102007013636A DE102007013636A DE102007013636A1 DE 102007013636 A1 DE102007013636 A1 DE 102007013636A1 DE 102007013636 A DE102007013636 A DE 102007013636A DE 102007013636 A DE102007013636 A DE 102007013636A DE 102007013636 A1 DE102007013636 A1 DE 102007013636A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate surface
working gas
substrate
plasma treatment
ammonia
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102007013636A
Other languages
English (en)
Inventor
Benedikt Dr. Busse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZELL KONTAKT GmbH
ZELL-KONTAKT GmbH
Original Assignee
ZELL KONTAKT GmbH
ZELL-KONTAKT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZELL KONTAKT GmbH, ZELL-KONTAKT GmbH filed Critical ZELL KONTAKT GmbH
Priority to DE102007013636A priority Critical patent/DE102007013636A1/de
Publication of DE102007013636A1 publication Critical patent/DE102007013636A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28Materials for coating prostheses
    • A61L27/34Macromolecular materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L29/00Materials for catheters, medical tubing, cannulae, or endoscopes or for coating catheters
    • A61L29/08Materials for coatings
    • A61L29/085Macromolecular materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/08Materials for coatings
    • A61L31/10Macromolecular materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • C23C16/347Carbon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C23C16/45538Plasma being used continuously during the ALD cycle

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche, bei dem die Substratoberfläche einer Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Behandlung mit Ammoniak und wenigstens einem volatilen Diamin als Arbeitsgasen unterworfen wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Plasmabehandlung in zwei separten Stufen erfolgt, wobei in einer ersten Stufe eine Aminierung der Substratoberfläche durch eine Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Behandlung mit Ammoniak als Arbeitsgas erfolgt und in einer zweiten Stufe eine Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Behandlung der aminierten Substratoberfläche mit einem das volatile Diamin enthaltenden Arbeitsgas erfolgt. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Substrat mit einer durch Aminierung biofunktionalisierten Substratoberfläche, auf der eine erste Schicht (18) aus Aminen und/oder Amiden aufgebracht ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass über der ersten Schicht (18) und kovalent mit dieser gebunden eine zweite Schicht (12) aus Spaltprodukten eines volatilen Diamins angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche, bei dem die Substratoberfläche einer Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Behandlung mit Ammoniak und wenigstens einem volatilen Diamin als Arbeitsgasen unterworfen wird.
  • Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechendes Substrat sowie ein Substrat mit einer durch Aminierung biofunktionalisierten Substratoberfläche, auf der eine erste Schicht aus Aminen und/oder Amiden aufgebracht ist.
  • Gattungsgemäße Verfahren und Substrate sind bekannt aus der US 5,112,736 . Diese Druckschrift offenbart die Modifizierung der Oberfläche einer nicht-aromatischen, mikroporösen Polymermembran zum Zwecke der verbesserten Anhaftung von DNA-Fragmenten. Allerdings ist die gezielte Beeinflussung der Adhäsivität von Oberflächen gegenüber biologischem Material im Allgemeinen wie z. B. Zellen, Antikörpern etc. durch Aminierung mittels Plasmabeschichtung auch für andere Anwendungsfälle bekannt.
  • Das Prinzip der Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Beschichtung basiert auf einer starken Anregung, insbesondere Ionisierung von Molekülen eines Arbeitsgases in der Nachbarschaft zu der zu modifizierenden Substratoberfläche. Aufgrund der hoch angeregten Zustände der Arbeitsgasmoleküle können diese oder ihre Spaltprodukte mit Oberflächenstrukturen oder -molekülen der Substratoberfläche Wechselwirken, insbesondere binden, vorzugsweise kovalent binden. Zur Behandlung wird zunächst eine das Substrat enthaltende Vakuumkammer weitgehend, d. h. vorzugsweise bis in den Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumbereich evakuiert. Der Evakuierungsgrad hängt jeweils von dem konkreten Anwendungsfall ab und kann vom Fachmann in Ansehung der im Einzelfall vorliegenden Erfordernisse gewählt werden. Nach der Evakuierung wird ein dem Einzelfall angemessenes Arbeitsgas in einem sehr geringen, wohldefinierten Strom durch die Kammer geleitet. Gleichzeitig wird ein hochfrequentes elektrisches Feld hoher Feldstärke angelegt. Typische Frequenzbereiche hierfür sind der Funkfrequenzbereich, der Mikrowellenbereich und der Gigahertzwellenbereich. Die molekulare Anregung des Arbeitsgases erfolgt durch Ionisierung der Gasmoleküle im elektrischen Feld.
  • Die vorgenannte US 5,112,736 schlägt die Verwendung von Ammoniak oder niedermolekularer aliphatischer oder zyklischer Amine, wie beispielsweise Methylamin, Allylamin, Ethylendiamin, Diaminzyklohexan jeweils einzeln oder in Mischungen als Arbeitsgas vor. Unterschiedliche Anwendungsfälle oder Wirkungen der unterschiedlichen Gase oder Gasgemische offenbart die genannte Druckschrift nicht. Vielmehr wird ein einheitlicher, chemischer Wirkungsmechanismus offenbart, der die Gaswahl beliebig und die Gase und Gasmischungen frei austauschbar erscheinen lässt. Nach dem in der genannten Druckschrift vermuteten Mechanismus bindet eine aus dem Arbeitsgas abgespaltene Aminogruppe (NH2) mit einem ungesättigten Kohlenstoffatom der Substratoberfläche. An diesen Aminogruppen soll lt. der genannten Druckschrift bei der Anwendung des oberflächenmodifizierten Substrates eine Anhaftung von DNA-Fragmenten erfolgen.
  • Es ist, wie bereits erwähnt, bekannt, dass auch andere biologische Strukturen nach Aminierung von Substratoberflächen besser an diesen anhaften. Dies gilt nicht nur für die in der vorgenannten Druckschrift ausdrücklich erwähnten mikroporösen Membranen, sondern auch für glatte Oberflächen aus polymerem Material, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polytetrafluorethylen, etc. Analoges gilt auch für Oberflächen aus Glas oder Keramik. In allen bekannten Fällen werden Ammoniak, volatile Diamine und Mischungen daraus als untereinander äquivalente und beliebig austauschbare Arbeitsgase angesehen.
  • Das Prinzip der Plasmabeschichtung verlangt zwar nach einer vergleichsweise aufwendigen apparativen Grundausstattung; es ist jedoch in den meisten Fällen den ebenfalls bekannten nasschemischen Aminierungsverfahren, insbesondere auch aus Gründen der Umweltfreundlichkeit vorzuziehen.
  • Alle bekannten Verfahren lassen den Wunsch nach einer noch besseren Anhaftung biologischen Materials an der Substratoberfläche offen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Substrat und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Anhaftung biologischen Materials an der Substratoberfläche verbessert wird.
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Plasmabehandlung in zwei separaten Stufen erfolgt, wobei in einer ersten Stufe eine Aminierung der Substratoberfläche durch eine Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Behandlung mit Ammoniak als Arbeitsgas erfolgt und in einer zweiten Stufe eine Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Behandlung der aminierten Substratoberfläche mit einem ein volatiles Diamin enthaltenden Arbeitsgas erfolgt.
  • Die Aufgabe wird weiter durch ein Substrat mit den Merkmalen von Anspruch 10, d. h. von einem erfindungsgemäß hergestellten Substrat gelöst.
  • Die Aufgabe wird schließlich in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 11 dadurch gelöst, dass über der ersten Schicht und kovalent mit dieser gebunden eine zweite Schicht aus Spaltprodukten eines volatilen Diamins angeordnet ist.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Plasma-Aminierung mit Ammoniak als Arbeitsgas keineswegs, wie im Stand der Technik angenommen, äquivalent zu einer Plasma-Aminierung mit einem volatilen Diamin als Arbeitsgas ist. Aufbauend auf dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung vor, Substratoberflächen in einem zweistufigen Verfahren zu beschichten. Die erste Beschichtungsstufe erfolgt dabei durch Plasma-Aminierung mit Ammoniak als Arbeitsgas. Erst nach Abschluss dieser ersten Beschichtungsstufe oder mit höchstens geringfügiger zeitlicher Überlappung wird eine zweite Plasmabeschichtungsstufe durchgeführt, wobei das in der zweiten Stufe verwendete Arbeitsgas ein volatiles Diamin enthält. Es handelt sich dabei vorzugsweise um ein niedermolekulares Diamin, wie beispielsweise Ethylendiamin, Propylendiamin, Butylendiamin oder eine Mischung daraus. Grundsätzlich ist zwar auch die Verwendung höhermolekularer Diamine möglich; dies kann jedoch in der Praxis zu Schwierigkeiten führen, da derartige Stoffe nur schwer verdampfbar sind und sich häufig ein wachsartiger Niederschlag auf den Oberflächen der Vakuumkammer bildet, die dann mit hohem Aufwand gereinigt werden müssen.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen, zweistufigen Beschichtung gegenüber der bekannten Plasma-Aminierung ist eine deutliche Verbesserung der Adhäsivität der behandelten Substratoberflächen für biologisches Material. Diese Verbesserung wirkt sich insbesondere im Fall des Anwachsens von Zellen an den behandelten Substratoberflächen aus, da hier, im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Anhaftung von DNA-Fragmenten an den Substratoberflächen, eine hochwirksame, großflächige Adhäsivität der Substratoberflächen erforderlich ist.
  • Ein Erklärungsversuch für diese überraschende Wirkung liegt in einem neuen Verständnis der molekularen Prozesse an der Substratoberfläche. Bislang ging man davon aus, dass, wie oben bereits erläutert, die Aminierung im Wesentlichen durch die Kopplung von im Plasma abgespaltenen Aminogruppen mit ungesättigten Kohlenstoffatomen der Substratoberfläche erfolgt. Diese Annahme scheint für die Plasma-Aminierung mit Ammoniak als Arbeitsgas auch zutreffend zu sein und wird in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt. Bei der Plasma-Aminierung mit volatilen Diaminen scheint jedoch ein anderer Reaktionsmechanismus zu wirken. Es wird angenommen, dass im Plasma keine reinen Aminogruppen abgespalten werden, sondern dass die Diamine vielmehr zwischen zweien ihrer C-Atome aufgespalten werden. Im Fall der Verwendung von Ethylendiamin beispielsweise würde dies zur Bildung von Methylamin im Plasma führen. Dieses muss nicht weiter aufgespalten werden. Vielmehr scheint bei der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens das Kohlenstoffatom eines Methylamins mit den Stickstoffmolekülen aus der vorangehenden Plasma-Aminierung mit Ammoniak zu binden, sodass die Aminogruppen der Methylamine anhaftendem biologischem Material als Kopplungsstellen präsentiert werden. Dies führt also zu einer deutlichen Erhöhung der Anzahl der potenziellen Bindungsstellen und scheint zudem aufgrund der dichteren Packung zu einer geordneteren Ausrichtung der präsentierten Aminogruppen zu führen. Beide Effekte bewirken eine deutliche Verbesserung der Anhaftung biologischen Materials bzw. eine Verbesserung der Adhäsivität der Substratoberfläche.
  • Um das Potenzial der vorliegenden Erfindung möglichst umfassend auszunutzen, wird bevorzugt, dass das Arbeitsgas der zweiten Verfahrenstufe aus verdampftem Ethylendiamin, Propylendiamin, Butylendiamin oder einer Mischung daraus besteht. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das Arbeitsgas im Wesentlichen aus reinen Diaminen bzw. einer reinen Diaminmischung besteht. Die Zugabe beispielsweise von Ammoniak sollte in der zweiten Verfahrensstufe vorzugsweise unterbleiben. Auch die Beimischung inerten Trägergases, wie beispielsweise Argon hat sich als eher ungünstig erwiesen.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat sich jedoch gezeigt, dass die erfindungsgemäße Adhäsivitätsverbesserung auch erreicht werden kann, wenn das Arbeitsgas der zweiten Verfahrensstufe aus einer Mischung von Ethylendiamin und Ethylenglykol besteht. Hierzu werden bevorzugt beide Stoffe in flüssigem Zustand gemischt und gemeinsam verdampft. Das bevorzugte Mischungsverhältnis von Ethylendiamin zu Ethylenglykol in flüssigem Zustand liegt im Bereich von 1:1 bis 1:4.
  • Bei einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Arbeitsgas der zweiten Verfahrensstufe mit Peptiden als Dotierungsmittel dotiert ist. Unter Dotierung wird im Rahmen dieser Beschreibung eine gezielte, geringfügige Verunreinigung des Arbeitsgases mit ausgewählten Substanzen verstanden. Im Fall der Peptide liegt die bevorzugte Konzentration des Dotierungsmittels im Bereich von einigen Nanogramm/Milliliter bis zu einigen Mikrogramm/Milliliter, jeweils bezogen auf die Mischung des Dotierungsmittels mit einer bei Verdampfung das Arbeitsgas freisetzenden Flüssigkeit. In der Praxis wird tatsächlich bevorzugt eine dotierte Flüssigkeit hergestellt und im Rahmen der Plasmabeschichtung verdampft.
  • Beispiele für Dotierungspeptide sind Arginin-Glycin-Aspartat (RGD), Arginin-Glycin-Aspartat-Serin (RGDS), Arginin-Glutamat-Aspartat-Valin (RDEV), Tyrosin-Isoleucin-Glycin-Serin-Aspartat (YIGSR), Isoleucin-Lysin-Valin-Alanin-Valin (IKVAV) und andere. Die Wechselwirkung solcher Peptide, insbesondere mit Komponenten von Zelloberflächen, sind dem Fachmann bekannt. Eine geeignet gewählte Dotierung kann, je nach Anwendungsfall, die Adhäsivität der behandelten Substratoberfläche gezielt und selektiv beeinflussen, z. B. verstärken oder abschwächen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können alternativ oder zusätzlich sogenannte Wachstumsfaktoren als Dotierungsmittel des Arbeitsgases der zweiten Verfahrensstufe eingesetzt werden. Als Wachstumsfaktoren werden allgemein Proteine bezeichnet, die als Signale von einer Zelle auf eine zweite übertragen werden und damit Informationen weiterleiten. Diese Proteine können, eingebettet in die Beschichtung einer erfindungsgemäß behandelten Substratoberfläche ebenfalls zur gezielten und selektiven Beeinflussung der Adhäsivität beitragen. Als Beispiele genannt seien EGF (epithelial growth factor), NGF (nerve growth factor), HGF (hepatocyte growth factor), usw. Die Dotierungskonzentration der Wachstumsfaktoren liegt bevorzugt im Bereich von einigen Pikogramm/Milliliter bis Nanogramm/Milliliter, bezogen auf die flüssige Mischung.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf Substrate mit einer erfindungsgemäß biofunktionalisierten Substratoberfläche.
  • Auf molekularer Ebene zeichnet sich eine solche Substratoberfläche dadurch aus, dass auf ihr eine erste Schicht aus Aminen und/oder Amiden, insbesondere aus im Wesentlichen reinen Aminogruppen aufgebracht ist und dass über der ersten Schicht und kovalent mit dieser gebunden eine zweite Schicht aus Spaltprodukten eines volatilen Diamins angeordnet ist, insbesondere eine Schicht aus Methylaminen, die mit ihren Kohlenstoffatomen an die Stickstoffatome der ersten Aminierungsschicht binden. Bevorzugte Einsatzbereiche derart biofunktionalisierter Substratoberflächen sind beispielsweise Trogböden von sogenannten Multiwell- oder Mikrotiterplatten, Schalenböden von Zellkulturgefäßen und Oberflächen von Trägern mobiler Affinitätsbindungs-Assays. Ein weiterer Anwendungsbereich betrifft die Implantationsmedizin. Bei erfindungsgemäßer Beschichtung der Oberflächen medizinischer Implantate kann eine deutliche Verbesserung des Anwachsens von Zellen erreicht werden, wobei durch gezielte Mustergebung bei der Plasmabeschichtung eine Strukturierung der Anwachsungsfläche erreicht werden kann.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen.
  • Es zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung der beiden Stufen des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens.
  • Die einzige Figur, 1, zeigt in einer stark schematisierten Darstellung die beiden Stufen des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens. In einer nicht näher dargestellten Vakuumkammer, die bis auf einen sehr niedrigen Restdruck, der vorzugsweise im Bereich des Hochvakuums oder Ultrahochvakuums liegt, evakuiert ist, ist ein nicht näher spezifiziertes Substrat 10 angeordnet. Typischerweise ist eine Vielzahl von gleich beschaffenen Substraten auf Böden der Vakuumkammer angeordnet. Als mögliche Substrate 10 kommen beispielsweise Mikrotiterplatten, sonstige Zellkulturgefäße, Träger für mobile Affinitätsbindungs-Assays, wie beispielsweise Kunststoffträger für Immuno-Assays, oder medizinische Implantate in Frage. Auch ist es möglich, jeweils nur Teile solcher Gegenstände als Substrate dem erfindungsgemäßen Verfahren zu unterwerfen. Als ein Beispiel sei eine Glas- oder Kunststoffplatte oder -folie genannt, die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt z. B. als eine Bodenplatte mit einem Formkörper zur Bildung eines Kultur- oder Probengefäßes verbunden wird. Auch ist es möglich, das Substrat bereichsweise zu maskieren, um eine strukturierte Beschichtung zu erreichen, oder ein erfindungsgemäß beschichtetes Substrat nachträglich zu mustern oder zu strukturieren.
  • Oberhalb und unterhalb des Substrates 10 sind Elektroden 12a und 12b angeordnet, die mit einer Hochfrequenz-Spannungsquelle 14 verbunden sind. Die Hochfrequenz-Spannungsquelle arbeitet vorzugsweise im Funkfrequenz-, Mikrowellen- oder Gigahertzwellenbereich. Typische Spannungswerte liegen bei mehreren 100 bis einigen 1000 Volt. Bei hinreichend geringem Abstand der Elektroden 12a und 12b zueinander entwickelt sich ein hohes elektrisches Feld über dem Substrat 10.
  • In einem ersten Verfahrenschritt, der in Teilfigur a) von 1 illustriert ist, wird über ein steuerbares Ventil 16 Ammoniak mit sehr geringem Fluss durch die Vakuumkammer und insbesondere durch den Bereich des elektrischen Feldes über dem Substrat 10 geleitet. Aufgrund des hohen elektrischen Feldes werden die Ammoniak-Moleküle ionisiert, sodass ihre Stickstoffatome kovalente Bindungen mit ungesättigten Kohlenstoffatomen der Substratoberfläche eingehen können. Auf diese Weise kommt es zu einer ersten Aminierung 18 auf der Oberfläche des Substrates 10. Diese Aminierung besteht überwiegend aus Aminen, kann jedoch auch Amide umfassen, falls eine hinreichende Menge Sauerstoff in der Vakuumkammer verblieben ist, mit dem Ammoniak eingeleitet wird oder aus der Substratoberfläche gelöst wird. Die Aminierungsschicht 18 präsentiert Stoffen, die sich der Substratoberfläche nähern, Aminogruppen in relativ geringer Dichte und vergleichsweise ungeordneter Ausrichtung.
  • In einer zweiten Verfahrensstufe, die in Teilfigur b) von 1 illustriert, wird nach der Aminierung 18 statt des Ammoniak-Gases ein volatiles Diamin über ein steuerbares Ventil 20 durch die Vakuumkammer und insbesondere durch das elektrische Feld oberhalb des Substrates 10 geleitet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist Ethylendiamin, EDA, als Arbeitsgas dargestellt. Durch das hohe elektrische Feld werden die EDA-Moleküle, wie anhand einer schematischen Strukturformel in 1b dargestellt, jeweils in zwei ionisierte Methylamin-Moleküle gespalten. Diese Spaltprodukte binden jeweils kovalent mit den Stickstoffmolekülen, die von der ersten Aminierungsschicht 18 auf der Oberfläche des Substrates 10 präsentiert werden. Auf diese Weise entsteht eine zweite Aminierungsschicht 22. Auch die Schicht 22 präsentiert einem biologischen Material, das bei Gebrauch des erfindungsgemäß präparierten Substrates an der Substratoberfläche anhaften soll, Aminogruppen. Diese sind jedoch deutlich dichter und geordneter ausgerichtet, als Aminogruppen der ersten Aminierungsschicht 18. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Adhäsivität der präparierten Substratoberfläche.
  • In 1 nicht dargestellt sind Weiterbildungen der Erfindung, bei denen das Arbeitsgas der zweiten Arbeitsstufe, d. h. das volatile Diamin, mit bestimmten Dotierungsmitteln, wie beispielsweise Peptiden oder Wachstumshormonen, dotiert ist. Im Dotierungsfall werden Moleküle des Dotierungsmittels in die zweite Aminierungsschicht 22 oder durch direkten Kontakt mit der Oberfläche des Substrates 10 in die erste Aminierungsschicht 18 eingebaut. Je nach der speziellen biochemischen Wirkung der Dotierungsmittel kann die Adhäsivität des resultierenden Substrates 10 hierdurch spezifisch modifiziert werden.
  • Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Im Lichte der hier offenbarten Lehre ist dem Fachmann ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeit anhand gegeben. Insbesondere kann die Beschaffenheit des Arbeitsgases der zweiten Verfahrensstufe, d. h. insbesondere die Wahl des verwendeten Diamins oder der verwendeten Diamine, an den Einzelfall angepasst werden. Auch bei der Wahl eventueller Dotierungsmittel kann der Fachmann seine Wahl in Ansehung der konkreten Zielsetzung treffen. Selbstverständlich ist die Wahl spezieller Verfahrensparameter, wie z. B. die Frequenz und Feldstärke des zur Plasmabildung verwendeten elektrischen Feldes, der Restdruck in der Vakuumkammer, die Flussmenge und Flussgeschwindigkeit des Arbeitsgases und die Temperatur in der Vakuumkammer ebenfalls der Zielsetzung im Einzelfall anzupassen und kann vom Fachmann aufgrund seiner Erfahrungen und einfacher Versuche leicht getroffen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5112736 [0003, 0005]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche, bei dem die Substratoberfläche einer Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Behandlung mit Ammoniak und wenigstens einem volatilen Diamin als Arbeitsgasen unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung in zwei separaten Stufen erfolgt, wobei in einer ersten Stufe eine Aminierung der Substratoberfläche durch eine Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Behandlung mit Ammoniak als Arbeitsgas erfolgt und in einer zweiten Stufe eine Hochfrequenz-Niederdruckplasma-Behandlung der aminierten Substratoberfläche mit einem das volatile Diamin enthaltenden Arbeitsgas erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das volatile Diamin Ethylendiamin, Propylendiamin, Butylendiamin oder eine Mischung daraus ist.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas der zweiten Verfahrensstufe aus verdampftem Ethylendiamin, Propylendiamin, Butylendiamin oder einer Mischung daraus besteht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas der zweiten Verfahrensstufe aus einer Mischung aus Ethylendiamin und Ethylenglykol besteht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Ethylendiamin zu Ethylenglykol im flüssigen Zustand im Bereich von 1:1 bis 1:4 liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas der zweiten Verfahrensstufe mit Peptiden als Dotierungsmittel dotiert ist.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas der zweiten Verfahrensstufe mit Wachstumsfaktoren als Dotierungsmittel dotiert ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung durch Mischung des Dotierungsmittels mit einer bei Verdampfung das Arbeitsgas freisetzenden Flüssigkeit erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Dotierungsmittels in der Flüssigkeit im Bereich von einigen Pikogramm/Milliliter bis zu einigen Mikrogramm/Milliliter liegt.
  10. Substrat mit einer mittels eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche biofunktionalisierten Substratoberfläche.
  11. Substrat mit einer durch Aminierung biofunktionalisierten Substratoberfläche, auf der eine erste Schicht (18) aus Aminen und/oder Amiden aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass über der ersten Schicht (18) und kovalent mit dieser gebunden eine zweite Schicht (12) aus Spaltprodukten eines volatilen Diamins angeordnet ist.
  12. Substrat nach einem der Ansprüche 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass die biofunktionalisierte Substratoberfläche ein Trogboden einer Multiwellplatte, ein Schalenboden einer zellkulturschale, eine Oberfläche eines Trägers eines mobilen Affinitätsbindungs-Assays oder eine Oberfläche eines medizinischen Implantats ist.
DE102007013636A 2007-03-19 2007-03-19 Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche und Substrat Ceased DE102007013636A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007013636A DE102007013636A1 (de) 2007-03-19 2007-03-19 Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche und Substrat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007013636A DE102007013636A1 (de) 2007-03-19 2007-03-19 Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche und Substrat

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007013636A1 true DE102007013636A1 (de) 2008-09-25

Family

ID=39713042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007013636A Ceased DE102007013636A1 (de) 2007-03-19 2007-03-19 Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche und Substrat

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007013636A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5080924A (en) * 1989-04-24 1992-01-14 Drexel University Method of making biocompatible, surface modified materials
US5112736A (en) 1989-06-14 1992-05-12 University Of Utah Dna sequencing using fluorescence background electroblotting membrane
US5662960A (en) * 1995-02-01 1997-09-02 Schneider (Usa) Inc. Process for producing slippery, tenaciously adhering hydrogel coatings containing a polyurethane-urea polymer hydrogel commingled with a poly (n-vinylpyrrolidone) polymer hydrogel
US6159531A (en) * 1999-08-30 2000-12-12 Cardiovasc, Inc. Coating having biological activity and medical implant having surface carrying the same and method
US6277449B1 (en) * 1995-10-19 2001-08-21 Omprakash S. Kolluri Method for sequentially depositing a three-dimensional network

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5080924A (en) * 1989-04-24 1992-01-14 Drexel University Method of making biocompatible, surface modified materials
US5112736A (en) 1989-06-14 1992-05-12 University Of Utah Dna sequencing using fluorescence background electroblotting membrane
US5662960A (en) * 1995-02-01 1997-09-02 Schneider (Usa) Inc. Process for producing slippery, tenaciously adhering hydrogel coatings containing a polyurethane-urea polymer hydrogel commingled with a poly (n-vinylpyrrolidone) polymer hydrogel
US6277449B1 (en) * 1995-10-19 2001-08-21 Omprakash S. Kolluri Method for sequentially depositing a three-dimensional network
US6159531A (en) * 1999-08-30 2000-12-12 Cardiovasc, Inc. Coating having biological activity and medical implant having surface carrying the same and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19841337C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur intrazellulären Manipulation einer biologischen Zelle
DE69737837T2 (de) Verfahren zum Auftragen einer Sperrbeschichtung auf ein Kunststoffsubstrat
EP0962524B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur intrazellulären Manipulation einer biologischen Zelle
DE60031544T2 (de) Dlc-film, dlc-beschichteter plastikbehälter und verfahren und vorrichtung zur herstellung solcher behälter
DE19618926A1 (de) Mit Aminogruppen beschichtete Oberfläche
EP0778089A1 (de) Einrichtung zum Herstellen einer polymeren Beschichtung an Kunststoff-Hohlkörpern
EP2878006A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum permanenten bonden von wafern
DE19754056C1 (de) Verfahren zum Beschichten von Elastomerkomponenten
EP2390310B9 (de) Thermoresponsives Multischichtsubstrat für biologische Zellen
DE102014107564A1 (de) Verfahren zur Behandlung eines auf seltenen Erden basierten Magnets
DE102009039956A1 (de) Mikrofluidisches System und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102007013636A1 (de) Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Substratoberfläche und Substrat
WO2010075933A1 (de) Substrate zur selektion und spezifischen beeinflussung der funktion von zellen
EP2028961B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur oberflächenfunktionalisierung von haftverschlussteilen
EP1645625A2 (de) Polymeres Substrat zur Kultivierung von Zellen, insbesondere von Keratinozyten
DE102007041544A1 (de) Verfahren zur Herstellung von DLC-Schichten und dotierte Polymere oder diamantartige Kohlenstoffschichten
DE102008044024A1 (de) Beschichtungsverfahren sowie Beschichtungsvorrichtung
WO2017157662A1 (de) Poröse dünnschichtmembran, verfahren zu ihrer herstellung sowie verwendungsmöglichkeiten
EP1132460A2 (de) Bioreaktor und Verfahren zum Züchten dendritischer Zellen
DE102015015535A1 (de) Mikrostrukturierter Polymerkörper, Mikrobioreaktor und Verfahren zu ihrer Herstellung
WO2003080791A2 (de) Zellträger und verfahren zu dessen herstellung
DE102014203280A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung von Messgrößen an Membranen
EP1245298B1 (de) Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Kunststoffkörpers
DE102020202767B3 (de) Herstellung eines Verbunds aus Polymersubstraten und gesiegelte mikrofluidische Kartusche
DE102012101240A1 (de) Verfahren zur bestimmung der ansiedelbarkeit von biologischen zellen auf strukturen aus einem polymer sowie verfahren zur herstellung solcher strukturen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection