DE102011006278B4 - Coating layers with biofunctionalized surface and method for biofunctionalization of lacquer layers - Google Patents

Coating layers with biofunctionalized surface and method for biofunctionalization of lacquer layers Download PDF

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    • C09D189/00Coating compositions based on proteins; Coating compositions based on derivatives thereof

Abstract

Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Lackschicht, umfassend folgende Schritte: (I) Bereitstellen einer Lackschicht (S), die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (b) besitzt, und (II) Immobilisieren einer Vielzahl eines oder mehrerer unterschiedlicher Biomoleküle an der Oberfläche der Lackschicht (S), so dass die Biomoleküle kovalent an die Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden.Method for biofunctionalization of a lacquer layer, comprising the following steps: (I) providing a lacquer layer (S) which has free functional groups (B) on its surface, and (II) immobilizing a multiplicity of one or more different biomolecules on the surface of the lacquer layer ( S), so that the biomolecules are covalently bound to the surface of the lacquer layer (S).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neue Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Lackschicht, umfassend folgende Schritte:

  • (I) Bereitstellen einer Lackschicht (S), die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (b) besitzt, und
  • (II) Immobilisieren einer Vielzahl eines oder mehrerer unterschiedlicher Biomoleküle an der Oberfläche der Lackschicht (S), so dass die Biomoleküle kovalent an die Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden.
The present invention relates to novel methods for biofunctionalization of a lacquer layer, comprising the following steps:
  • (I) providing a lacquer layer (S) having on its surface free functional groups (b), and
  • (II) immobilizing a plurality of one or more different biomolecules on the surface of the lacquer layer (S), so that the biomolecules are covalently bound to the surface of the lacquer layer (S).

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem Lackschichten mit einer biofunktionalisierten Oberfläche, welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren herstellbar sind.The present invention also relates to lacquer layers with a biofunctionalized surface, which can be produced by a method according to the invention.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Artikel, umfassend oder bestehend aus einem Gegenstand und einer mit dem Gegenstand verbundenen erfindungsgemäßen Lackschicht.Furthermore, the present invention relates to articles comprising or consisting of an article and a lacquer layer according to the invention associated with the article.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch diverse Verwendungen einer erfindungsgemäßen Lackschicht.Furthermore, the present invention also relates to various uses of a lacquer layer according to the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Versehen eines Gegenstands mit einer biofunktionellen Oberfläche, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

  • – Aufbringen einer Lackschicht auf den Gegenstand und
  • – Biofunktionalisieren der (aufgebrachten) Lackschicht mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
The present invention also relates to a method of providing an article having a biofunctional surface, the method comprising the steps of:
  • Applying a lacquer layer on the object and
  • - Biofunktionalisieren the (applied) lacquer layer by means of a method according to the invention.

Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere den beschriebenen Beispielen sowie den beigefügten Patentansprüchen.Further aspects of the present invention will become apparent from the following description, in particular the examples described and the appended claims.

Eine „Lackschicht” ist eine Schicht aus Lack, die auf einen Gegenstand aufgebracht wird bzw. darauf aufgebracht ist. Nach DIN EN 971-1 ist ein Lack ein flüssiger, pastenförmiger oder pulverförmiger, pigmentierter Beschichtungsstoff, der eine deckende Beschichtung mit schützenden, dekorativen oder spezifischen technischen Eigenschaften ergibt. Hierzu zählen auch Klarlacke, die eine transparente Beschichtung mit schützenden, dekorativen oder spezifischen technischen Eigenschaften bilden (ISO 4618:2006).A "lacquer layer" is a layer of lacquer that is applied to or applied to an article. According to DIN EN 971-1, a varnish is a liquid, pasty or powdered, pigmented coating material which gives a covering coating with protective, decorative or specific technical properties. These include clearcoats that form a transparent coating with protective, decorative or specific technical properties (ISO 4618: 2006).

Ein „Biomolekül” ist ein Naturstoff (engl. natural product), d. h. eine chemische Substanz, die von einem Organismus gebildet wird, um biologische Funktionen zu erfüllen. Im Rahmen des vorliegenden Textes sind Biomoleküle insbesondere Proteine, Peptide, Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren, Hormone, Aminosäuren und Nukleotide.A "biomolecule" is a natural product, d. H. a chemical substance that is formed by an organism to fulfill biological functions. In the context of the present text, biomolecules are in particular proteins, peptides, carbohydrates, lipids, nucleic acids, hormones, amino acids and nucleotides.

Unter „Immobilisieren” ist im Rahmen des vorliegenden Textes ein Vorgang zu verstehen, bei dem (Bio-)Moleküle über spezifische chemische Wechselwirkungen an eine Lackschichtoberfläche gebunden werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Biomoleküle bei der Immobilisierung kovalent an die Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden. Eine kovalente Bindung (auch Atombindung, Elektronenpaarbindung oder homoopolare Bindung genannt) ist eine Form der chemischen Bindung, bei der die Atome zwischen sich mindestens ein (bindendes) Elektronenpaar ausbilden. Wie weiter unten beschrieben, werden hierbei vorzugsweise ein oder mehrere Linker verwendet.In the context of the present text, "immobilization" is to be understood as a process in which (bio) molecules are bound to a lacquer layer surface via specific chemical interactions. In the context of the present invention, the biomolecules are covalently bonded to the surface of the lacquer layer (S) during immobilization. A covalent bond (also called atomic bond, electron pair bond or homo-polar bond) is a form of chemical bond in which the atoms form at least one (binding) pair of electrons between them. As described below, one or more linkers are preferably used here.

Unter dem Begriff „Biofunktionalisierung” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Immobilisieren von Biomolekülen an eine Lackschichtoberfläche unter Erhalt der (zumindest) teilweisen oder vollständigen Aktivität bzw. Funktion des Biomoleküls zu verstehen. Dementsprechend ist eine „biofunktionalisierte Oberfläche” eine Oberfläche, an der Biomoleküle derart kovalent und funktionell gebunden sind, dass diese eine bestimmte Funktion ausüben (können).For the purposes of the present invention, the term "biofunctionalization" is understood to mean the immobilization of biomolecules onto a lacquer layer surface while retaining the (at least) partial or complete activity or function of the biomolecule. Accordingly, a "biofunctionalized surface" is a surface to which biomolecules are covalently and functionally bound so that they can perform a particular function.

Biofunktionalisierte Oberflächen weisen ein großes Zukunfts- und Anwendungspotenzial auf. Herkömmlicherweise werden insbesondere Kunststoffe mit Biomolekülen (z. B. Proteinen und Nukleinsäuren) kombiniert. Hierdurch soll das zu biofunktionalisierende Material die Funktionalität des jeweiligen Biomoleküls erhalten, um dessen Eigenschaften in Kombination mit dem Material nutzbar zu machen. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Immobilisierung von Biomolekülen ohne Funktionalitätsverlust. Jedoch stellt die Diskrepanz zwischen der Stabilität des zu funktionalisierenden Materials und der Anfälligkeit des Biomoleküls ein besonderes Problem dar.Biofunctionalized surfaces have great future and application potential. Conventionally, in particular, plastics are combined with biomolecules (eg proteins and nucleic acids). As a result, the material to be biofunctionalized should retain the functionality of the respective biomolecule in order to utilize its properties in combination with the material. Of particular importance here is the immobilization of biomolecules without loss of functionality. However, the discrepancy between the stability of the material to be functionalized and the susceptibility of the biomolecule poses a particular problem.

Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zum Aufbringen von Biomolekülen auf Lackschicht-Oberflächen nutzen lediglich unspezifische Oberflächenankopplungen aus, z. B. mittels Eintauchen in oder Besprühen mit eine(r) Biomolekül-haltige(n) Lösung. Z. B. im Bereich der medizinischen Diagnose werden Antikörper unspezifisch auf Kunststoffoberflächen immobilisiert, um diese für ELISA-Tests zu verwenden. Hierbei tritt jedoch häufig das Problem auf, dass die Ankopplung nur schlecht reproduzierbar ist und somit von Test zu Test eine geringe Reproduzierbarkeit bei relativ hoher Varianz auftritt. Unspezifische Kopplungen resultieren zudem in dem weiteren Nachteil, dass für eine ausreichende Immobilisierung von Biomolekülen eine große Menge an Biomolekülen notwendig ist.The methods described in the prior art for applying biomolecules on paint layer surfaces use only non-specific surface couplings, z. B. by immersion in or Spray with a biomolecule-containing solution. For example, in the field of medical diagnosis, antibodies are non-specifically immobilized on plastic surfaces to be used for ELISA tests. In this case, however, often the problem arises that the coupling is poorly reproducible and thus from test to test a low reproducibility at relatively high variance occurs. Unspecific couplings also result in the further disadvantage that a large amount of biomolecules is necessary for sufficient immobilization of biomolecules.

Weiterhin bergen unspezifische Ankopplungsstrategien den Nachteil, dass Biomoleküle (z. B. Antikörpern oder Enzyme) wegen der ungerichteten Ankopplung mit ihrem reaktiven Zentrum (Antikörper: Paratop; Enzym: reaktive Domäne) an die Oberfläche binden können. Dies geht mit einer Reduktion oder einem totalen Funktionsverlust (des Biomoleküls) einher.Furthermore, unspecific coupling strategies have the disadvantage that biomolecules (eg antibodies or enzymes) can bind to the surface because of the non-directional coupling with their reactive center (antibody: paratope, enzyme: reactive domain). This is accompanied by a reduction or a total loss of function (of the biomolecule).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem Lackschichten zuverlässig biofunktionalisiert werden können, insbesondere unter Aufrechterhaltung der Funktion der verwendeten Biomoleküle, wobei vorzugsweise die vorstehend genannten Probleme vermieden werden.The object of the present invention was therefore to provide a method by means of which coating layers can be reliably biofunctionalized, in particular while maintaining the function of the biomolecules used, wherein preferably the above-mentioned problems are avoided.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung entsprechend biofunktionalisierter Lackschichten.Another object of the present invention is to provide corresponding biofunctionalized lacquer layers.

Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen in der Bereitstellung von Artikeln, welche eine solche Lackschicht aufweisen sowie in der Bereitstellung vorteilhafter Verwendungen solcher Lackschichten.Other objects of the present invention are to provide articles having such a lacquer layer and to provide advantageous uses of such lacquer layers.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Versehen eines Gegenstands mit einer biofunktionellen Oberfläche.Another object of the present invention is to provide a method of providing an article having a biofunctional surface.

Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie insbesondere den beigefügten Patentansprüchen.Other objects of the present invention will become apparent from the following description and in particular the appended claims.

Die primäre Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Lackschicht, umfassend folgende Schritte:

  • (I) Bereitstellen einer Lackschicht (S), die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (b) besitzt, und
  • (II) Immobilisieren einer Vielzahl eines oder mehrerer unterschiedlicher Biomoleküle an der Oberfläche der Lackschicht (S), so dass die Biomoleküle kovalent an die Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden.
The primary object is achieved by a method for biofunctionalization of a lacquer layer, comprising the following steps:
  • (I) providing a lacquer layer (S) having on its surface free functional groups (b), and
  • (II) immobilizing a plurality of one or more different biomolecules on the surface of the lacquer layer (S), so that the biomolecules are covalently bound to the surface of the lacquer layer (S).

Für die Begriffe „Lackschicht”, „Immobilisieren”, „Biomoleküle” und „kovalent” gilt jeweils das oben Gesagte.For the terms "lacquer layer", "Immobilize", "Biomolecules" and "covalent" the above applies in each case.

Ausgehend vom Stand der Technik war es nicht naheliegend, ein solches Verfahren bereitzustellen. Insbesondere, da ein Lack herkömmlicherweise im Hinblick auf seine eigentliche, bestimmungsgemäße Funktion möglichst keine reaktiven Gruppen auf der Oberfläche aufweisen sollte, damit dieser gerade nicht mit der Umgebung reagiert.Based on the prior art, it was not obvious to provide such a method. In particular, since a lacquer should conventionally not have any reactive groups on the surface in terms of its actual, intended function, so that it does not react with the environment.

Im Stand der Technik sind bisher keine geeigneten (Ankopplungs-)Systeme beschrieben, die sich dazu eignen, Biomoleküle gezielt an der Oberfläche einer Lackschicht zu immobilisieren. Hierbei spielt sicherlich eine Rolle, dass es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf dem Weg zur erfindungsgemäßen Immobilisierung von Biomolekülen eine Reihe von Hürden zu überwinden galt, z. B. im Zusammenhang mit der Erzeugung funktioneller Gruppen an der Lackschichtoberfläche (wie weiter unten beschrieben).The prior art has hitherto described no suitable (coupling) systems which are suitable for immobilizing biomolecules in a targeted manner on the surface of a lacquer layer. This certainly plays a role that it was in the context of the present invention on the way to the immobilization of biomolecules according to the invention to overcome a number of hurdles, z. B. in connection with the generation of functional groups on the paint layer surface (as described below).

Lacksysteme sind nämlich komplexe Zusammensetzungen unterschiedlicher Substanzen, welche bestimmten Anforderungen genügen müssen, was die Erzeugung von (reaktiven) Oberflächengruppen zu einer Herausforderung werden lässt. Denn beim Erzeugen von reaktiven Oberflächengruppen besteht grundsätzlich die Gefahr, dass der eigentliche Lack nicht mehr für die herkömmlichen Zwecke geeignet ist. Dies liegt darin begründet, dass durch das Hinzufügen und/oder Abändern einzelner Bestandteile Lacke gegebenenfalls nicht mehr aushärten und/oder die mechanischen Lackeigenschaften verändert werden können (z. B. zu weich oder zu spröde).Coating systems are complex compositions of different substances which have to meet certain requirements, which makes the generation of (reactive) surface groups a challenge. Because when creating reactive surface groups there is always the danger that the actual paint is no longer suitable for conventional purposes. This is due to the fact that by adding and / or modifying individual constituents, if appropriate, lacquers can no longer harden and / or the mechanical coating properties can be changed (for example, too soft or too brittle).

Im Stand der Technik sind zwar unterschiedliche Methoden beschrieben, die sich mit chemisch-kovalenten Ankopplungen von Biomolekülen auf bestimmte Materialoberflächen beschäftigen. Hierzu zählen u. a. die Ankopplung von Biomolekülen über Silanisierung von Glas- bzw. Oxidoberflächen, die Anbindung von Biomolekülen über SH-Gruppen an mit Gold bedampfte Oberflächen und die Erzeugung von reaktiven Gruppen auf z. B. Polymeroberflächen mittels Plasma-Methoden. Die vorstehend genannten Methoden werden jedoch nicht im Zusammenhang mit der Biofunktionalisierung von Lackschichten beschrieben. Darüber hinaus würden sich diese Methoden auch nicht oder nur eingeschränkt zur Biofunktionalisierung von Lackschichten eignen. So können zum Beispiel nass-chemische Verfahren aufgrund der eingesetzten Lösungsmittel zur Zerstörung der Lackschicht führen (z. B. bei Einsatz von Aceton oder NMP als Lösungsmittel).Although different methods are described in the prior art, which deal with chemical-covalent coupling of biomolecules on certain material surfaces. These include the coupling of biomolecules via silanization of glass or oxide surfaces, the attachment of biomolecules via SH groups to gold vapor-deposited surfaces and the generation of reactive groups on z. B. polymer surfaces by plasma methods. However, the above-mentioned methods are not described in connection with the biofunctionalization of enamel layers. In addition, these methods would not or only partially suitable for biofunctionalization of paint layers. Thus, for example, wet-chemical processes can lead to the destruction of the lacquer layer due to the solvents used (eg when using acetone or NMP as solvent).

DE 100 25 174 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung einer mit Biomolekülen beschichteten Elektrode, die aus einem mit Kunststoff gebundenen elektrisch leitfähigen Stoff besteht. D. Dankbar beschäftigt sich in ihrer Dissertation (2005, Uni Tübingen, „Photochemische Oberflächenmodifizierung für die Bioanalytik auf Kunststoffträgern”) mit Oberflächenmodifizierungen auf Kunststoffträgern mittels photoaktiverbarer Crosslinker. In einem Internetauszug zum Doktorandenpreis des Leibnitz Instituts für Polymerforschung Dresden e. V. vom 12. November 2010 wird auf eine Dissertation Bezug genommen, welche die Leitfähigkeitsausrüstung von Kunststoffen zum Gegenstand hat und die Herstellung von Materialien mit funktionalen Eigenschaften beschreibt, nämlich die antistatische Leitfähigkeitsausrüstung von an sich elektrisch isolierenden Isomeren. Ein Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Lackschicht im Sinne der vorliegenden Erfindung ist im Stand der Technik jedoch nicht beschrieben. DE 100 25 174 A1 describes, for example, a process for producing an electrode coated with biomolecules, which consists of a plastic bound electrically conductive material. D. Dankbar's PhD thesis (2005, University of Tübingen, "Photochemical surface modification for bioanalytics on plastic substrates") deals with surface modifications on plastic substrates by means of photoactivatable crosslinkers. In an Internet excerpt to the doctoral student award of the Leibnitz Institute for Polymer Research Dresden e. V., dated Nov. 12, 2010, refers to a dissertation which deals with the conductivity of plastics and describes the preparation of materials having functional properties, namely the antistatic conductivity of intrinsically insulating isomers. However, a method for the biofunctionalization of a lacquer layer in the context of the present invention is not described in the prior art.

Die in Schritt (I) erwähnte Lackschicht (S) wird im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise hergestellt bzw. ist vorzugsweise herstellbar durch

  • (I.1) Bereitstellen einer ausgehärteten Lackschicht (s1), die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (a) besitzt, und Binden einer oder mehrerer eine oder mehrere funktionelle Gruppen (b) besitzender Verbindung(en) (B) an die Oberfläche der ausgehärteten Lackschicht (s1), wobei die Verbindung(en) (B) vorzugsweise kovalent an die Oberfläche der Lackschicht (s1) gebunden wird bzw. werden, so dass eine Lackschicht (S) entsteht, die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (b) besitzt, oder
  • (I.2) Bereitstellen einer noch nicht ausgehärteten Lackschicht (s2) und Aufbringen einer oder mehrerer eine oder mehrere funktionelle Gruppen (b) besitzender Verbindung(en) (B) auf die Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Lackschicht (s2), so dass nach dem Aushärten der Lackschicht (s2) eine Lackschicht (S) entsteht, die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (b) besitzt.
The lacquer layer (S) mentioned in step (I) is preferably produced in the context of a method according to the invention or is preferably preparable by
  • (I.1) providing a cured lacquer layer (s1) having on its surface free functional groups (a), and binding one or more of one or more functional groups (b) possessing compound (s) (B) to the surface of hardened lacquer layer (s1), wherein the compound (s) (B) is preferably covalently bound to the surface of the lacquer layer (s1) or, so that a lacquer layer (S) is formed, the free functional groups on its surface (b) owns, or
  • (I.2) providing a not yet cured lacquer layer (s2) and applying one or more one or more functional groups (b) possessing compound (s) (B) on the surface of the not yet cured lacquer layer (s2), so that after the hardening of the lacquer layer (s2) produces a lacquer layer (S) which has free functional groups (b) on its surface.

Bei der Bereitstellung einer Lackschicht (s1) gemäß vorstehend beschriebener Alternative (I.1) ist vorzugsweise darauf zu achten, dass die Eigenschaften des Lacks nicht – wie vorangehend beschrieben – nachteilig beeinflusst werden. Der Fachmann kann dies im Rahmen von Routine- und Vergleichsversuchen testen. Die freien funktionellen Gruppen (a) der Lackschicht (s1) können im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise durch den eingesetzten Härter und/oder das Bindemittel (Vernetzer) des verwendeten Lacksystems bereitgestellt werden. Hierbei kann beispielsweise (wie erfindungsgemäß bevorzugt) ein untervernetztes Lacksystem verwendet werden, bei welchem im ausgehärteten Zustand die Menge an Bindemittel (z. B. Polyolen) großer ist als die Menge an Härter (z. B. Härter mit (freien) Polyisocyanatgruppen). Dies bietet vorteilhafterweise den Vorteil, dass nicht jede (freie) funktionelle Gruppe des Bindemittels gebunden/vernetzt ist, woraus ein untervernetztes System mit freien funktionellen Gruppen (a) resultiert, die sich (u. a.) an der Oberfläche der ausgehärteten Lackschicht (s1) befinden, so dass sie dort an eine oder mehrere funktionelle Gruppen (b) binden können. Weitere Details zu bevorzugten Bestandteilen der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt zu verwendenden Lacke werden weiter unten im Rahmen diverser (erfindungsgemäß bevorzugter) Ausführungsformen und Beispiele erläutert.When providing a lacquer layer (s1) according to alternative (I.1) described above, care must preferably be taken that the properties of the lacquer are not adversely affected as described above. The skilled person can test this in the context of routine and comparative experiments. Within the scope of the present invention, the free functional groups (a) of the lacquer layer (s1) can be provided, for example, by the hardener used and / or the binder (crosslinker) of the lacquer system used. In this case, for example (as preferred according to the invention), an undercrosslinked coating system can be used in which the amount of binder (eg polyols) in the cured state is greater than the amount of hardener (eg hardener with (free) polyisocyanate groups). This advantageously offers the advantage that not every (free) functional group of the binder is bound / crosslinked, resulting in an undercrosslinked system with free functional groups (a), which are located (inter alia) on the surface of the cured lacquer layer (s1), so that they can bind to one or more functional groups (b) there. Further details on preferred constituents of the lacquers preferably to be used in connection with the present invention are explained below in the context of various (preferred according to the invention) embodiments and examples.

Ein besonders bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend im Rahmen von Alternative (1.1) beschrieben, wobei eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (a) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Hydroxy-, Isocyanat-, (primäre) Amino-, Carboxyl-, Epoxy- und Thiol-Gruppe.A particularly preferred aspect of the present invention relates to a process according to the invention as described above in the context of alternative (1.1), where one, several or all of the free functional groups (a) is or are selected from the group consisting of hydroxyl, isocyanate and , (primary) amino, carboxyl, epoxy and thiol group.

Vorzugsweise sind die freien funktionellen Gruppen (a) funktionelle Gruppen von Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
sekundäre Amine, Thiole, N-Hydroxylsuccinimide, Acrylate, Methacrylate, Azide, Alkine, Carbonsäuren, Säurechloride, Säureanhydride, Epoxide und Carbamatester.
Preferably, the free functional groups are (a) functional groups of compounds selected from the group consisting of:
secondary amines, thiols, N-hydroxysuccinimides, acrylates, methacrylates, azides, alkynes, carboxylic acids, acid chlorides, acid anhydrides, epoxides and carbamate esters.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei den freien funktionellen Gruppen (a) um Hydroxy- und/oder Isocyanat-Gruppen.The free functional groups (a) are particularly preferably hydroxy and / or isocyanate groups.

Ein weiterer, bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren wie oben im Rahmen von Alternative (I.2) beschrieben, wobei die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) mittels Ultraschallzerstäubung auf die Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Lackschicht (s2) aufgesprüht wird bzw. werden. Another, preferred aspect of the present invention relates to a method as described above in the context of alternative (I.2), wherein the or one, several or all compound (s) (B) by means of ultrasonic atomization on the surface of the not yet cured lacquer layer (s2) is sprayed or become.

Weitere erfindungsgemäß bevorzugte Methoden zum Aufbringen von Verbindung(en) (B) auf die Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Lackschicht (s2) sind: Dipcoaten, Spincoaten oder Druckmethoden (Ink- oder Bubblejet, Aerosoldrucken, Siebdruck, Dispenser-basiertes Drucken u. ä.).Further preferred methods according to the invention for applying compound (s) (B) to the surface of the not yet cured lacquer layer (s2) are: dipcoats, spincoats or printing methods (ink or bubble jet, aerosol printing, screen printing, dispenser-based printing and the like). ).

Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie oben beschrieben), wobei eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Amino-, Carbonyl-, Carboxyl, Epoxy-, Aldehyd-, Hydroxy- und Thiol-Gruppe. Besonders bevorzugt ist die bzw. eine der freien funktionellen Gruppen (b) eine Amino-Gruppe.Particularly preferred is a method of the invention (as described above), wherein one, several or all of the free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) is selected from the group consisting of amino, carbonyl, carboxyl , Epoxy, aldehyde, hydroxy and thiol group. Particularly preferably, the or one of the free functional groups (b) is an amino group.

Besonders bevorzugt ist ein vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Silan-Derivaten, vorzugsweise Aminosilanen, weiter bevorzugt beta-, alpha- und gamma-Alkoxysilanen, besonders bevorzugt 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTMS) und 3-Aminopropylsilantriol (APTS), insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Silan-Derivaten, vorzugsweise Aminosilanen, weiter bevorzugt beta-, alpha- und gamma-Alkoxysilanen, insbesondere (3-Acryloxypropyl)trimethoxysilan (insbesondere wegen der funktionellen Vinyl-Gruppe), (3-Mercaptopropyl)trimethoxysilan (insbesondere wegen der funktionellen Thiol-Gruppe, v. a. für eine Ankopplung von Biopolymeren über Polykondensation unter Ausbildung einer Thioetherbindung), (3-Triethoxysilyl)undecanal (insbesondere wegen der funktionellen Aldehyd-Gruppe, wodurch vorteilhafterweise – je nach Ausgestaltung des Verfahrens – der (zusätzliche) Schritt unter Verwendung von Glutaraldehyd (wie weiter unten beschrieben) entfallen kann), (3-Aminopropyl)diisopropylethoxysilan oder (3-Aminopropyl)dimethylethoxysilan (welche vorteilhafterweise eine für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders günstige Ausrichtung der freien funktionellen Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) ermöglichen), N-Phenylaminopropyltrimethoxysilan (insbesondere wegen des Benzolrings, der als funktionelle Gruppe fungieren kann), 2-(2-Pyridylethyl)thiopropyltrimethoxysilan, (6-Azicosulfonylhexy)ltriethoxysilan (insbesondere wegen der Eignung zur weiteren Verwendung im Rahmen einer Azid-Alkin-Cyclostufenreaktion), 5,6-Epoxyhexyltriethoxysilan (insbesondere wegen der funktionellen Epoxy-Gruppe), (3-Isocyananopropyl)triethoxysilan (insbesondere wegen der Isocyanat-Gruppe, welche sich vorteilhafterweise zur Ankopplung von Biopolymeren unter Ausbildung einer Isourethanbindung eignet), 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTMS), 3-Aminopropylsilantriol (APTS) und (3-Aminopropyl)trimethoxysilane.Particularly preferred is a method according to the invention described above, wherein the or one, several or all compound (s) (B) is selected from the group consisting of silane derivatives, preferably aminosilanes, more preferably beta, alpha and gamma-alkoxysilanes, particularly preferably 3-aminopropyltriethoxysilane (APTMS) and 3-aminopropylsilanetriol (APTS), in particular from the group consisting of silane derivatives, preferably aminosilanes, more preferably beta-, alpha- and gamma-alkoxysilanes, in particular (3-acryloxypropyl ) trimethoxysilane (in particular because of the functional vinyl group), (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (in particular because of the functional thiol group, especially for coupling of biopolymers via polycondensation to form a thioether bond), (3-triethoxysilyl) undecanal (in particular because of the functional aldehyde group, which advantageously - depending on the embodiment of the method - the (add (3-aminopropyl) diisopropylethoxysilane or (3-aminopropyl) dimethylethoxysilane (which advantageously has a particularly favorable orientation of the free functional groups for the purposes of the present invention (b) on the surface of the lacquer layer (S)), N-phenylaminopropyltrimethoxysilane (especially because of the benzene ring which can function as a functional group), 2- (2-pyridylethyl) thiopropyltrimethoxysilane, (6-azicosulfonylhexy) triethoxysilane (especially because of the suitability to further Used in the context of an azide-alkyne cyclo-step reaction), 5,6-epoxyhexyltriethoxysilane (in particular because of the functional epoxy group), (3-isocyananopropyl) triethoxysilane (in particular because of the isocyanate group, which is advantageously used for the coupling of biopolymers to form a Isourethanbindung suitable), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTMS), 3-aminopropyl ilanetriol (APTS) and (3-aminopropyl) trimethoxysilane.

Wie einleitend beschrieben, ist ein „Biomolekül” eine chemische Substanz im Sinne der einleitend erwähnten Definition. Es ist jedoch erfindungsgemäß besonders bevorzugt, wenn das bzw. eines, mehrere oder sämtliche der (unterschiedlichen) Biomolekül(e) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Proteinen (insbesondere Antikörper und Enzyme), Peptiden, Lipiden, Kohlenhydraten, Nukleinsäuren, Hormonen, Aminosäuren und Nukleotiden, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Biopolymeren. Je nach gewünschter Anwendung kann der Fachmann aus oben genannter Gruppe auch eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Biomoleküle verwenden/immobilisieren.As described in the introduction, a "biomolecule" is a chemical substance as defined in the introduction. However, it is particularly preferred according to the invention if the or one, several or all of the (different) biomolecule (s) is / are selected from the group consisting of proteins (in particular antibodies and enzymes), peptides, lipids, carbohydrates, nucleic acids, Hormones, amino acids and nucleotides, more preferably from the group consisting of biopolymers. Depending on the desired application, the person skilled in the above-mentioned group can also use / immobilize a mixture of two or more of these biomolecules.

Die erfindungsgemäß zu immobilisierenden Biomoleküle besitzen vorzugsweise eine oder mehrere freie Hydroxy-, Carboxy-, Thiol- und/oder Amino-Gruppe(n), die für die Zwecke der im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugten Bindungs- bzw. Reaktionsmechanismen genutzt werden kann bzw. können.The biomolecules to be immobilized according to the invention preferably have one or more free hydroxy, carboxy, thiol and / or amino group (s) which can be used for the purposes of the binding or reaction mechanisms preferred in the context of the present invention; can.

Es ist selbstverständlich, dass der Fachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung, sofern jeweils erforderlich, die funktionellen Gruppen (b) bzw. die Verbindungen (B) in Abhängigkeit von den zu immobilisierenden Biomolekülen bzw. den (freien) funktionellen Gruppen davon bzw. in Abhängigkeit von etwaigen zu verwendenden Linkern (wie weiter unten beschrieben) sowie zudem gegebenenfalls in Abhängigkeit von den freien funktionellen Gruppen (a) auswählt. Entsprechendes gilt jeweils für die weiteren erfindungsgemäß einzusetzenden Verbindungen.It is understood that within the scope of the present invention, if necessary, the person skilled in the art, the functional groups (b) or the compounds (B) depending on the biomolecules to be immobilized or the (free) functional groups thereof or in dependence of any linkers to be used (as described below) and, optionally, depending on the free functional groups (a). The same applies in each case to the further compounds to be used according to the invention.

Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens (wie oben beschrieben) werden die Biomoleküle vorzugsweise entweder jeweils kovalent (direkt) an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden (Alternative (II.1)) oder jeweils über einen oder mehrere Linker (L) kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden (Alternative- (II.2)).Within the scope of a method according to the invention (as described above), the biomolecules are preferably bound either covalently (directly) to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) (alternative (II.1)) or in each case via one or more linkers (L) covalently bound to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) (alternative (II.2)).

Erfindungsgemäß bevorzugt ist demnach ein Verfahren wie oben beschrieben, wobei

  • (II.1) (die) Biomoleküle jeweils kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden und/oder
  • (11.2) (die) Biomoleküle jeweils über einen oder mehrere Linker (L) kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden.
Accordingly, according to the invention, a method as described above is preferred, wherein
  • (II.1) the biomolecules are each covalently bound to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) and / or
  • (11.2) the biomolecules are each covalently bound via one or more linkers (L) to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S).

„Linker” sind im Rahmen des vorliegenden Textes kurze bis langkettige organische Moleküle (wie im Folgenden im Rahmen diverser Beispiele beschrieben), über die die zu immobilisierenden Biomoleküle – je nach Verfahrensgestaltung – an die Oberfläche der Lackschicht gebunden werden können. Linker stellen im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verbindung zwischen reaktiven Gruppen auf der Lackoberfläche und reaktiven Gruppen der Biomoleküle dar. Linker können im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur eingesetzt werden, um die Biomoleküle anzukoppeln, sondern vorteilhafterweise auch, um Biomoleküle von der Oberfläche der Lackschicht entfernt bzw. beabstandet zu immobilisieren, um gegebenenfalls die Aktivität der Biomoleküle nicht zu beeinträchtigen bzw. diese zu maximieren.In the context of the present text, "linkers" are short to long-chain organic molecules (as described below in the context of various examples) via which the biomolecules to be immobilized-depending on the process design-can be bound to the surface of the lacquer layer. In the context of the present invention, linkers represent a connection between reactive groups on the lacquer surface and reactive groups of the biomolecules. In the context of the present invention, linkers can be used not only to couple the biomolecules, but also advantageously to biomolecules from the surface of the lacquer layer immobilized or immobilized, so as not to interfere with or maximize the activity of the biomolecules.

Im Fall der vorstehend beschriebenen Alternative (II.2) ist es besonders bevorzugt, wenn der bzw. einer, mehrere oder sämtliche Linker (L) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Homobifunktionellen Linkern und Heterobifunktionellen Linkern.In the case of the alternative (II.2) described above, it is particularly preferred if one or more, or all, of the linkers (L) is or are selected from the group consisting of homobifunctional linkers and heterobifunctional linkers.

Besonders bevorzugt sind (Homobifunktionelle) Linker ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus

  • – N-Hydroxysuccinimid (NHS)-Ester, z. B. Sulfo-NHS, Dithiobis(succinimidylpropionat) (DSP), Disuccinimidylsuberat (DSS) (insbesondere für die Ankopplung mit einer Amino-Gruppe) oder N,N-Disuccinimidylcarbonat (insbesondere für die Ankopplung mit einer Hydroxyl-Gruppe),
  • – Imidoester, z. B. Dimethyladipimidat (DMA) oder Dimethylpimelimidat (DMP) (insbesondere für die Ankopplung mit einer Amino-Gruppe),
  • – Sulfhydryl reaktive Linker, z. B. 1,4-di-[3-(2-pyridyldithio)propionamido]butat, Bis-maleimidohexane (insbesodner für die Ankopplung mit einer Thiol-Gruppe),
  • – Hydrazide, z. B. Adipicsäure-Dihydrazide oder Carbohydrozide (insbesondere für die Ankopplung mit einer Carbonyl-Gruppe),
  • – Aldehyde, vorzugsweise Polyaldehyde, insbesondere Dialdehyde, besonders bevorzugt 1,5-Pentandial,
  • – Polyisocyanate, vorzugsweise Diisocyanate, besonders bevorzugt Hexamethylendiisocyanat,
  • – Isophorondiisocyanat, 1,4-Cyclohexyldiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat und Polymeres Diphenylmethandiisocyanat.
Particular preference is given to (homobifunctional) linkers selected from the group consisting of
  • N-hydroxysuccinimide (NHS) ester, e.g. Sulfo-NHS, dithiobis (succinimidylpropionate) (DSP), disuccinimidyl suberate (DSS) (especially for coupling with an amino group) or N, N-disuccinimidyl carbonate (especially for coupling with a hydroxyl group),
  • - Imidoester, z. Dimethyl adipimidate (DMA) or dimethylpimelimidate (DMP) (especially for coupling with an amino group),
  • Sulfhydryl reactive linkers, e.g. For example, 1,4-di- [3- (2-pyridyldithio) propionamido] butoxide, bis-maleimidohexanes (especially for coupling with a thiol group),
  • - Hydrazides, z. B. adipic acid dihydrazides or carbohydrocides (especially for coupling with a carbonyl group),
  • Aldehydes, preferably polyaldehydes, in particular dialdehydes, more preferably 1,5-pentanedial,
  • Polyisocyanates, preferably diisocyanates, more preferably hexamethylene diisocyanate,
  • - Isophorone diisocyanate, 1,4-cyclohexyl diisocyanate, tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate and polymer diphenylmethane diisocyanate.

Als (Heterobifunktionelle) Linker eignen sich zudem beispielsweise N-succinimidyl-3-(2-pyridyldithio)propionat (SPDP) oder Succinimidyl-4-(N-maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxylate (SMCC).Also suitable as (heterobifunctional) linkers are, for example, N-succinimidyl-3- (2-pyridyldithio) propionate (SPDP) or succinimidyl-4- (N-maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxylate (SMCC).

Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugter Aspekt betrifft zusammengefasst ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Alternative (I.1) (wie oben beschrieben), wobei

  • – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (a) Hydroxy-Gruppen sind,
  • – die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) ein Aminosilan ist bzw. Aminosilane sind, besonders bevorzugt, wobei die bzw. eine Verbindung (B) 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTMS) ist,
  • – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) Amino-Gruppen sind, und
  • – die Biomoleküle jeweils über einen Linker (L) kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden, wobei der Linker (L) vorzugsweise ein Polyaldehyd ist, vorzugsweise ein Dialdehyd, besonders bevorzugt 1,5-Pentandial.
A particularly preferred aspect in the context of the present invention relates in summary to a method according to the invention according to alternative (I.1) (as described above), wherein
  • One, several or all of the free functional groups (a) are hydroxy groups,
  • The one or more or all the compound (s) (B) is an aminosilane or aminosilanes are particularly preferred, the compound or (B) being 3-aminopropyltriethoxysilane (APTMS),
  • - One, several or all of the free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) are amino groups, and
  • - The biomolecules are each bound via a linker (L) covalently to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S), wherein the linker (L) is preferably a polyaldehyde, preferably a dialdehyde, particularly preferably 1 , 5-pentanedial.

Im Folgenden wird ein solches Verfahren anhand ausgewählter, besonders bevorzugter Beispiele näher erläutert.In the following, such a process is explained in more detail by means of selected, particularly preferred examples.

Zunächst wird in einem ersten Schritt eine ausgehärtete Lackschicht (s1) bereitgestellt, die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (a) besitzt. Als Lacksystem wird vorzugsweise ein Zwei-Komponenten-Polyurethansystem verwendet. Über das Mischungsverhältnis der Lacksystem-Bestandteile lassen sich freie funktionelle Gruppen (a) (hier: vorzugsweise Hydroxy-Gruppen) an der Lackschichtoberfläche erzeugen.First, in a first step, a cured lacquer layer (s1) is provided which has free functional groups (a) on its surface. The paint system used is preferably a two-component polyurethane system. By way of the mixing ratio of the coating system constituents, free functional groups (a) (here: preferably hydroxy groups) can be produced on the surface of the lacquer layer.

Das Lacksystem wird vorzugsweise bereitgestellt, indem Bindemittel und Härter vorzugsweise im Verhältnis von 4:1 bis 8:1, bezogen auf das Gewicht, besonders bevorzugt im Verhältnis von etwa 6:1, miteinander sowie gegebenenfalls mit weiteren Bestandteilen gemischt werden. So ergibt sich beispielsweise bei einem Mischungsverhältnis von Bindemittel (hier: Bayhydrol A 242) zu Härter (hier: Bayhydur XP 2570) von 6:1 gemäß stöchiometrischer Berechnung, dass in 100 g einer entsprechenden Mischung aus Bindemittel und Härter 0,5 g Hydroxy-Gruppen enthalten sind. Somit beträgt der OH-Gehalt 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mengen an Bindemittel und Härter. Bei diesem Mischungsverhältnis ist es vorteilhafterweise möglich, einen Überschuss an Hydroxygruppen (als funktionelle Gruppen (a) im Sinne der vorliegenden Erfindung) an der Lackschichtoberfläche zu erzeugen, welche als Ausgangspunkt für die Funktionalisierung der Lackoberfläche und schließlich für die Ankopplungsreaktionen von Biomolekülen dienen, wie im Rahmen des vorliegenden Textes näher beschrieben.The paint system is preferably provided by using binders and hardeners preferably in the ratio of 4: 1 to 8: 1 by weight, more preferably in the ratio of about 6: 1, be mixed with each other and optionally with other ingredients. For example, at a mixing ratio of binder (here: Bayhydrol A 242) to hardener (in this case: Bayhydur XP 2570) of 6: 1 according to stoichiometric calculation, that in 100 g of a corresponding mixture of binder and hardener 0.5 g of hydroxyl Groups are included. Thus, the OH content is 0.5 wt .-%, based on the total weight of the amounts of binder and hardener. At this mixing ratio, it is advantageously possible to produce an excess of hydroxy groups (as functional groups (a) in the context of the present invention) on the paint layer surface, which serve as a starting point for the functionalization of the paint surface and finally for the coupling reactions of biomolecules, as in US Pat Framework of the present text described in more detail.

Die Lackschicht kann auf einer beliebigen, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeigneten Oberfläche (eines Gegenstands) aufgebracht sein bzw. werden. Für die Zwecke der nachfolgenden Erläuterungen wird ein Coil-coating Blech betrachtet, welches mit einer entsprechenden Lackschicht beschichtet (worden) ist und demnach auf seiner Oberfläche freie funktionelle Gruppen (a) besitzt (hier: Hydroxy-Gruppen).The lacquer layer may be applied to any surface (article) suitable for the purposes of the present invention. For the purposes of the following explanations, a coil-coating sheet is considered, which is coated with a corresponding layer of lacquer (has been) and therefore on its surface free functional groups (a) has (here: hydroxy groups).

Die freien funktionellen Gruppen (a) lässt man vorzugsweise mit einer Verbindung (B), vorzugsweise mit einem einem Aminosilan, reagieren. Die Verbindung (B) besitzt eine oder mehrere funktionelle Gruppen (b), wie vorstehend beschrieben. Bevorzugt ist als Verbindung (B) 3-Aminopropyltrimethoxysilan (APTMS) oder 3-Aminopropylsilsantriol zu verwenden. Besonders bevorzugt ist APTMS (vorzugsweise in wasserfreiem Toluol) zu verwenden.The free functional groups (a) are preferably allowed to react with a compound (B), preferably one amino silane. The compound (B) has one or more functional groups (b) as described above. As compound (B), 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) or 3-aminopropylsilsantriol is preferably used. It is particularly preferable to use APTMS (preferably in anhydrous toluene).

Dabei erfolgt vorteilhafterweise eine Funktionalisierung der freien. funktionellen Gruppen (a) (hier: Hydroxy-Gruppen) auf der Lackschichtoberfläche mittels Silanisierung, wie im folgenden Reaktionsschema gezeigt:

Figure 00120001
Reaktionsschema 1: Schematische Darstellung einer Silanisierungsreaktion an einer OH-funktionellen Oberfläche mit APTMS in wasserfreiem Toluol In this case, advantageously, a functionalization of the free. functional groups (a) (here: hydroxy groups) on the lacquer layer surface by means of silanization, as shown in the following reaction scheme:
Figure 00120001
Scheme 1: Schematic representation of a silanization reaction on an OH-functional surface with APTMS in anhydrous toluene

Bei der Silanisierungsreaktion reagieren Hydroxy-Gruppen der Lackschichtoberfläche mit APTMS zu einer aminosilanisierten Oberfläche. Um die erfolgte Silanisierungsreaktion zu prüfen, werden vorzugsweise oberflächensensitive Analysemethoden wie Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS; X-Ray Photoelectron Spectroscopy) und FT-ATR-Spektroskopie eingesetzt. Anhand der charakteristischen Banden der C-N und N-H Schwingungen in den IR-Spektren (bei der FT-ATR-Spektroskopie) können die Aminogruppen der Silane, welche als Bestätigung für eine erfolgte Modifizierung dienen, an der Lackschichtoberfläche nachgewiesen werden. Die XPS-Technik den Nachweis von Veränderungen in der Elementzusammensetzung an der Lackschichtoberfläche. So werden im vorliegenden Fall (nach erfolgter Silanisierungsreaktion) ein höherer Kohlenstoffgehalt und ein niedrigerer Sauerstoffatomgehalt sowie Siliziumatome nachgewiesen.In the silanization reaction, hydroxy groups on the paint layer surface react with APTMS to form an aminosilanized surface. To test the silanization reaction that has taken place, it is preferable to use surface-sensitive analysis methods such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and FT-ATR spectroscopy. On the basis of the characteristic bands of C-N and N-H vibrations in the IR spectra (in FT-ATR spectroscopy), the amino groups of the silanes, which serve as confirmation of a modification made, can be detected at the lacquer surface. The XPS technique the detection of changes in the elemental composition at the paint layer surface. Thus, in the present case (after the silanization reaction) a higher carbon content and a lower oxygen atom content as well as silicon atoms are detected.

Nach der Aminosilanisierung der Lackschichtoberfläche besitzt die Lackschichtoberfläche freie funktionelle Gruppen (b) (wie oben beschrieben), nämlich (hier:) Amino-Gruppen.After the aminosilization of the lacquer layer surface, the lacquer layer surface has free functional groups (b) (as described above), namely (here :) amino groups.

In einem nächsten Schritt werden nun die zu immobilisierenden Biomoleküle – vorzugsweise jeweils über einen Linker (L) – kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht gebunden. Hierbei erfolgt das Anbinden der Biomoleküle an die freien funktionellen Gruppen (b) (hier: Amino-Gruppen) vorzugsweise durch Verwendung eines Dialdehyds als Linker (L). Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Glutaraldehyd (1,5-Pentandial) als Linker (L). Alternativ bevorzugt ist die Verwendung von homobifunktionellem Kopplungsreagenz HDI (1,6 Hexamethylendiisocyanat) als Linker (L) (s. hierzu auch weiter unten).In a next step, the biomolecules to be immobilized-preferably in each case via a linker (L) -are covalently bonded to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer. Here, the binding of the biomolecules to the free functional groups (b) (here: amino groups) is preferably carried out by using a dialdehyde as a linker (L). Particularly preferred is the use of glutaraldehyde (1,5-pentanedial) as a linker (L). Alternatively preferred is the use of homobifunctional coupling reagent HDI (1,6 hexamethylene diisocyanate) as linker (L) (see also below).

Wie oben erwähnt, können beliebige, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Biomoleküle immobilisiert werden. Für die Zwecke der nachfolgenden Erläuterungen wird jedoch ein Modellprotein (hier: BSA-FITC) eingesetzt, welches über Glutaraldehyd als Linker (L) kovalent an die Oberfläche der Lackschicht gebunden wird, wie im Folgenden näher erläutert. Bei dem Modellprotein handelt es sich um ein fluoreszenzmarkiertes natives Rinderserumalbumin. Dieses ermöglicht vorteilhafterweise die Detektion mittels Fluoreszensmikroskopie.As mentioned above, any biomolecule suitable for the purposes of the present invention can be immobilized. For the purposes of the following discussion, however, a model protein (here: BSA-FITC), which is covalently bound via glutaraldehyde as a linker (L) to the surface of the lacquer layer, as explained in more detail below. The model protein is a fluorescently labeled native bovine serum albumin. This advantageously enables detection by means of fluorescence microscopy.

Zur Anbindung des Biomoleküls an die (aminofunktionalisierte) Lackschichtoberfläche wird die Lackschichtoberfläche vorzugsweise mit Glutaraldehyd zur Reaktion gebracht.To attach the biomolecule to the (amino-functionalized) lacquer layer surface, the lacquer layer surface is preferably reacted with glutaraldehyde.

Dabei erfolgt eine Kondensationsreaktion durch nukleophile Addition zwischen einer Carbonylgruppe des Glutaraldehyds und der primären Aminogruppe (des Silans) auf der Lackschichtoberfläche ab. Die resultierende Verbindung stabilisiert sich unter Abspaltung von Wasser, wobei eine Schiffsche Base gebildet wird. Bei Zugabe des Biomoleküls wird dieses (über den Linker) kovalent an die Lackschichtoberfläche gebunden. Hierfür wird der mit der Lackschicht versehene Gegenstand (hier beispielhaft: Coil-coating Blech) vorzugsweise in eine Lösung des anzubindenden Modellproteins (hier: 0,1 mg BSA-FITC/5 ml PBS-Puffer pH-7,4) gebracht, vorzugsweise für einen Zeitraum von etwa 4 Stunden. Der allgemeine Reaktionsmechanismus ist in Reaktionsschema 2 gezeigt:

Figure 00140001
Reaktionsschema 2: Darstellung der Anbindung eines Modellproteins (BSA-FITC mittels Glutaraldehyd als Linker. In this case, a condensation reaction takes place by nucleophilic addition between a carbonyl group of the glutaraldehyde and the primary amino group (of the silane) on the lacquer layer surface. The resulting compound stabilizes with elimination of water to form a Schiff base. Upon addition of the biomolecule, it is covalently bound (via the linker) to the lacquer layer surface. For this purpose, the object provided with the lacquer layer (here by way of example coil coating tin) is preferably brought into a solution of the model protein to be bound (here: 0.1 mg BSA-FITC / 5 ml PBS buffer pH 7.4), preferably for a period of about 4 hours. The general reaction mechanism is shown in Reaction Scheme 2:
Figure 00140001
Scheme 2: Representation of the binding of a model protein (BSA-FITC using glutaraldehyde as a linker.

Ein weiterer, besonders bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft zusammengefasst ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Alternative (I.1) (wie oben beschrieben), wobei

  • – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (a) Isocyanat-Gruppen sind,
  • – die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) ein Aminosilan ist bzw. Aminosilane sind, besonders bevorzugt, wobei die bzw. eine Verbindung (B) 3-Aminopropylsilantriol ist,
  • – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) Amino-Gruppen sind, und
  • – die Biomoleküle jeweils über einen Linker (L) kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden, wobei der Linker (L) vorzugsweise ein Polyisocyanat ist, besonders bevorzugt Hexamethylendiisocyanat.
A further, particularly preferred aspect of the present invention relates in summary to an inventive method according to alternative (I.1) (as described above), wherein
  • One, several or all of the free functional groups (a) are isocyanate groups,
  • The one or more or all the compound (s) (B) is an aminosilane or aminosilanes are particularly preferred, the compound or (B) being 3-aminopropylsilanetriol,
  • - One, several or all of the free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) are amino groups, and
  • - The biomolecules are each bound via a linker (L) covalently to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S), wherein the linker (L) is preferably a polyisocyanate, more preferably hexamethylene diisocyanate.

Ein solches Verfahren wird hiernach anhand ausgewählter, besonders bevorzugter Beispiele näher erläutert. Such a method will be explained below with reference to selected, particularly preferred examples.

Zunächst wird auch hierbei in einem ersten Schritt eine ausgehärtete Lackschicht (s1) bereitgestellt, die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (a) besitzt. Als Lacksystem wird vorzugsweise ein Zwei-Komponenten-Polyurethansystem verwendet. Über das Mischungsverhältnis der Lacksystem-Bestandteile lassen sich freie funktionelle Gruppen (a) (hier: vorzugsweise Isocyanat-Gruppen) an der (untervernetzten) Lackschichtoberfläche erzeugen. Das bevorzugte Mischungsverhältnis der Gesamtmenge an Bindemittel zur Gesamtmenge an Härter liegt hierbei bei 4:1.First of all, a hardened lacquer layer (s1) which has free functional groups (a) on its surface is also provided in a first step. The paint system used is preferably a two-component polyurethane system. By way of the mixing ratio of the coating system constituents, free functional groups (a) (in this case preferably isocyanate groups) can be produced on the (undercrosslinked) lacquer layer surface. The preferred mixing ratio of the total amount of binder to the total amount of hardener is 4: 1.

Auch hierbei gilt, dass die Lackschicht grundsätzlich auf einer beliebigen, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeigneten Oberfläche (eines Gegenstands) aufgebracht ist bzw. werden kann.Again, the lacquer layer is basically applied to any surface (article) suitable for the purposes of the present invention.

Die freien funktionellen Gruppen (a) lässt man vorzugsweise mit einer Verbindung (B), vorzugsweise mit einem Aminosilan, reagieren. Die Verbindung (B) besitzt eine oder mehrere funktionelle Gruppen (b), wie vorstehend beschrieben. Bevorzugt ist als Verbindung (B) (3-Aminopropyltrimethoxysilan (APTMS) oder 3-Aminopropylsilantriol zu verwenden. Besonders bevorzugt ist im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels 3-Aminopropylsilsantriol.The free functional groups (a) are preferably allowed to react with a compound (B), preferably with an aminosilane. The compound (B) has one or more functional groups (b) as described above. Preference is given to using (3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) or 3-aminopropylsilanetriol as compound (B).) 3-aminopropylsilane triol is particularly preferred in the context of this exemplary embodiment.

Dabei erfolgt vorteilhafterweise eine Funktionalisierung der freien funktionellen Gruppen (a) (hier: Isocyanat-Gruppen) auf der Lackschichtoberfläche mittels Silanisierung, wobei die Reaktion vorzugsweise mit einer starken Base, z. B. DBU, katalysiert wird, wie zusammenfassend im folgenden Reaktionsschema gezeigt:

Figure 00160001
Reaktionsschema 3: Schematische Darstellung einer Silanisierungsreaktion an einer NCO-funktionellen Lackschichtoberfläche mit Aminopropylsilantriol. In this case, advantageously, a functionalization of the free functional groups (a) (here: isocyanate groups) on the lacquer layer surface by means of silanization, wherein the reaction is preferably carried out with a strong base, for. DBU, as summarized in the following reaction scheme:
Figure 00160001
Scheme 3: Schematic representation of a silanization reaction on an NCO-functional lacquer layer surface with aminopropylsilane triol.

In einem nächsten Schritt werden nun die zu immobilisierenden Biomoleküle – wiederum vorzugsweise jeweils über einen Linker (L) – kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) (hier: Amino-Gruppen) auf der Oberfläche der Lackschicht gebunden. Hierbei erfolgt das Anbinden der Biomoleküle an die freien funktionellen Gruppen (b) vorzugsweise durch Verwendung eines Polyisocyanats als Linker (L). Besonders bevorzugt ist die Verwendung von homobifunktionellem Kopplungsreagenz HDI (1,6 Hexamethylendiisocyanat) als Linker (L), wie im Folgenden näher beschrieben.In a next step, the biomolecules to be immobilized - again preferably in each case via a linker (L) - are covalently bound to one or more free functional groups (b) (here: amino groups) on the surface of the lacquer layer. In this case, the binding of the biomolecules to the free functional groups (b) preferably takes place by using a polyisocyanate as linker (L). Particularly preferred is the use of homobifunctional coupling reagent HDI (1,6 hexamethylene diisocyanate) as a linker (L), as described in more detail below.

Die Lackschichtoberfläche wird vorzugsweise mit einer 3%-igen 1,6-Hexamethylendiisocyanat-Lösung versetzt. Da die Reaktionsgeschwindigkeit von Hexamethylendiisocyanat bei Raumtemperatur relativ gering ist, wird vorzugsweise Dibutylzinndilaurat (DBTL) als Katalysator verwendet, wie zusammenfassend im folgenden Reaktionsschema gezeigt:

Figure 00170001
Reaktionsschema 4: Verwendung von Hexamethylendiisocyanat als Linker. The lacquer layer surface is preferably mixed with a 3% 1,6-hexamethylene diisocyanate solution. Since the reaction rate of hexamethylene diisocyanate is relatively low at room temperature, dibutyltin dilaurate (DBTL) is preferably used as the catalyst, as shown in summary in the following reaction scheme:
Figure 00170001
Scheme 4: Use of hexamethylene diisocyanate as a linker.

Beim Versetzen der Lackschichtoberfläche mit HDI reagiert die Aminogruppe des Silans mit dem Diisocyanat unter Ausbildung einer Harnstoffbindung.When the lacquer layer surface is mixed with HDI, the amino group of the silane reacts with the diisocyanate to form a urea bond.

Vorzugsweise wird nach einer Reaktionsdauer von etwa einer Stunde mit Methyl-tertiärbutylether (MTBE) gewaschen, um nicht gebundenes HDI zu entfernen.Preferably, after a reaction time of about one hour, it is washed with methyl tertiary butyl ether (MTBE) to remove unbound HDI.

Wie oben erwähnt, können beliebige, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Biomoleküle immobilisiert werden. Für die Zwecke der nachfolgenden Erläuterungen wird jedoch auch im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels ein Modellprotein (BSA-FITC) eingesetzt, welches über HDI als Linker (L) (s. hierzu oben) kovalent an die Oberfläche der Lackschicht gebunden wird.As mentioned above, any biomolecule suitable for the purposes of the present invention can be immobilized. For the purposes of the following explanations, however, a model protein (BSA-FITC) is also used in the context of this exemplary embodiment, which is bound covalently to the surface of the lacquer layer via HDI as linker (L) (see above).

Hierfür werden die mit der Lackschicht versehenen Gegenstände vorzugsweise direkt nach dem Anbinden von HDI bzw. nach dem Waschen in eine Lösung des anzubindenden Modellproteins (hier: 0,1 mg BSA-FITC/5 ml PBS-Puffer pH-7,4) gebracht, vorzugsweise für einen Zeitraum von etwa 4 Stunden. Dabei werden die Modellproteine durch Ausbildung einer Harnstoffbindung kovalent an die freien Isocyanatgruppen (des Linkers HDI) gebunden, wie im folgenden Rektionsschema gezeigt:

Figure 00180001
Reaktionsschema 5: Darstellung der Anbindung eines Modellproteins (BSA-FITC) mittels HDI als Linker.For this purpose, the objects provided with the lacquer layer are preferably brought into a solution of the model protein to be bound (here: 0.1 mg BSA-FITC / 5 ml PBS buffer pH 7.4) directly after the attachment of HDI or after washing. preferably for a period of about 4 hours. The model proteins are covalently bound by formation of a urea bond to the free isocyanate groups (of the linker HDI), as shown in the following reaction scheme:
Figure 00180001
Scheme 5: Representation of the connection of a model protein (BSA-FITC) by means of HDI as a linker.

Ein weiterer, erfindungsgemäß bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Alternative (1.2) (wie oben beschrieben), wobei

  • – die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) ein Aminosilan ist bzw. Aminosilane sind, besonders bevorzugt, wobei die bzw. eine Verbindung (B) 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTMS) ist,
  • – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) Amino-Gruppen sind, und
  • – die Biomoleküle jeweils kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden, wobei die Biomoleküle vor dem Binden an die freien funktionellen Gruppen (b) optional aktiviert werden.
Another preferred aspect of the present invention relates to an inventive method according to alternative (1.2) (as described above), wherein
  • The one or more or all the compound (s) (B) is an aminosilane or aminosilanes are particularly preferred, the compound or (B) being 3-aminopropyltriethoxysilane (APTMS),
  • - One, several or all of the free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) are amino groups, and
  • - The biomolecules are each covalently bound to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S), wherein the biomolecules are optionally activated before binding to the free functional groups (b).

Unter „aktiviert” wird hierbei verstanden, dass die Biomoleküle in der Art und Weise verändert werden, dass sie in eine für die Reaktion (zum Binden an die freien funktionellen Gruppen (b)) geeignete Zwischenverbindung überführt werden. So hängt es zum Beispiel bei Substitutionsreaktionen von der Güte der Abgangsgruppe ab, ob die Reaktion ablauft oder nicht. Wird eine Hydroxy-Gruppe, die eine schlechte Abgangsgruppe darstellt, zunächst in einen Ester, eine gute Abgangsgruppe, überführt, so lassen sich leicht Substitutionen beispielsweise mit Halogeniden realisieren. By "activated" it is meant herein that the biomolecules are altered in such a way that they are converted into an intermediate suitable for the reaction (for binding to the free functional groups (b)). For example, in the case of substitution reactions, it depends on the quality of the leaving group whether the reaction proceeds or not. When a hydroxy group, which is a poor leaving group, is first converted to an ester, a good leaving group, substitutions with, for example, halides can be easily realized.

Im Folgenden wird ein solches Verfahren anhand ausgewählter, besonders bevorzugter Beispiele näher erläutert.In the following, such a process is explained in more detail by means of selected, particularly preferred examples.

Zur Bereitstellung einer (noch nicht ausgehärteten) Lackschicht (s2) wird vorzugsweise ein wässriges 2-K Acrylat/Melaminharzsystem als Lacksystem verwendet.To provide a (not yet cured) lacquer layer (s2), an aqueous 2-K acrylate / melamine resin system is preferably used as the lacquer system.

Vorzugsweise wird bzw. die bzw. werden eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) (hier beispielhaft: 3-Aminopropyltrimethoxysilan) mittels Ultraschallzerstäubung auf die Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Lackschicht (s2) aufgesprüht. Hierdurch werden während der Polymerisation des Lacksystems vorteilhafterweise Silane an die Matrix des Lacksystems gebunden. Das Ergebnis lässt sich beispielsweise mittels XPS-Messungen (s. hierzu oben) überprüfen.Preferably, one or more or all of compound (s) (B) (here exemplified by 3-aminopropyltrimethoxysilane) are sprayed by ultrasonic atomization onto the surface of the not yet cured lacquer layer (s2). As a result, silanes are advantageously bound to the matrix of the paint system during the polymerization of the paint system. The result can be checked, for example, by means of XPS measurements (see above).

Die Immobilisierung von Biomolekülen erfolgt im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels vorzugsweise mittels Carbodiimid-Methode, wobei die Biomoleküle vor dem Binden an die freien funktionellen Gruppen (b) aktiviert werden. Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels handelt es sich bei den zu immobilisierenden Biomolekülen vorzugsweise um (ein oder mehrere unterschiedliche) Proteine. Für die Zwecke der nachfolgenden Erläuterungen wird im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels ein Modellprotein (hier: Meerretichperoxidase) eingesetzt, welches kovalent an die Oberfläche der Lackschicht gebunden wird. Der Erfolg der Immobilisierung kann dadurch vorteilhafterweise in Verbindung mit dem Chromogen 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidin (TMB) mittels einer (blauen) Farbreaktion nachgewiesen werden. Durch diesen Test konnte bei Untersuchungen zur vorliegenden Erfindung (durch positive Blau-Färbung) auch bestätigt werden, dass das an der Oberfläche der Lackschicht immobilisierte Protein (hier: Meerretichperoxidase) seine ursprüngliche Funktion vorteilhafterweise beibehalten hat (vgl. hierzu auch Anwendungsbeispiel III).The immobilization of biomolecules is carried out in the context of this embodiment, preferably by means of carbodiimide method, wherein the biomolecules are activated before binding to the free functional groups (b). In the context of this exemplary embodiment, the biomolecules to be immobilized are preferably (one or more different) proteins. For the purposes of the following explanations, a model protein (here: horseradish peroxidase) is used in the context of this exemplary embodiment, which is covalently bonded to the surface of the lacquer layer. The success of the immobilization can be advantageously detected in conjunction with the chromogen 3,3 ', 5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) by means of a (blue) color reaction. By means of this test it was also confirmed in investigations of the present invention (by positive blue staining) that the protein immobilized on the surface of the lacquer layer (here: horseradish peroxidase) has advantageously retained its original function (compare also application example III).

Bei der Carbodiimid-Methode (s. oben) findet zunächst eine Aktivierungsreaktion der Carboxylgruppe des Proteins (1) (s. hierzu Reaktionsschema 7) mit N-Ethyl-N-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimidhydrochlorid (EDC) (2) unter Ausbildung des Zwischenprodukts „O-Acylisoharnstoffderivat” (3) statt. Der Reaktionsschritt des Anbindes der Proteine an die funktionellen Gruppen (b) (hier: Amino-Gruppen) erfolgt vorzugsweise in leicht saurem Medium, da hierdurch vorteilhafterweise die Protonierung der Amino-Gruppen gewährleistet ist und so ein elektrophiler Angriff der Amino-Ggruppen sichergestellt wird.In the case of the carbodiimide method (see above), an activation reaction of the carboxyl group of the protein (1) (see reaction scheme 7) with N-ethyl-N- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (EDC) (2) is initially formed of the intermediate "O-acylisourea derivative" (3). The reaction step of attaching the proteins to the functional groups (b) (here: amino groups) is preferably carried out in a slightly acidic medium, since this advantageously the protonation of the amino groups is ensured and so an electrophilic attack of amino-groups is ensured.

Die O-Acylisoharnstoff-Gruppen des erhaltenen Zwischenprodukts sind hochreaktiv und leicht hydrolysierbar. Wenn die Kopplungsreaktion (wie erfindungsgemäß bevorzugt) in wässrigem Medium durchgeführt wird, besteht die Gefahr, dass zwei Nebenreaktionen bei der Ankopplung von Proteinen ablaufen, die auf die 1,3 Umlagerung des O-Acylisoharnstoffs in N-Acylharnstoffderivat (4) und die Hydrolyse unter Rückbildung der freien Säuregruppen (5) zurückzuführen sind.The O-acylisourea groups of the resulting intermediate are highly reactive and readily hydrolyzable. If the coupling reaction (as preferred according to the invention) is carried out in an aqueous medium, there is a risk that two side reactions take place in the coupling of proteins that on the 1,3 rearrangement of O-Acylisoharnstoffs in N-acyl urea derivative (4) and the hydrolysis Recovery of the free acid groups (5) are due.

Figure 00200001
Reaktionsschema 7: Schematische Darstellung der Aktivierung einer Carboxyl-Gruppe eines (zu immobilisierenden) Proteins.
Figure 00200001
Scheme 7: Schematic representation of the activation of a carboxyl group of a protein (to be immobilized).

Die Umlagerung ist stabiler und verhindert die Reaktion zur Ausbildung der gewünschten Anbindung der Proteine. Zur Vermeidung dieser Nebenreaktion setzt man die O-Acylisoharnstoff-Gruppen vorzugsweise mit N-Hydroxysuccinimid (NHS) (6) zu Aktivestem um Außerdem erhöht die Zugabe von NHS vorteilhafterweise die Reaktionsgeschwindigkeit.The rearrangement is more stable and prevents the reaction to form the desired attachment of the proteins. In order to avoid this side reaction, the O-acylisourea groups are preferably reacted with N-hydroxysuccinimide (NHS) (6) as active esters. In addition, the addition of NHS advantageously increases the reaction rate.

Anschließend erfolgt eine Kondensationsreaktion durch den nucleophilen Angriff einer freien primären Aminogruppe des Silans (8), d. h. einer Verbindung (B), unter Ausbildung einer Amidgruppe (9) und der Abspaltung des Harnstoffs (7) (siehe hierzu Reaktionsschema 7). Die zu immobilisierenden Proteine können dann über diese reaktive Amidverbindung kovalent an der Lackschichtoberfläche gebunden werden.Subsequently, a condensation reaction by the nucleophilic attack of a free primary amino group of the silane (8), d. H. a compound (B) to form an amide group (9) and the elimination of the urea (7) (see reaction scheme 7). The proteins to be immobilized can then be covalently bound to the lacquer layer surface via this reactive amide compound.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine biofunktionalisierte Lackschicht. Eine solche Lackschicht besitzt an ihrer Oberfläche eine Vielzahl kovalent gebundener Biomoleküle. Die Biomoleküle können identisch oder unterschiedlich sein. Für die Biomoleküle und die Art der Anbindung an die Lackschichtoberfläche gilt das vorangehend Gesagte entsprechend. Dementsprechend sind die Biomoleküle vorzugsweise kovalent an eine oder mehrere funktionelle Gruppen (b) (wie oben beschrieben) gebunden. Vorzugsweise stammen die bzw. eine, mehrere oder sämtliche der Gruppen (b) von einer Verbindung (B) (wie oben beschrieben), welche wiederum vorzugsweise kovalent über funktionelle Gruppen (a) (wie oben beschrieben) an die Lackschichtoberfläche gebunden sind. Für bevorzugte Lackschichten, Verbindungen, die Verwendung von Linkern bzw. Linkersystemen und bevorzugte Gruppen gilt hierbei ebenfalls das vorangehend Gesagte entsprechend.The present invention also relates to a biofunctionalized lacquer layer. Such a lacquer layer has on its surface a multiplicity of covalently bound biomolecules. The biomolecules can be identical or different. For the biomolecules and the type of connection to the lacquer layer surface, the above applies accordingly. Accordingly, the biomolecules are preferably covalently bound to one or more functional groups (b) (as described above). Preferably, one or more, or all of the groups (b) are derived from a compound (B) (as described above), which in turn are preferably covalently bound to the paint layer surface via functional groups (a) (as described above). For preferred lacquer layers, compounds, the use of linkers or linker systems and preferred groups, the above statements also apply accordingly.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher im Ergebnis insbesondere auch eine (erfindungsgemäße) Lackschicht mit einer biofunktionalisierten Oberfläche, herstellbar durch ein Verfahren wie vorangehend beschrieben. Für bevorzugte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Lackschicht bzw. des Verfahrens gilt das vorangehend Gesagte entsprechend.The present invention therefore also relates, as a result, in particular also to a (inventive) lacquer layer having a biofunctionalized surface, which can be produced by a method as described above. For preferred embodiments of a lacquer layer or the method according to the invention, what has been said above applies accordingly.

Dementsprechend ist eine (erfindungsgemäße) Lackschicht besonders bevorzugt, wobei die Biomoleküle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Proteinen, Peptiden, Lipiden, Kohlenhydraten, Nukleinsäuren, Hormonen, Aminosäuren und Nukleotiden. Im Übrigen gilt das vorangehend für die Biomoleküle Gesagte entsprechend.Accordingly, a lacquer layer according to the invention is particularly preferred, the biomolecules being selected from the group consisting of proteins, peptides, lipids, carbohydrates, nucleic acids, hormones, amino acids and nucleotides. Incidentally, what has been said above for the biomolecules applies correspondingly.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem einen Artikel, welcher einen Gegenstand und eine mit dem Gegenstand verbundene (erfindungsgemäße) Lackschicht (wie oben beschrieben) umfasst oder daraus besteht.The present invention also relates to an article comprising or consisting of an article and a lacquer layer (as described above) associated with the article.

Für bevorzugte Ausgestaltungen der Lackschicht gilt das vorangehend Gesagte entsprechend.For preferred embodiments of the lacquer layer, the above applies accordingly.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Artikel, wobei die Lackschicht den Gegenstand teilweise oder vollständig umschließt.Preference is given to an article according to the invention, wherein the lacquer layer partially or completely surrounds the article.

Weiter bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Artikel wie vorstehend beschrieben, wobei der Gegenstand (zumindest in einem Abschnitt) vorzugsweise einen planaren, gewölbten, gekrümmten oder dreidimensionalen Oberflächenverlauf besitzt, welcher mit dem erfindungsgemäßen, biofunktionalisierten Lacksystem teilweise oder vollständig beschichtet ist. Further preferred is an inventive article as described above, wherein the article (at least in one section) preferably has a planar, curved, curved or three-dimensional surface course, which is partially or completely coated with the biofunctionalized paint system according to the invention.

Der Gegenstand ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sensoren, Biochips, Bioreaktoren oder Bestandteile eines Bioreaktors und Implantate.The article is preferably selected from the group consisting of sensors, biochips, bioreactors or components of a bioreactor and implants.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer erfindungsgemäßen Lackschicht oder eines erfindungsgemäßen Artikels, wie jeweils vorstehend beschrieben, zu Diagnostikzwecken für immunologische Nachweisverfahren, für Labor-auf-dem-Chip-Anwendungen, zur Reinigung von Gemischen, die Biomoleküle enthalten, zum Testen von Substanzen auf Verunreinigungen, zu Zellkulturzwecken, zur Herstellung eines Implantates oder eines biofunktionalisierten Medizinproduktes, zur Erzeugung einer oder als biokatalytische und/oder bioaktive Oberfläche.A further aspect of the present invention relates to the use of a lacquer layer or an article according to the invention, each described above, for diagnostic purposes for immunological detection methods, for on-chip laboratory applications, for purification of mixtures containing biomolecules for testing of substances for impurities, for cell culture purposes, for the production of an implant or a biofunctionalized medical device, for the production of one or as a biocatalytic and / or bioactive surface.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versehen eines Gegenstands mit einer biofunktionellen Oberfläche, umfassend folgende Schritte:

  • – Aufbringen einer Lackschicht auf den Gegenstand und
  • – Biofunktionalisieren der Lackschicht mittels eines (erfindungsgemäßen) Verfahrens wie vorstehend beschrieben.
Another aspect of the present invention relates to a method of providing an article having a biofunctional surface comprising the steps of:
  • Applying a lacquer layer on the object and
  • - Biofunktionalisieren the lacquer layer by means of a (inventive) method as described above.

Für das Verfahren bzw. die Lackschicht sowie bevorzugte Ausgestaltungen davon gilt dabei jeweils das vorangehend Gesagte entsprechend.For the method or the paint layer as well as preferred embodiments thereof, in each case the above statement applies correspondingly.

Beispiele:Examples:

Anwendungsbeispiel I: Biofunktionalsierung einer Lackschicht mit einem Frostschutzprotein (AFP = Anti Frostprotein)Application Example I: Biofunctionalization of a Lacquer Layer with an Antifreeze Protein (AFP = Anti Frost Protein)

Die Immobilisierung eines AFP (Typ-I-Protein oder Peptidsequenz dieses Proteins) an die Lackschichtoberfläche erfolgte im Rahmen dieses Beispiels mit dem Kopplungsreagenz Glutaraldehyd, welches insbesondere beim 2K-Polyurethan-System vorzugsweise zur Ankopplung von Proteinen eingesetzt wird.The immobilization of an AFP (type I protein or peptide sequence of this protein) to the lacquer layer surface was carried out in the context of this example with the coupling reagent glutaraldehyde, which is preferably used in particular in the 2K polyurethane system for the coupling of proteins.

Dabei erfolgte zunächst die Funktionalisierung einer Lackschichtoberfläche (auf Basis eines untervernetzten Lacksystems (wie oben beschrieben)) mit freien Hydroxy-Gruppen mittels Silanisierung mit (3-Aminopropyl)trimethoxysilan.First, the functionalization of a lacquer layer surface (based on an undercrosslinked lacquer system (as described above)) with free hydroxy groups by means of silanization with (3-aminopropyl) trimethoxysilane.

Die nach der Silanisierung generierten Aminogruppen an der Lackschichtoberfläche wurden dann mit einem Dialdehyd (Glutaraldehyd) zu Iminen umgesetzt. Hierfür wurde die silanisierte Lackschicht für vier Stunden in eine 3%-ige Glutaraldehyd-Lösung (GDA) in 100 mM Natriumphosphatpuffer mit dem pH-Wert von 7,0 gebracht. Anschließend wurden die Proben mit deionisiertem Wasser ausgiebig gewaschen.The amino groups generated on the lacquer layer surface after silanization were then reacted with a dialdehyde (glutaraldehyde) to give imines. For this purpose, the silanized lacquer layer was placed in a 3% glutaraldehyde solution (GDA) in 100 mM pH 7.0 sodium phosphate buffer for four hours. Subsequently, the samples were washed extensively with deionized water.

Die Lackschicht wurde direkt im Anschluss für 4 Stunden in eine Lösung des anzubindenden AFP (hier Typ I) (1,16 mg an AFP-Typ 1/10 ml PBS-Puffer) gebracht, wobei die Kopplungsreaktion der zweiten Carbonylgruppe des Glutaraldehyds und einer primären Aminogruppe des Proteins unter Ausbildung der zweiten Imingruppe ablief.The lacquer layer was then placed directly into a solution of the AFP to be bound (here Type I) (1.16 mg of AFP-type 1/10 ml PBS buffer) for 4 hours, the coupling reaction of the second carbonyl group of glutaraldehyde and a primary Amino group of the protein expired to form the second imine group.

Nach vier Stunden Inkubationszeit wurden Proben der Lackschicht (zur Beurteilung des Ergebnisses) jeweils fünfmal mit 15 ml an PBS-Puffer auf der Schüttelmaschine (Schüttelfrequenz 250 min – 1) einem Waschvorgang unterzogen.After four hours of incubation, samples of the varnish layer (to evaluate the result) were each washed five times with 15 ml of PBS buffer on the shaker (shaking frequency 250 min-1).

Die erfolgreiche Biofunktionalisierung konnte in einer Bereifungskammer gezeigt werden. Im Vergleich zu einer nicht erfindungsgemäß modifizierten Lackschicht war die Dicke der Reifschicht auf der (erfindungsgemäßen) Lackschichtoberfläche um mehr als 30 Prozent reduziert.The successful biofunctionalization could be demonstrated in a tire chamber. In comparison with a lacquer layer not modified according to the invention, the thickness of the frost layer on the lacquer layer surface (according to the invention) was reduced by more than 30 percent.

Anwendungsbeispiel II: Biofunktionalsierung einer Lackschicht mit einem Fluoreszenzmarkierten Bovine Serum Albumin Protein (BSAFITC))Example of Use II: Biofunctionalization of a Lacquer Layer with a Fluorescence-Labeled Bovine Serum Albumin Protein (BSAFITC)

Die Immobilisierung eines BSA-FITC an die Lackschichtoberfläche erfolgte im Rahmen dieses Beispiels ebenfalls mit Glutaraldehyd.Immobilization of a BSA-FITC to the lacquer layer surface was also carried out with glutaraldehyde in the context of this example.

Dabei erfolgte zunächst die Funktionalisierung einer Lackschichtoberfläche (auf Basis eines untervernetzten Lacksystems (wie oben beschrieben)) mit freien Hydroxy-Gruppen mittels Silanisierung mit (3-Aminopropyl)trimethoxysilan.First, the functionalization of a lacquer layer surface (based on an undercrosslinked lacquer system (as described above)) with free hydroxy groups by means of silanization with (3-aminopropyl) trimethoxysilane.

Die nach der Silanisierung generierten Aminogruppen an der Lackschichtoberfläche wurden dann mit einem Dialdehyd (Glutaraldehyd) zu Iminen umgesetzt. Hierfür wurde die silanisierte Lackschicht für vier Stunden in eine 3%-ige Glutaraldehyd-Lösung (GDA) in 100 mM Natriumphosphatpuffer mit dem pH-Wert von 7,0 gebracht. Anschließend wurden die Proben mit deionisiertem Wasser ausgiebig gewaschen.The amino groups generated on the lacquer layer surface after silanization were then reacted with a dialdehyde (glutaraldehyde) to give imines. For this purpose, the silanized lacquer layer was placed in a 3% glutaraldehyde solution (GDA) in 100 mM pH 7.0 sodium phosphate buffer for four hours. Subsequently, the samples were washed extensively with deionized water.

Die Lackschicht wurde anschließend mit deionisiertem Wasser ausgiebig gewaschen und direkt im Anschluss für 4 Stunden in eine Lösung des zu immobilisierenden BSA-FITC (5 mg/ml in PBS-Puffer (PBS = Phosphatgepufferte Salzlösung)) gebracht, wobei die Kopplungsreaktion der zweiten Carbonylgruppe des Glutaraldehyds und einer primären Aminogruppe des Proteins unter Ausbildung der zweiten Imingruppe abläuft.The lacquer layer was then extensively washed with deionized water and immediately after 4 hours in a solution of BSA-FITC to be immobilized (5 mg / ml in PBS buffer (PBS = phosphate buffered saline)), wherein the coupling reaction of the second carbonyl group of Glutaraldehyds and a primary amino group of the protein to form the second imine group expires.

Nach vier Stunden Inkubationszeit wurden Proben der Lackschicht (zur Beurteilung des Ergebnisses) jeweils fünfmal mit 15 ml an PBS-Puffer auf der Schüttelmaschine (Schüttelfrequenz 250 min – 1) einem Waschvorgang unterzogen.After four hours of incubation, samples of the varnish layer (to evaluate the result) were each washed five times with 15 ml of PBS buffer on the shaker (shaking frequency 250 min-1).

Die erfolgreiche Biofunktionalisierung konnte mit Hilfe eines Fluoreszenzmikroskops nachgewiesen werden. Nach mehrmaligen Waschschritten (über mehrere Stunden), um nicht (kovalent) gebundene Bestandteile zu entfernen, konnte auf der Probe ein Fluoreszenzsignal beobachtet werden. Dies belegt, dass (funktionale) Biomoleküle kovalent an die Oberfläche gebunden vorliegen. Eine Kontrolle, bei der alle Reaktionen mit Ausnahme der Reaktion mit Glutaraldehyd durchgeführt wurden, zeigte im Vergleich zur (erfindungsgemäßen) Probe keine leuchtend-grüne Fluoreszenz.The successful biofunctionalization could be detected with the help of a fluorescence microscope. After several washings (over several hours) to remove non-covalently bound components, a fluorescence signal was observed on the sample. This demonstrates that (functional) biomolecules are covalently bound to the surface. A control in which all reactions except the reaction with glutaraldehyde were carried out showed no bright green fluorescence compared to the sample according to the invention.

Anwendungsbeispiel III: Biofunktionalsierung einer Lackschicht mit dem Enzym Meerrettich-Peroxidase (Horseradish peroxidase, HRP)Example of Use III: Biofunctionalization of a Lacquer Layer with the Horseradish Peroxidase Enzyme (HRP)

Die Immobilisierung des Enzyms Meerrettich Perosidase (HRP) an die Lackschichtoberfläche erfolgte analog den in den Anwendungsbeispielen I und II erläuterten Bedingungen.The immobilization of the enzyme horseradish perosidase (HRP) to the lacquer layer surface was carried out analogously to the conditions explained in the application examples I and II.

Bei HRP handelt es sich um ein Enzym, welches häufig in der Biotechnologie/Biochemie als Markerenzym eingesetzt wird. Es gehört zur Familie der Peroxidasen und vermag dadurch Reaktionen mit Peroxiden zu katalysieren. Für die Kopplung wurde eine Konzentration von 2,8 mg pro mL PBS Puffer verwendet.HRP is an enzyme commonly used in biotechnology / biochemistry as a marker enzyme. It belongs to the family of peroxidases and is able to catalyze reactions with peroxides. For coupling, a concentration of 2.8 mg per mL PBS buffer was used.

Zum Nachweis der erfolgreichen Ankopplung/Immobilisierung wurde die HRPbiofunktionalisierte Lackschichtoberfläche zunächst mehrmals mit PBS-Puffer gewaschen, um nicht (kovalent) gebundene Bestandteile zu entfernen. Anschließend wurde die chromogene Substanz 3,3'5,5'-Tetramethylbenzidin (TMB) hinzugegeben. HRP wandelt TMB (als Substrat) von einer farblosen zu einer blauen Substanz um. Diese Reaktion kann mit Hilfe von 1 M Schwefelsäure gestoppt werden, wobei sich die Farbe von blau nach gelb ändert. Die Farbentwicklung kann quantitativ bei einer Wellenlänge von 450 nm gemessen werden.To demonstrate successful coupling / immobilization, the HRPbiofunctionalized lacquer layer surface was first washed several times with PBS buffer to remove non-covalently bound components. Subsequently, the chromogenic substance 3,3'5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) was added. HRP converts TMB (as a substrate) from a colorless to a blue substance. This reaction can be quenched with 1 M sulfuric acid, changing the color from blue to yellow. The color development can be measured quantitatively at a wavelength of 450 nm.

Die biofunktionalisierte Lackschichtoberfläche zeigte eine optisch sichtbare Blaufärbung und eine mit Hilfe eines UV-VIS Spektrometers messbare. Umsetzung der Substanz TMB. Dies belegt, dass das immobilisierte Enzym nicht in seiner Aktivität beeinträchtigt wurde bzw. die Funktionalität des HRP erhalten blieb.The biofunctionalized lacquer layer surface showed an optically visible blue color and a measurable with the aid of a UV-VIS spectrometer. Implementation of the substance TMB. This demonstrates that the immobilized enzyme was not impaired in its activity or retained the functionality of HRP.

Claims (19)

Verfahren zur Biofunktionalisierung einer Lackschicht, umfassend folgende Schritte: (I) Bereitstellen einer Lackschicht (S), die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (b) besitzt, und (II) Immobilisieren einer Vielzahl eines oder mehrerer unterschiedlicher Biomoleküle an der Oberfläche der Lackschicht (S), so dass die Biomoleküle kovalent an die Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden.Method for biofunctionalization of a lacquer layer, comprising the following steps: (I) providing a lacquer layer (S) having on its surface free functional groups (b), and (II) immobilizing a plurality of one or more different biomolecules on the surface of the lacquer layer (S), so that the biomolecules are covalently bound to the surface of the lacquer layer (S). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lackschicht (S) gemäß Schritt (I) hergestellt wird bzw. herstellbar ist durch (I.1) Bereitstellen einer ausgehärteten Lackschicht (s1), die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (a) besitzt, und Binden einer oder mehrerer eine oder mehrere funktionelle Gruppen (b) besitzender Verbindung(en) (B) an die Oberfläche der ausgehärteten Lackschicht (s1), wobei die Verbindung(en) (B) vorzugsweise kovalent an die Oberfläche der Lackschicht (s1) gebunden wird bzw. werden, so dass eine Lackschicht (S) entsteht, die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (b) besitzt, oder (I.2) Bereitstellen einer noch nicht ausgehärteten Lackschicht (s2) und Aufbringen einer oder mehrerer eine oder mehrere funktionelle Gruppen (b) besitzender Verbindung(en) (B) auf die Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Lackschicht (s2), so dass nach dem Aushärten der Lackschicht (s2) eine Lackschicht (S) entsteht, die auf ihrer Oberfläche freie funktionelle Gruppen (b) besitzt.The method of claim 1, wherein the lacquer layer (S) according to step (I) is prepared or can be prepared by (I.1) providing a cured lacquer layer (s1) having on its surface free functional groups (a), and Binding one or more one or more functional groups (b) possessing compound (s) (B) to the surface of the cured lacquer layer (s1), wherein the compound (s) (B) preferably covalently bonded to the surface of the lacquer layer (s1) to become a paint layer (S) having free functional groups (b) on its surface, or (I.2) to provide a not yet cured paint layer (s2) and to apply one or more functional ones Groups (b) possessing compound (s) (B) on the surface of the not yet cured lacquer layer (s2), so that after curing of the lacquer layer (s2) a lacquer layer (S) is formed, on their surface free functional groups (b ) owns. Verfahren nach Anspruch 2, Alternative (I.1), wobei eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (a) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Hydroxy-, Isocyanat-, (primäre) Amino-, Carboxyl-, Epoxy- und Thiol-Gruppe.A method according to claim 2, alternative (I.1), wherein one, several or all of the free functional groups (a) is selected from the group consisting of hydroxy, isocyanate, (primary) amino, carboxyl, Epoxy and thiol group. Verfahren nach Anspruch 2, Alternative (1.2), wobei die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) mittels Ultraschallzerstäubung auf die Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Lackschicht (s2) aufgesprüht wird bzw. werden.A method according to claim 2, alternative (1.2), wherein the or one, several or all compound (s) (B) by means of ultrasound atomization is sprayed onto the surface of the not yet cured lacquer layer (s2). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Amino-, Carbonyl-, Carboxyl, Epoxy-, Aldehyd-, Hydroxy- und Thiol-Gruppe.Method according to one of the preceding claims, wherein one, several or all of the free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) is selected from the group consisting of amino, carbonyl, carboxyl, epoxy, aldehyde , Hydroxy and thiol group. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Silan-Derivaten, vorzugsweise Aminosilanen, weiter bevorzugt beta-, alpha- und gamma-Alkoxysilanen, besonders bevorzugt 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTMS) und 3-Aminopropylsilantriol (APTS).Method according to one of claims 2 to 5, wherein the or one, several or all compound (s) (B) is selected from the group consisting of silane derivatives, preferably aminosilanes, more preferably beta, alpha and gamma-alkoxysilanes, more preferably 3-aminopropyltriethoxysilane (APTMS) and 3-aminopropylsilane triol (APTS). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das bzw. eines, mehrere oder sämtliche Biomoleküle ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Proteinen, Peptiden, Lipiden, Kohlenhydraten, Nukleinsäuren, Hormonen, Aminosäuren, Nukleotiden.Method according to one of the preceding claims, wherein the or one, several or all biomolecules is selected from the group consisting of proteins, peptides, lipids, carbohydrates, nucleic acids, hormones, amino acids, nucleotides. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei (II.1) die Biomoleküle jeweils kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden und/oder (II.2) die Biomoleküle jeweils über einen oder mehrere Linker (L) kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden.Method according to one of the preceding claims, wherein (II.1) the biomolecules are each covalently bonded to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) and or (II.2) the biomolecules in each case via one or more linkers (L) are covalently bonded to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S). Verfahren nach Anspruch 8, Alternative (112), wobei der bzw. einer, mehrere oder sämtliche Linker (L) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus N-Hydroxysuccinimid (NHS)-Ester, Imidoester, Sulfhydryl reaktive Linker, Hydrazide, Aldehyde, vorzugsweise Polyaldehyde, insbesondere Dialdehyde, besonders bevorzugt 1,5-Pentandial, Polyisocyanate, vorzugsweise Diisocyanate, besonders bevorzugt Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, 1,4-Cyclohexyldiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat und Polymeres Diphenylmethandiisocyanat.The method of claim 8, alternative (112), wherein the one or more or all of the linkers (L) are selected from the group consisting of N-hydroxysuccinimide (NHS) esters, imidoesters, sulfhydryl reactive linkers, hydrazides, Aldehydes, preferably polyaldehydes, especially dialdehydes, more preferably 1,5-pentanedial, polyisocyanates, preferably diisocyanates, more preferably hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, 1,4-cyclohexyl diisocyanate, tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate and polymer diphenylmethane diisocyanate. Verfahren nach Anspruch 2, Alternative (I.1), wobei – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (a) Hydroxy-Gruppen sind, – die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) ein Aminosilan ist bzw. Aminosilane sind, besonders bevorzugt, wobei die bzw. eine Verbindung (B) 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTMS) ist, – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) Amino-Gruppen sind, und – die Biomoleküle jeweils über einen Linker (L) kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden, wobei der Linker (L) vorzugsweise ein Polyaldehyd ist, vorzugsweise ein Dialdehyd, besonders bevorzugt 1,5-Pentandial.The method of claim 2, alternative (I.1), wherein One, several or all of the free functional groups (a) are hydroxy groups, or one, several or all compound (s) (B) is an aminosilane or aminosilanes are particularly preferred, the or a Compound (B) is 3-aminopropyltriethoxysilane (APTMS), - one, several or all of the free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) are amino groups, and - the biomolecules are each covalent via a linker (L) be bound to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S), wherein the linker (L) is preferably a polyaldehyde, preferably a dialdehyde, more preferably 1,5-pentanedial. Verfahren nach Anspruch 2, Alternative (I.1), wobei – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (a) Isocyanat-Gruppen sind, – die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) ein Aminosilan ist bzw. Aminosilane sind, besonders bevorzugt, wobei die bzw. eine Verbindung (B) 3-Aminopropylsilantriol ist, – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) Amino-Gruppen sind, und – die Biomoleküle jeweils über einen Linker (L) kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden, wobei der Linker (L) vorzugsweise ein Polyisocyanat ist, besonders bevorzugt Hexamethylendiisocyanat.The method of claim 2, alternative (I.1), wherein One, several or all of the free functional groups (a) are isocyanate groups, The one or more or all the compound (s) (B) is an aminosilane or aminosilanes are particularly preferred, the compound or (B) being 3-aminopropylsilanetriol, - One, several or all of the free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) are amino groups, and - The biomolecules are each bound via a linker (L) covalently to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S), wherein the linker (L) is preferably a polyisocyanate, more preferably hexamethylene diisocyanate. Verfahren nach Anspruch 2, Alternative (1.2), wobei – die bzw. eine, mehrere oder sämtliche Verbindung(en) (B) ein Aminosilan ist bzw. Aminosilane sind, besonders bevorzugt, wobei die bzw. eine Verbindung (B) 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTMS) ist, – eine, mehrere oder sämtliche der freien funktionellen Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) Amino-Gruppen sind, und – die Biomoleküle jeweils kovalent an eine oder mehrere freie funktionelle Gruppen (b) auf der Oberfläche der Lackschicht (S) gebunden werden, wobei die Biomoleküle vor dem Binden an die freien funktionellen Gruppen (b) optional aktiviert werden.The method of claim 2, alternative (1.2), wherein The one or more or all the compound (s) (B) is an aminosilane or aminosilanes are particularly preferred, the compound or (B) being 3-aminopropyltriethoxysilane (APTMS), - One, several or all of the free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S) are amino groups, and - The biomolecules are each covalently bound to one or more free functional groups (b) on the surface of the lacquer layer (S), wherein the biomolecules are optionally activated before binding to the free functional groups (b). Lackschicht mit einer biofunktionalisierten Oberfläche, herstellbar durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.Lacquer layer with a biofunctionalized surface, producible by a method according to one of the preceding claims. Lackschicht nach Anspruch 13, wobei die Biomoleküle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Proteinen, Peptiden, Lipiden, Kohlenhydraten, Nukleinsäuren, Hormonen, Aminosäuren, Nukleotiden.Lacquer layer according to claim 13, wherein the biomolecules are selected from the group consisting of proteins, peptides, lipids, carbohydrates, nucleic acids, hormones, amino acids, nucleotides. Artikel, umfassend oder bestehend aus – einem Gegenstand und – einer mit dem Gegenstand verbundenen Lackschicht nach einem der Ansprüche 13 oder 14.Article comprising or consisting of - an object and A lacquer layer connected to the article according to one of claims 13 or 14. Artikel nach Anspruch 15, wobei die Lackschicht den Gegenstand teilweise oder vollständig umschließt.The article of claim 15, wherein the lacquer layer partially or completely encloses the article. Artikel nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei der Gegenstand ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Sensoren, Biochips, Bioreaktoren oder Bestandteile eines Bioreaktors und Implantate.An article according to any one of claims 15 or 16, wherein the article is selected from the group consisting of sensors, biochips, bioreactors or components of a bioreactor and implants. Verwendung einer Lackschicht nach einem der Ansprüche 13 oder 14 oder eines Artikels nach einem der Ansprüche 15 bis 17 zu Diagnostikzwecken für immunologische Nachweisverfahren, für Labor-auf-dem-Chip-Anwendungen, zur Reinigung von Gemischen, die Biomoleküle enthalten, zum Testen von Substanzen auf Verunreinigungen, zu Zellkulturzwecken, zur Herstellung eines Implantates oder eines biofunktionalisierten Medizinproduktes, zur Erzeugung einer oder als biokatalytische und/oder bioaktive Oberfläche.Use of a lacquer coating according to any one of claims 13 or 14 or an article according to any one of claims 15 to 17 for diagnostic purposes for immunological detection methods, for on-chip laboratory applications, for purification of mixtures containing biomolecules for testing substances on impurities, for cell culture purposes, for the production of an implant or a biofunctionalized medical device, for the production of one or as a biocatalytic and / or bioactive surface. Verfahren zum Versehen eines Gegenstands mit einer biofunktionellen Oberfläche, umfassend folgende Schritte: – Aufbringen einer Lackschicht auf den Gegenstand und – Biofunktionalisieren der Lackschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 12.A method of providing an article having a biofunctional surface comprising the steps of: Applying a lacquer layer on the object and Biofunctionalizing the lacquer layer according to one of claims 1 to 12.
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Abstract zur Dissertation von Dankbar Daniela 2005 an der Uni Tübingen, "Photochemische Oberflächenmodifizierung für die Bioanalytik auf Kunstszoffträgern" *
Doktorandenpreis des Leibnitz Instituts für Polymerforschung Dresden e.V. vom 12.11.10 *

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