DE102013210794B3 - Sensor with photocrosslinked hydrogel - Google Patents

Sensor with photocrosslinked hydrogel Download PDF

Info

Publication number
DE102013210794B3
DE102013210794B3 DE102013210794.3A DE102013210794A DE102013210794B3 DE 102013210794 B3 DE102013210794 B3 DE 102013210794B3 DE 102013210794 A DE102013210794 A DE 102013210794A DE 102013210794 B3 DE102013210794 B3 DE 102013210794B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
alkyl
group
polymer
functional layer
optical functional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102013210794.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Joachim Stumpe
Erik Wischerhoff
Esmaeil Heydari
Jens Buller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102013210794.3A priority Critical patent/DE102013210794B3/en
Priority to EP14728570.4A priority patent/EP3008451A1/en
Priority to PCT/EP2014/061736 priority patent/WO2014198638A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102013210794B3 publication Critical patent/DE102013210794B3/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54393Improving reaction conditions or stability, e.g. by coating or irradiation of surface, by reduction of non-specific binding, by promotion of specific binding
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
    • G01N21/774Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides the reagent being on a grating or periodic structure
    • G01N21/7743Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides the reagent being on a grating or periodic structure the reagent-coated grating coupling light in or out of the waveguide
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
    • G01N2021/7706Reagent provision
    • G01N2021/7723Swelling part, also for adsorption sensor, i.e. without chemical reaction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N2021/7769Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7776Index

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor, umfassend – ein Substrat; – eine polymere optische Funktionsschicht; – eine Schicht eines photovernetzten Hydrogel-Polymers, das – kovalent gebundene Analyt-spezifische Erkennungsgruppen aufweist, und – über photoreaktive Gruppen vernetzt ist; wobei das Hydrogel-Polymer über photoreaktive Gruppen kovalent mit dem Polymer der optischen Funktionsschicht verbunden ist und die optische Funktionsschicht eine Brechzahländerung in der Schicht des Hydrogel-Polymers über eine Veränderung einer ihrer optischen Eigenschaften anzeigen kann.The present invention relates to a sensor comprising - a substrate; - a polymer optical functional layer; A layer of a photocrosslinked hydrogel polymer which has covalently bound analyte-specific recognition groups and is crosslinked via photoreactive groups; wherein the hydrogel polymer is covalently connected to the polymer of the optical functional layer via photo-reactive groups and the optical functional layer can indicate a change in the refractive index in the layer of the hydrogel polymer via a change in one of its optical properties.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Sensoren, bevorzugt biochemische oder Bio-Sensoren, bei denen spezifische analytische Detektionsschichten auf Basis immobilisierter photovernetzter Hydrogele integraler Bestandteil des optischen Sensors sind und eine Marker-freie Detektion gestatten, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The present invention relates to optical sensors, preferably biochemical or bio-sensors, in which specific analytical detection layers based on immobilized photocrosslinked hydrogels are an integral part of the optical sensor and permit marker-free detection, and a method for their preparation.

Sensoren auf der Basis mikrostrukturierter Polymerschichten wie z. B. „Distributed-Feedback”-Laser (auch als DFB-Laser bezeichnet) oder Ringresonatoren, bieten kostengünstige, miniaturisierbare und leicht in großen Mengen herstellbare Möglichkeiten für die Implementierung von Sensoren (z. B. Biosensoren), die über technisch etablierte und leicht zu implementierende Verfahren wie Nanoimprinting, Drucken oder Spincoating hergestellt werden. In den meisten Fällen setzt der Einsatz als Biosensor die Immobilisierung von biologischen oder biochemischen Erkennungseinheiten an der eigentlichen Sensoroberfläche voraus. Dabei besteht die Gefahr, dass die Erkennungseinheiten denaturieren, wenn es sich um empfindliche Biomoleküle handelt.Sensors based on microstructured polymer layers such. "Distributed feedback" lasers (also referred to as DFB lasers) or ring resonators offer cost-effective, miniaturizable and easily scalable opportunities for implementing sensors (eg, biosensors) that are technically established and lightweight to be implemented methods such as nanoimprinting, printing or spin coating. In most cases, the use as a biosensor requires the immobilization of biological or biochemical recognition units on the actual sensor surface. There is a risk that the recognition units denature when it comes to sensitive biomolecules.

Physikalische Basis derartiger Sensoren ist häufig die Nutzung evaneszenter Felder, die auf die Veränderung des lokalen Brechungsindex nahe der Sensoroberfläche reagieren. Ist der Brechungsindex des umgebenden Mediums kleiner als der Brechungsindex der gebundenen Analyten, so ist die Intensität des Sensorsignals proportional zur Anzahl der gebundenen Analyten im Bereich des evaneszenten Feldes. Immobilisierung von Analyt-spezifischen Erkennungsgruppen über Adsorption beschränkt die maximal mögliche Anzahl an Analyten, die spezifisch, also durch definierte Wechselwirkung zwischen Erkennungsgruppe und Analyt gebunden werden kann, auf eine Monolage. Damit ist auch eine Obergrenze für die Signalintensität festgelegt.The physical basis of such sensors is often the use of evanescent fields that respond to the change in local refractive index near the sensor surface. If the refractive index of the surrounding medium is smaller than the refractive index of the bound analytes, the intensity of the sensor signal is proportional to the number of bound analytes in the area of the evanescent field. Immobilization of analyte-specific recognition groups via adsorption restricts the maximum possible number of analytes that can be bound to a monolayer specifically, ie through a defined interaction between recognition group and analyte. This also sets an upper limit for the signal intensity.

Die Immobilisierung von Proteinen in photovernetzten Hydrogelen wird in Langmuir 2011, 27, S. 6116–6123, Thomas Brandstetter et al. und in Analytica Chimica Acta 671 (2010), S. 92–98, Jürgen Rühe et al. beschrieben. Der Anteil an vernetzenden (d. h. Vernetzungspunkte ausbildenden) Wiederholeinheiten im Hydrogel-Polymer ist dort mit 5% bzw. 1% recht hoch. Dementsprechend sind die Quellgrade recht niedrig. Die immobilisierten Proteinmengen übertreffen nicht die einer Monoschicht. Diese Sensoren arbeiten mit Fluoreszenzmarkern.The immobilization of proteins in photocrosslinked hydrogels is described in Langmuir 2011, 27, p. 6116-6123, Thomas Brandstetter et al. and in Analytica Chimica Acta 671 (2010), p. 92-98, Jürgen Rühe et al. described. The proportion of crosslinking (i.e., crosslinking points) repeating units in the hydrogel polymer is quite high at 5% and 1%, respectively. Accordingly, the degrees of swelling are quite low. The immobilized protein levels do not exceed those of a monolayer. These sensors work with fluorescent markers.

Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Sensors, auf dem sich eine möglichst große Anzahl an Erkennungsgruppen in möglichst schonender Weise immobilisieren lässt. Der Sensor sollte bevorzugt kostengünstig, miniaturisierbar und leicht in großen Mengen herstellbar sein. Der Sensor soll ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis und eine niedrige Nachweisgrenze aufweisen sowie eine Marker-freie Detektion ermöglichen.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a sensor on which the largest possible number of recognition groups can be immobilized as gently as possible. The sensor should preferably be inexpensive, miniaturizable and easy to produce in large quantities. The sensor should have a good signal-to-noise ratio and a low detection limit and enable marker-free detection.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Sensor, umfassend

  • – ein Substrat;
  • – eine polymere optische Funktionsschicht;
  • – eine Schicht eines photovernetzten Hydrogel-Polymers, das
  • – kovalent gebundene Analyt-spezifische Erkennungsgruppen aufweist, und
  • – über photoreaktive Gruppen vernetzt ist;
wobei das Hydrogel-Polymer über photoreaktive Gruppen kovalent mit dem Polymer der optischen Funktionsschicht verbunden ist und
die optische Funktionsschicht eine Brechzahländerung in der Schicht des Hydrogel-Polymers über eine Veränderung einer ihrer optischen Eigenschaften anzeigen kann.According to the present invention, the object is achieved by a sensor comprising
  • A substrate;
  • A polymeric optical functional layer;
  • A layer of a photocrosslinked hydrogel polymer, the
  • - has covalently bound analyte-specific recognition groups, and
  • Is crosslinked via photoreactive groups;
wherein the hydrogel polymer is covalently connected via photoreactive groups with the polymer of the optical functional layer, and
the optical functional layer may indicate a refractive index change in the hydrogel polymer layer via a change in one of its optical properties.

In dem erfindungsgemäßen Sensor ist die Analyt-spezifische Detektionsschicht auf Basis des immobilisierten Hydrogels integraler Bestandteil des Sensors. Mit dem erfindungsgemäßen Sensor sind eine Marker-freie Detektion sowie eine Detektion in Echtzeit möglich.In the sensor according to the invention, the analyte-specific detection layer based on the immobilized hydrogel is an integral part of the sensor. With the sensor according to the invention a marker-free detection and detection in real time are possible.

Wie oben erläutert, handelt es sich bei der optischen Funktionsschicht des erfindungsgemäßen Sensors um eine solche, die eine Brechzahländerung in der Schicht des Hydrogel-Polymers (z. B. durch Immobilisierung von Analytmolekülen aufgrund der Wechselwirkung mit den Analyt-spezifischen Erkennungsgruppen) über eine Veränderung einer ihrer optischen Eigenschaften (sensorisch) anzeigen kann. Als sich verändernde optische Eigenschaften der optischen Funktionsschicht kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Veränderung der Wellenlänge des emittierten Laserlichtes, eine Änderung der Resonanzfrequenz oder eine Veränderung der optischen Weglänge in Frage.As explained above, the optical functional layer of the sensor according to the invention is one which exhibits a refractive index change in the layer of the hydrogel polymer (eg by immobilization of analyte molecules due to interaction with the analyte-specific recognition groups) via a change show one of their optical properties (sensory). Within the scope of the present invention, changing optical properties of the optical functional layer may be, for example, a change in the wavelength of the emitted laser light, a change in the resonant frequency or a change in the optical path length.

Optische Funktionsschichten, die eine Brechzahländerung eines angrenzenden Mediums durch Veränderung eine ihrer optischen Eigenschaften anzeigen können, sind dem Fachmann an sich bekannt. Üblicherweise handelt es sich dabei um mikrostrukturierte Schichten, wobei aufgrund der definierten Mikrostrukturierung (z. B. Ringresonatoren, Gitterstrukturen (beispielsweise Oberflächengitter oder Volumengitter) oder zweiarmige Wellenleiteranordnungen) die erwünschte optische Detektion erzielt werden. Optical functional layers that can indicate a refractive index change of an adjacent medium by altering one of its optical properties are known in the art. These are usually microstructured layers, the desired optical detection being achieved on account of the defined microstructuring (for example ring resonators, lattice structures (for example surface gratings or volume gratings) or two-arm waveguide arrangements).

Die optische Funktionsschicht des erfindungsgemäßen Sensors enthält zumindest ein Polymer. Wie nachfolgend noch eingehender erläutert, ist das Polymer der optischen Funktionsschicht kovalent mit dem Hydrogel-Polymer verbunden.The optical functional layer of the sensor according to the invention contains at least one polymer. As explained in more detail below, the polymer of the optical functional layer is covalently bonded to the hydrogel polymer.

Bevorzugt handelt es sich bei der optischen Funktionsschicht um eine mikrostrukturierte optische Funktionsschicht, d. h. eine Schicht mit optischen Strukturen bzw. mit Strukturelementen im Mikrometerbereich. Nachfolgend werden diese optischen Strukturen bzw. Strukturelemente im Mikrometerbereich auch als mikrostrukturierte optische Elemente bezeichnet. Beispielhafte optische Strukturen bzw. mikrostrukturierte optische Elemente umfassen periodische Gitterstrukturen (z. B. periodische Oberflächenreliefgitter oder Volumengitter), Ringresonatoren oder auch zweiarmige Wellenleiteranordnungen. Wie oben erwähnt, sind solche mikrostrukturierten optischen Funktionsschichten sowie Methoden zu ihrer Herstellung an sich bekannt.The optical functional layer is preferably a microstructured optical functional layer, i. H. a layer with optical structures or with structural elements in the micrometer range. Hereinafter, these optical structures or structural elements in the micrometer range are also referred to as microstructured optical elements. Exemplary optical structures or microstructured optical elements include periodic grating structures (eg, periodic surface relief gratings or volume gratings), ring resonators, or even two-arm waveguide arrangements. As mentioned above, such microstructured optical functional layers and methods for their preparation are known per se.

Bevorzugt werden die mikrostrukturierten optischen Elemente zumindest teilweise oder vollständig von dem in der optischen Funktionsschicht vorliegenden Polymer gebildet.Preferably, the microstructured optical elements are at least partially or completely formed by the polymer present in the optical functional layer.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der optischen Funktionsschicht um einen DFB-Laser, eine einen Ringresonator enthaltende Schicht oder eine Schicht mit einer Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur.In a preferred embodiment, the optical functional layer is a DFB laser, a ring resonator-containing layer or a layer having a Mach-Zehnder interferometer structure.

Die optische Funktionsschicht enthält zumindest ein Polymer. Durch die kovalenten Bindungen zwischen dem Hydrogel-Polymer und dem Polymer der optischen Funktionsschicht erfolgt die Immobilisierung des Hydrogels. Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, erfolgt diese kovalente Bindung des Hydrogels an das Polymer der optischen Funktionsschicht über photoreaktive Gruppen. Diese photoreaktiven Gruppen können sowohl mit den Polymerketten der optischen Funktionsschicht reagieren (photoreaktive Gruppen, die die kovalente Anbindung des Hydrogels an die optische Funktionsschicht gewährleisten) wie auch mit benachbarten Polymerketten im Hydrogel (photoreaktive Gruppen, die die dreidimensionale Vernetzung des Hydrogels bewirken). Die photoreaktiven Gruppen für die Vernetzung im Hydrogel und die photoreaktiven Gruppen für die Anbindung an die optische Funktionsschicht können gleich oder unterschiedlich sein, bevorzugt sind sie gleich.The optical functional layer contains at least one polymer. Due to the covalent bonds between the hydrogel polymer and the polymer of the optical functional layer immobilization of the hydrogel takes place. As will be described in more detail below, this covalent bonding of the hydrogel to the polymer of the optical functional layer takes place via photoreactive groups. These photoreactive groups can react both with the polymer chains of the optical functional layer (photoreactive groups which ensure the covalent attachment of the hydrogel to the optical functional layer) as well as with adjacent polymer chains in the hydrogel (photoreactive groups which cause the three-dimensional cross-linking of the hydrogel). The photoreactive groups for crosslinking in the hydrogel and the photoreactive groups for attachment to the optical functional layer may be the same or different, preferably they are the same.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die optische Funktionsschicht ein DFB-Laser („Distributed-Feedback”-Laser). Wie dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist, handelt es sich bei DFB-Lasern um Laser, bei denen das aktive Material periodisch strukturiert ist. Die Strukturen wechselnder Brechzahl bilden eine Resonatorstruktur. Dies kann durch ein Oberflächenreliefgitter (Variation der Oberflächentopologie) oder durch eine Volumengitter (Variation der Brechzahl) realisiert werden. Die daraus resultierende Interferenz bewirkt die optische Rückkopplung des Lasers. Alternativ ist es auch möglich, dass die das Laser-fähige Material enthaltende optische Funktionsschicht zugleich auch die Resonatorstruktur verkörpert.In a preferred embodiment, the optical functional layer is a DFB (Distributed Feedback) laser. As is generally known to the person skilled in the art, DFB lasers are lasers in which the active material is periodically structured. The structures of changing refractive index form a resonator structure. This can be realized by a surface relief grid (variation of the surface topology) or by a volume grid (variation of the refractive index). The resulting interference causes the optical feedback of the laser. Alternatively, it is also possible for the optical functional layer containing the laser-capable material to simultaneously also embody the resonator structure.

Eine Änderung der Brechzahl in der Hydrogelpolymerschicht (z. B. durch Immobilisierung von Analytmolekülen) bewirkt eine sensorisch nutzbare Wellenlängenverschiebung des emittierten Laserlichts.A change in the refractive index in the hydrogel polymer layer (for example, by immobilization of analyte molecules) causes a sensorially usable wavelength shift of the emitted laser light.

Im Falle des DFB-Lasers enthält die optische Funktionsschicht ein Laser-fähiges Material in Kombination mit einer Resonatorstruktur (Gitter), d. h. ein bei optischer Anregung Laserlicht emittierendes Material. Solche Materialien sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispielhaft können Fluoreszenzfarbstoffe, fluoreszierende Polymere, halbleitende fluoreszierende Polymere oder Gemische davon genannt werden.In the case of the DFB laser, the optical functional layer contains a laser-capable material in combination with a resonator structure (grating), i. H. a material emitting laser light when excited optically. Such materials are generally known to the person skilled in the art. By way of example, fluorescent dyes, fluorescent polymers, semiconductive fluorescent polymers or mixtures thereof may be mentioned.

Die Fluoreszenzfarbstoffe liegen üblicherweise in der optischen Funktionsschicht in einer Menge von 0,5 bis 20 Gew% vor. Diese Fluoreszenzfarbstoffe können in das Polymer der optischen Funktionsschicht eingebettet sein. Das Polymer der optischen Funktionsschicht fungiert dann nicht nur als mikrostrukturiertes optisches Element (z. B. in Form oder als Teil eines periodischen Oberflächenrelief- oder Volumengitters des DFB-Lasers), sondern auch als Matrix für die Laser-fähige Komponente.The fluorescent dyes are usually present in the optical functional layer in an amount of 0.5 to 20% by weight. These fluorescent dyes may be embedded in the polymer of the optical functional layer. The polymer of the optical functional layer then functions not only as a microstructured optical element (eg in the form of or as part of a periodic surface relief or volume grating of the DFB laser) but also as a matrix for the laser-capable component.

Bei der Verwendung von Laser-fähigen fluoreszierenden Polymeren kann die optische Funktionsschicht überwiegend, z. B. zu mindestens 70 Gew%, bevorzugter zu mindestens 85 Gew% oder sogar vollständig aus dem fluoreszierenden Laser-fähigen Polymer bestehen. In diesem Fall fungiert das Polymer der optischen Funktionsschicht nicht nur als mikrostrukturiertes optisches Element (z. B. in Form oder als Teil eines periodischen Oberflächenreliefgitters des DFB-Lasers), sondern auch als aktive Laser-fähige Komponente. Vorteile bringen auch Gemische zweier Farbstoffe bzw. Blends zweier fluoreszierender Polymer.When using laser-capable fluorescent polymers, the optical functional layer predominantly, z. At least 70% by weight, more preferably at least 85% by weight or even consist entirely of the fluorescent laser-capable polymer. In this case, the polymer of the optical functional layer functions not only as a microstructured optical element (eg in the form of or as part of a periodic surface relief grating of the DFB laser) but also as an active laser-capable component. Advantages also bring mixtures of two dyes or blends of two fluorescent polymer.

Laser-fähige Materialien sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispielhaft können in diesem Zusammenhang Laser-Farbstoffe, Pyromethane, 4-(Dicyanomethylen)-2-methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran (DCM), Perylenverbindungen wie z. B. Perylendiimide, Poly(p-phenylen-vinylen) (Kurzbezeichnung: PPV), Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1,3]thiadiazol-4,8-diyl)] (Kurzbezeichnung: F8BT), Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylen] (Kurzbezeichnung: MEH-PPV), oder Gemische davon (wie z. B. F8BT/MEH-PPV) genannt werden.Laser-compatible materials are generally known to the person skilled in the art. By way of example, in this context, laser dyes, pyromethanes, 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- (4-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM), perylene compounds such. B. perylenediimides, poly (p-phenylene-vinylene) (abbreviation: PPV), poly [(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl) -alt- (benzo [2,1,3] thiadiazole -4,8-diyl)] (abbreviation: F8BT), poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene] (abbreviation: MEH-PPV), or mixtures thereof (such as e.g. F8BT / MEH-PPV).

Wie bereits oben erwähnt, bewirkt im Fall der Laser-fähigen optischen Funktionsschicht die spezifische Wechselwirkung der Analytmoleküle mit der photovernetzten Hydrogelschicht eine Änderung der Brechzahl dieser Hydrogelschicht, was zu einer Verschiebung der Wellenlänge des von der optischen Funktionsschicht emittierten Laserlichts führt. Der DFB-Laser selbst ist der Marker-freie Sensor.As already mentioned above, in the case of the laser-capable optical functional layer, the specific interaction of the analyte molecules with the photocrosslinked hydrogel layer causes a change in the refractive index of this hydrogel layer, which leads to a shift in the wavelength of the laser light emitted by the optical functional layer. The DFB laser itself is the marker-free sensor.

Enthält der erfindungsgemäße Sensor einen DFB-Laser, so kann dieser über Methoden, die dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind, hergestellt werden.If the sensor according to the invention contains a DFB laser, it can be produced by methods which are known in principle to the person skilled in the art.

Wie oben erwähnt, kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform bei der optischen Funktionsschicht auch um eine Schicht handeln, die einen Ringresonator enthält. Um dem Ringresonator Licht zuzuführen, enthält die optische Funktionsschicht noch einen Wellenleiter. Wie dem Fachmann bekannt ist, unterscheiden sich Ringresonator und Wellenleiter von dem sie umgebenden Material durch die Brechzahl, so dass das Licht in diesen optischen Elementen (d. h. Ringresonator und Wellenleiter) geleitet wird. Solche optischen Ringresonatoren und Methoden zu ihrer Herstellung sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt wird der Ringresonator von dem in der optischen Funktionsschicht vorliegenden Polymer gebildet. Dadurch ist auch in dieser Ausführungsform die Ausbildung von kovalenten Bindungen zwischen dem den Ringresonator bildenden Polymer und dem Hydrogel-Polymer möglich.As mentioned above, in a preferred embodiment, the optical functional layer may also be a layer containing a ring resonator. In order to supply light to the ring resonator, the optical functional layer still contains a waveguide. As is known to those skilled in the art, the ring resonator and waveguides differ from the surrounding material by the refractive index, so that the light is conducted in these optical elements (i.e., ring resonator and waveguide). Such optical ring resonators and methods for their preparation are known in the art. The ring resonator is preferably formed by the polymer present in the optical functional layer. As a result, the formation of covalent bonds between the polymer forming the ring resonator and the hydrogel polymer is also possible in this embodiment.

Geeignete Polymere für die Ausbildung eines Ringresonators sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispielhaft können folgende Polymere genannt werden: Polyacrylate, Polymethacrylate, Polycarbonate, Polyurethane, oder Gemische dieser Polymere.Suitable polymers for the formation of a ring resonator are known in principle to the person skilled in the art. By way of example, the following polymers may be mentioned: polyacrylates, polymethacrylates, polycarbonates, polyurethanes, or mixtures of these polymers.

Die Frequenz des Ringresonators wird durch die Wechselwirkung des Analyten mit der Hydrogelschicht über die Veränderung der Brechzahl verstimmt (d. h. abgeändert).The frequency of the ring resonator is detuned (i.e., altered) by the interaction of the analyte with the hydrogel layer via the change in refractive index.

Wie oben erwähnt, kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform bei der optischen Funktionsschicht um eine Schicht mit einer Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur handeln. Wie dem Fachmann bekannt ist, wird bei einem Mach-Zehnder-Interferometer das einfallende Licht durch einen Strahlteiler in zwei Arme bzw. Zweige aufgeteilt. Es liegt also eine zweiarmige Wellenleiterstruktur vor. Nach Durchlauf der beiden Strecken, deren optische Weglänge unterschiedlich sein kann, werden die beiden Strahlen (Referenz- und Messstrahl) wieder überlagert.As mentioned above, in a preferred embodiment, the optical functional layer may be a layer having a Mach-Zehnder interferometer structure. As is known to those skilled in the art, in a Mach-Zehnder interferometer the incident light is split by a beam splitter into two branches. So there is a two-arm waveguide structure. After passing through the two routes whose optical path length may be different, the two beams (reference and measuring beam) are superimposed again.

Bevorzugt werden die zwei Arme e der Mach-Zehnder-Interferometerstruktur aus dem Polymer der optischen Funktionsschicht gebildet. Geeignete Polymere für die Ausbildung solcher Wellenleiterstrukturen in einer Mach-Zehnder-Interferometerstruktur sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispielhaft können folgende Polymere genannt werden: Polyacrylate, Polymethacrylate, Polycarbonate, Polyurethane, oder Gemische dieser Polymere.Preferably, the two arms e of the Mach-Zehnder interferometer structure are formed from the polymer of the optical functional layer. Suitable polymers for the formation of such waveguide structures in a Mach-Zehnder interferometer structure are basically known to the person skilled in the art. By way of example, the following polymers may be mentioned: polyacrylates, polymethacrylates, polycarbonates, polyurethanes, or mixtures of these polymers.

Bevorzugt weist das Hydrogel-Polymer sowohl eine gemeinsame Grenzfläche mit dem ersten Zweig (der beispielsweise als Wellenleiter für den Referenzstrahl fungiert) wie auch eine gemeinsame Grenzfläche mit dem zweiten Zweig (der beispielsweise als Wellenleiter für den Messstrahl fungiert) auf. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Schicht des Hydrogel-Polymers so strukturiert ist, dass eine Flüssigkeitsdiffusion von dem Bereich des Hydrogel-Polymers, der den ersten Zweig zumindest teilweise abdeckt, zu dem Bereich des Hydrogel-Polymers, der den zweiten Zweig zumindest teilweise abdeckt, unterbunden ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Hydrogel-Polymer in zwei räumlich voneinander separierte Bereiche aufgeteilt ist, nämlich einem ersten Hydrogel-Polymer, das den ersten Zweig zumindest teilweise abdeckt, und einem zweiten Hydrogel-Polymer, das den zweiten Zweig zumindest teilweise abdeckt. Bevorzugt wird der Sensor dann beispielsweise so betrieben, dass einer dieser beiden Polymerbereiche der Hydrogelschicht (z. B. derjenige, der den ersten Zweig bzw. Arm der optischen Funktionsschicht zumindest teilweise abdeckt) nur mit der Lösung ohne Analyt in Berührung kommt, während der andere Polymerbereich der Hydrogelschicht (also derjenige, der den zweiten Zweig bzw. Arm der optischen Funktionsschicht zumindest teilweise abdeckt) mit der den Analyten enthaltenden Lösung kontaktiert wird. Die Brechzahländerung des Messstrahl-Wellenleiters ändert die optische Weglänge des zweiten Arms bzw. Zweigs des Mach-Zehnder-Interferometers. Dies bewirkt eine sensorisch nutzbare Phasenverschiebung.Preferably, the hydrogel polymer has both a common interface with the first branch (which, for example, acts as a waveguide for the reference beam) and a common interface with the second branch (which, for example, acts as a waveguide for the measurement beam). Furthermore, it is preferred that the layer of the hydrogel polymer is structured such that liquid diffusion from the region of the hydrogel polymer which at least partially covers the first branch to the region of the hydrogel polymer which at least partially covers the second branch , is prevented. This can be achieved, for example, by dividing the hydrogel polymer into two spatially separated regions, namely a first hydrogel polymer which at least partially covers the first branch, and a second hydrogel polymer which at least partially covers the second branch , The sensor is then preferably operated, for example, such that one of these two polymer regions of the hydrogel layer (eg. B. the one which covers the first branch or arm of the optical functional layer at least partially) comes into contact only with the solution without analyte, while the other polymer region of the hydrogel layer (ie the one who the second branch or arm of the optical functional layer at least partially covering) is contacted with the solution containing the analyte. The refractive index change of the measuring beam waveguide changes the optical path length of the second arm or branch of the Mach-Zehnder interferometer. This causes a sensorially usable phase shift.

Die ein Polymer enthaltende optische Funktionsschicht liegt auf einem Substrat vor. Hierfür geeignete Substrate sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Das Substrat kann aus einem anorganischen Material (z. B. Glas, Silizium, Siliziumnitrid, ... etc.) und/oder Kunststoff bestehen. Das Substrat kann einschichtig oder auch mehrschichtig sein. Als Substrate sind unter anderem auch Mikrofluidik-Chips oder sogenannte Biodisposables geeignet.The polymer-containing optical functional layer is present on a substrate. Substrates suitable for this purpose are generally known to the person skilled in the art. The substrate may be made of an inorganic material (eg, glass, silicon, silicon nitride, etc.) and / or plastic. The substrate may be single-layer or multi-layered. Suitable substrates include microfluidic chips or so-called biodisposables.

Wie oben ausgeführt, enthält der Sensor der vorliegenden Erfindung eine Schicht eines photovernetzten Hydrogel-Polymers, das

  • – kovalent gebundene Analyt-spezifische Erkennungsgruppen aufweist, und
  • – über photoreaktive Gruppen vernetzt ist;
und wobei das Hydrogel-Polymer über photoreaktive Gruppen kovalent mit dem Polymer der optischen Funktionsschicht verbunden ist.As noted above, the sensor of the present invention includes a photocrosslinked hydrogel polymer layer
  • - has covalently bound analyte-specific recognition groups, and
  • Is crosslinked via photoreactive groups;
and wherein the hydrogel polymer is covalently linked to the polymer of the optical functional layer via photoreactive groups.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass es sich bei der Schicht des photovernetzten Hydrogel-Polymers um eine durchgehende Schicht handelt, die sich über die gesamte Fläche der optischen Funktionsschicht erstreckt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Hydrogel-Schicht nur einen Teil der optischen Funktionsschicht abdeckt. Weiterhin ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, dass die Hydrogel-Schicht nicht durchgehend ist, sondern zwei oder mehr Bereiche aufweist, die räumlich voneinander separiert sind. Wichtig ist vor allem, dass das Hydrogel-Polymer und das Polymer der optischen Funktionsschicht eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen, an der über die photoreaktiven Gruppen des Hydrogels kovalente Bindungen ausgebildet werden können.In the context of the present invention, it is possible for the layer of the photocrosslinked hydrogel polymer to be a continuous layer that extends over the entire surface of the optical functional layer. Alternatively, it is also possible that the hydrogel layer covers only a part of the optical functional layer. Furthermore, it is also possible within the scope of the present invention that the hydrogel layer is not continuous, but has two or more regions which are spatially separated from one another. It is important above all that the hydrogel polymer and the polymer of the optical functional layer have a common interface at which covalent bonds can be formed via the photoreactive groups of the hydrogel.

Durch die photoreaktiven Gruppen wird also zweierlei bewirkt. Zum einen werden benachbarte Polymerketten im Hydrogel miteinander verknüpft (d. h. es werden über diese photoreaktiven Gruppen Vernetzungspunkte im Hydrogel ausgebildet), außerdem wird das Hydrogel-Polymer über die photoreaktiven Gruppen kovalent mit dem Polymer der optischen Funktionsschicht verbunden.The photoreactive groups thus causes two things. On the one hand, adjacent polymer chains in the hydrogel are linked to one another (that is, crosslinking points are formed in the hydrogel via these photoreactive groups), and the hydrogel polymer is covalently linked to the polymer of the optical functional layer via the photoreactive groups.

Die photoreaktiven Gruppen, die die Vernetzung im Hydrogel-Polymer bewirken, und die photoreaktiven Gruppen, die die kovalente Bindung zur optischen Funktionsschicht bewirken, können gleich oder unterschiedlich sein. Bevorzugt sind sie gleich.The photoreactive groups that cause crosslinking in the hydrogel polymer and the photoreactive groups that cause covalent bonding to the optical functional layer may be the same or different. Preferably they are the same.

Unter einem Hydrogel bzw. Hydrogel-Polymer versteht man ein dreidimensionales Netzwerk, das in Wasser nicht mehr löslich ist, sondern dieses aufnimmt und damit quillt. Die Polymerketten von Hydrogelen sind über Vernetzungspunkte miteinander verbunden und bilden so eine dreidimensional vernetzte Struktur aus.A hydrogel or hydrogel polymer is understood to mean a three-dimensional network which is no longer soluble in water but absorbs it and swells with it. The polymer chains of hydrogels are interconnected via crosslinking points and thus form a three-dimensionally crosslinked structure.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ausbildung von Vernetzungspunkten über photoreaktive Gruppen. Eine zusätzliche Vernetzung durch Knüpfen weiterer kovalenter Bindungen, z. B. über die sogenannte „Klick-Chemie” (K. B. Sharpless et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, S. 2004–2021) ist optional möglich, sofern weitere Monomereinheiten mit geeigneter Reaktivität in die Polymerkette des Copolymers eingebaut werden. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die für die Ausbildung des Hydrogels erforderliche Vernetzung jedoch ausschließlich über eine photochemische Vernetzung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die photochemische Vernetzung über photoreaktive Gruppen, die nach Aktivierung durch sichtbares Licht oder UV-Strahlung durch Insertionsreaktionen mit organischen Resten in unmittelbarer Nähe reagieren können. Beispiele für solche besonders bevorzugte photoreaktive Gruppen sind Benzo- oder Acetophenongruppen, Diazirine oder Azide.In the context of the present invention, the formation of crosslinking points via photoreactive groups takes place. An additional crosslinking by tying additional covalent bonds, z. Chem. Int. Ed. 2001, 40, pp. 2004-2021) is optionally possible if further monomer units having suitable reactivity in the polymer chain of the copolymer to be built in. In a preferred embodiment, however, the crosslinking required for the formation of the hydrogel takes place exclusively via a photochemical crosslinking. In a particularly preferred embodiment, the photochemical crosslinking via photoreactive groups, which can react after activation by visible light or UV radiation by insertion reactions with organic radicals in the immediate vicinity. Examples of such particularly preferred photoreactive groups are benzo or acetophenone groups, diazirines or azides.

Hydrogel-Polymere sowie Verfahren zu deren Herstellung sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.Hydrogel polymers and processes for their preparation are known to those skilled in principle.

In der vorliegenden Erfindung kann es sich bei dem Hydrogel auch um ein schaltbares Hydrogel handeln. Unter schaltbaren Hydrogelen versteht der Fachmann solche Hydrogele, die unter Einwirkung eines externen Stimulus (d. h. unter der Einwirkung eines äußeren, sich ändernden Parameters) unter Wasseraufnahme quellen oder alternativ auch unter Flüssigkeitsabgabe kollabieren können. Diese Übergänge sind bevorzugt reversibel. Solche schaltbaren Hydrogele sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.In the present invention, the hydrogel may also be a switchable hydrogel. Switchable hydrogels are understood by those skilled in the art to mean those hydrogels that are under the action of an external stimulus (ie, under the action of an external, changing parameter) Swell water intake or alternatively can collapse under liquid delivery. These transitions are preferably reversible. Such switchable hydrogels are generally known to the person skilled in the art.

Wie der Fachmann weiß, ist jedes Polymer aus Wiederholeinheiten aufgebaut. Jedes Polymer ist gewissermaßen die Summe all seiner Wiederholeinheiten. Wenn alle Wiederholeinheiten eines Polymers identisch sind, spricht man von einem Homopolymer. Bei unterschiedlichen Wiederholeinheiten liegt ein Copolymer vor.As one skilled in the art knows, each polymer is made up of repeating units. Each polymer is effectively the sum of all its repeating units. If all repeating units of a polymer are identical, it is called a homopolymer. Different repeating units have a copolymer.

Wie jedes Polymer ist somit auch das photovernetzte Hydrogel-Polymer der vorliegenden Erfindung aus Wiederholeinheiten aufgebaut. Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, umfasst das photovernetzte Hydrogel-Polymer bevorzugt (i) Wiederholeinheiten WEAS, die jeweils eine Analyt-spezifische Erkennungsgruppe aufweisen; (ii) Wiederholeinheiten WEV, die jeweils über eine photoreaktive Gruppe einen Vernetzungspunkt in dem Hydrogel-Polymer ausgebildet haben, sowie (iii) Wiederholeinheiten WEOF, die jeweils über eine photoreaktive Gruppe kovalent mit dem Polymer der optischen Funktionsschicht verbunden sind.Like any polymer, the photocrosslinked hydrogel polymer of the present invention is thus composed of repeating units. As will be described in more detail below, the photocrosslinked hydrogel polymer preferably comprises (i) repeating units WE AS , each having an analyte-specific recognition group; (ii) repeating units WE V , which have each formed a crosslinking point in the hydrogel polymer via a photoreactive group, and (iii) repeating units WE OF , which are each covalently connected to the polymer of the optical functional layer via a photoreactive group.

Das Hydrogel-Polymer enthält außerdem solche Wiederholeinheiten, die die eigentliche strukturelle Basis des Hydrogels bilden (nachfolgend auch als Wiederholeinheiten WEBasis bezeichnet) und üblicherweise in einem Anteil von über 50 Mol%, bevorzugter über 60 Mol% oder über 70 Mol% in dem Hydrogel-Polymer vorliegen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Wiederholeinheiten WEBasis aus solchen ausgewählt werden, die üblicherweise in bekannten Hydrogel-Polymeren vorliegen.The hydrogel polymer also contains such repeating units that form the actual structural base of the hydrogel (hereinafter also referred to as repeating units WE base ) and usually in a proportion of over 50 mole%, more preferably over 60 mole% or over 70 mole% in the hydrogel Polymer present. In the context of the present invention, the repeat units WE Basis can be selected from those which are customarily present in known hydrogel polymers.

Folgende Wiederholeinheiten WEBasis des Hydrogel-Polymers können beispielhaft genannt werden:

  • (1)
    Figure DE102013210794B3_0002
    wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt -CH3, R2, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, -(CH2)n-COOH und x = 1–50, bevorzugter 2–20 sind,
  • (2)
    Figure DE102013210794B3_0003
    wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt -H, R4, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, -(CH2)n-COOH und x = 1–50, bevorzugter 3–20 sind,
  • (3)
    Figure DE102013210794B3_0004
    wobei R2, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, -(CH2)n-COOH und x = 1–50, bevorzugter 2–20 sind,
  • (4)
    Figure DE102013210794B3_0005
    wobei R2, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, -(CH2)n-COOH und x = 1–50, bevorzugter 2–20 sind,
  • (5)
    Figure DE102013210794B3_0006
    wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl R2, R3, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, Allyl,
    Figure DE102013210794B3_0007
    sind,
  • (6)
    Figure DE102013210794B3_0008
    wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt H und x = 1–6, bevorzugter 3–4 sind,
  • (7)
    Figure DE102013210794B3_0009
    wobei R1, R2, R3 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl sind,
  • (8)
    Figure DE102013210794B3_0010
    R1 = H oder eine Verzweigung der Polysaccharidkette R2 bis R5 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, Allyl, -(CH2)n-COOH sind,
  • (9) Es können auch andere Polysaccharidstrukturen, wie z, B. Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylstärke etc. als Strukturelemente für das Hydrogel dienen.
  • (10)
    Figure DE102013210794B3_0011
    wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt -CH3 ist,
  • (11)
    Figure DE102013210794B3_0012
    wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt -CH3 ist, x, y unabhängig voneinander Werte zwischen 1 und 12 annehmen können und Z = SO3, COO, oder PO3 ist.
The following repeat units WE base of the hydrogel polymer can be mentioned by way of example:
  • (1)
    Figure DE102013210794B3_0002
    where R 1 = H, alkyl such as. B. C 1-4 alkyl, preferably -CH 3 , R 2 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, - (CH 2 ) n -COOH and x = 1-50, more preferably 2-20,
  • (2)
    Figure DE102013210794B3_0003
    where R 1 = H, alkyl such as. B. C 1-4 alkyl, preferably -H, R 4 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, - (CH 2 ) n -COOH and x = 1-50, more preferably 3-20,
  • (3)
    Figure DE102013210794B3_0004
    wherein R 2 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, - (CH 2 ) n -COOH and x = 1-50, more preferably 2-20,
  • (4)
    Figure DE102013210794B3_0005
    wherein R 2 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, - (CH 2 ) n -COOH and x = 1-50, more preferably 2-20,
  • (5)
    Figure DE102013210794B3_0006
    where R 1 = H, alkyl such as. B. C 1-4 alkyl R 2 , R 3 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, allyl,
    Figure DE102013210794B3_0007
    are,
  • (6)
    Figure DE102013210794B3_0008
    where R 1 = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, preferably H and x = 1-6, more preferably 3-4,
  • (7)
    Figure DE102013210794B3_0009
    wherein R 1 , R 2 , R 3 = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl,
  • (8th)
    Figure DE102013210794B3_0010
    R 1 = H or a branch of the polysaccharide chain R 2 to R 5 = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, allyl, - (CH 2 ) n -COOH,
  • (9) Other polysaccharide structures such as, for example, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl starch, etc., may serve as structural elements for the hydrogel.
  • (10)
    Figure DE102013210794B3_0011
    where R 1 = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, preferably -CH 3 ,
  • (11)
    Figure DE102013210794B3_0012
    where R 1 = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, preferably -CH 3 , x, y can independently of one another assume values between 1 and 12 and Z = SO 3 , COO, or PO 3 .

Das photovernetzte Hydrogel-Polymer enthält kovalent gebundene Analyt-spezifische Erkennungsgruppen, d. h. diese Analyt-spezifischen Erkennungsgruppen sind über kovalente Bindungen entweder unmittelbar mit der Polymerkette des Hydrogel-Polymers oder mit einer Seitengruppe der Hydrogel-Polymerkette verbunden.The photocrosslinked hydrogel polymer contains covalently bound analyte-specific recognition groups, i. H. These analyte-specific recognition groups are linked via covalent bonds either directly to the polymer chain of the hydrogel polymer or to a side group of the hydrogel polymer chain.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das photovernetzte Hydrogel-Polymer

  • (i) Wiederholeinheiten WEAS, die jeweils zumindest eine Analyt-spezifische Erkennungsgruppe aufweisen,
  • (ii) Wiederholeinheiten WEV, die jeweils über eine photoreaktive Gruppe einen Vernetzungspunkt in dem Hydrogel-Polymer ausgebildet haben, sowie
  • (iii) Wiederholeinheiten WEOF, die jeweils über eine photoreaktive Gruppe kovalent mit dem Polymer der optischen Funktionsschicht verbunden sind,
In a preferred embodiment, the photocrosslinked hydrogel polymer comprises
  • (i) repeating units WE AS , which each have at least one analyte-specific recognition group,
  • (ii) repeat units WE V each having a crosslinking point in the hydrogel polymer via a photoreactive group, and
  • (iii) repeat units WE OF , which are each covalently connected to the polymer of the optical functional layer via a photoreactive group,

Wie nachfolgend noch eingehender erläutert wird, kann die kovalente Bindung der Analyt-spezifischen Erkennungsgruppen im Hydrogel-Polymer realisiert werden, indem bereits bei der Polymerisation eines photovernetzbaren Copolymers (aus dem später durch Bestrahlung das photovernetzte Hydrogel gebildet wird) Monomerverbindungen anwesend sind, die eine solche Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthalten. Alternativ ist es auch möglich, dass bei dieser Polymerisation zunächst eine Monomerverbindung mit einer organischen funktionellen Gruppe anwesend ist und erst nach erfolgter Polymerisation diese organischen funktionellen Gruppen mit einer Verbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält, zur Reaktion gebracht werden. As will be explained in more detail below, the covalent bonding of the analyte-specific recognition groups in the hydrogel polymer can be realized by monomer compounds are already present in the polymerization of a photocrosslinkable copolymer (from which the photocrosslinked hydrogel is formed later by irradiation) Contain analyte-specific recognition group. Alternatively, it is also possible that in this polymerization initially a monomer compound having an organic functional group is present and only after polymerization, these organic functional groups with a compound containing the analyte-specific recognition group, are reacted.

Geeignete Monomerverbindungen, aus denen die Wiederholeinheiten WEAS ableitbar bzw. erhältlich sind, kennt der Fachmann. Es handelt sich dabei um solche Verbindungen, die im Rahmen einer Polymerisation in eine Polymerkette eingebaut werden können, insbesondere um Verbindungen mit einer ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Beispielhaft können in diesem Zusammenhang Olefine, Styrole, Vinylvrbindungen, Acrylate oder Methacrylate genannt werden. Wie bereits oben erwähnt, können diese Monomerverbindungen bereits eine Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthalten oder können alternativ zunächst eine funktionelle organische Gruppe enthalten, die nach der Polymerisation (also nach Einbau der Monomermoleküle in die Polymerkette) mit einer Verbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält, zur Reaktion gebracht wird. Für letztere Variante enthalten diese Verbindungen zusätzlich zu der Analyt-spezifischen Erkennungsgruppe ihrerseits eine geeignete funktionelle organische Gruppe, die mit der funktionellen organischen Gruppe der Monomerverbindung reagieren kann (d. h. es werden zueinander komplementäre Paare funktioneller Gruppen verwendet). Beispiele für solche komplementäre Paare funktioneller Gruppen sind Aktivester und Aminogruppen, Epoxide und Hydroxylgruppen, Thiol- und En-Gruppen oder Alkin- und Azido-Gruppen.Suitable monomer compounds from which the repeating units WE AS are derivable or obtainable are known to the person skilled in the art. These are those compounds which can be incorporated into a polymer chain as part of a polymerization, in particular compounds with an unsaturated carbon-carbon bond. By way of example, olefins, styrenes, vinyl compounds, acrylates or methacrylates may be mentioned in this connection. As already mentioned above, these monomer compounds may already contain an analyte-specific recognition group or, alternatively, they may initially contain a functional organic group which after polymerization (ie after incorporation of the monomer molecules into the polymer chain) with a compound containing the analyte-specific recognition group , is reacted. For the latter variant, in addition to the analyte-specific recognition group, these compounds in turn contain a suitable functional organic group that can react with the functional organic group of the monomer compound (ie, complementary pairs of functional groups are used). Examples of such complementary pairs of functional groups are active esters and amino groups, epoxides and hydroxyl groups, thiol and ene groups or alkyne and azido groups.

Je nach Art des zu detektierenden Analyten ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt, welche spezifischen Erkennungsgruppen (d. h. Gruppen, die eine spezifische Wechselwirkung mit den Analytmolekülen eingehen können) eingesetzt werden können.Depending on the type of analyte to be detected, it is in principle known to the person skilled in the art which specific recognition groups (that is to say groups which can undergo a specific interaction with the analyte molecules) can be used.

Beispielsweise kann die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe aus Antikörpern, Fab-Fragmenten von Antikörpern, Enzymen, Enzymfragmenten, Coenzymen, prosthetischen Gruppen, Aptameren, DNA-Einzelsträngen, RNA-Einzelsträngen, oder Kombinationen davon ausgewählt werden.For example, the analyte-specific recognition group may be selected from antibodies, F ab fragments of antibodies, enzymes, enzyme fragments, coenzymes, prosthetic groups, aptamers, single-stranded DNA, single RNA strands, or combinations thereof.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Sensor um einen Bio-Sensor oder biochemischen Sensor und somit um einen Sensor, der biologische oder biochemische Komponenten zur Selektion des Analyten nutzt.In a preferred embodiment, the sensor is a biosensor or biochemical sensor and thus a sensor that uses biological or biochemical components to select the analyte.

Je nach Anwendungszweck des Sensors kann der Anteil der Wiederholeinheiten WEAS in dem Hydrogel-Polymer über einen breiten Bereich variieren. Beispielsweise können die Wiederholeinheiten WEAS in dem Hydrogel-Polymer in einer Menge von bis zu 50 Mol% oder auch bis zu 95 Mol% vorliegen, bezogen auf die Gesamtmenge aller Wiederholeinheiten, aus denen das Hydrogel-Polymer besteht. Für viele Anwendungen kann es aber auch ausreichend sein, wenn die Wiederholeinheiten WEAS in dem Hydrogel-Polymer in einer Menge von bis zu 10 Mol% oder auch bis zu 5 Mol% vorliegen, bezogen auf die Gesamtmenge aller Wiederholeinheiten, aus denen das Hydrogel-Polymer besteht.Depending on the application of the sensor, the proportion of repeat units WE AS in the hydrogel polymer can vary over a wide range. For example, the repeat units may be present WE AS mol% in the hydrogel polymer in an amount of up to 50 mole%, or up to 95, based on the total amount of all repeating units constituting the hydrogel polymer. However, for many applications it may be sufficient if the repeat WE AS in the hydrogel polymer in an amount of up to 10 mole%, or up to 5 mol% are present, based on the total amount of all repeating units, from which the hydrogel Polymer exists.

Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, können die Wiederholeinheiten WEV und WEOF bevorzugt dadurch erhalten werden, dass bereits bei der Herstellung eines photovernetzbaren Copolymers zumindest eine Monomerverbindung anwesend ist, die eine photoreaktive Gruppe enthält. Diese Monomerverbindung wird während der Polymerisation in die Polymerkette eingebaut. So wird ein photovernetzbares Copolymer enthalten, das Wiederholeinheiten WEPR umfasst, die jeweils eine photoreaktive Gruppe aufweisen. Durch die Bestrahlung des photovernetzbaren Copolymers kommt es dann entweder zu einer Reaktion (z. B. einer Insertionsreaktion) zwischen der photoreaktiven Gruppe und einer organischen Gruppe bzw. eines organischen Rests einer benachbarten Polymerkette und dadurch zur Ausbildung eines Vernetzungspunktes oder zu einer kovalenten Bindung an das Polymer in der optischen Funktionsschicht.As will be described in more detail below, the repeating units WE V and WE OF can preferably be obtained by virtue of the fact that at least one monomer compound which contains a photoreactive group is already present in the preparation of a photocrosslinkable copolymer. This monomer compound is incorporated into the polymer chain during the polymerization. Thus, a photocrosslinkable copolymer comprising repeat units WE PR each having a photoreactive group is included. Irradiation of the photocrosslinkable copolymer either leads to a reaction (eg an insertion reaction) between the photoreactive group and an organic group or an organic radical of an adjacent polymer chain and thereby to form a crosslinking point or to covalently bond to it Polymer in the optical functional layer.

Geeignete photoreaktive Gruppen, die durch Bestrahlung solche Vernetzungspunkte in dem Hydrogel-Polymer ausbilden können, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.Suitable photoreactive groups which can form such crosslinking points in the hydrogel polymer by irradiation are known in principle to the person skilled in the art.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die photoreaktive Gruppe aus solchen ausgewählt, die unter Insertion mit einem organischen Rest reagieren können.In a preferred embodiment, the photoreactive group is selected from those which can react by insertion with an organic radical.

Bevorzugt wird die photoreaktive Gruppe aus einer Benzophenon-Gruppe, einer Acetophenon-Gruppe, einer Diazirin-Gruppe oder einer Azid-Gruppe ausgewählt. Preferably, the photoreactive group is selected from a benzophenone group, an acetophenone group, a diazirine group or an azide group.

Wird eine Benzophenon-Gruppe als photoreaktive Gruppe verwendet, so kann diese beispielsweise unter Bestrahlung mit einer H-C-Gruppe einer benachbarten Polymerkette gemäß der folgenden Reaktion reagieren und dadurch einen Vernetzungspunkt ausbilden: >C=O + H-C(R1R2R3) → >C(OH)-C(R1R2R3) When a benzophenone group is used as a photoreactive group, it may, for example, react under irradiation with an HC group of an adjacent polymer chain according to the following reaction, thereby forming a crosslinking point: > C = O + HC (R 1 R 2 R 3 ) →> C (OH) -C (R 1 R 2 R 3 )

Geeignete Monomerverbindungen, aus denen die Wiederholeinheiten WEV und WEOF ableitbar bzw. erhältlich sind, kennt der Fachmann. Es handelt sich dabei um solche Verbindungen, die im Rahmen einer Polymerisation in eine Polymerkette eingebaut werden können, insbesondere um Verbindungen mit einer ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Beispielhaft können in diesem Zusammenhang Olefine, Styrole, Acrylate oder Methacrylate genannt werden. Bevorzugt enthalten diese Monomerverbindungen bereits eine photoreaktive Gruppe. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass diese Monomerverbindungen zunächst eine funktionelle organische Gruppe enthalten, die nach der Polymerisation (also nach Einbau der Monomermoleküle in die Polymerkette) mit einer Verbindung, die die photoreaktive Gruppe enthält, zur Reaktion gebracht werden. Hierfür enthalten diese Verbindungen zusätzlich zu der photoreaktiven Gruppe ihrerseits eine geeignete funktionelle organische Gruppe, die mit der funktionellen organischen Gruppe der Monomerverbindung reagieren kann (d. h. es werden zueinander komplementäre Paare funktioneller Gruppen verwendet). Beispiele für solche komplementäre Paare funktioneller Gruppen sind Aktivester und Aminogruppen, Epoxide und Hydroxylgruppen, Thiol- und En-Gruppen oder Alkin- und Azido-Gruppen.Suitable monomer compounds from which the repeat units WE V and WE OF can be derived or are available are known to those skilled in the art. These are those compounds which can be incorporated into a polymer chain as part of a polymerization, in particular compounds with an unsaturated carbon-carbon bond. By way of example, olefins, styrenes, acrylates or methacrylates may be mentioned in this connection. Preferably, these monomer compounds already contain a photoreactive group. Alternatively, however, it is also possible that these monomer compounds initially contain a functional organic group which, after polymerization (ie after incorporation of the monomer molecules into the polymer chain), is reacted with a compound containing the photoreactive group. For this purpose, in addition to the photoreactive group, these compounds in turn contain a suitable organic functional group capable of reacting with the functional organic group of the monomer compound (ie, complementary pairs of functional groups are used). Examples of such complementary pairs of functional groups are active esters and amino groups, epoxides and hydroxyl groups, thiol and ene groups or alkyne and azido groups.

Das photovernetzte Hydrogel enthält die Wiederholeinheiten WEV und WEOF in einer Menge, die ausreichend ist, um zusätzlich zu einer dreidimensionalen Vernetzung des Hydrogels auch sicher zu stellen, dass noch photoreaktive Gruppen für eine kovalente Bindung an die optische Funktionsschicht zur Verfügung stehen.The photocrosslinked hydrogel contains the repeating units WE V and WE OF in an amount which is sufficient to ensure, in addition to a three-dimensional crosslinking of the hydrogel, that photoreactive groups are still available for covalent bonding to the optical functional layer.

Allerdings hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als vorteilhaft für die Empfindlichkeit des Sensors und für das Signal-Rausch-Verhältnis herausgestellt, wenn der Anteil der photoreaktiven Einheiten und damit auch der Vernetzungsgrad des Hydrogels möglichst gering ist.However, in the context of the present invention, it has also proven advantageous for the sensitivity of the sensor and for the signal-to-noise ratio if the proportion of photoreactive units and thus also the degree of crosslinking of the hydrogel are as low as possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegen daher die Wiederholeinheiten WEV und WEOF in dem Hydrogel-Polymer in einer Menge von weniger als 1,0 Mol%, bevorzugt weniger als 0,5 Mol%, noch bevorzugter weniger als 0,3 Mol% vor, bezogen auf die Gesamtmenge aller Wiederholeinheiten, aus denen das Hydrogel-Polymer besteht. Das Mengenverhältnis der Wiederholeinheiten WEV und WEOF zueinander kann dabei über einen breiten Bereich variiert werden. Bevorzugt ist, dass die Summe der Wiederholeinheiten WEV und WEOF in einer Menge von weniger als 1,0 Mol% vorliegt.In a preferred embodiment, therefore, the repeating units WE V and WE OF are present in the hydrogel polymer in an amount of less than 1.0 mol%, preferably less than 0.5 mol%, more preferably less than 0.3 mol%, based on the total amount of all repeat units that make up the hydrogel polymer. The ratio of the repeat units WE V and WE OF each other can be varied over a wide range. It is preferred that the sum of the repeat units WE V and WE OF is present in an amount of less than 1.0 mol%.

Bevorzugt liegen die Wiederholeinheiten WEV und WEOF in dem Hydrogel-Polymer in einer Menge im Bereich von mindestens 0,01 Mol% bis weniger als 1,0 Mol%, bevorzugter 0,03 Mol% bis weniger als 0,5 Mol%, noch bevorzugter 0,05 Mol% bis weniger als 0,3 Mol% vor, bezogen auf die Gesamtmenge aller Wiederholeinheiten, aus denen das Hydrogel-Polymer besteht.Preferably, the repeating units WE V and WE OF are present in the hydrogel polymer in an amount in the range of at least 0.01 mol% to less than 1.0 mol%, more preferably 0.03 mol% to less than 0.5 mol%, more preferably, from 0.05 mole% to less than 0.3 mole%, based on the total amount of all repeat units making up the hydrogel polymer.

Die Menge an Wiederholeinheiten WEV und WEOF in dem Hydrogel-Polymer kann anhand der Ausgangsmenge der Monomerverbindungen mit photoreaktiver Gruppe und des Umsetzungsgrades dieser Monomerverbindungen während der Polymerisation bestimmt werden. Ist beispielsweise bei der Polymerisation des photovernetzbaren Copolymers die Monomerverbindung mit photoreaktiver Gruppe in einer Menge von 0,2 Mol% (bezogen auf die Gesamtmenge der Monomerverbindungen) anwesend und läuft die Polymerisationsreaktion quantitativ ab, so enthält das photovernetzte Hydrogel-Polymer die Wiederholeinheiten WEV und WES in einer Menge von 0,2 Mol%. Der Umsetzungsgrad der Monomerverbindungen bei der Polymerisation kann mit dem Fachmann bekannten analytischen Methoden bestimmt werden.The amount of repeating units WE V and WE OF in the hydrogel polymer can be determined from the starting amount of the photoreactive group monomer compounds and the degree of conversion of these monomer compounds during the polymerization. For example, in the polymerization of the photocrosslinkable copolymer, if the monomer compound having the photoreactive group is present in an amount of 0.2 mol% (based on the total amount of the monomer compounds) and the polymerization reaction proceeds quantitatively, the photocrosslinked hydrogel polymer contains the repeating units WE V and WE S in an amount of 0.2 mol%. The degree of conversion of the monomer compounds in the polymerization can be determined by analytical methods known to the person skilled in the art.

Bevorzugt weist das photovernetzte Hydrogel einen Quellgrad > 4, bevorzugter > 5, noch bevorzugter > 8 auf.The photocrosslinked hydrogel preferably has a degree of swelling of> 4, more preferably> 5, more preferably> 8.

Der Quellgrad gibt an, wie viel Wasser ein Hydrogel gegenüber seinem Trockengewicht maximal aufnimmt. Er wird über den Quotienten der Schichtdicke d im gequollenen Zustand und der Trockenschichtdicke d0 bestimmt. Für die Bestimmung des Quellgrades wird destilliertes Wasser verwendet.The degree of swelling indicates how much water a hydrogel absorbs at most compared to its dry weight. It is determined by the quotient of the layer thickness d in the swollen state and the dry layer thickness d 0 . For the determination of the degree of swelling, distilled water is used.

In einer bevorzugten Ausführungsform detektiert der erfindungsgemäße Sensor den Analyten Marker-frei (d. h. die Analytmoleküle brauchen keine Marker (z. B. Fluoreszenzmarker, Farbstoffmarker, konjugierten Enzyme, etc.) zu tragen). In a preferred embodiment, the sensor according to the invention detects the analyte label-free (ie the analyte molecules do not need to carry markers (eg fluorescence markers, dye markers, conjugated enzymes, etc.)).

Der Sensor der vorliegenden Erfindung kann für eine Marker-freie Detektion von Analyten verwendet werden (bevorzugt als Biosensor bzw. biochemischer Sensor).The sensor of the present invention can be used for marker-free detection of analytes (preferably as biosensor or biochemical sensor).

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Sensors, umfassend

  • – die Bereitstellung eines Substrats mit einer darauf aufgebrachten Polymer-haltigen optischen Funktionsschicht;
  • – die Bereitstellung einer Schicht eines photovernetzbaren Copolymers auf der optischen Funktionsschicht, wobei das photovernetzbare Copolymer und das Polymer der optischen Funktionsschicht eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen und das photovernetzbare Copolymer Wiederholeinheiten WEPR umfasst, die jeweils zumindest eine photoreaktive Gruppe aufweisen, und
  • – die Bestrahlung des photovernetzbaren Copolymers unter Ausbildung eines photovernetzten Hydrogel-Polymers und Ausbildung von kovalenten Bindungen zwischen dem photovernetzten Hydrogel-Polymer und dem Polymer der optischen Funktionsschicht.
The subject of the present invention is also a method for producing the sensor described above, comprising
  • The provision of a substrate having a polymer-containing optical functional layer applied thereon;
  • The provision of a layer of a photocrosslinkable copolymer on the optical functional layer, wherein the photocrosslinkable copolymer and the polymer of the optical functional layer have a common interface and the photocrosslinkable copolymer comprises repeating units WE PR , each having at least one photoreactive group, and
  • - The irradiation of the photocrosslinkable copolymer to form a photocrosslinked hydrogel polymer and formation of covalent bonds between the photocrosslinked hydrogel polymer and the polymer of the optical functional layer.

Hinsichtlich der bevorzugten Eigenschaften des Substrats und der das Polymer enthaltenden optischen Funktionsschicht kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.With regard to the preferred properties of the substrate and of the polymer-containing optical functional layer, reference may be made to the above statements.

Die optische Funktionsschicht, z. B. in Form eines DFB-Lasers oder einer Ringresonator-Schicht oder einer Schicht mit einer Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur kann über Methoden, die dem Fachmann bekannt sind, erhalten werden.The optical functional layer, for. Example, in the form of a DFB laser or a ring resonator layer or a layer with a Mach-Zehnder interferometer structure can be obtained by methods known in the art.

Die die photoreaktive Gruppe enthaltenden Wiederholeinheiten WEPR werden bevorzugt dadurch erhalten, dass bei der Herstellung des photovernetzbaren Copolymers zumindest eine Monomerverbindung anwesend ist, die eine photoreaktive Gruppe enthält.The repeating units WE PR containing the photoreactive group are preferably obtained by virtue of the presence of at least one monomer compound containing a photoreactive group in the preparation of the photocrosslinkable copolymer.

Durch die Bestrahlung des photovernetzbaren Copolymers kommt es dann zu einer Reaktion (z. B. einer Insertionsreaktion) zwischen der photoreaktiven Gruppe und entweder einer organischen Gruppe bzw. eines organischen Rests einer benachbarten Polymerkette im photovernetzbaren Copolymer (und dadurch zur Ausbildung eines Vernetzungspunktes im Hydrogel) oder einer in der optischen Funktionsschicht vorliegenden Polymerkette. Je nachdem, ob die photoreaktiven Gruppen mit benachbarten Polymerketten Vernetzungspunkte im Hydrogel oder eine kovalente Bindung zur optischen Funktionsschicht ausbilden, werden also die Wiederholeinheiten WEPR des photovernetzbaren Copolymers entweder in Wiederholeinheiten WEV (d. h. Wiederholeinheiten, die Vernetzungspunkte im Hydrogel ausgebildet haben) oder in Wiederholeinheiten WEOF (d. h.Irradiation of the photocrosslinkable copolymer then results in a reaction (eg, an insertion reaction) between the photoreactive group and either an organic group or organic residue of an adjacent polymer chain in the photocrosslinkable copolymer (thereby forming a crosslink point in the hydrogel). or a polymer chain present in the optical functional layer. Depending on whether the photoreactive groups with adjacent polymer chains form crosslinking points in the hydrogel or a covalent bond to the optical functional layer, the repeat units WE PR of the photocrosslinkable copolymer are either in repeating units WE V (ie repeating units which have formed crosslinking points in the hydrogel) or in repeating units WE OF (ie

Wiederholeinheiten mit kovalenter Bindung zur optischen Funktionsschicht) des photovernetzten Hydrogel-Polymers überführt.Repeat units with covalent bonding to the optical functional layer) of the photocrosslinked hydrogel polymer.

Hinsichtlich geeigneter photoreaktiver Gruppen kann auf die obigen Ausführungen bei der Beschreibung des Sensors verwiesen werden.With regard to suitable photoreactive groups, reference may be made to the above statements in the description of the sensor.

Die photochemisch initiierte Vernetzung des Copolymers unter Ausbildung des Hydrogels erfolgt durch Bestrahlung mit Licht geeigneter Wellenlänge. In Abhängigkeit von der verwendeten photoreaktiven Gruppe ist dem Fachmann bekannt, bei welcher Wellenlänge die Bestrahlung zu erfolgen hat. Beispielhaft kann in diesem Zusammenhang auf die in Laschewsky et al., Soft Matter 2013, 9, S. 929–937 beschriebenen Bestrahlungsbedingungen verwiesen werden.The photochemically initiated crosslinking of the copolymer to form the hydrogel is effected by irradiation with light of suitable wavelength. Depending on the photoreactive group used, it is known to the person skilled in the art at which wavelength the irradiation is to take place. By way of example, reference may be made in this connection to the irradiation conditions described in Laschewsky et al., Soft Matter 2013, 9, p. 929-937.

Geeignete Monomerverbindungen, aus denen die Wiederholeinheiten WEPR erhältlich sind, kennt der Fachmann. Es handelt sich dabei um solche Verbindungen, die im Rahmen einer Polymerisation in eine Polymerkette eingebaut werden können, insbesondere um Verbindungen mit einer ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Beispielhaft können in diesem Zusammenhang Olefine, Styrole, Acrylate oder Methacrylate genannt werden. Bevorzugt enthalten diese Monomerverbindungen bereits eine photoreaktive Gruppe. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass diese Monomerverbindungen zunächst eine funktionelle organische Gruppe enthalten, die nach der Polymerisation (also nach Einbau der Monomermoleküle in die Polymerkette) mit einer Verbindung, die die photoreaktive Gruppe enthält, zur Reaktion gebracht werden. Hierfür enthalten diese Verbindungen zusätzlich zu der photoreaktiven Gruppe ihrerseits eine geeignete funktionelle organische Gruppe, die mit der funktionellen organischen Gruppe der Monomerverbindung reagieren kann (d. h. es werden zueinander komplementäre Paare funktioneller Gruppen verwendet). Beispiele für solche komplementäre Paare funktioneller Gruppen sind Aktivester und Aminogruppen, Epoxide und Hydroxylgruppen, Thiol- und En-Gruppen oder Alkin- und Azido-Gruppen.Suitable monomer from which the repeating WE PR are available, known to the expert. These are those compounds which can be incorporated into a polymer chain as part of a polymerization, in particular compounds with an unsaturated carbon-carbon bond. By way of example, olefins, styrenes, acrylates or methacrylates may be mentioned in this connection. Preferably, these monomer compounds already contain a photoreactive group. Alternatively, however, it is also possible that these monomer compounds initially contain a functional organic group which, after polymerization (ie after incorporation of the monomer molecules into the polymer chain), is reacted with a compound containing the photoreactive group. Included for this these compounds in turn, in addition to the photoreactive group, are a suitable organic functional group capable of reacting with the functional organic group of the monomer compound (ie, complementary pairs of functional groups are used). Examples of such complementary pairs of functional groups are active esters and amino groups, epoxides and hydroxyl groups, thiol and ene groups or alkyne and azido groups.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bereits das photovernetzbare Copolymer Wiederholeinheiten WEAS umfasst, die jeweils zumindest eine Analyt-spezifische Erkennungsgruppe aufweisen.In the context of the present invention, it is possible that the photocrosslinkable copolymer already comprises repeating units WE AS which in each case have at least one analyte-specific recognition group.

Die Wiederholeinheiten WEPR und WEAS in dem photovernetzbaren Copolymer können erhalten werden, indem das photovernetzbare Copolymer durch eine Polymerisation hergestellt wird, in der eine Monomerverbindung, die die photoreaktive Gruppe enthält, sowie eine Monomerverbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält, anwesend sind.The repeating units WE PR and WE AS in the photocrosslinkable copolymer can be obtained by preparing the photocrosslinkable copolymer by a polymerization in which a monomer compound containing the photoreactive group and a monomer compound containing the analyte-specific recognition group are present ,

Hinsichtlich der Monomerverbindung, die die photoreaktive Gruppe enthält, kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.With regard to the monomer compound containing the photoreactive group, reference may be made to the above statements.

Geeignete Monomerverbindungen, aus denen die Wiederholeinheiten WEAS erhältlich sind, kennt der Fachmann. Es handelt sich bevorzugt um solche Verbindungen, die im Rahmen einer Polymerisation in eine Polymerkette eingebaut werden können, insbesondere um Verbindungen mit einer ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Beispielhaft können in diesem Zusammenhang Olefine, Styrole, Acrylate oder Methacrylate genannt werden. Wenn diese Monomerverbindungen bereits eine Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthalten, wird unmittelbar durch die Polymerisation ein Copolymer mit kovalent an die Polymerketten gebundenen Analyt-spezifischen Erkennungsgruppen erhalten.Suitable monomer compounds from which the repeat units WE AS are available are known to those skilled in the art. They are preferably those compounds which can be incorporated into a polymer chain as part of a polymerization, in particular compounds with an unsaturated carbon-carbon bond. By way of example, olefins, styrenes, acrylates or methacrylates may be mentioned in this connection. If these monomer compounds already contain an analyte-specific recognition group, a copolymer having covalently bound analyte-specific recognition groups to the polymer chains is obtained directly from the polymerization.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Monomerverbindungen noch keine Analyt-spezifische Erkennungsgruppe, sondern zunächst eine funktionelle organische Gruppe enthalten, die nach der Polymerisation (also nach Einbau der Monomermoleküle in die Polymerkette) mit einer Verbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält, zur Reaktion gebracht wird. Diese Verbindungen enthalten ihrerseits zusätzlich zu der Analyt-spezifischen Erkennungsgruppe eine geeignete funktionelle organische Gruppe, die mit der funktionellen organischen Gruppe der Monomerverbindung reagieren kann (d. h. es werden zueinander komplementäre Paare funktioneller Gruppen verwendet). Beispiele für solche komplementäre Paare funktioneller Gruppen sind Aktivester und Aminogruppen, Epoxide und Hydroxylgruppen, Thiol- und En-Gruppen oder Alkin- und Azido-Gruppen.Alternatively, it is also possible that the monomer compounds do not yet contain an analyte-specific recognition group, but initially a functional organic group which, after the polymerization (ie after incorporation of the monomer molecules into the polymer chain), is reacted with a compound containing the analyte-specific recognition group. is reacted. These compounds, in turn, contain, in addition to the analyte-specific recognition group, a suitable organic functional group that can react with the functional organic group of the monomer compound (i.e., complementary pairs of functional groups are used). Examples of such complementary pairs of functional groups are active esters and amino groups, epoxides and hydroxyl groups, thiol and ene groups or alkyne and azido groups.

Die Wiederholeinheiten WEPR und WEAS können in dem photovernetzbaren Copolymer erhalten werden, indem das photovernetzbare Copolymer durch

  • – eine Polymerisation, in der eine Monomerverbindung, die die photoreaktive Gruppe enthält, sowie eine Monomerverbindung, die eine funktionelle organische Gruppe enthält, anwesend sind und anschließend
  • – eine Reaktion der funktionellen organischen Gruppe mit einer Verbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält,
hergestellt wird.The repeating units WE PR and WE AS can be obtained in the photocrosslinkable copolymer by passing the photocrosslinkable copolymer through
  • A polymerization in which a monomer compound containing the photoreactive group and a monomer compound containing an organic functional group are present, and then
  • A reaction of the functional organic group with a compound containing the analyte-specific recognition group,
will be produced.

Alternativ ist es im erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, dass die Wiederholeinheiten WEAS in dem photovernetzten Hydrogel-Polymer nach der Bestrahlung des photovernetzbaren Copolymers gebildet werden.Alternatively, it is also possible in the inventive method, that the repeating units WE AS are formed in the photo-crosslinked hydrogel polymer after irradiation of the photo-crosslinkable copolymer.

Die Wiederholeinheiten WEAS können in dem photovernetzten Hydrogel-Polymer beispielsweise dadurch erhalten werden, dass

  • – das photovernetzbare Copolymer durch eine Polymerisation hergestellt wird, in der eine Monomerverbindung, die die photoreaktive Gruppe enthält, sowie eine Monomerverbindung, die eine funktionelle organische Gruppe enthält, anwesend sind, und
  • – nach der Bestrahlung des photovernetzbaren Copolymers eine Reaktion der funktionellen organischen Gruppe mit einer Verbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält, stattfindet.
The repeat units WE AS can be obtained in the photocrosslinked hydrogel polymer, for example, by
  • The photocrosslinkable copolymer is prepared by a polymerization in which a monomer compound containing the photoreactive group and a monomer compound containing an organic functional group are present, and
  • After the irradiation of the photocrosslinkable copolymer, a reaction of the functional organic group with a compound containing the analyte-specific recognition group takes place.

Hinsichtlich geeigneter funktioneller organischer Gruppen der Monomerverbindung sowie der Verbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält, kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.With regard to suitable functional organic groups of the monomer compound and the compound containing the analyte-specific recognition group, reference may be made to the above statements.

Wie bereits oben bei der Beschreibung des Sensors erläutert, enthält das Hydrogel-Polymer noch „Basis”-Wiederholeinheiten, die die eigentliche strukturelle Basis des Hydrogel-Polymers ausmachen. Gleiches gilt natürlich auch für das photovernetzbare Copolymer, aus dem das vernetzte Hydrogel durch Bestrahlung erhalten wird. Bezüglich geeigneter Basis-Wiederholeinheiten WEBasis für das vernetzbare Copolymer kann daher auf die oben bei der Beschreibung des Sensors gemachten Ausführungen verwiesen werden. As explained above in the description of the sensor, the hydrogel polymer still contains "base" repeating units, which make up the actual structural basis of the hydrogel polymer. Of course, the same applies to the photocrosslinkable copolymer from which the crosslinked hydrogel is obtained by irradiation. With regard to suitable base repeat units WE base for the crosslinkable copolymer, reference may therefore be made to the statements made above in the description of the sensor.

Geeignete Reaktionsbedingungen für die Herstellung des photovernetzbaren Copolymers aus den oben beschriebenen Monomerverbindungen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispielsweise kann die Herstellung des vernetzbaren Copolymers über eine radikalische Polymerisation erfolgen.Suitable reaction conditions for the preparation of the photocrosslinkable copolymer from the monomer compounds described above are known to those skilled in principle. For example, the preparation of the crosslinkable copolymer can take place via a free-radical polymerization.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das photovernetzbare Copolymer einen zahlenmittleren Polymerisationsgrad Pn im Bereich von 500 bis 50000, bevorzugter 500 bis 10000 auf.In a preferred embodiment, the photocrosslinkable copolymer has a number-average degree of polymerization P n in the range of 500 to 50,000, more preferably 500 to 10,000.

Der zahlenmittlere Polymerisationsgrad Pn. wird aus der Molmasse über die Division durch die durchschnittliche Molmasse der Wiederholeinheiten berechnet. Die Molmassenbestimmung erfolgt bevorzugt durch Gelpermeationschromatographie.The number-average degree of polymerization P n . is calculated from the molecular weight over the division by the average molecular weight of the repeat units. The molecular weight determination is preferably carried out by gel permeation chromatography.

Die Bereitstellung des photovernetzbaren Copolymers auf der optischen Funktionsschicht kann gebräuchliche Beschichtungsmethoden wie z. B. eine Schleuderbeschichtung (Spin-Coating), eine Tauchbeschichtung, ein Bedrucken oder Kombinationen davon umfassen.The provision of the photocrosslinkable copolymer on the optical functional layer can conventional coating methods such. As a spin coating (spin-coating), a dip coating, printing or combinations thereof.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele eingehender beschrieben.The invention will be further described by the following examples.

BeispieleExamples

Herstellung des photovernetzbaren CopolymersPreparation of the photocrosslinkable copolymer

Es wurde ein Copolymer aus den Basismonomeren MEO2MA (2-(2-Methoxyethoxy)ethyl-methacrylat) und OEGMA 475 (Oligo(ethylenglycol)methylether-methacrylat) hergestellt. Weiterhin wurden Monomere einpolymerisiert, die eine Biotin-Gruppe als Analyt-spezifische Erkennungseinheit enthielten. Für die Photovernetzung wurden Monomere mit einer Benzophenon-Gruppe in das Polymer eingebaut.A copolymer of the base monomers MEO 2 MA (2- (2-methoxyethoxy) ethyl methacrylate) and OEGMA 475 (oligo (ethylene glycol) methyl ether methacrylate) was prepared. Furthermore, monomers were incorporated which contained a biotin group as an analyte-specific recognition unit. For photocrosslinking, monomers having a benzophenone group were incorporated into the polymer.

Das nach der Polymerisation erhaltene photovernetzbare Copolymer weist die folgende Struktur auf:

Figure DE102013210794B3_0013
The photocrosslinkable copolymer obtained after the polymerization has the following structure:
Figure DE102013210794B3_0013

Neben den Basis-Wiederholeinheiten (Index p und q) enthält das Copolymer noch Wiederholeinheiten WEPR (Index r), die eine photoreaktive Benzophenon-Gruppe enthalten, und Wiederholeinheiten WEAS (Index s), die eine Biotin-Gruppe als Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthalten.In addition to the basic repeating units (subscripts p and q), the copolymer also contains repeat units WE PR (index r) which contain a photoreactive benzophenone group and repeat units WE AS (index s) which contain a biotin group as the analyte-specific recognition group contain.

Der Anteil der photoreaktiven Wiederholeinheiten im Copolymer betrug 0,5 Mol%. Der zahlenmittlere Polymerisationsgrad Pn betrug 580.The proportion of photoreactive repeat units in the copolymer was 0.5 mol%. The number-average degree of polymerization P n was 580.

Die Anteile der jeweiligen Wiederholeinheiten waren wie folgt: p:q:r:s =87,8:9,7:0,5:2The proportions of the respective repeat units were as follows: p: q: r: s = 87.8: 9.7: 0.5: 2

Herstellung eines Sensors, der einen polymeren DFB-Laser enthält, unter Verwendung des oben beschriebenen photovernetzbaren CopolymersPreparation of a sensor containing a polymeric DFB laser using the photocrosslinkable copolymer described above

Dieses Beispiel beschreibt die vorteilhafte Ausführung mit einem polymeren DFB-Laser. Dieser DFB-Laser ist aufgebaut aus einem auf einer Glasoberfläche mit einem Siliconstempel abgeformten „Polymer Surface Relief Grating” (SRG), das aus einem Polymer mit einem niedrigen Brechungsindex besteht (MY-136 von MYPolymers Ltd., Israel; 1.374@633 nm). Dieses hat ein sinusförmiges Profil mit einer Amplitude von 30–35 nm und einer Periode von 400–405 nm. Darüber befindet sich als optische Funktionsschicht eine Laser-fähige Schicht (d. h. das Laser-Medium bzw. Gain-Medium) aus F8BT (Poly[9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(1,4-benzo-{2,1',3}-thiadiazol)], American Dye Source, Inc., Quebec, Kanada) und MEH-PPV (Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene-vinylene], American Dye Source, Inc., Quebec, Kanada), die durch Spincoating (30 mg F8BT und 7 mg MEH-PPV in 2 mL Toluol, 3000 U/min.) aufgetragen wird. Auf die optische Funktionsschicht wird das oben beschriebene photovernetzbare Copolymer durch Spincoating aufgetragen (0,4 gew.-%ige Lösung in Ethanol, 3000 U/min.). Durch Bestrahlung (UVACUBE 100 (Hönle, Gräfelfing) mit einer eisendotierten 100 W-Quecksilberdampflampe mit Glasfilter (Cut-off 310 nm), Abstand zur Lichtquelle 20 cm) wird das Copolymer einerseits dreidimensional vernetzt und zudem kovalent an die die optische Funktionsschicht bildenden Polymere gebunden. Die entstehende Hydrogelschicht weist eine Schichtdicke von 25 nm im trockenen Zustand auf. Nach Spülen mit PBS-Puffer (Fluka, 0,01 mol·l–1 Phosphat (NaCl 0,138 mol·l–1; KCl 0,0027 mol·l–1); pH 7,4 bei 25°C), um lose anhaftendes Material zu entfernen, ist der Sensor einsatzbereit.This example describes the advantageous embodiment with a polymeric DFB laser. This DFB laser is made up of a polymer surface relief grating (SRG) formed on a glass surface with a silicone die, which consists of a polymer with a low refractive index (MY-136 from MYPolymers Ltd., Israel, 1374@633 nm). , This has a sinusoidal profile with an amplitude of 30-35 nm and a period of 400-405 nm. In addition, there is a laser-capable layer (ie the laser medium or gain medium) made of F8BT (poly 9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt- (1,4-benzo {2,1 ', 3} -thiadiazole)], American Dye Source, Inc., Quebec, Canada) and MEH-PPV (Poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene-vinylenes], American Dye Source, Inc., Quebec, Canada) prepared by spin-coating (30 mg F8BT and 7 mg MEH-PPV in 2 mL toluene, 3000 rpm). On the optical functional layer, the photocrosslinkable copolymer described above is applied by spin coating (0.4 wt .-% solution in ethanol, 3000 U / min.). By irradiation (UVACUBE 100 (Hönle, Gräfelfing) with an iron-doped 100 W mercury vapor lamp with glass filter (cut-off 310 nm), distance to the light source 20 cm), the copolymer is on the one hand crosslinked three-dimensionally and also covalently bound to the polymers forming the optical functional layer , The resulting hydrogel layer has a layer thickness of 25 nm in the dry state. After rinsing with PBS buffer (Fluka, 0.01 mol·l -1 phosphate (NaCl 0.138 mol·l -1 ; KCl 0.0027 mol·l -1 ); pH 7.4 at 25 ° C) to dissolve loosely remove attached material, the sensor is ready for use.

Zur Überprüfung der Sensorantwort wurde mit Avidinlösungen sukzessive steigender Konzentration inkubiert. Mit steigender Avidinkonzentration ergibt sich eine steigende Verschiebung der Laserwellenlänge. Der Sensor ermöglicht eine Detektion in Echtzeit. Dies ist in 1 gezeigt.To check the sensor response, successive increasing concentrations were incubated with avidin solutions. As the avidin concentration increases, there is an increasing shift in the laser wavelength. The sensor enables detection in real time. This is in 1 shown.

Claims (17)

Ein Sensor, umfassend – ein Substrat; – eine polymere optische Funktionsschicht; – eine Schicht eines photovernetzten Hydrogel-Polymers, das – kovalent gebundene Analyt-spezifische Erkennungsgruppen aufweist, und – über photoreaktive Gruppen vernetzt ist; wobei das Hydrogel-Polymer über photoreaktive Gruppen kovalent mit dem Polymer der optischen Funktionsschicht verbunden ist und die optische Funktionsschicht eine Brechzahländerung in der Schicht des Hydrogel-Polymers über eine Veränderung einer ihrer optischen Eigenschaften anzeigen kann.A sensor comprising A substrate; A polymeric optical functional layer; A layer of a photocrosslinked hydrogel polymer, the - has covalently bound analyte-specific recognition groups, and Is crosslinked via photoreactive groups; in which the hydrogel polymer is covalently linked to the polymer of the optical functional layer via photoreactive groups and the optical functional layer may indicate a refractive index change in the hydrogel polymer layer via a change in one of its optical properties. Der Sensor gemäß Anspruch 1, wobei es sich bei der optischen Funktionsschicht um eine mikrostrukturierte Schicht handelt, die bevorzugt ein oder mehrere mikrostrukturierte optische Element/e, das bzw. die aus einem periodischen Gitter, einem Ringresonator oder einer mehrarmigen Wellenleiterstruktur oder Kombinationen davon ausgewählt wird bzw. werden, enthält.The sensor of claim 1, wherein the optical functional layer is a microstructured layer, preferably one or more microstructured optical elements selected from a periodic grating, a ring resonator, or a multi-arm waveguide structure or combinations thereof or be included. Der Sensor gemäß Anspruch 2, wobei die mikrostrukturierte optische Funktionsschicht eine oder mehrere mikrostrukturierte optische Elemente umfasst und zumindest eines der mikrostrukturierten optischen Elemente aus dem Polymer der optischen Funktionsschicht gebildet ist.The sensor of claim 2, wherein the microstructured optical functional layer comprises one or more microstructured optical elements and at least one of the microstructured optical elements is formed of the polymer of the optical functional layer. Der Sensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der optischen Funktionsschicht um einen DFB-Laser, eine einen Ringresonator enthaltende Schicht oder eine Schicht mit einer Mach-Zehnder-Interferometer-Struktur handelt.The sensor according to one of the preceding claims, wherein the optical functional layer is a DFB laser, a ring resonator-containing layer or a layer having a Mach-Zehnder interferometer structure. Der Sensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das photovernetzte Hydrogel-Polymer umfassend: (i) Wiederholeinheiten WEAS, die jeweils eine Analyt-spezifische Erkennungsgruppe aufweisen, (ii) Wiederholeinheiten WEV, die jeweils über eine photoreaktive Gruppe einen Vernetzungspunkt in dem Hydrogel-Polymer ausgebildet haben, sowie (iii) Wiederholeinheiten WEOF, die jeweils über eine photoreaktive Gruppe kovalent mit dem Polymer der optischen Funktionsschicht verbunden sind.The sensor according to one of the preceding claims, comprising the photocrosslinked hydrogel polymer comprising: (i) repeating units WE AS , each having an analyte-specific recognition group, (ii) repeating units WE V , which have each formed a crosslinking point in the hydrogel polymer via a photoreactive group, and (iii) repeating units WE OF , which are each covalently connected to the polymer of the optical functional layer via a photoreactive group. Der Sensor gemäß Anspruch 5, wobei die Wiederholeinheiten WEV und WEOF in dem Hydrogel-Polymer in einem Anteil von weniger als 1,0 Mol% vorliegen.The sensor of claim 5, wherein the repeat units WE V and WE OF are present in the hydrogel polymer in a proportion of less than 1.0 mole%. Der Sensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das photovernetzte Hydrogel einen Quellgrad > 4 aufweist.The sensor according to any one of the preceding claims, wherein the photocrosslinked hydrogel has a degree of swelling> 4. Der Sensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die photoreaktive Gruppe aus solchen ausgewählt wird, die unter Insertion mit einem organischen Rest reagieren können.The sensor according to any one of the preceding claims, wherein the photoreactive group is selected from those capable of undergoing insertion with an organic radical. Der Sensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die photoreaktive Gruppe eine Benzophenon-Gruppe, eine Acetophenon-Gruppe, eine Diazirin-Gruppe oder eine Azid-Gruppe ist.The sensor according to any one of the preceding claims, wherein the photoreactive group is a benzophenone group, an acetophenone group, a diazirine group or an azide group. Der Sensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe aus Antikörpern, Fab-Fragmenten von Antikörpern, Enzymen, Enzymfragmenten, Coenzymen, prosthetischen Gruppen, Aptameren, DNA-Einzelsträngen, RNA-Einzelsträngen, oder Kombinationen davon ausgewählt wird.The sensor of any of the preceding claims, wherein the analyte-specific recognition group is selected from antibodies, F ab fragments of antibodies, enzymes, enzyme fragments, coenzymes, prosthetic groups, aptamers, single-stranded DNA, single RNA strands, or combinations thereof. Der Sensor gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das photovernetzte Hydrogel-Polymer Wiederholeinheiten WEBasis umfasst, die bevorzugt ausgewählt werden aus: (1)
Figure DE102013210794B3_0014
wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt -CH3, R2, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, -(CH2)n-COOH und x = 1–50, bevorzugter 2–20 sind, (2)
Figure DE102013210794B3_0015
wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt -H, R4, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, -(CH2)n-COOH und x = 1–50, bevorzugter 3–20 sind, (3)
Figure DE102013210794B3_0016
wobei R2, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, -(CH2)n-COOH und x = 1–50, bevorzugter 2–20 sind, (4)
Figure DE102013210794B3_0017
wobei R2, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, -(CH2)n-COOH und x = 1–50, bevorzugter 2–20 sind, (5)
Figure DE102013210794B3_0018
wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl R2, R3, = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, Allyl,
Figure DE102013210794B3_0019
sind (6)
Figure DE102013210794B3_0020
wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt H und x = 1–6, bevorzugter 3–4 sind, (7)
Figure DE102013210794B3_0021
wobei R1, R2, R3 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl sind, (8)
Figure DE102013210794B3_0022
R1 = H oder eine Verzweigung der Polysaccharidkette R2 bis R5 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, Allyl, -(CH2)n-COOH sind, (9) Wiederholeinheiten auf der Basis von Polysacchariden, (10)
Figure DE102013210794B3_0023
wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt -CH3 ist; (11)
Figure DE102013210794B3_0024
wobei R1 = H, Alkyl wie z. B. C1-4-Alkyl, bevorzugt -CH3 ist, x, y unabhängig voneinander Werte zwischen 1 und 12 annehmen können und Z = SO3, COO, oder PO3 ist oder Kombinationen dieser Wiederholeinheiten.
The sensor according to any one of the preceding claims, wherein the photocrosslinked hydrogel polymer comprises repeat units WE base , which are preferably selected from: (1)
Figure DE102013210794B3_0014
where R 1 = H, alkyl such as. B. C 1-4 alkyl, preferably -CH 3 , R 2 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, - (CH 2 ) n -COOH and x = 1-50, more preferably 2-20, (2)
Figure DE102013210794B3_0015
where R 1 = H, alkyl such as. B. C 1-4 alkyl, preferably -H, R 4 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, - (CH 2 ) n -COOH and x = 1-50, more preferably 3-20, (3)
Figure DE102013210794B3_0016
wherein R 2 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, - (CH 2 ) n -COOH and x = 1-50, more preferably 2-20, (4)
Figure DE102013210794B3_0017
wherein R 2 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, - (CH 2 ) n -COOH and x = 1-50, more preferably 2-20, (5)
Figure DE102013210794B3_0018
where R 1 = H, alkyl such as. B. C 1-4 alkyl R 2 , R 3 , = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, allyl,
Figure DE102013210794B3_0019
are (6)
Figure DE102013210794B3_0020
where R 1 = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, preferably H and x = 1-6, more preferably 3-4, (7)
Figure DE102013210794B3_0021
in which R 1 , R 2 , R 3 = H, alkyl such as. B. C 1-4 alkyl, (8)
Figure DE102013210794B3_0022
R 1 = H or a branch of the polysaccharide chain R 2 to R 5 = H, alkyl such as. C 1-4 -alkyl, allyl, - (CH 2 ) n -COOH, (9) polysaccharide-based repeating units, (10)
Figure DE102013210794B3_0023
where R 1 = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, preferably -CH 3 ; (11)
Figure DE102013210794B3_0024
where R 1 = H, alkyl such as. C 1-4 alkyl, preferably -CH 3 , x, y can independently of one another assume values between 1 and 12 and Z = SO 3 , COO, or PO 3 or combinations of these repeating units.
Ein Verfahren zur Herstellung des Sensors nach einem der Ansprüche 1–11, umfassend – die Bereitstellung eines Substrats mit einer darauf aufgebrachten Polymer-haltigen optischen Funktionsschicht; – die Bereitstellung einer Schicht eines photovernetzbaren Copolymers auf der optischen Funktionsschicht, wobei das photovernetzbare Copolymer und das Polymer der optischen Funktionsschicht eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen und das photovernetzbare Copolymer Wiederholeinheiten WEPR umfasst, die jeweils zumindest eine photoreaktive Gruppe aufweisen, und – die Bestrahlung des photovernetzbaren Copolymers unter Ausbildung eines photovernetzten Hydrogel-Polymers und Ausbildung von kovalenten Bindungen zwischen dem photovernetzten Hydrogel-Polymer und dem Polymer der optischen Funktionsschicht.A method of making the sensor of any one of claims 1-11, comprising - providing a substrate having a polymer-containing optical functional layer disposed thereon; The provision of a layer of a photocrosslinkable copolymer on the optical functional layer, wherein the photocrosslinkable copolymer and the polymer of the optical functional layer have a common Having the interface and the photocrosslinkable copolymer repeating units WE PR each having at least one photoreactive group, and - the irradiation of the photocrosslinkable copolymer to form a photocrosslinked hydrogel polymer and formation of covalent bonds between the photocrosslinked hydrogel polymer and the polymer of the optical functional layer , Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das photovernetzbare Copolymer Wiederholeinheiten WEAS umfasst, die jeweils zumindest eine Analyt-spezifische Erkennungsgruppe aufweisen.The method according to claim 12, wherein the photocrosslinkable copolymer comprises repeating units WE AS each having at least one analyte-specific recognition group. Das Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Wiederholeinheiten WEPR und WEAS in dem photovernetzbaren Copolymer erhalten werden, indem das photovernetzbare Copolymer durch eine Polymerisation hergestellt wird, in der eine Monomerverbindung, die die photoreaktive Gruppe enthält, sowie eine Monomerverbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält, anwesend sind; oder wobei die Wiederholeinheiten WEPR und WEAS in dem photovernetzbaren Copolymer erhalten werden, indem das photovernetzbare Copolymer durch – eine Polymerisation, in der eine Monomerverbindung, die die photoreaktive Gruppe enthält, sowie eine Monomerverbindung, die eine funktionelle organische Gruppe enthält, anwesend sind und anschließend – eine Reaktion der funktionellen organischen Gruppe mit einer Verbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält, hergestellt wird.The process according to claim 12 or 13, wherein the repeating units WE PR and WE AS are obtained in the photocrosslinkable copolymer by preparing the photocrosslinkable copolymer by a polymerization in which a monomer compound containing the photoreactive group and a monomer compound containing the Contains analyte-specific recognition group present; or wherein the repeating units WE PR and WE AS are obtained in the photocrosslinkable copolymer by the photocrosslinkable copolymer by - a polymerization in which a monomer compound containing the photoreactive group and a monomer compound containing an organic functional group are present, and then - preparing a reaction of the functional organic group with a compound containing the analyte-specific recognition group. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Wiederholeinheiten WEAS in dem photovernetzten Hydrogel-Polymer nach der Bestrahlung des photovernetzbaren Copolymers gebildet werden.The method of claim 12, wherein the repeat units WE AS are formed in the photocrosslinked hydrogel polymer after irradiation of the photocrosslinkable copolymer. Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Wiederholeinheiten WEAS in dem photovernetzten Hydrogel-Polymer erhalten werden, indem – das photovernetzbare Copolymer durch eine Polymerisation hergestellt wird, in der eine Monomerverbindung, die die photoreaktive Gruppe enthält, sowie eine Monomerverbindung, die eine funktionelle organische Gruppe enthält, anwesend sind, und – nach der Bestrahlung des photovernetzbaren Copolymers eine Reaktion der funktionellen organischen Gruppe mit einer Verbindung, die die Analyt-spezifische Erkennungsgruppe enthält, stattfindet.The process according to claim 15, wherein the repeating units WE AS are obtained in the photocrosslinked hydrogel polymer by: preparing the photocrosslinkable copolymer by a polymerization in which a monomer compound containing the photoreactive group and a monomer compound having a functional organic group Group contains, are present, and - after the irradiation of the photocrosslinkable copolymer, a reaction of the functional organic group with a compound containing the analyte-specific recognition group takes place. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12–16, wobei das photovernetzbare Copolymer einen zahlenmittleren Polymerisationsgrad Pn im Bereich von 500 bis 50000 aufweist; und/oder wobei die Bereitstellung des photovernetzbaren Copolymers auf der optischen Funktionsschicht eine Schleuderbeschichtung (Spin-Coating), eine Tauchbeschichtung, ein Bedrucken oder Kombinationen davon umfasst.The method according to any one of claims 12-16, wherein the photocrosslinkable copolymer has a number-average degree of polymerization P n in the range of 500 to 50,000; and / or wherein the provision of the photocrosslinkable copolymer on the optical functional layer comprises spin-coating, dip-coating, printing or combinations thereof.
DE102013210794.3A 2013-06-10 2013-06-10 Sensor with photocrosslinked hydrogel Expired - Fee Related DE102013210794B3 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013210794.3A DE102013210794B3 (en) 2013-06-10 2013-06-10 Sensor with photocrosslinked hydrogel
EP14728570.4A EP3008451A1 (en) 2013-06-10 2014-06-05 Sensor having a photo-crosslinked hydrogel
PCT/EP2014/061736 WO2014198638A1 (en) 2013-06-10 2014-06-05 Sensor having a photo-crosslinked hydrogel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013210794.3A DE102013210794B3 (en) 2013-06-10 2013-06-10 Sensor with photocrosslinked hydrogel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013210794B3 true DE102013210794B3 (en) 2014-11-20

Family

ID=50896307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013210794.3A Expired - Fee Related DE102013210794B3 (en) 2013-06-10 2013-06-10 Sensor with photocrosslinked hydrogel

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3008451A1 (en)
DE (1) DE102013210794B3 (en)
WO (1) WO2014198638A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090179637A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Label-free biosensors based upon distributed feedback laser

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT403746B (en) * 1994-04-12 1998-05-25 Avl Verbrennungskraft Messtech OPTOCHEMICAL SENSOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
US6429023B1 (en) * 1998-07-20 2002-08-06 Shayda Technologies, Inc. Biosensors with polymeric optical waveguides
US7602498B2 (en) * 2001-10-19 2009-10-13 Invivosense Asa Optical sensing of measurands
EP1720163A1 (en) * 2005-05-05 2006-11-08 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Film forming photosensitive materials for the light induced generation of optical anisotropy
EP1818668A1 (en) * 2006-02-09 2007-08-15 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Long range surface plasmon fluorescence spectroscopy for bio-affinity studies
JP5247106B2 (en) * 2006-10-13 2013-07-24 キヤノン株式会社 Protein, protein immobilization method, structure, biosensor, nucleic acid, vector, and target substance detection kit
WO2010132795A2 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 The General Hospital Corporation Systems, devices, and methods for specific capture and release of biological sample components
US8293177B2 (en) * 2009-08-03 2012-10-23 Swapnajit Chakravarty Photonic crystal microarray device for label-free multiple analyte sensing, biosensing and diagnostic assay chips
EP2583087A1 (en) * 2010-06-17 2013-04-24 Optisense B.V. Integrated optical waveguide evanescent field sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090179637A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Label-free biosensors based upon distributed feedback laser

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Moschallski, Meike [et al.]: Sensitivity of microarray based immunoassays using surface-attached hydrogels. In: Analytica Chimica Acta, Vol. 781, 2013, S. 72-79. - ISSN 0003-2607 *
Rendl, Martin [et al.]: Simple one-step process for immobilization of biomolecules on polymer substrates based on surface-attached polymer networks. In: Langmuir, Vol. 27, 2011, No. 10, S. 6116-6123. - ISSN 0743-7463 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014198638A1 (en) 2014-12-18
EP3008451A1 (en) 2016-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qin et al. Bioinspired structural color sensors based on responsive soft materials
Ito et al. Strain-responsive structural colored elastomers by fixing colloidal crystal assembly
DE60030978T2 (en) METHOD FOR USING A SENSOR UNIT
EP0429907A2 (en) Optical biosensor
Islam et al. Responsive polymers for analytical applications: A review
Miyata Preparation of smart soft materials using molecular complexes
JP5970551B2 (en) Imprint photonic polymers and methods for their preparation and use
KR102006790B1 (en) A method for producing a solid-state photonic crystal IPN complex functionalized with an enzyme, an IPN complex produced thereby, and a biosensor using the same
EP1721160B1 (en) Method for covalently immobilising biomolecules on polymeric surfaces
EP0520262B1 (en) Chemical sensor
DE102020132480B3 (en) Molecularly imprinted fluorescent polymers for direct detection of glyphosate, its degradation products and metabolites
KR101675833B1 (en) Photonic humidity sensor and preparing method of the same
DE10350526A1 (en) Layer structure and optical waveguide sensor based on photoaddressable polymers
DE102013210794B3 (en) Sensor with photocrosslinked hydrogel
EP3092068A1 (en) Responsive hydrogel for the detection of biomolecules
Wang et al. Use of block copolymer-stabilized cadmium sulfide quantum dots as novel tracers for laser scanning confocal fluorescence imaging of blend morphology in polystyrene/poly (methyl methacrylate) films
EP1222029B1 (en) Substrate with at least one pore
WO2008115950A1 (en) High resolution near field scanning optical microscopy
DE4013713A1 (en) Optical bio-sensor with Langmuir-blodgett film contg. fluorescent dye
Straub et al. “CHicable” and “Clickable” Copolymers for Network Formation and Surface Modification
DE102019129922A1 (en) Membrane layer for a sensor membrane for measuring a concentration of an analyte in a measuring fluid in contact with the sensor membrane
DE3938598A1 (en) Optical bio-sensor - based on fluorescent energy transfer between one dye incorporated in Langmuir-Blodgett film and marker dye
EP1963441A1 (en) Polyelectrolyte monolayers and multilayers for optical signal transducers
CH694108A5 (en) Agents and use of resources for the study of hydrophilic macromolecules in aqueous solution.
DE102016119810A1 (en) Layers for the detection of oxygen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee