DE102015015535A1

DE102015015535A1 - Mikrostrukturierter Polymerkörper, Mikrobioreaktor und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102015015535A1
Application number: DE102015015535.0A
Authority: DE
Inventors: Ann-Kathrin Schneider; Christof Niemeyer; Bastian RAPP; Stefan Giselbrecht
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08
Also published as: WO2017092859A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrobioreaktor, einen Verbundkörper, einen mikrostrukturierten Polymerkörper, einen Master für die Softlithographie und Verfahren zu ihrer Herstellung. Das Verfahren zur Herstellung des mikrostrukturierten Polymerkörpers umfasst einen Schritt zur Vorstrukturierung durch Softlithographie und einen Schritt zur Nachstrukturierung durch UV-Lithographie.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrobioreaktor, einen Verbundkörper, einen mikrostrukturierten Polymerkörper, einen Master für die Softlithographie und Verfahren zu ihrer Herstellung. Das Verfahren zur Herstellung des mikrostrukturierten Polymerkörpers umfasst einen Schritt zur Vorstrukturierung durch Softlithographie und einen Schritt zur Nachstrukturierung durch UV-Lithographie.
Mikro- und nanoskalige Strukturen aus Polymermaterialien wie beispielsweise Silikon finden eine breite Anwendung im Bereich der Lebenswissenschaften. Geschätzt wird Silikon vor allem wegen seiner leicht einstellbaren mechanischen, chemischen und optischen Eigenschaften sowie seiner ausgezeichneten Biokompatibilität. Die elastische Eigenschaft dieses Materials wird bei der Erzeugung selbst-dichtender mikrofluidischer Strukturen genutzt (siehe Ng, J. M. K., Gitlin, I., Stroock, A. D., and Whitesides, G. M. (2002) Components for integrated poly(dimethylsiloxane) microfluidic systems, Electrophoresis 23, 3461–3473). Im Bereich der Mikrofluidik wird die chemische Inertheit von Silikon gegenüber vielen gängigen organischen Lösungsmitteln sowie verdünnten Säuren und Laugen ausgenutzt (siehe McDonald, J. C., and Whitesides, G. M. (2002) Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices, Acc Chem Res 35, 491–499). Trotz dieser guten Beständigkeit gibt es dennoch eine ganze Reihe mikrotechnischer Verbindungsverfahren, die beispielsweise eine irreversible Deckelung von Kanalstrukturen einfach und zuverlässig ermöglichen (siehe Ng, J. M. K., Gitlin, I., Stroock, A. D., and Whitesides, G. M. (2002) Components for integrated poly(dimethylsiloxane) microfluidic systems, Electrophoresis 23, 3461-3473 und Hui, A. Y. N., Wang, G., Lin, B., and Chan, W.-T. (2005) Microwave plasma treatment of polymer surface for irreversible sealing of microfluidic devices, Lab an a Chip 5, 1173–1177). Die hohe Transparenz vieler Silikone erlaubt ferner die Integration von optisch arbeitenden Sensoren und Detektionssystemen in den Aufbau von Mikrosystemen (siehe Whitesides, G. M. (2006) The origins and the future of microfluidics, Nature 442, 368–373).
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Strukturierung von Polymermaterialien zur Bildung mikrostrukturierter Polymerkörper bekannt. Ungehärtete Polymerharze, wie beispielsweise unvernetztes Silikon, lassen sich aufgrund ihrer Eigenschaften (relativ niedrige Viskosität) sehr einfach und gut gießen. Daher wird in den meisten Fällen zunächst eine Masterstruktur (”Master”), welche eine Gussform darstellt (z. B. aus Silicium oder dem Fotoresist SU-8 (Fotolack der Firma Microchem Corp.)), hergestellt und danach durch Ausgießen mit Silikon repliziert (siehe Kumar, A., Biebuyck, H. A., and Whitesides, G. M. (1994) Patterning Self-Assembled Monolayers: Applications in Materials Science, Langmuir 10, 1498–1511). Derartige Herstellungsverfahren zählen zu den Verfahren, die allgemein als ”Softlithographie” bezeichnet werden.
Aufgrund der elastischen Eigenschaften von Silikonharzen können auch sehr komplexe Geometrien nach der Aushärtung des Silikons noch entformt werden. Das heißt, der Master kann auch bei der Erzeugung komplexer Geometrien noch entfernt werden, ohne die Mikrostrukturierung zu beschädigen. Die Herstellung des Masters kann mit vielen (mikrotechnischen) Strukturierungsverfahren, z. B. mikromechanisch oder lithographisch, erfolgen. Einige dieser Verfahren sind jedoch aufwendig und erfordern eine besondere instrumentelle Ausstattung, die nicht in jedem Labor verfügbar ist, was den Zugang zu solchen Strukturen begrenzt und den Aufwand zu deren Herstellung erhöht.
Insbesondere zweiskalige Mikrostrukturen sind mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nur schwer und unter besonders hohem Aufwand erhältlich. Hierbei werden unter ”zweiskaligen Mikrostrukturen” Vertiefungen in der Oberfläche eines Polymerkörpers mit unterschiedlichen Tiefen verstanden. So weisen zweiskalige Mikrostrukturen beispielsweise erste Vertiefungen bis zu einer Tiefe von 200 μm und zudem zweite Vertiefungen bis zu einer Tiefe von lediglich 5 μm auf. Aus den ersten Vertiefungen können beispielsweise Hohlräume (”Kavitäten”) zur Aufnahme von Probenflüssigkeiten oder biologischen Zellen gebildet sein und aus den zweiten Vertiefungen beispielsweise Kanäle bzw. Leitungen, welche die Hohlräume (fluidleitend) verbinden. Kavitäten weisen eine größere Tiefe als Kanäle auf. Zudem weisen die ersten (”großen”) Mikrostrukturen (insbesondere Vertiefungen, Kavitäten) üblicherweise laterale Abmessungen von mindestens 100 μm auf, wohingegen die Kanalstrukturen üblicherweise eine Breite von höchstens 20 μm besitzen.
Die Herstellung einer zweiskaligen Masterstruktur mit unterschiedlich dimensionierten Mikrostrukturen für die Herstellung von zweiskaligen mikrostrukturierten Polymerkörpern ist mit hohem Aufwand verbunden und erfordert den Einsatz hochpreisiger Vorrichtungen, unabhängig davon, aus welchem Material der Master besteht.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers bereitzustellen, wodurch auf einfache Weise komplexe, beispielsweise zweiskalige, Strukturierungen des Polymerkörpers erzeugt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers, umfassend die Schritte

(1) Erzeugen eines Polymerkörpers aus einem Polymerharz durch Softlithographie, wobei mindestens eine Oberfläche des Polymerkörpers eine durch Softlithographie erzeugte Vorstrukturierung aufweist; und
(2) Nachstrukturieren der vorstrukturierten Oberfläche mittels UV-Lithographie.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können insbesondere Polymerkörper mit zweiskaliger Mikrostrukturierung effizient und auf einfache Weise hergestellt werden.
Ein mikrostrukturierter Polymerkörper ist ein Körper aus einem Polymer, der mindestens eine Oberfläche mit Vertiefungen mit Abmessungen (Höhe, Breite, Tiefe) von ≤ 1000 μm aufweist.
Der aus Schritt (1) erhaltene Polymerkörper, wovon mindestens eine Oberfläche eine Vorstrukturierung aufweist, wird nachfolgend auch als Polymerkörper mit vorstrukturierter Oberfläche bezeichnet.
Die Mikrostrukturierung des Polymerkörpers umfasst die Vorstrukturierung (erzeugt durch Schritt (1)) und die Nachstrukturierung (erzeugt durch Schritt (2)). Wie bereits vorstehend erläutert, werden Vor- und Nachstrukturierung durch eine Mehrzahl von Vertiefungen in der Oberfläche des mikrostrukturierten Polymerkörpers gebildet. Die jeweilige Mehrzahl von Vertiefungen, welche die Vor- bzw. Nachstrukturierung bilden, wird von einer Mehrzahl einzelner Vor- beziehungsweise Nachstrukturierungselemente (Elemente der Vorstrukturierung/Nachstrukturierung) gebildet.
Vorzugsweise sind die Vor- und Nachstrukturierung fluidleitend zumindest teilweise miteinander verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Polymerharz, aus welchem der Polymerkörper hergestellt ist, ein Silikonharz. Entsprechend handelt es sich bei dem Polymerkörper vorzugsweise um einen Silikonkörper.
Die geometrische Form der Elemente der Vor- und Nachstrukturierung unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Die Elemente der Vor- und Nachstrukturierung können die Form eines Körpers mit Kanten (z. B. Quader oder Würfel) aufweisen, wobei ein Teil oder die Gesamtheit der Kanten auch abgerundet sein kann.
Vorzugsweise sind die Vorstrukturierungselemente halbkugelförmig, quader- oder würfelförmig oder kegel(stumpf)förmig, mit ”scharfen” oder abgerundeten Kanten, besonders bevorzugt quader- oder würfelförmig mit abgerundeten Kanten (siehe 6).
Die Nachstrukturierungselemente sind vorzugsweise quaderförmig oder halbzylinderförmig, können aber auch prismaförmig (beispielsweise mit einem Dreieck als Grundfläche) sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden in Schritt (1) Kavitäten als Vorstrukturierung und in Schritt (2) Kanäle, welche die Kavitäten verbinden, als Nachstrukturierung erzeugt. Sowohl Kavitäten als auch Kanäle stellen Vertiefungen in dem Polymerkörper dar, wobei Kavitäten eine größere Tiefe als Kanäle aufweisen. Durch die Kavitäten und Kanäle umfassende Mikrostrukturierung kann ein mikrostrukturierter Polymerkörper bereitgestellt werden, welcher beispielsweise als Mikro(bio)reaktor verwendet werden kann.
Unter der Tiefe eines Vor- bzw. Nachstrukturierungselementes wird der Abstand zwischen dem höchsten Punkt der mikrostrukturierten Oberfläche und dem tiefsten Punkt des Elementes verstanden. Die Länge und Breite der Vor- und Nachstrukturierungselemente werden an der Oberfläche des mikrostrukturierten Polymerkörpers, beispielsweise lichtmikroskopisch, vermessen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Vorstrukturierungselemente eine Tiefe bis 200 μm auf. Die Tiefe der Vorstrukturierungselemente beträgt vorzugsweise mindestens 30 μm. Besonders bevorzugt weisen die Vorstrukturierungselemente eine Tiefe von 70 bis 190 μm, insbesondere 100 bis 180 μm auf. Zudem weisen die Vorstrukturierungselemente vorzugsweise eine Länge von 1 bis 400 μm, und eine Breite von 1 bis 400 μm, besonders bevorzugt 50 bis 300 μm, insbesondere 100 bis 250 μm, auf. Darüber hinaus beträgt der Abstand zwischen den Vorstrukturierungselementen vorzugsweise 50 bis 500 μm, besonders bevorzugt 150 bis 300 μm, beispielsweise 200 μm.
Vorzugsweise umfasst die in Schritt (1) erzeugte Vorstrukturierung Kavitäten mit einer Tiefe von 30 bis 200 μm, besonders bevorzugt 70 bis 190 μm, einer Länge von 100 bis 400 μm, besonders bevorzugt 200 bis 300 μm, und einer Breite von 100 bis 400 μm, besonders bevorzugt 200 bis 300 μm.
Die Nachstrukturierungselemente weisen vorzugsweise eine Tiefe bis 5 μm auf. Die Tiefe der Nachstrukturierungselemente beträgt vorzugsweise mindestens 0,1 μm, mehr bevorzugt mindestens 0,5 μm. Besonders bevorzugt weisen die Nachstrukturierungselemente eine Tiefe von 1 bis 4 μm, insbesondere 2 bis 3 μm auf. Zudem weisen die Nachstrukturierungselemente vorzugsweise eine Länge von 50 bis 500 μm, und eine Breite von bis 2 bis 100 μm auf.
Vorzugsweise umfasst die in Schritt (2) erzeugte Nachstrukturierung Kanäle mit einer Tiefe von 0,1 bis 5 μm, besonders bevorzugt 1 bis 3 μm, und einer Breite von höchstens 20 μm, besonders bevorzugt 2 bis 10 μm.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Schritte (1a) bis (1d):

(1a) Bereitstellen eines Masters mit mikrostrukturierter Oberfläche;
(1b) Ausgießen des Masters mit einem ungehärteten Polymerharz;
(1c) Härten des Polymerharzes;
(1d) Entfernen des Masters.

Das Material, aus dem der Master gefertigt ist, unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Es kann jedes Material verwendet werden, das für die Softlithographie geeignet ist, beispielsweise Silicium oder der Fotoresist SU-8.
in Schritt (1b) wird der Master mit einem ungehärteten Polymerharz ausgegossen. Das ungehärtete Polymerharz ist (zäh)flüssig und passt sich dadurch der Oberfläche des Masters an. Im Schritt (1c) wird das Polymerharz gehärtet, so dass es dauerhaft die Oberflächenstruktur des Masters annimmt. Anschließend wird der Master entfernt (Schritt (1d)).
Das verwendete ungehärtete Polymerharz unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Grundsätzlich kann jede ungehärtete Polymerharzzusammensetzung, welche zur Erzeugung mikrostrukturierter Polymerkörper geeignet ist, verwendet werden. Geeignete Polymerharze sind beispielsweise in EP 2 246 740 A1 angegeben. Die ungehärtete Polymerharzzusammensetzung weist vorzugsweise eine Viskosität von 1 bis 5 Pa·s, besonders bevorzugt 2 bis 4 Pa·s auf.
Bevorzugt wird eine ungehärtete Silikonharzzusammensetzung verwendet, aus der durch das erfindungsgemäße Verfahren ein mikrostrukturierter Silikonkörper gefertigt wird. Der Hauptbestandteil der ungehärteten Silikonharzzusammensetzung ist vorzugsweise ein härtbares Polysiloxan oder ein Gemisch daraus. Geeignete härtbare Polysiloxane sind beispielsweise Polydimethylsiloxan (PDMS), und dessen Derivate. Ein besonders bevorzugtes Polysiloxan ist Sylgard^® Kit 184 Base, welches von der Firma Dow Corning vertrieben wird. Daneben können im ungehärteten Silikonharz Zusatzstoffe, wie beispielsweise ein Vernetzungsmittel, enthalten sein. Ein besonders bevorzugtes Vernetzungsmittel ist Sylgard^® Kit 184 Curing Agent, welches von der Firma Dow Corning vertrieben wird. Der Anteil des Vernetzungsmittels an der ungehärteten Silikonharzzusammensetzung beträgt vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 7,5 bis 15 Gew.-%.
Schritt (1c) kann bei Normalbedingungen durchgeführt werden. Hinsichtlich der Temperatur wird vorzugsweise von Normalbedingungen abgewichen. Das Härten erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 30 bis 90°C, besonders bevorzugt 35 bis 70°C, beispielsweise 40°C. Vorzugsweise wird für eine Zeit von 5 Minuten bis 4 Stunden, besonders bevorzugt 30 bis 90 Minuten, beispielsweise 60 Minuten, gehärtet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Schritte (2a) bis (2d):

(2a) Anlegen einer Maske an die vorstrukturierte Oberfläche;
(2b) Bestrahlen der maskenseitigen Oberfläche des Polymerkörpers mit UV-Licht;
(2c) Entfernen der Maske;
(2d) Entwickeln des bestrahlten Polymerkörpers.

Masken für die UV-Lithographie sind im Stand der Technik bekannt. Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere wie in EP 2 246 740 A1 beschrieben durchgeführt werden.
Da die Maske UV-durchlässige und UV-undurchlässige Bereiche aufweist, wird die vorstrukturierte Oberfläche des Polymerkörpers selektiv mit UV-Licht bestrahlt. Hierfür geeignet ist beispielsweise eine Goldmaske, bestehend aus einer Platte synthetischen Quarzglases (50 × 50 × 2 mm; J-Plasma), beschichtet mit einer 1 nm dicken Titanhaftschicht sowie einer darauf aufgebrachten 30 nm dicken Goldschicht. Die Goldschicht ist UV-undurchlässig und weist dem Muster der Nachstrukturierung entsprechende Aussparungen auf.
Das Bestrahlen erfolgt vorzugsweise mit UV-Licht mit einer Wellenlänge von 185 nm. Geeignete Bestrahlungsstärken reichen von 150 bis 500 μW·cm^–2, beispielsweise 280 μW·cm^–2. Eine geeignete Bestrahlungsvorrichtung sind UV-Lampen der Firma Peschl Ultraviolet GmbH, beispielsweise die UV-Lampe mit der Bezeichnung Heraeus GPH212T5VH.
Im bestrahlten Bereich wird die Struktur des Polymers soweit geschwächt, dass es in Schritt (2d) im bestrahlten Bereich herausgelöst werden kann. Sofern als Polymer ein Silikonharz verwendet wird, kann Schritt (2d) durch Entwickeln in einer alkalischen Entwicklungslösung (vorzugsweise ein Gemisch aus einmolarer Natronlauge und Ethanol im Volumenverhältnis 2:1 bis 1:2, besonders bevorzugt 1:1) erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Entwickeln im Ultraschallbad.
Schritt (2d) kann bei Normalbedingungen durchgeführt werden. Vorzugsweise wird für eine Zeit von 30 Sekunden bis 5 Stunden, besonders bevorzugt 2 Minuten bis 2 Stunden, insbesondere bevorzugt 3 Minuten bis 45 Minuten, beispielsweise 3 Minuten bis 20 Minuten, entwickelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung weiter den Schritt

(3) Binden der vor- und nachstrukturierten Oberfläche des mikrostrukturierten Polymerkörpers an die Oberfläche eines Substrats.

Schritt (3) ist mit dem Vorteil verbunden, dass dem mikrostrukturierten Polymerkörper durch das Substrat mechanische Stabilität verliehen wird. Der mikrostrukturierte Polymerkörper wird vorzugsweise an eine Glasoberfläche des Substrats gebunden, vorzugsweise besteht das Substrat aus Glas. Eine Glasoberfläche weist den Vorteil auf, dass sie auf vielfältige Weise chemisch modifiziert werden kann. Beispielsweise können an Glasoberflächen verschiedenartige Liganden gebunden werden.
Schritt (3) unterliegt keiner besonderen Einschränkung und kann grundsätzlich auf beliebige Weise, beispielsweise durch Verpressen oder Kleben, erfolgen. Für den Fall, dass an eine Glasoberfläche gebunden wird, umfasst Schritt (3) vorzugsweise die Schritte

(3a) Aktivieren der zu bindenden Oberfläche des Substrats;
(3b) Inkontaktbringen der aneinander zu bindenden Oberflächen des Substrats und des mikrostrukturierten Polymerkörpers.

Die Oberfläche des Substrats wird vorzugsweise physikalisch oder chemisch aktiviert.
Bei einer physikalischen Aktivierung wird beispielsweise die Glasoberfläche in Kontakt mit einem Plasma gebracht, wobei in diesem Fall vorzugsweise auch die zu bindende Oberfläche des mikrostrukturierten Polymerkörpers in Kontakt mit einem Plasma gebracht wird. Hierfür geeignet ist beispielsweise die Plasmaanlage PlasmaFlecto 10 der Firma Plasma Technology.
Eine chemische Aktivierung kann beispielsweise durch Kopplung (kovalente Bindung) eines bifunktionalen Linkers an die Substrat- oder Polymerkörperoberfläche erfolgen. Vorzugsweise wird hierzu zunächst ein Linker mit endständiger Aminogruppe an die Oberfläche des Substrats kovalent gebunden. Dies kann mittels Silanchemie erfolgen; insbesondere dann, wenn das Substrat eine Glasoberfläche aufweist. In einem weiteren Schritt wird dann an den Linker ein homobifunktionaler Epoxy-Linker gebunden. In Schritt (3b) wird dann eine kovalente Bindung zwischen der (Glas)oberfläche und dem Polymerkörper erzeugt. Dem geht vorzugsweise eine Aktivierung der Oberfläche des mikrostrukturierten Polymerkörpers voraus, beispielsweise mittels Sauerstoffplasma, wodurch eine verbesserte Haftung zwischen Substratoberfläche und Polymerkörper erhalten werden kann.
Vorzugsweise umfasst Schritt (3) einen Schritt (3c) des Funktionalisierens der (Glas)oberfläche in den Bereichen, die nicht in Kontakt mit der Vor- und Nachstrukturierung des Polymerkörpers treten. Beispielsweise können funktionale Moleküle kovalent an die Oberfläche gekoppelt werden. Dies kann entsprechend der vorstehenden chemischen Aktivierung (Schritt (3b)) erfolgen. Schritt (3c) bietet die Möglichkeit, dass in den Bereichen der Vor- und Nachstrukturierung des Polymerkörpers, die nicht in Kontakt mit dem Substrat treten, funktionale Moleküle kovalent gekoppelt werden können, und so ein (bio)molekular funktionalisiertes Substrat erhalten werden kann. Vorzugsweise werden DNA Moleküle an die Oberfläche gebunden.
Des Weiteren kann eine strukturierende Funktionalisierung der Oberfläche mittels Adsorption, Physisorption und/oder Mikrodeposition erfolgen.
Schritt (3b) unterliegt keiner besonderen Einschränkung. Grundsätzlich ist es ausreichend, das Substrat und den mikrostrukturierten Polymerkörper aufeinander zu legen und für mindestens 5 Minuten bei Raumtemperatur (20°C) stehen zu lassen. Vorzugsweise erfolgt Schritt (3b) bei einer Temperatur von 30 bis 150°C, besonders bevorzugt 80 bis 140°C, beispielsweise bei 120°C. Die Dauer von Schritt (3b) beträgt vorzugsweise 5 bis 120 Minuten, besonders bevorzugt 15 bis 60, beispielsweise 30 Minuten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung weiter den Schritt

(4) Abtragen eines Teils des mikrostrukturierten Polymerkörpers, um aus der Vorstrukturierung Durchgangsöffnungen zu bilden.

Schritt (4) erfolgt vorzugsweise nach Schritt (3), denn das Abtragen ist besonders einfach durchzuführen, wenn die mechanische Stabilität des Polymerkörpers durch Bindung an ein Substrat erhöht ist. Sofern Schritt (4) nach Schritt (3) erfolgt, wird die polymerkörperseitige Oberfläche des Substrates im Bereich der Vorstrukturierungen freigelegt, d. h. von außen zugänglich.
Durchgangsöffnungen bzw. Durchgangslöcher sind Aussparungen im Polymerkörper, die sich über jeweils einen Teil zweier gegenüberliegender Oberflächen des Polymerkörpers und über die gesamte Dicke des Polymerkörpers im Bereich der zwei Oberflächen erstrecken. Für die Durchgangsöffnungen gelten die vorstehenden Ausführungen bezüglich der Vorstrukturierung entsprechend, insbesondere hinsichtlich ihrer Geometrie und Abmessungen.
Vorzugsweise wird in Schritt (4) eine gleichmäßig dicke Schicht des mikrostrukturierten Polymerkörpers abgetragen, so dass die Vorstrukturierung Durchgangsöffnungen bildet, und die Nachstrukturierung keine Durchgangsöffnungen bildet. Sofern zuvor Schritt (3) erfolgt ist, wird durch Schritt (4) die Vorstrukturierung geöffnet, das heißt die Vorstrukturierung ist von der dem Substrat entgegengesetzten Seite zugänglich, wobei die Nachstrukturierung verschlossen, das heißt vollständig von dem Polymerkörper bzw. dem Glassubstrat umschlossen, bleibt. Sofern die Vorstrukturierung aus Kavitäten und die Nachstrukturierung aus die Kavitäten verbindenden Kanälen gebildet ist, kann so ein von außen zugängliches System aus über Kanäle miteinander verbundenen Kavitäten bereitgestellt werden. Ein derartiges System kann als Mikro(bio)reaktor genutzt werden. Die einseitig offenen und untereinander verbundenen Strukturen eines derartigen Mikro(bio)reaktors eignen sich unter anderem für Zellkulturversuche. Beispielsweise kann der Einfluss von Konzentrationsgradienten auf das Verhalten von in die Kavitäten eingebrachten Zellen untersucht werden.
Besonders bevorzugt erfolgt Schritt (4) durch schichtweises Abtragen mit Hilfe eines Vibratoms, bis die Vorstrukturierung freigelegt ist. Ein geeignetes Vibratom ist VT10005 der Firma Leica.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen mikrostrukturierten Polymerkörper, wobei der Polymerkörper zumindest eine Oberfläche mit einer Vorstrukturierung und einer Nachstrukturierung aufweist. Der mikrostrukturierte Polymerkörper ist aus dem erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend Schritte (1) und (2), erhältlich. Bezüglich des mikrostrukturierten Polymerkörpers gelten die Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Verbundkörper, umfassend ein Substrat und einen mikrostrukturierten Polymerkörper, wobei der Polymerkörper zumindest eine Oberfläche mit einer Vorstrukturierung und einer Nachstrukturierung aufweist und wobei der Polymerkörper über die Oberfläche mit einer Vorstrukturierung und einer Nachstrukturierung an das Substrat gebunden ist. Der Verbundkörper ist aus dem erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend Schritte (1) bis (3), erhältlich. Bezüglich des Verbundkörpers und seiner Bestandteile (Substrat und mikrostrukturierter Polymerkörper) gelten die Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Mikrobioreaktor, umfassend ein Substrat und einen mikrostrukturierten Polymerkörper, wobei der Polymerkörper Durchgangsöffnungen und zumindest eine Oberfläche mit einer Nachstrukturierung aufweist und wobei der Polymerkörper über die Oberfläche mit einer Nachstrukturierung an das Substrat gebundenen ist. Der Mikrobioreaktor ist aus dem erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend Schritte (1) bis (4), erhältlich. Bezüglich des Mikrobioreaktors und seiner Bestandteile (Substrat und mikrostrukturierter Polymerkörper) gelten die Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des vorstehend beschriebenen Mikrobioreaktors für das zellbasierte Screening von pharmazeutischen Wirkstoffen, beispielsweise von Antibiotika, Wachstumsfaktoren, Hormonen und biofunktionalen Molekülen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des vorstehend beschriebenen Mikrobioreaktors zur Kultivierung von Zellen, vorzugsweise von isolierten Zellpopulationen gleicher oder verschiedener Zelltypen. Eine derartige Verwendung zur Kultivierung kann das Einbringen von Zellen in die Kavitäten des Mikrobioreaktors und gegebenenfalls die Versorgung der eingebrachten Zellen mit einer Nährlösung umfassen. Auf derartige Weise lassen sich Wechselwirkungen zwischen den in die Kavitäten eingebrachten Zellen untersuchen. Zu derartigen Wechselwirkungen zählen unter anderem Transportmechanismen und Kommunikationsmechanismen zwischen Zellen, insbesondere zwischen Nervenzellen, sowie filamentöser Transport.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum zellbasierten Screenen pharmazeutischer Wirkstoffe, umfassend die Schritte
Einbringen von Zellen in die Durchgangsöffnungen des vorstehend beschriebenen Mikrobioreaktors;
gegebenenfalls Versorgen der eingebrachten Zellen mit einer Nährlösung;
Inkubieren der Zellen mit einem pharmazeutischen Wirkstoff; und
Erfassen der Wirkung des pharmazeutischen Wirkstoffs auf die Zellen.
Grundsätzlich können Zellen des gleichen Typs oder verschiedenartige Zellen in die Kavitäten eingebracht werden. Die Zellen können mit jeweils dem gleichen oder mit verschiedenen pharmazeutischen Wirkstoffen in jeweils der gleichen oder in verschiedenen Konzentrationen/Mengen inkubiert werden. Vorzugsweise wird in jede der Kavitäten eine einzige Zelle eingebracht. Geeignete pharmazeutische Wirkstoffe sind beispielsweise Antibiotika, Wachstumsfaktoren, Hormone, und biofunktionale Moleküle. Das Erfassen der Wirkung kann grundsätzlich auf beliebige Weise erfolgen, geeignete Verfahren sind dem Fachmann bekannt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Masters für die Softlithographie. Das Verfahren umfasst die Schritte

(1) Erzeugen eines Polymerkörpers aus einem Polymerharz durch Softlithographie, wobei mindestens eine Oberfläche des Polymerkörpers eine durch Softlithographie erzeugte Vorstrukturierung aufweist;
(2) Nachstrukturieren der vorstrukturierten Oberfläche durch UV-Lithographie, um einen mikrostrukturierten Polymerkörper zu erhalten; und
(5) Heißabformen des mikrostrukturierten Polymerkörpers.

Bezüglich der Schritte (1) und (2) gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend. Um die Herstellung der Chips (mikrostrukturierter Polymerkörper) zu vereinfachen, kann die Methode des Heißabformens (hot embossing) angewendet werden. Hierzu wird zunächst, wie vorstehend beschrieben, mittels Soft- sowie nachfolgender UV-Lithographie ein beispielsweise zweiskalig strukturierter Polymerkörper hergestellt.
Von diesem zweiskalig strukturierten Polymerkörper wird nachfolgend eine Negativstruktur durch Heißabformung hergestellt. Üblicherweise wird auf ein thermoplastisches Material abgeformt. Vorzugsweise umfasst Schritt (5) die Schritte

(5a) Auflegen des thermoplastisches Materials auf die mikrostrukturierte Oberfläche des Polymerkörpers; und
(5b) Erwärmen des thermoplastisches Materials und/oder des mikrostrukturierten Polymerkörpers.

Vorzugsweise wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der das thermoplastische Material erweicht und durch Einwirkung der Schwerkraft die Form des mikrostrukturierten Polymerkörpers annimmt. Vorzugsweise wird als thermoplastisches Material Polyethylen, Polypropylen, ein Blend daraus oder ein Ethylen-Propylen-Copolymer verwendet. Im Fall der Verwendung von Polypropylen wird vorzugsweise auf 150 bis 180°C, besonders bevorzugt auf 160 bis 170°C, beispielsweise auf 166°C erwärmt. Zudem ist bevorzugt, dass das thermoplastische Material in Form einer Folie vorliegt.
Weiter umfasst Schritt (5) vorzugsweise die Schritte

(5c) Absenken der Temperatur des thermoplastisches Materials auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastisches Materials; und
(5d) Entformen des mikrostrukturierten thermoplastisches Materials (Master für Softlithographie) und des mikrostrukturierten Polymerkörpers.

Durch Absenken auf eine unterhalb der Erweichungstemperatur des thermoplastisches Materials liegende Temperatur, vorzugsweise Raumtemperatur (20°C) oder darunter, nimmt das thermoplastische Material dauerhaft die Form (Mikrostruktur, beispielsweise zweiskalig) der Oberfläche des Polymerkörpers an. Dadurch kann ein Master (beispielsweise Polypropylenmaster) mit der kompletten Negativstruktur des Chips bereitgestellt werden. Dieser (Polypropylen)master kann anschließend zur Herstellung weiterer Chips durch übliche Softlithographie eingesetzt werden. Die erhaltenen Chips sind von hervorragender Qualität und von anderweitig erhaltenen erfindungsgemäßen mikrostrukturierten Polymerkörpern nicht zu unterscheiden. Durch die Verwendung dieses Masters kann der Schritt der Einbringung weiterer, beispielsweise kleinerer, Strukturen durch UV-Lithographie entfallen.
Der durch Verwendung des Masters erhaltene mikrostrukturierte Polymerkörper kann zur Herstellung des Verbundkörpers beziehungsweise Mikrobioreaktors der vorliegenden Erfindung verwendet werden. So kann sich in bevorzugten Ausführungsformen ein Schritt (6) der Erzeugung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers durch Softlithographie unter Verwendung des aus Schritt (5) erhaltenen Masters anschließen. An Schritt (6) kann sich weiter Schritt (3), und darüber hinaus gegebenenfalls Schritt (4), anschließen.
1 zeigt schematisch einen aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Mikrobioreaktor sowie vergrößerte Abschnitte davon. In der Vergrößerung sind nicht einschränkende, bevorzugte Dimensionen (Tiefe, Breite, Länge, Abstände) der Vor- und Nachstrukturierungselemente/Durchgangsöffnungen (Kavitäten mit quadratischer Grundfläche bzw. Kanäle) angegeben.
2 zeigt schematisch das in Beispiel 1 angegebene Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung.

1.: Gießen des Polymerharzes
2.: Auflegen des vorstrukturierten Polymerkörpers auf die Maske
3.: UV-Bestrahlung bei 185 nm für 2,5 Stunden
4.: Entwickeln
5.: Binden an das Substrat
6.: Abtragen am Vibratom

3 zeigt Ergebnisse aus Beispiel 2. In blau dargestellt ist Hoechst 33345 (Mittel zur Färbung der DNS (Zellkern)), grün erscheint Neurofilament-H (angefärbt mit einem entsprechenden Antikörper gegen Neurofilament-H).
4 zeigt ein Spottingmuster mit dem eine Glasoberfläche mit zwei verschiedenen DNA-Oligonukleotiden (F1 (rot) und F9 (grün), jeweils aus 21 Nucleotiden) mikrostrukturiert und funktionalisiert wurde (siehe Beispiel 3). Die individuellen Spots werden so auf dem Glasträger angeordnet, dass sie unterhalb der Kavitäten der Vorstrukturierung liegen.
5 zeigt die aus Beispiel 3 erhaltenen Ergebnisse. 5A zeigt das Ergebnis der Markierung mit cF1-STV-batto647-Konjugat, 5B das Ergebnis der Markierung mit cF1-STV-batto650-Konjugat und 5C das Ergebnis der gleichzeitigen Markierung mit cF1-STV-batto647-Konjugat und cF1-STV-batto650-Konjugat.
6 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme der Oberfläche des in Beispiel 1 erhaltenen mikrostrukturierten Silikonkörpers mit Vor- und Nachstrukturierung nach dem Binden an das Glassubstrat sowie nach dem Aufschneiden mittels Vibratom.
7 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Masters für die Softlithographie.
8 zeigt Resultate aus Beispiel 4 (Erzeugung eines Masters durch Heißabformen). Die obere Reihe zeigt lichtmikroskopische Aufnahmen, die untere Reihe Höhenprofile.

A PDMS-Chip 1, hergestellt mittels SU-8 Master sowie nachfolgender UV-Lithographie. Kanal: 3,9 μm tief; 10,4 μm breit. Kavität: 66,7 um tief, 233,6 μm breit.
B Polypropylenmaske, hergestellt mittels hot embossing unter Verwendung von PDMS-Chip 1. Kanal: 2,8 μm tief; 8,5 μm breit. Kavität: 60,0 μm tief, 237,4 μm breit.
C PDMS-Chip 2, hergestellt mittels Polypropylenmaske. Kanal: 3,0 μm tief; 9,5 μm breit. Kavität: 59,7 μm tief, 239,5 μm breit.

Die nachstehenden Beispiele dienen als weitere Erläuterung der vorliegenden Erfindung, ohne darauf beschränkt zu sein.
Beispiel 1: Herstellung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers
Für die Herstellung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers wurden als Master ein SU-8 Photoresist-Master, womit die Kavitäten der Vorstrukturierung durch Ausgießen abgeformt wurden, und eine Goldmaske, bestehend aus einer Platte synthetischen Quarzglases (50 × 50 × 2 mm; Firma J-plasma), beschichtet mit einer 1 nm dicken Titanhaftschicht sowie einer darauf aufgebrachten 30 nm dicken Goldschicht, mit der Nachstrukturierung (Kanäle) entsprechenden Aussparungen verwendet.
Zunächst wurde unter Verwendung der SU-8 Maske ein Polymerkörper mit Vorstrukturierung, bestehend aus den einzelnen Kavitäten, aus Polydimethylsiloxan (PDMS) gegossen. Hierfür wurde das Elastomer Kit Sylgard 184 (Dow Corning) verwendet, welches im Verhältnis neun (Sylgard 184 Base) zu eins (Härter, Curing Agent, Dow Corning) gemischt wurde. Zur Entfernung der Luftblasen, die sich während des Mischvorgangs bildeten, wurde die Lösung evakuiert und so lange im Vakuum inkubiert, bis sie blasenfrei war. Nachfolgend wurde die so vorbereitete Lösung auf die SU-8 Maske gegossen und bei 40°C im Trockenschrank für etwa eine Stunde inkubiert, bis das Polymer vollständig ausgehärtet war.
Anschließend erfolgte die Einbringung der Kanäle zwischen den einzelnen Kavitäten mittels UV-Lithographie (Nachstrukturierung). Hierfür wurden die vorstrukturierten Polymerkörper nach dem Aushärten auf die Goldmaske gelegt, so dass die vorstrukturierte Oberfläche an der Goldmaske anlag. Deren Goldbeschichtung wies 5 μm breite Aussparungen zur Erzeugung der Nachstrukturierung auf. Die Anordnung von Goldmaske mit dem darauf aufgelegten vorstrukturierten Polymerkörper wurde zweieinhalb Stunden mit UV-Licht der Wellenlänge 185 nm im Abstand von etwa 5 cm (Bestrahlungsstärke: 280 μW·cm^–2) bestrahlt. Hierzu wurde eine UV-Lampe mit der Bezeichnung Heraeus GPH212T5VH der Firma Peschl Ultraviolet GmbH verwendet. Danach wurde die Goldmaske entfernt.
Die anschließende Entwicklung der Nachstrukturierung erfolgte durch Überschichten des Polymerkörpers mit Entwicklungslösung in einem Becherglas und nachfolgendem Beschallen (Beschallungsgerät der Firma Elma, Typ T220, HF-Freq 42 Hz) in der Entwicklungslösung im Ultraschallbad für vier Minuten. Danach wurde der Polymerkörper aus der Entwicklungslösung entnommen und mit destilliertem Wasser gereinigt.

Im Anschluss erfolgte das Binden des erhaltenen mikrostrukturierten Silikonkörpers an einen Objektträger aus Glas (Substrat). Dazu wurden die zu bindende Oberfläche des Substrats sowie die mikrostrukturierte Oberfläche des Silikonkörpers mittels Sauerstoffplasma aktiviert. Hierzu wurde von einem Objektträger (76 × 26 × 1 mm) mit einem Glasschneider ein Glasfragment (3 × 3 cm) zugeschnitten und anschließend mit Aceton gereinigt. Sowohl der Silikonkörper als auch das Glasfragment wurden in einer Plasmaanlage PlasmaFlecto 10 der Firma Plasma Technology für zwei Minuten behandelt (verwendete Parameter siehe nachstehende Tabelle 1). Anschließend wurden alle Teile der Anlage entnommen und der Silikonkörper mit nach unten weisender vorstrukturierter Oberfläche auf die aktivierte Glasoberfläche gelegt. Im Folgenden wurde der erhaltene auf Glas geträgerte Polymerkörper im Trockenschrank bei 120°C für etwa eine Stunde inkubiert. Tabelle 1

Parameter
Prozessdruck in mbar	0,15
Startdruck in mbar	0,15
Gaszufuhrzeit in s	10
Prozesszeit in min	2
Leistung in W	300
Spülzeit in s	20
O₂ sccm	20
Luft sccm	0
Toleranzen
Druck ± mbar	0,6
Leistung ± %	10

Im letzten Schritt erfolgte das Aufschneiden der Kavitäten mit Hilfe eines Vibratoms des Typs VT10005 der Firma Leica Biosystems. Zu diesem Zweck wurden zunächst mit Sekundenkleber (Pattex Glas der Firma Henkel) zwei Streifen geschnittenes Glas aus einem Objektträger als Stege an die Glasunterseite des Mikrobioreaktors geklebt.
Über diese zwei Stege erfolgte im Anschluss die Anbringung des auf Glas geträgerten Polymerkörpers auf dem Schneidetisch des Vibratoms mittels Sekundenkleber LOCTITE 414 der Firma Henkel.
Das schrittweise Abtragen der obersten Schichten des Polymerkörpers erfolgte durch Schneiden in einem Wasserbad. Während des Schneidevorgangs wurden alle erhaltenen Schnitte unter dem Mikroskop kontrolliert, um zu ermitteln, ob die Kavitäten bereits vollständig freigelegt waren. Nachdem dies der Fall war, wurde der erhaltene Mikrobioreaktor vorsichtig mittels Rasierklinge vom Schneidetisch entfernt.
Beispiel 2: Zellkultivierung
Murine Neuroblastomzellen (Neuro2a) wurden in einem Volumen von 10 μL Medium direkt auf die Kavitäten des Arrays pipettiert. Nachdem die Zellen sich an die Oberfläche angeheftet hatten, wurde ausreichend Medium (Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM) + 10% FBS + 1% Penicillin Streptomycin) hinzugegeben. Nach 24 Stunden Inkubationszeit erfolgte die Differenzierungsinitiation durch die Zugabe von 1 μM Retinsäure oder 1 mM Natrium N⁶,2'-O-Dibutyryladenosin-3',5'-zyklisches Monophosphat (N⁶,2'-O-Dibutyryladenosine-3',5'-cyclic monophosphate sodium salt; db-cAMP) in Kombination mit einer geringeren Konzentration an fötalem Kälberserum (0,5 Vol.-% FCS). Nachdem die Zellen über einen Zeitraum von 6 Tagen in Intervallen von 24 Stunden wie vorstehend beschrieben behandelt wurden, erfolgte die Fixierung sowie die Färbung der Zellen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in 3 dargestellt.
3 zeigt das Axonwachstum der Zellen in die Kanäle hinein (Kultivierung sowie Differenzierung muriner Neuroblastomzellen (Neuro2a)). Somit ist prinzipiell der Zell-Zell-Kontakt zwischen den neuronalen Zellen unterschiedlicher Kavitäten möglich.
Dadurch, dass die Kavitäten von einer Seite zugänglich sind, ist die Zugabe von entsprechenden Agenzien zur Zellstimulation in spezifische Kavitäten möglich. Hierdurch und durch die gegebene hohe Auflösung ist z. B. die Beobachtung des axonalen Transports bestimmter Substanzen möglich.
Beispiel 3: Funktionalisierung
Um eine Funktionalisierung der Glasoberflächen innerhalb des Arrays, sowohl in den Kavitäten als auch in den Kanälen, zu erreichen, wurde die Glasoberfläche vor dem Binden des Polymerkörpers mittels Silanchemie (APTES: (3-Aminopropyl)triethoxysilan) sowie Poly(ethylenglycol)diglycidylether funktionalisiert. Anschließend erfolgten das Spotten aminofunktionalisierter Oligonukleotide mit Hilfe eines Piezo-Spotters sowie das Binden des Polymerkörpers an ein Glassubstrat, sodass sich die funktionalisierten Bereiche (”Spots”) nach dem Binden innerhalb der Kavitäten befanden. Der Durchmesser der Spots betrug ca. 100 μm. Zum Binden des Polymerkörpers an den Glasträger wurden beide Teile mit Hilfe eines Sauerstoffplasmas aktiviert und zusammengefügt.
Nach dem Aufschneiden der Kavitäten (Schritt (4)) war die Hybridisierung der entsprechenden DNA-STV Konjugate möglich. Dazu wurden alle Kavitäten mit einer Pufferlösung gefüllt, die ein oder zwei kovalente DNA-Streptavidin Konjugate enthielt, die mit biotinylierte Fluoreszenz-Farbstoffen (batto647 bzw. batto550) markiert waren.
5A wurde durch das Auftragen von lediglich cF1-STV-batto647-Konjugat erhalten. Die roten Fluoreszenzsignale entstehen durch spezifische Hybridisierung mit dem komplementären cF9-STV-bAtto647 Konjugat, das lediglich an die F9 Spots bindet (siehe 4). Um 5B zu erhalten, wurde lediglich das Konjugat cF9-STV-batto550 aufgetragen, das als grüne Punkte auf den mit F9-funktionalisierten Spots detektiert werden kann. In 5C wurde eine Mischung der Konjugate cF1-STV-batto647 (rot) und cF9-STV-batto550 (grün) aufgetragen.
Das erhaltene rot-grüne Punktmuster beweist, dass die Konjugate spezifisch in den mit komplementärem Fängeroligonucleotid-modifizierten Kavitäten immobilisert wurden. Die Fluoreszenzsignale befinden sich erwartungsgemäß innerhalb der vorstrukturierten Kavitäten (in der jeweils rechten Abbildung von 5 durch gestrichelte weiße Rahmenlinien hervorgehoben).
Beispiel 4: Herstellung eines Masters durch Heißabformung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers
Um die Herstellung der Chips zu vereinfachen, wurde die Methode des Heißabformens (hot embossing) angewendet. Hierbei wurde zunächst, wie zu Beispiel 1 beschrieben, mittels Soft- sowie nachfolgender UV-Lithographie eine entsprechende Polymerstruktur (Sylgard184 Chip) hergestellt. Von diesem Chip (zweiskalig strukturierter Polymerkörper) wurde nachfolgend eine Negativstruktur durch Heißabformung einer Polypropylenfolie hergestellt. Hierzu wurde eine Polypropylenfolie auf den Polymerchip aufgelegt und die Temperatur des Chips auf 166°C erhöht. Dadurch wurde die zweiskalige Chipstruktur auf die Polypropylenfolie übertragen, sodass nach Reduzieren der Temperatur auf Raumtemperatur (20°C) und Entformen im Folgenden die komplette Negativstruktur des Chips als Polypropylenmaster zur Verfügung stand. Dieser Polypropylenmaster wurde anschließend zur Herstellung weiterer Chips durch übliche Softlithographie eingesetzt.
Ergebnisse sind in 8 gezeigt. Die linke Spalte zeigt Bilder eines Polymerkörpers (Chip 1), welcher über das Abformen des SU-8 Masters und nachfolgender UV-Lithographie hergestellt wurde. Die Bilder der mittleren Spalte zeigen den davon abgeformten Polypropylenmaster, der unter Verwendung von Chip 1 durch Heißabformen (hot embossing) hergestellt wurde. Die rechte Spalte zeigt Bilder des Polymerkörpers (Chip 2), der durch soft-lithographisches Abformen (ohne UV-Lithographie) vom Polypropylenmaster (abgebildet in der mittleren Spalte) erhalten wurde.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren können mikrostrukturierte Polymerkörper, mikrostrukturierte Verbundkörper und insbesondere Mikrobioreaktoren, die als wertvolles Werkzeug für unterschiedlichste Untersuchungen eingesetzt werden können, kostengünstig, einfach und effizient bereitgestellt werden. Derartige Systeme können insbesondere in der chemischen und pharmazeutischen Industrie von Nutzen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2246740 A1 [0028, 0032]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Ng, J. M. K., Gitlin, I., Stroock, A. D., and Whitesides, G. M. (2002) Components for integrated poly(dimethylsiloxane) microfluidic systems, Electrophoresis 23, 3461–3473 [0002]
McDonald, J. C., and Whitesides, G. M. (2002) Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices, Acc Chem Res 35, 491–499 [0002]
Hui, A. Y. N., Wang, G., Lin, B., and Chan, W.-T. (2005) Microwave plasma treatment of polymer surface for irreversible sealing of microfluidic devices, Lab an a Chip 5, 1173–1177 [0002]
Whitesides, G. M. (2006) The origins and the future of microfluidics, Nature 442, 368–373 [0002]
Kumar, A., Biebuyck, H. A., and Whitesides, G. M. (1994) Patterning Self-Assembled Monolayers: Applications in Materials Science, Langmuir 10, 1498–1511 [0003]

Claims

Verbundkörper, umfassend ein Substrat und einen mikrostrukturierten Polymerkörper, wobei der Polymerkörper zumindest eine Oberfläche mit einer Vorstrukturierung und einer Nachstrukturierung aufweist und wobei der Polymerkörper über die Oberfläche mit einer Vorstrukturierung und einer Nachstrukturierung an das Substrat gebunden ist.
Verbundkörper nach Anspruch 1, wobei der Polymerkörper ein Silikonkörper ist.
Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorstrukturierung Kavitäten umfasst; und die Nachstrukturierung Kanäle, welche die Kavitäten verbinden, umfasst.
Mikrobioreaktor, umfassend ein Substrat und einen mikrostrukturierten Polymerkörper, wobei der Polymerkörper Durchgangsöffnungen und zumindest eine Oberfläche mit einer Nachstrukturierung aufweist und wobei der Polymerkörper über die Oberfläche mit einer Nachstrukturierung an das Substrat gebunden ist.
Verwendung des Mikrobioreaktors nach Anspruch 4 für das zellbasierte Screenen von pharmazeutischen Wirkstoffen.
Verfahren zum zellbasierten Screenen pharmazeutischer Wirkstoffe, umfassend die Schritte Einbringen von Zellen in die Durchgangsöffnungen des Polymerkörpers eines Mikrobioreaktors nach Anspruch 4; gegebenenfalls Versorgen der eingebrachten Zellen mit einer Nährlösung; Inkubieren der Zellen mit einem pharmazeutischen Wirkstoff; und Erfassen der Wirkung des pharmazeutischen Wirkstoffs auf die Zellen.
Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers, umfassend die Schritte (1) Erzeugen eines Polymerkörpers aus einem Polymerharz durch Softlithographie, wobei mindestens eine Oberfläche des Polymerkörpers eine durch Softlithographie erzeugte Vorstrukturierung aufweist; und (2) Nachstrukturieren der vorstrukturierten Oberfläche durch UV-Lithographie.
Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers nach Anspruch 7, weiter umfassend den Schritt (3) Binden der vor- und nachstrukturierten Oberfläche des mikrostrukturierten Polymerkörpers an die Oberfläche eines Substrats.
Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Polymerkörpers nach Anspruch 7 oder 8, weiter umfassend den Schritt (4) Abtragen eines Teils des mikrostrukturierten Polymerkörpers, um aus der Vorstrukturierung Durchgangsöffnungen zu bilden.
Verfahren zur Herstellung eines Masters für die Softlithographie, umfassend die Schritte (1) Erzeugen eines Polymerkörpers aus einem Polymerharz durch Softlithographie, wobei mindestens eine Oberfläche des Polymerkörpers eine durch Softlithographie erzeugte Vorstrukturierung aufweist; (2) Nachstrukturieren der vorstrukturierten Oberfläche durch UV-Lithographie, um einen mikrostrukturierten Polymerkörper zu erhalten; und (5) Heißabformen des mikrostrukturierten Polymerkörpers.