DE10207615A1 - Plate comprising ultraphobic areas in which hydrophilic and/or oleophilic areas can be reversibly generated is useful for DNA sequencing - Google Patents
Plate comprising ultraphobic areas in which hydrophilic and/or oleophilic areas can be reversibly generated is useful for DNA sequencingInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flächengebilde, insbesondere eine ebene Platte, mit einer ultraphoben Oberfläche, auf der hydrophile und/oder oleophile Bereiche reversibel erzeugbar sind. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein planes Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche mit hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen, die jeweils vollständig von ultraphoben Bereichen umschlossen sind. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind Verfahren zur reversiblen Erzeugung hydrophiler und/oder oleophiler Bereiche auf ultraphoben Oberflächen, die Ablagerung von Flüssigkeitstropfen auf den erfindungsgemäßen Flächengebilden und die Verwendung der erfindungsgemäßen Flächengebilde zur massenspektrometrischen und/oder optischen Analyse von Proben. The present invention relates to a flat structure, in particular a plane Plate, with an ultraphobic surface, on the hydrophilic and / or oleophilic Areas can be generated reversibly. The present invention further relates to a flat fabric with an ultraphobic surface with hydrophilic and / or oleophilic areas, each completely of ultraphobic areas are enclosed. The present invention also relates to methods for the reversible generation of hydrophilic and / or oleophilic areas on ultraphobic Surfaces, the deposition of liquid drops on the invention Flat structures and the use of the flat structures according to the invention for mass spectrometric and / or optical analysis of samples.
Im Bereich der Wirkstoffchemie aber auch in der biologischen Forschung und Produktion müssen heutzutage zunehmend Serienversuche durchgeführt werden. Dabei wird beispielsweise eine große Anzahl kleinster, flüssiger Proben mit unterschiedlichen Wirkstoffen versetzt, um deren Reaktion auf den jeweiligen Wirkstoff zu testen. In the field of drug chemistry but also in biological research and Nowadays, production trials increasingly have to be carried out in production. For example, a large number of the smallest, liquid samples are included different active ingredients added to their response to the respective Test active ingredient.
Für solche Versuche sind aus dem Stand der Technik sogenannte Mikrotiterplatten oder Probenträger bekannt, die beispielsweise in regelmäßigen Abständen eine Vielzahl von Vertiefungen aufweisen. Aus der WO 98/45406 und der DE 196 28 928 sind Probenträger bekannt, deren Oberfläche hydrophob ist und in die hydrophile Vertiefungen eingearbeitet sind. Diese Probenträger haben den Nachteil, dass die Vertiefungen bereits an vorher festgelegten Orten angeordnet sind, so dass die Probenträger nicht individuell auf den jeweiligen Versuch einstellbar sind. Des weiteren haben diese Probenträger den Nachteil, dass die vergleichsweise großen Vertiefungen nur mit einem relativ hohen Aufwand in die hydrophobe Oberfläche eingearbeitet werden können. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 54 978 ist ein Probenträger mit einer hydrophoben Oberfläche bekannt. In diese hydrophobe Oberfläche sind hydrophile Ankerbereiche eingearbeitet. Dieser Stand der Technik hat ebenfalls den Nachteil, dass die hydrophilen Ankerbereiche nicht auf den jeweiligen Versuch anpaßbar und vergleichsweise aufwendig herzustellen sind. For such experiments, so-called microtiter plates are known from the prior art or sample carriers known, for example, at regular intervals Have a large number of depressions. From WO 98/45406 and DE 196 28 928 are known sample carriers whose surface is hydrophobic and into the hydrophilic Deepenings are incorporated. These sample carriers have the disadvantage that the Wells are already arranged at predetermined locations, so that the Sample carriers cannot be individually adjusted to the respective experiment. Of furthermore, these sample carriers have the disadvantage that they are comparatively large Deepening into the hydrophobic surface is relatively difficult can be incorporated. From the German patent application DE 197 54 978 a sample carrier with a hydrophobic surface is known. Into this hydrophobic Hydrophilic anchor areas are incorporated into the surface. This state of the art also has the disadvantage that the hydrophilic anchor areas are not on the each experiment is adaptable and comparatively complex to manufacture.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe ein Flächengebilde zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. It is therefore the task of providing a flat structure that does not have the disadvantages of the prior art.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Flächengebilde, das eine ultraphobe Oberfläche aufweist, auf der hydrophile und/oder oleophile Bereiche reversibel erzeugbar sind. The object is achieved according to the invention with a flat structure, the one has an ultraphobic surface on which hydrophilic and / or oleophilic areas are reversibly generated.
Ein Flächengebilde im Sinne der Erfindung ist jeder beliebige Formkörper mit einer beliebig gestalteten Oberfläche. Vorzugsweise ist das Flächengebilde jedoch eine Platte mit einer ebenen Oberfläche, ganz besonders bevorzugt ein Probenträger, der jedoch vorzugsweise keine Einbuchtungen aufweist. Am meisten bevorzugt ist das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Folie, die eine ultraphobe Oberfläche aufweist. Vorzugsweise ist die Oberfläche des erfindungsgemäßen Flächengebildes im wesentlichen plan; d. h. sie weist die für eine ultraphobe Oberfläche nötige Topographie jedoch keine Mikrovolumina auf, in denen Flüssigkeit gesammelt werden kann. A flat structure in the sense of the invention is any shaped body with a any surface. However, the fabric is preferably one Plate with a flat surface, most preferably a sample holder, the but preferably has no indentations. This is most preferred Sheet according to the invention a film that has an ultraphobic surface having. The surface of the fabric according to the invention is preferably essentially plan; d. H. it shows what is necessary for an ultraphobic surface Topography, however, did not reveal any microvolumes in which fluid was collected can be.
Erfindungsgemäß weist das Flächengebilde eine ultraphobe Oberfläche auf. Eine ultraphobe Oberfläche im Sinne der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kontaktwinkel eines Wasser- und/oder Öltropfens, der an der Oberfläche liegt, mehr als 150°, vorzugsweise mehr als 160° und ganz besonders bevorzugt mehr als 170° beträgt und/oder der Abrollwinkel 10° nicht überschreitet. Als Abrollwinkel wird der Neigungswinkel einer grundsätzlich planen aber strukturierten Oberfläche gegen die Horizontale verstanden, bei dem ein stehender Wasser- und/oder Öltropfen mit einem Volumen von 10 µl aufgrund der Schwerkraft bei einer Neigung der Oberfläche bewegt wird. Solche ultraphoben Oberflächen sind zum Beispiel in der WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523, WO 99/10323, WO 99/10324, WO 99/10111, WO 99/10113, WO 99/10112 und WO 96/34697 offenbart, die hiermit als Referenz eingeführt werden und somit als Teil der Offenbarung gelten. According to the invention, the fabric has an ultraphobic surface. A Ultraphobic surface in the sense of the invention is characterized in that the Contact angle of a water and / or oil drop lying on the surface, more than 150 °, preferably more than 160 ° and very particularly preferably more than 170 ° is and / or the roll angle does not exceed 10 °. The roll angle is the Angle of inclination of a basically flat but structured surface against the Horizontal understood, in which a standing water and / or oil drop with a volume of 10 µl due to gravity at an inclination of the Surface is moved. Such ultraphobic surfaces are for example in the WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523, WO 99/10323, WO 99/10324, WO 99/10111, WO 99/10113, WO 99/10112 and WO 96/34697, which are hereby disclosed are introduced as a reference and are therefore considered part of the disclosure.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie auf, bei der die Ortsfrequenz der einzelnen Fourrierkomponenten und deren Amplitude a (f) ausgedrückt durch das Integral S(log(f)) = a(f).f errechnet zwischen den Integrationsgrenzen log(f1/µm-1) = -3 und log(f2/µm-1) = 3 mindestens 0,3 beträgt und die aus einem hydrophoben oder insbesondere oleophoben Material besteht oder mit einem haltbar hydrophobierten und/oder insbesondere haltbar oleophobierten Materialüberzug versehen sind. Eine solche ultraphobe Oberfläche ist in der internationalen Patentanmeldung WO 99/10322 beschrieben, die hiermit als Referenz eingeführt wird und somit als Teil der Offenbarung gilt. In a preferred embodiment, the ultraphobic surface has a surface topography in which the spatial frequency of the individual Fourrier components and their amplitude a (f) expressed by the integral S (log (f)) = a (f). F calculated between the integration limits log ( f 1 / µm -1 ) = -3 and log (f 2 / µm -1 ) = 3 is at least 0.3 and which consists of a hydrophobic or in particular oleophobic material or is provided with a durable, hydrophobic and / or particularly durable oleophobicized material coating are. Such an ultraphobic surface is described in international patent application WO 99/10322, which is hereby introduced as a reference and is therefore considered part of the disclosure.
Ebenfalls erfindungsgemäß sind auf der ultraphoben Oberfläche hydrophile und/oder oleophile Bereiche reversibel erzeugbar. Hydrophile und/oder oleophile Bereiche im Sinne der Erfindung sind Bereiche, auf denen ein Wasser- oder Öltropfen ablegbar ist; d. h. ein Wasser- oder Öltropfen, der an einem Pipettiersystem hängend mit dem hydrophilen und/oder oleophilen Bereich in Kontakt gebracht wird, bleibt daran hängen und löst sich somit von dem Pipettiersystem. Vorzugsweise nimmt ein Wasser- oder Öltropfen mit einem Volumen von 10 µl auf den hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen einen Randwinkel < 120°, vorzugsweise < 110°, ganz besonders bevorzugt < 90° ein und/oder der Abrollwinkel dieses Tropfens überschreitet 10°. Weiterhin erfindungsgemäß sind diese hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche reversibel erzeugbar, so dass sie nach der jeweiligen Anwendung, beispielsweise Messung, einfach und schnell wieder entfernbar sind und das entsprechende Flächengebilde wieder verwendbar ist und die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche neu festgelegt werden können. Das Entfernen der hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche kann beispielsweise durch Waschen der ultraphoben Oberfläche mit einem entsprechenden Lösungsmittel und/oder Erwärmung der ultraphoben Oberfläche erfolgen. Also according to the invention are hydrophilic and / or on the ultraphobic surface oleophilic areas can be generated reversibly. Hydrophilic and / or oleophilic areas in the Areas of the invention are areas on which a drop of water or oil can be deposited is; d. H. a drop of water or oil hanging on a pipetting system with the hydrophilic and / or oleophilic area remains in contact hang and thus detaches from the pipetting system. Preferably takes one Drops of water or oil with a volume of 10 µl on the hydrophilic and / or oleophilic areas a contact angle <120 °, preferably <110 °, completely particularly preferably <90 ° and / or the roll angle of this drop exceeds 10 °. Furthermore, according to the invention, these are hydrophilic and / or oleophilic areas can be generated reversibly, so that they can be used according to Application, for example measurement, can be easily and quickly removed again and the corresponding sheet is reusable and the hydrophilic and / or oleophilic areas can be redefined. Removing the Hydrophilic and / or oleophilic areas can, for example, by washing the ultraphobic surface with an appropriate solvent and / or The ultraphobic surface is heated.
Es war für den Fachmann überaus erstaunlich, dass es mit dem erfindungsgemäßen Flächengebilde gelingt, ultraphobe Flächengebilde mit hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen zur Verfügung zu stellen, bei denen die hydrophilen und/oder oleophielen Bereiche mehrfach für den jeweiligen Anwendungsfall konfigurierbar sind. Die erfindungsgemäßen Flächengebilde sind besonders einfach herzustellen. Mit den erfindungsgemäßen Flächengebilden gelingt es qualitativ hochwertige massenspektrometrische und/oder optische Analysen beispielsweise von biologischem Material durchzuführen. Insbesondere störende Hintergrundsignale werden durch die erfindungsgemäßen Flächengebilde im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert. It was extremely surprising to the person skilled in the art that the inventive method was used Fabric succeeds, ultraphobic fabric with hydrophilic and / or to provide oleophilic areas in which the hydrophilic and / or oleophilic areas can be configured several times for the respective application are. The fabrics according to the invention are particularly simple to manufacture. With the sheet-like structures according to the invention, high quality can be achieved mass spectrometric and / or optical analyzes, for example of to carry out biological material. Interfering background signals in particular are compared to the state of the Technology significantly reduced.
Vorzugsweise werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche jeweils von einem ultraphoben Bereich vollständig umschlossen. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, einen Flüssigkeitstropfen an einem ganz bestimmten Ort abzulegen und dort vergleichsweise fest zu verankern. The hydrophilic and / or oleophilic regions are preferably each of completely enclosed in an ultraphobic area. Through this embodiment it is possible to place a drop of liquid in a very specific place and anchor it there comparatively firmly.
Weiterhin bevorzugt werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche gemäß einem ganz bestimmten Muster auf der ultraphoben Oberfläche angeordnet. The hydrophilic and / or oleophilic regions are also preferred according to arranged in a very specific pattern on the ultraphobic surface.
Die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche können jede beliebige Form und Größe aufweisen. Vorzugsweise haben sie jedoch eine Fläche von 1 µm2-10 mm2. Auf einer derartigen Fläche läßt sich ein Flüssigkeitstropfen mit einem Durchmesser von vorzugsweise 5 nm-5 mm absetzen und vorzugsweise so verankern, dass er sich selbst nach unten hängend nicht von dem erfindungsgemäßen Flächengebilde löst. The hydrophilic and / or oleophilic areas can have any shape and size. However, they preferably have an area of 1 μm 2 -10 mm 2 . A liquid drop with a diameter of preferably 5 nm-5 mm can be deposited on such a surface and preferably anchored in such a way that it does not detach itself from the flat structure according to the invention when it hangs downwards.
Vorzugsweise ist der hydrophile Bereich jeweils mindestens eine Ablagerung auf der ultraphoben Oberfläche. Diese Ablagerung kann flüssig oder fest sein. Im Fall einer flüssigen Ablagerung muß die abgelagerte Substanz vorzugsweise zumindest wenig flüchtig sein. Die Ablagerungen können beispielsweise durch eine entsprechende Temperatur der ultraphoben Oberfläche oder durch Substanzen, die vorzugsweise gelöst und/oder suspendiert auf die ultraphobe Oberfläche vorzugsweise tropfenförmig aufgetragen werden und bei denen dann das Lösungsmittel bzw. die flüssige Phase abgedampft wird, erzeugt werden. Die ultraphobe Oberfläche muß durch das Lösungsmittel bzw. die flüssige Phase benetzbar sein. The hydrophilic region is preferably at least one deposit on each ultraphobic surface. This deposit can be liquid or solid. In the case of one liquid deposit, the deposited substance must preferably at least little to be volatile. The deposits can, for example, by a corresponding Temperature of the ultraphobic surface or by substances that are preferred dissolved and / or preferably suspended on the ultraphobic surface are applied drop-shaped and then the solvent or liquid phase is evaporated, are generated. The ultraphobic surface must be wettable by the solvent or the liquid phase.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Flächengebilde mindestens ein Mittel zur vorzugsweise lokalen Kühlung der ultraphoben Oberfläche auf. Vorzugsweise erfolgt diese Kühlung so, dass die Temperatur an der ultraphoben Oberfläche, vorzugsweise lokal begrenzt < -5°C, besonders bevorzugt < -15°C beträgt und sich an diesen Stellen eine erstarrende Substanz auf der ultraphoben Oberfläche bildet. Die erstarrende Substanz entsteht vorzugsweise durch Gefrieren mindestens einer Komponente der Gasphase, die sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet. Vorzugsweise ist die erstarrende Substanz Eis. Die lokal begrenzte Kühlung wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Mittel zur Kühlung die ultraphobe Oberfläche nur punktuell von der Unterseite direkt oder indirekt berührt. In a preferred embodiment of the present invention, this Flat structure at least one means for preferably local cooling of the ultraphobic surface. This cooling is preferably carried out so that the Temperature at the ultraphobic surface, preferably locally limited <-5 ° C, is particularly preferably <-15 ° C and solidifies at these points Forms substance on the ultraphobic surface. The solidifying substance arises preferably by freezing at least one component of the gas phase that is located in the vicinity of the ultraphobic surface. Preferably the solidifying substance ice. The locally limited cooling is preferably thereby achieved that the means for cooling the ultraphobic surface only selectively from the Bottom touched directly or indirectly.
Weiterhin bevorzugt weist das erfindungsgemäße Flächengebilde mindestens ein Mittel auf, mit dem der Dampfdruck mindestens einer Komponente der Gasphase, die sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet, eingestellt werden kann. Vorzugsweise ist diese Komponente Wasserdampf. Beispielsweise kann die Einstellung des Dampfdrucks durch eine Haube erfolgen, die über die ultraphoben Oberfläche gestülpt wird und unter der beispielsweise die Konzentration der zu erstarrenden Komponente geregelt wird. The sheet-like structure according to the invention further preferably has at least one Means with which the vapor pressure of at least one component of the gas phase, which is in the vicinity of the ultraphobic surface can. This component is preferably water vapor. For example, the Adjustment of the steam pressure can be done through a hood, which over the ultraphobic Surface is turned over and under which, for example, the concentration of the solidifying component is regulated.
Ein Wasser- oder Öltropfen, der auf der erstarrten Substanz, beispielsweise den Eiskristallen, plaziert wird, haftet an dieser, obwohl er in der Regel, insbesondere wenn die mit der erstarrten Substanz belegte Fläche unterhalb des Flüssigkeitstropfens sehr klein ist, vorzugsweise ≤ 20% des Tropfendurchmessers, nicht gefriert. Sobald die Temperatur der ultraphoben Oberfläche wieder hinreichend, vorzugsweise auf > -5°C, besonders bevorzugt > 0°C angehoben wird, wird die Oberfläche in den hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen wieder ultraphob. Dies Temperaturerhöhung kann entweder lokal oder über den gesamten Bereich der Oberfläche erfolgen. Die ultraphobe Oberfläche wird dann beispielsweise durch Schrägstellung gereinigt, in dem die Flüssigkeitstropfen von der ultraphoben Oberfläche abrollen. Die so gereinigte ultraphobe Oberfläche kann zu einer erneuten Anwendung eingesetzt werden. A drop of water or oil on the solidified substance, for example the Ice crystals, placed, adheres to this, although it is usually, in particular if the area covered with the solidified substance is below the Liquid drop is very small, preferably ≤ 20% of the drop diameter, not freezes. As soon as the temperature of the ultraphobic surface is sufficient again, is preferably raised to> -5 ° C, particularly preferably> 0 ° C, the Surface in the hydrophilic and / or oleophilic areas again ultraphobic. This Temperature increase can either be local or over the entire area of the Surface. The ultraphobic surface is then, for example, by Tilt cleaned, in which the liquid drops from the ultraphobic Unroll the surface. The ultraphobic surface cleaned in this way can lead to a new one Application.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ablagerung eine feste oder flüssige Substanz, die vorzugsweise gelöst und/oder suspendiert auf die ultraphobe Oberfläche, vorzugsweise tropfenförmig aufgetragen wird und deren Lösungsmittel und/oder flüssige Phase dann abgedampft wird. Vorzugsweise liegt diese Substanz dann in kristalliner Form auf der ultraphoben Oberfläche vor. Das Lösungsmittel muß so ausgewählt werden, daß es die ultraphobe Oberfläche benetzt und daß die abzulagernde Substanz darin lösbar zumindest darin suspendierbar ist. In another preferred embodiment of the present invention, the Deposition of a solid or liquid substance that is preferably dissolved and / or suspended on the ultraphobic surface, preferably applied in drops is and the solvent and / or liquid phase is then evaporated. This substance is then preferably in crystalline form on the ultraphobic Surface in front. The solvent must be chosen so that it Ultraphobic surface wetted and that the substance to be deposited can be dissolved in it is at least suspendable therein.
Vorzugsweise ist die abzulagernde Substanz d. h. die hydrophilen Bereiche eine MALDI-Matrix zur Durchführung der sogenannten MALDI-Massenspektrometrie, die beispielsweise in Nordhoff et. al. "MALDI-MS as a new method for the analysis of nucleic acid (DNA and RNA) with molecular masses up to 150,000 Dalton, Application of modern mass spectrometric methods to plant science research, Oxford University press, (1966) Seite 86-101 beschrieben ist. Diese Veröffentlichung wird hiermit als Referenz eingeführt wird und somit gilt als Teil der Offenbarung. Bevorzugte MALDI-Matrices sind 3-Hydroxypicolinsäure, α-Cyano-4- Hydroxyzimtsäure, 2,5 Dihydroxybenzoesäure, Sinapinsäure, 2,4,6 Trihydroxyacetophenon Nitrobenzylalkohol, Nikotoinsäure, Ferulasäure, Kaffeesäure, 2-Aminobenzoesäure, Picolinsäure, 3-Aminobenzoesäure, 2,3,4- Trihydroxyacetophenon, 6-Aza-2-thiothymidine, Harnstoff, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Malonsäure oder deren Mischung. Diese MALDI-Matrices werden beispielsweise in Acetonitirl oder einem Acetonitril-Wasser-Gemisch mit einem Mischungsverhältnis von vorzugsweise 50 : 50-60 : 40, gelöst und als Flüssigkeit, vorzugsweise als Flüssigkeitstropfen auf die ultraphobe Oberfläche aufgetragen und das Lösungsmittel dort verdampft, so daß die MALDI-Matrix als vorzugsweise kristalline Struktur punktuell auf der ultraphoben Oberfläche vorliegt und somit die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche darstellen, auf die zu analysierende Proben dosiert werden können. The substance to be deposited, ie the hydrophilic regions, is preferably a MALDI matrix for carrying out the so-called MALDI mass spectrometry, which is described, for example, in Nordhoff et. al. "MALDI-MS as a new method for the analysis of nucleic acid (DNA and RNA) with molecular masses up to 150,000 Dalton, Application of modern mass spectrometric methods to plant science research, Oxford University press, ( 1966 ) page 86-101 This publication is hereby introduced as a reference and is therefore part of the disclosure. Preferred MALDI matrices are 3-hydroxypicolinic acid, α-cyano-4-hydroxycinnamic acid, 2.5 dihydroxybenzoic acid, sinapic acid, 2,4,6 trihydroxyacetophenone nitrobenzyl alcohol, Nicotinic acid, ferulic acid, caffeic acid, 2-aminobenzoic acid, picolinic acid, 3-aminobenzoic acid, 2,3,4-trihydroxyacetophenone, 6-aza-2-thiothymidine, urea, succinic acid, adipic acid, malonic acid or a mixture of these Acetonitirl or an acetonitrile-water mixture with a mixing ratio of preferably 50: 50-60: 40, dissolved and as a liquid, preferably as a liquid drop a applied to the ultraphobic surface and the solvent evaporated there, so that the MALDI matrix is preferably present as a crystalline structure at certain points on the ultraphobic surface and thus represents the hydrophilic and / or oleophilic areas to which the samples to be analyzed can be dosed.
Die zu analysierenden, die ultraphobe Oberfläche nicht benetzenden Proben werden in der Regel als Flüssigkeit auf die vorzugsweise kristallinen MALDI-Matrices dosiert und lösen diese vorzugsweise zumindest teilweise an. Während das Lösungsmittel dann wieder abdampft, kristallisiert die MALDI-Matrix wieder und die zu analysierenden Proben werden in die MALDI-Matrix eingebaut. Diese Proben können dann mit einem Massenspektrometer analysiert werden. The samples to be analyzed that do not wet the ultraphobic surface become usually metered as a liquid onto the preferably crystalline MALDI matrices and preferably solve them at least partially. While the solvent then evaporates again, the MALDI matrix crystallizes again and that too Analyzing samples are built into the MALDI matrix. These samples can then be analyzed with a mass spectrometer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ablagerung auf der ultraphoben Oberfläche flüssig, wobei die Flüssigkeit die ultraphobe Oberfläche benetzen oder in einem Lösungsmittel gelöst sein muß, das die ultraphobe Oberfläche benetzt. Vorzugsweise ist die flüssige Ablagerung zumindest bei Raumtemperatur zumindest wenig flüchtig. Diese Flüssigkeit ist vorzugsweise ebenfalls eine MALDI-Matrix, beispielsweise Glyzerin, auf das dann die zu analysierende Probe dosiert wird. In a further preferred embodiment, the deposit is on the ultraphobic surface liquid, the liquid being the ultraphobic surface wetting or must be dissolved in a solvent that the ultraphobic Surface wetted. The liquid deposit is preferably at least at Room temperature at least not very volatile. This liquid is preferred also a MALDI matrix, for example glycerin, to which the analyzing sample is dosed.
Das erfindungsgemäße Flächengebilde eignet sich zur Analyse jeglicher Flüssigkeit, wie sie beispielsweise aus der Wirkstofforschung bekannt sind. Ebenfalls bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material, insbesondere Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, Spiegelmere, Aptamere, Ribozyme, Polypeptide, Peptiden oder Proteinen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur massenspektroskopischen und/oder optischen Analyse von Biomolekülen. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. The fabric according to the invention is suitable for the analysis of any liquid, as they are known for example from drug research. Also preferred the method according to the invention is suitable for the analysis of biomolecules and / or biological material, in particular nucleic acids, nucleic acid analogues, Spiegelmers, aptamers, ribozymes, polypeptides, peptides or proteins. The method according to the invention is particularly suitable for mass spectroscopic and / or optical analysis of biomolecules. This Uses are also the subject of the present invention.
Ein Biomolekül im Sinne der vorliegenden Erfindungen ist ein beliebiges Molekül das im Laufe des Lebenszyklus eines beliebigen Virus oder ein- oder mehrzelligen Organismus von diesem hergestellt wird. Biomoleküle enthalten mindestens ein Sauerstoff-, Stickstoff, Schwefel-, und/oder Phosphoratom. Beispielhaft für Biomoleküle seien genannt: Spielgelmere, Aptamere, Ribozyme, Peptide, Polypeptide, Proteine, Antikörper, Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, DNA, Doppelstrang-DNA, RNA, Doppelstrang-RNA/DNA, Vitamine, Kohlenhydate, Hormone, Glycopeptide, Glycoproteine, Lipide, Fettsäuren und Cholesterin. A biomolecule in the sense of the present invention is any molecule that in the course of the life cycle of any virus or single or multicellular Organism is produced by this. Biomolecules contain at least one Oxygen, nitrogen, sulfur, and / or phosphorus atom. Exemplary for Biomolecules are mentioned: Spielgelmere, aptamers, ribozymes, peptides, Polypeptides, proteins, antibodies, nucleic acids, nucleic acid analogs, DNA, Double-stranded DNA, RNA, double-stranded RNA / DNA, vitamins, carbohydrates, Hormones, glycopeptides, glycoproteins, lipids, fatty acids and cholesterol.
Biologisches Material im Sinne der Erfindungen enthält mindestens ein Biomolekül. Hierbei kann es sich aber auch um große Mengen desselben oder verschiedener Biomoleküle handeln. Diese können unorganisiert nebeneinander vorliegen oder aufgrund von Wechselwirkungen funktionale Einheiten aufbauen. Beispiele hierfür sind Proteinkomplexe, Genome, Zellkerne, Ribosomen, Zellen, Zellverbände, Gewebe oder vollständige Organismen. Biological material in the sense of the inventions contains at least one biomolecule. However, this can also be large amounts of the same or different Act biomolecules. These can exist side by side or unorganized build functional units due to interactions. Examples of this are protein complexes, genomes, cell nuclei, ribosomes, cells, cell assemblies, Tissues or whole organisms.
Eine optische Analyse im Sinne der vorliegenden Erfindungen ist in der beim Deutschen Patent- und Markenamt hinterlegten deutschen Parallelanmeldung mit dem internen Aktenzeichen SY0028 beschrieben, die hiermit als Referenz eingeführt wird und somit als Teil der Offenbarung gilt. An optical analysis in the sense of the present inventions is in the German patent and trademark office deposited German parallel application with the internal file number SY0028, which is hereby introduced as a reference and is therefore considered part of the revelation.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein planes Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche mit hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen, die jeweils von ultraphoben Bereichen vollständig umschlossen sind. Another object of the present invention is a flat sheet with an ultraphobic surface with hydrophilic and / or oleophilic areas that are each completely enclosed by ultraphobic areas.
Ein Flächengebilde im Sinne der Erfindung ist jeder beliebige Formkörper mit einer beliebig gestalteten Oberfläche. Vorzugsweise ist das Flächengebilde jedoch eine Platte mit einer ebenen Oberfläche, ganz besonders bevorzugt ein Probenträger. Am meisten bevorzugt ist das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Folie, die eine ultraphobe Oberfläche aufweist. Erfindungsgemäß ist die Oberfläche des erfindungsgemäßen Flächengebildes plan; d. h. sie weist die für eine ultraphobe Oberfläche nötige Topographie jedoch keine Mikrovolumina auf, in denen Flüssigkeit gesammelt werden kann. A flat structure in the sense of the invention is any shaped body with a any surface. However, the fabric is preferably one Plate with a flat surface, most preferably a sample holder. At the most preferably, the sheetlike structure according to the invention is a film which is a has an ultraphobic surface. According to the surface of the plan according to the invention plan; d. H. it shows that for an ultraphobic However, the surface topography does not have any microvolumes in which liquid can be collected.
Erfindungsgemäß weist das Flächengebilde eine ultraphobe Oberfläche auf. Eine ultraphobe Oberfläche im Sinne der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kontaktwinkel eines Wasser- und/oder Öltropfens, der an der Oberfläche liegt, mehr als 150°, vorzugsweise mehr als 160° und ganz besonders bevorzugt mehr als 170° beträgt und/oder der Abrollwinkel 100° nicht überschreitet. Als Abrollwinkel wird der Neigungswinkel einer grundsätzlich planen aber strukturierten Oberfläche gegen die Horizontale verstanden, bei dem ein stehender Wasser- und/oder Öltropfen mit einem Volumen von 10 µl aufgrund der Schwerkraft bei einer Neigung der Oberfläche bewegt wird. Solche ultraphoben Oberflächen sind zum Beispiel in der WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523, WO 99/10323, WO 99/10324, WO 99/10111, WO 99/10113, WO 99/10112 und WO 96/34697 offenbart, die hiermit als Referenz eingeführt werden und somit als Teil der Offenbarung gelten. According to the invention, the fabric has an ultraphobic surface. A Ultraphobic surface in the sense of the invention is characterized in that the Contact angle of a water and / or oil drop lying on the surface, more than 150 °, preferably more than 160 ° and very particularly preferably more than 170 ° is and / or the roll angle does not exceed 100 °. The roll angle is the Angle of inclination of a basically flat but structured surface against the Horizontal understood, in which a standing water and / or oil drop with a volume of 10 µl due to gravity at an inclination of the Surface is moved. Such ultraphobic surfaces are for example in the WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523, WO 99/10323, WO 99/10324, WO 99/10111, WO 99/10113, WO 99/10112 and WO 96/34697, which are hereby disclosed are introduced as a reference and are therefore considered part of the disclosure.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie auf, bei der die Ortsfrequenz der einzelnen Foyerkomponenten und deren Amplitude a (f) ausgedrückt durch das Integral S(log(f)) = a(f).f errechnet zwischen den Integrationsgrenzen log(f1/µm-1) = -3 und log(f2/µm-1) = 3 mindestens 0,3 beträgt und die aus einem hydrophoben oder insbesondere oleophoben Material besteht oder mit einem haltbar hydrophobierten oder insbesondere haltbar oleophobierten Materialüberzug versehen ist. Eine solche ultraphobe Oberfläche ist in der internationalen Patentanmeldung WO 99/10322 beschrieben, die hiermit als Referenz eingeführt wird und somit als Teil der Offenbarung gilt. In a preferred embodiment, the ultraphobic surface has a surface topography in which the spatial frequency of the individual foyer components and their amplitude a (f) is expressed by the integral S (log (f)) = a (f) .f calculated between the integration limits log ( f 1 / µm -1 ) = -3 and log (f 2 / µm -1 ) = 3 is at least 0.3 and which consists of a hydrophobic or in particular oleophobic material or is provided with a durable hydrophobic or in particular durable oleophobic material coating. Such an ultraphobic surface is described in international patent application WO 99/10322, which is hereby introduced as a reference and is therefore considered part of the disclosure.
Hydrophile und/oder oleophile Bereiche im Sinne der Erfindung sind Bereiche, auf denen ein Wasser- oder Öltropfen ablegbar ist; d. h. ein Wasser- oder Öltropfen, der an einem Pipettiersystem hängend mit dem hydrophilen und/oder oleophilen Bereich in Kontakt gebracht wird, bleibt daran hängen und löst sich somit von dem Pipettiersystem. Vorzugsweise nimmt ein Wasser- oder Öltropfen mit einem Volumen von 10 µl auf den hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen einen Randwinkel < 120°, vorzugsweise < 110°, ganz besonders bevorzugt < 90° ein und/oder der Abrollwinkel dieses Tropfens überschreitet 10°. Hydrophilic and / or oleophilic areas in the sense of the invention are areas on to which a drop of water or oil can be dropped; d. H. a drop of water or oil that hanging on a pipetting system with the hydrophilic and / or oleophilic area is brought into contact, sticks to it and thus detaches itself from the Pipetting. Preferably a drop of water or oil takes on a volume of 10 µl on the hydrophilic and / or oleophilic areas a contact angle < 120 °, preferably <110 °, very particularly preferably <90 ° and / or The roll angle of this drop exceeds 10 °.
Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass es mit dem erfindungsgemäßen Flächengebilde gelingt, Flüssigkeitstropfen vergleichsweise fest auf beispielsweise einem Probenträger abzulegen. Dadurch, dass das Flächengebilde plan ist, ist es einfach herzustellen. Plane Flächen haben den Vorteil, dass die Fläche, mit der der Flüssigkeitstropfen das Flächengebilde berührt, klein ist, so dass die Verunreinigung der Flüssigkeitstropfen durch Substanzen an der Oberfläche und dadurch bedingte Meßfehler vermindert werden. It was extremely surprising for the expert and not to be expected to do so the fabric according to the invention succeeds, liquid drops comparatively firmly on a sample holder, for example. By that Fabric is flat, it is easy to manufacture. Flat surfaces have the advantage that the area with which the liquid drop touches the fabric is small, so that the contamination of the liquid drops by substances on the Surface and the resulting measurement errors can be reduced.
Erfindungsgemäß werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche jeweils von einem ultraphoben Bereich vollständig umschlossen. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, einen Flüssigkeitstropfen an einem ganz bestimmten Ort abzulegen und dort vergleichsweise fest zu verankern. According to the invention, the hydrophilic and / or oleophilic areas are each of completely enclosed in an ultraphobic area. Through this embodiment it is possible to place a drop of liquid in a very specific place and anchor it there comparatively firmly.
Weiterhin bevorzugt werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche gemäß einem ganz bestimmten Muster auf der ultraphoben Oberfläche angeordnet. The hydrophilic and / or oleophilic regions are also preferred according to arranged in a very specific pattern on the ultraphobic surface.
Die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche können jede beliebige Form und Größe aufweisen. Vorzugsweise haben sie jedoch eine Fläche von 1 µm2-10 mm2. Auf einer derartigen Fläche läßt sich ein Flüssigkeitstropfen mit einem Durchmesser von vorzugsweise 5 nm-5 mm absetzen und vorzugsweise so verankern, dass er sich selbst nach unten hängend nicht von dem erfindungsgemäßen Flächengebilde löst. The hydrophilic and / or oleophilic areas can have any shape and size. However, they preferably have an area of 1 μm 2 -10 mm 2 . A liquid drop with a diameter of preferably 5 nm-5 mm can be deposited on such a surface and preferably anchored in such a way that it does not detach itself from the flat structure according to the invention when it hangs downwards.
Vorzugsweise werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche durch eine Modifikation der obersten Moleküllage der ultraphoben Oberfläche erzeugt. Vorzugsweise ist diese Modifikation eine mechanische und/oder thermische Ablation, bei der vorzugsweise jedoch nur maximal eine Moleküllage der ultraphoben Oberfläche abgetragen wird. Weiterhin bevorzugt erfolgt die Modifikation durch die thermische oder chemische Veränderung der ultraphoben Oberfläche jedoch ohne Abtragung, wie sie beispielsweise in der DE 199 10 809 A1 beschrieben ist, die hiermit als Referenz eingeführt wird und somit als Teil der Offenbarung gilt. Bei dieser Modifikation der ultraphoben Oberfläche bleibt deren Schichtdicke im wesentlichen unverändert. The hydrophilic and / or oleophilic regions are preferably identified by a Modification of the top molecular layer of the ultraphobic surface created. This modification is preferably a mechanical and / or thermal ablation, in which, however, preferably only a maximum of one molecular layer of the ultraphobic Surface is removed. The modification is also preferably carried out by without thermal or chemical change of the ultraphobic surface Removal, as described for example in DE 199 10 809 A1, the is hereby introduced as a reference and is therefore considered part of the disclosure. at This modification of the ultraphobic surface remains in the layer thickness essentially unchanged.
Das erfindungsgemäße Flächengebilde eignet sich zur Analyse jeglicher Flüssigkeit, wie sie beispielsweise aus der Wirkstofforschung bekannt sind. Ebenfalls bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material, insbesondere Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, Spiegelmere, Aptamere, Ribozyme, Polypeptide, Peptiden oder Proteinen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur massenspektrometrischen und/oder optischen Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. The fabric according to the invention is suitable for the analysis of any liquid, as they are known for example from drug research. Also preferred the method according to the invention is suitable for the analysis of biomolecules and / or biological material, in particular nucleic acids, nucleic acid analogues, Spiegelmers, aptamers, ribozymes, polypeptides, peptides or proteins. The method according to the invention is particularly suitable for mass spectrometric and / or optical analysis of biomolecules and / or biological material. These uses are also the subject of present invention.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ablagerung eines Flüssigkeitstropfens auf einem erfindungsgemäßen Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche, die zumindest lokal so abgekühlt wird, dass sich durch die Kühlung zumindest fokal auf der ultraphoben Oberfläche eine Substanz ablagert und dass der Flüssigkeitstropfen auf der abgelagerten Substanz abgelegt wird. Another object of the present invention is a method for Deposition of a drop of liquid on an inventive Flat structures with an ultraphobic surface that at least locally cools down like this is that by cooling at least focal on the ultraphobic surface a substance deposits and that the liquid drop on the deposited Substance is deposited.
Ablegen im Sinne der Erfindung beinhaltet je Art und Weise, mit der der Fachmann eine Flüssigkeit auf eine entsprechendes Flächengebilde aufbringt. Beispielhaft jedoch nicht limitierend wird das Pipettieren und das Dispensieren beispielsweise mit einer Pumpe aufgeführt. Vorzugsweise werden mehrere Tropfen an einer Stelle abgelegt, so dass sich ein größerer Tropfen bildet. Filing in the sense of the invention includes the manner in which the person skilled in the art applies a liquid to a corresponding fabric. exemplary however, the pipetting and dispensing, for example, are not limiting a pump listed. Preferably several drops in one place stored so that a larger drop forms.
Vorzugsweise ist die abgelagerte Substanz Eis, das sich aus Wasserdampf bildet, der sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet. The deposited substance is preferably ice, which is formed from water vapor, which is in the vicinity of the ultraphobic surface.
Vorzugsweise erfolgt diese Kühlung so, dass die Temperatur an der ultraphoben Oberfläche, vorzugsweise lokal begrenzt < -5°C, besonders bevorzugt < -15°C beträgt und sich aufgrund der Kühlung an diesen Stellen Ablagerungen auf der ultraphoben Oberfläche bilden. Die lokal begrenzte Kühlung wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Mittel zur Kühlung die ultraphobe Oberfläche nur punktuell von der Unterseite direkt oder indirekt berührt. This cooling is preferably carried out so that the temperature at the ultraphobic Surface, preferably locally limited <-5 ° C, particularly preferably <-15 ° C is and due to the cooling at these places deposits on the form an ultraphobic surface. Localized cooling is preferred in that the cooling means only achieves the ultraphobic surface touched directly or indirectly from the underside.
Weiterhin bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Dampfdruck mindestens einer Komponente der Gasphase, die sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet, eingestellt. Vorzugsweise ist diese Komponente Wasserdampf. Beispielsweise kann die Einstellung des Dampfdrucks durch eine Haube erfolgen, die über die ultraphobe Oberfläche gestülpt wird und unter der beispielsweise die Konzentration der zu erstarrenden Komponente geregelt wird. The vapor pressure is further preferred in the method according to the invention at least one component of the gas phase, which is in the vicinity of the ultraphobic surface. This component is preferably Steam. For example, the setting of the steam pressure can be done by a Hood, which is put over the ultraphobic surface and under the for example, the concentration of the component to be solidified is regulated.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Analyse jeglicher Flüssigkeit, wie sie beispielsweise aus der Wirkstofforschung bekannt sind. Ebenfalls bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material, insbesondere Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, Spiegelmere, Aptamere, Ribozyme, Polypeptide, Peptiden oder Proteinen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur massenspektrometrischen und/oder optischen Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. The method according to the invention is suitable for the analysis of any liquid, such as they are known, for example, from drug research. Also preferred the method according to the invention is suitable for the analysis of biomolecules and / or biological material, in particular nucleic acids, nucleic acid analogues, Spiegelmers, aptamers, ribozymes, polypeptides, peptides or proteins. The method according to the invention is particularly suitable for mass spectrometric and / or optical analysis of biomolecules and / or biological material. These uses are also the subject of present invention.
Das Verfahren ist einfach und kostengünstig durchzuführen. Die Flächengebilde können wiederverwendet werden. Es ist für den Fachmann überaus erstaunlich, dass die Tröpfchen auf der Oberfläche in der Regel nicht gefrieren. The process is simple and inexpensive to carry out. The fabrics can be reused. It is extremely surprising to the expert that the droplets on the surface usually do not freeze.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ablagerung eines wässrigen Flüssigkeitstropfens auf dem erfindungsgemäßen Flächengebilde, bei dem auf die ultraphobe Oberfläche eine Substanz in vorzugsweise gelöster und/oder suspendierter Form vorzugsweise tropfenförmig dosiert und die die ultraphobe Oberfläche benetzende flüssige Phase bzw. das Lösungsmittel anschließend abgedampft wird. Auf der zurückbleibenden hydrophilen Ablagerung kann ein Flüssigkeitstropfen abgesetzt werden, der die ultraphobe Oberfläche nicht benetzt. Another object of the present invention is a method for Deposition of an aqueous drop of liquid on the invention Flat structure, in which a substance in the ultraphobic surface preferably dissolved and / or suspended form, preferably drop-shaped dosed and the liquid phase wetting the ultraphobic surface or Solvent is then evaporated. On the remaining hydrophilic A liquid drop can be deposited on the deposit, which is the ultraphobic Surface not wetted.
Vorzugsweise ist die abzulagernde Substanz d. h. die hydrophilen Bereiche eine MALDI-Matrix zur Durchführung der sogenannten MALDI-Massenspektrometrie, die beispielsweise in Nordhoff et. al. "MALDI-MS as a new method for the analysis of nucleic acid (DNA and RNA) with molecular masses up to 150,000 Dalton, Application of modern mass spectrometric methods to plant science research, Oxford University press, (1996) Seite 86-101 beschrieben ist. The substance to be deposited, ie the hydrophilic regions, is preferably a MALDI matrix for carrying out the so-called MALDI mass spectrometry, which is described, for example, in Nordhoff et. al. "MALDI-MS as a new method for the analysis of nucleic acid (DNA and RNA) with molecular masses up to 150,000 Dalton, Application of modern mass spectrometric methods to plant science research, Oxford University press, ( 1996 ) page 86-101 is.
Bevorzugte MALDI-Matrices sind 3-Hydroxypicolinsäure, α-Cyano-4- Hydroxyzimtsäure, 2,5 Dihydroxybenzoesäure, Sinapinsäure, 2,4,6 Trihydroxyacetophenon Nitrobenzylalkohol, Nikotoinsäure, Ferulasäure, Kaffeesäure, 2-Aminobenzoesäure, Picolinsäure, 3-Aminobenzoesäure, 2,3,4- Trihydroxyacetophenon, 6-Aza-2-thiothymidine, Harnstoff, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Malonsäure oder deren Mischung. Diese MALDI-Matrices werden beispielsweise in Acetonitril gelöst und als Flüssigkeit, vorzugsweise als Flüssigkeitstropfen auf die ultraphobe Oberfläche aufgetragen und das Lösungsmittel dort verdampft, so daß die MALDI-Matrix als vorzugsweise kristalline Struktur punktuell auf der ultraphoben Oberfläche vorliegen und somit die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche darstellen, auf die zu analysierende Proben dosiert werden können. Preferred MALDI matrices are 3-hydroxypicolinic acid, α-cyano-4- Hydroxycinnamic acid, 2.5 dihydroxybenzoic acid, sinapic acid, 2,4,6 Trihydroxyacetophenone nitrobenzyl alcohol, nicotinic acid, ferulic acid, caffeic acid, 2-aminobenzoic acid, picolinic acid, 3-aminobenzoic acid, 2,3,4- Trihydroxyacetophenone, 6-aza-2-thiothymidine, urea, succinic acid, Adipic acid, malonic acid or a mixture thereof. These are MALDI matrices for example dissolved in acetonitrile and as a liquid, preferably as Drops of liquid applied to the ultraphobic surface and the solvent evaporates there, so that the MALDI matrix is preferably a crystalline structure selectively present on the ultraphobic surface and thus the hydrophilic and / or represent oleophilic areas to which samples to be analyzed are dosed can be.
Die zu analysierenden, die ultraphobe Oberfläche nicht benetzenden Proben werden in der Regel als Flüssigkeit auf die kristallinen MALDI-Matrices dosiert und lösen diese vorzugsweise zumindest teilweise an. Während das Lösungsmittel dann wieder abdampft, kristallisiert die MALDI-Matrix wieder und die zu analysierenden Proben werden in die MALDI-Matrix eingebaut. The samples to be analyzed that do not wet the ultraphobic surface become usually dosed as a liquid on the crystalline MALDI matrices and dissolved preferably at least partially. Then the solvent again evaporates, the MALDI matrix crystallizes again and the samples to be analyzed are built into the MALDI matrix.
Ebenfalls bevorzugt eignen sich als die abzulagernde Substanz Stoffe zur spezifischen oder unspezifischen Bindung von biologischem Material. Substances are also preferably suitable as the substance to be deposited specific or non-specific binding of biological material.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ablagerung eines Flüssigkeitstropfens auf ein erfindungsgemäßes Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche, bei dem auf die ultraphobe Oberfläche eine sie benetzende Flüssigkeit und bevor diese verdunstet ist darauf mindestens ein die ultraphobe Oberfläche nicht benetzender Flüssigkeitstropfen abgelegt wird. Another object of the present invention is a method for Deposition of a drop of liquid on a fabric according to the invention with an ultraphobic surface, on which an ultraphobic surface wetting liquid and before it evaporates there is at least one on it ultraphobic surface of non-wetting drops of liquid is deposited.
Bei Oberflächen, bei denen ein Wassertropfen einen Randwinkel > 150° einnimmt, wird als benetzende Flüssigkeit vorzugsweise eine Flüssigkeit eingesetzt, die eine geringere Oberflächenspannung als Wasser aufweist und die vorzugsweise mit Wasser zumindest teilweise mischbar ist. Ganz besonders bevorzugt ist die benetzende Flüssigkeit Aceton, Acetonitril oder Alkohol, vorzugsweise Isopropanol, oder deren Mischung. Diese benetzenden Flüssigkeiten weisen vorzugsweise einen Wassergehalt < 50 Vol-%, besonders bevorzugt < 30 Vol-% und ganz besonders bevorzugt < 10 Vol-% auf. For surfaces on which a drop of water has a contact angle> 150 °, If a wetting liquid is preferably used, a liquid that a has lower surface tension than water and which preferably with Water is at least partially miscible. That is very particularly preferred wetting liquid acetone, acetonitrile or alcohol, preferably isopropanol, or their mixture. These wetting liquids preferably have one Water content <50% by volume, particularly preferably <30% by volume and very particularly preferably <10% by volume.
Bei Oberflächen, bei denen ein Öltropfen einen Randwinkel > 150° einnimmt, wird als benetzende Flüssigkeit vorzugsweise eine Flüssigkeit eingesetzt, die eine geringere Oberflächenspannung als Öl aufweist. Ganz besonders bevorzugt wird Aceton eingesetzt. For surfaces where an oil drop has a contact angle> 150 °, is considered wetting liquid preferably used a liquid that is less Has surface tension as an oil. Acetone is very particularly preferred used.
Vorzugsweise wird die benetzende Flüssigkeit jeweils als Tropfen auf die ultraphobe Fläche dosiert, wobei die Anzahl der benetzenden Tropfen ≤ der Anzahl der auf der ultraphoben Oberfläche abzulegenden Tropfen sein sollte. Vorzugsweise beträgt das Volumen des benetzenden Tropfens 10-1-10-9-fache des Volumens des abzulegenden Tropfens, wobei das Verhältnis unmittelbar vor dem Absetzen des Tropfens entscheidend ist, insbesondere, weil viele eine ultraphobe Oberfläche benetzende Flüssigkeiten bei Raumtemperatur einen hohen Dampfdruck haben und somit schnell verdunsten. The wetting liquid is preferably metered as drops onto the ultraphobic surface, the number of wetting drops being der the number of drops to be deposited on the ultraphobic surface. The volume of the wetting drop is preferably 10 -1 -10 -9 times the volume of the drop to be deposited, the ratio immediately before the drop is set being critical, in particular because many liquids wetting an ultraphobic surface have a high vapor pressure at room temperature and thus evaporate quickly.
Die ultraphobe Oberfläche kann durch eine Entfernung aller Flüssigkeitsanteile gereinigt und wiederverwendet werden. Die ultraphobe Oberfläche weist dann keine hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche mehr auf. The ultraphobic surface can be removed by removing all parts of the liquid be cleaned and reused. The ultraphobic surface then has none hydrophilic and / or oleophilic areas more.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Analyse jeglicher Flüssigkeit, wie sie beispielsweise aus der Wirkstofforschung bekannt sind. Ebenfalls bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material, insbesondere Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, Spiegelmere, Aptamere, Ribozyme, Polypeptide, Peptiden oder Proteinen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur massenspektroskopischen und/oder optischen Analyse von Biomolekülen oder biologischem Material. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. The method according to the invention is suitable for the analysis of any liquid, such as they are known, for example, from drug research. Also preferred the method according to the invention is suitable for the analysis of biomolecules and / or biological material, in particular nucleic acids, nucleic acid analogues, Spiegelmers, aptamers, ribozymes, polypeptides, peptides or proteins. The method according to the invention is particularly suitable for mass spectroscopic and / or optical analysis of biomolecules or biological material. These uses are also the subject of present invention.
Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt, einen Wassertropfen mit einem Lösemitteltropfen an einer ultraphoben Oberfläche zu immobilisieren, auch wenn das Volumen des Wassertropfens das des Lösemitteltropfens um das 101-109-fache übersteigt. It was extremely surprising for the person skilled in the art and it was not to be expected that the method according to the invention can be used to immobilize a water drop with a solvent drop on an ultraphobic surface, even if the volume of the water drop is 10 1 -10 9 times that of the solvent drop exceeds.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1-4 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. The invention is explained below with reference to FIGS. 1-4. These explanations are only examples and do not limit the general idea of the invention.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flächengebildes mit Kühlung. Fig. 1 shows an embodiment of the sheet according to the invention with cooling.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer benetzenden Flüssigkeit. Fig. 2 shows an embodiment of the inventive method with a wetting liquid.
Fig. 3 zeigt die Erzeugung eines hydrophilen Bereiches durch Kristallisation. Fig. 3 shows the production of a hydrophilic region by crystallization.
Fig. 4 zeigt eine ultraphobe Oberfläche mit einer Vielzahl hydrophiler Bereiche Fig. 4 shows an ultraphobic surface with a plurality of hydrophilic regions
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Flächengebilde mit einer Kühlung. In dem vorliegenden Fall ist das Flächengebilde eine Folie 4 mit einer ultraphoben Oberfläche, auf der ein Wassertropfen bei Raumtemperatur einen Randwinkel von 174° einnimmt und der Abrollwinkel < 10° beträgt. Die Folie 4 wird mit einem Peltierelement 5 und einem Durchflußkühler 6 gekühlt. Das Peltierelement ist mit einem Temperatursensor (nicht dargestellt) verbunden, mit dem die Temperatur der ultraphoben Oberfläche auf einen Wert < -16°C geregelt wird. Bei diesen Temperaturen bildet sich eine dünne Reifschicht 7. Ein Wassertropfen 8, der auf die ultraphobe Oberfläche mit einer Geschwindigkeit von < 4 m/s dosiert wird, bleibt an dieser hängen und prallt nicht ab. In dem vorliegenden Fall werden mehrere Tropfen 8 auf eine Stelle der ultraphoben Oberfläche dosiert, so dass sich ein größerer Tropfen 9 bildet. Bei einer dünnen Reifschicht friert dieser Tropfen nicht und weist einen Randwinkel von ca. 120° auf. Fig. 1 shows an inventive sheet having a cooling. In the present case, the fabric is a film 4 with an ultraphobic surface, on which a drop of water at room temperature has an edge angle of 174 ° and the roll angle is <10 °. The film 4 is cooled with a Peltier element 5 and a flow cooler 6 . The Peltier element is connected to a temperature sensor (not shown) with which the temperature of the ultraphobic surface is regulated to a value <-16 ° C. At these temperatures, a thin layer of frost 7 forms . A drop of water 8 , which is metered onto the ultraphobic surface at a speed of <4 m / s, remains attached to it and does not bounce off. In the present case, a plurality of drops 8 are metered onto a location on the ultraphobic surface, so that a larger drop 9 is formed. With a thin layer of frost, this drop does not freeze and has a contact angle of approx. 120 °.
Fig. 2a zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer benetzenden Flüssigkeit. Die benetzende Flüssigkeit 1 wird in Form eines Tropfens auf eine ultraphobe Oberfläche 4 dosiert, auf der ein Wassertropfen in Abwesenheit einer benetzenden Flüssigkeit einen Randwinkel von 174° einnimmt und der Abrollwinkel < 10° beträgt. Bekanntermaßen weisen ultraphobe Oberflächen eine gewisse Topographie auf, die schematisch mit den Ausbuchtungen 10 und den dazwischen liegenden Einbuchtungen 11 symbolisiert sind. Die ultraphobe Oberfläche wird durch die benetzende Flüssigkeit 1, in dem vorliegenden Fall Aceton, benetzt. Auf diesen benetzten Teil der ultraphoben Oberfläche 4 wird sodann ein Wassertropfen 2 dosiert (vgl. Fig. 2b), der sehr viel größer ist als der Tropfen 2 mit dem die ultraphobe Oberfläche benetzt wurde. Der Wassertropfen ist somit fest auf der ultraphoben Oberfläche abgelagert. Die Pfeile in Fig. 2b deuten die Diffusion zwischen der benetzenden Flüssigkeit 1 und dem Wassertropfen 2 an. Fig. 2c zeigt den Zustand nach einiger Zeit. Das Wasser hat sich mit dem Aceton vermischt, so dass die ultraphobe Oberfläche an bestimmten Stellen durch dieses Gemisch benetzt wird. Diese Benetzung bleibt jedoch auf den ursprünglich von Aceton benetzten Bereich beschränkt. Fig. 2a shows an embodiment of the inventive method with a wetting liquid. The wetting liquid 1 is metered in the form of a drop onto an ultraphobic surface 4 , on which a water drop, in the absence of a wetting liquid, has a contact angle of 174 ° and the roll angle is <10 °. As is known, ultraphobic surfaces have a certain topography, which is schematically symbolized with the bulges 10 and the recesses 11 lying between them. The ultraphobic surface is wetted by the wetting liquid 1 , in the present case acetone. A drop of water 2 is then metered onto this wetted part of the ultraphobic surface 4 (see FIG. 2b), which is much larger than the drop 2 with which the ultraphobic surface was wetted. The drop of water is thus firmly deposited on the ultraphobic surface. The arrows in FIG. 2b indicate the diffusion between the wetting liquid 1 and the water drop 2 . Fig. 2c shows the state after some time. The water has mixed with the acetone, so that the ultraphobic surface is wetted at certain points by this mixture. However, this wetting remains limited to the area originally wetted by acetone.
Fig. 3 zeigt die Erzeugung von hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen auf einer ultraphoben Oberfläche durch eine Ablagerung. In Fig. 3a ist ein Ausschnitt der planen Oberfläche 12 eines Probenträgers 13 dargestellt. Die Oberfläche ist ultraphob, so daß ein 10 µl Wassertropfen einen Randwinkel von > 174° und einen Abrollwinkel von < 10° auf ihr einnimmt. Auf die ultraphobe Oberfläche wird ein Flüssigkeitstropfen 14 abgesetzt, der sie benetzt und in dem eine Substanz X gelöst oder suspendiert vorliegt. Nach der Auftragung des Tropfens 14 wird das Lösungsmittel verdampft und es bildet sich die kristalline Ablagerung 15 (Fig. 3b), die im wesentlichen aus der Substanz X und gegebenenfalls Resten des Lösungsmittels besteht. Die Substanz X kann beispielsweise eine MALDI-Matrix sein. Die Fläche der Ablagerung 15 resultiert aus der Größe des Tropfens 14 und dem gewählten Lösungsmittel und kann dadurch sehr genau eingestellt werden. Der Fachmann erkennt, daß die ultraphobe Oberfläche in der Regel mehrere Ablagerungen 15 aufweisen wird, die in einem gewissen seitlichen Abstand zueinander und vorzugsweise in einem bestimmten Raster auf der ultraphoben Oberfläche angeordnet sind. Die Ablagerung 15 stellt einen hydrophilen und/oder oleophilen Bereich dar, der von ultraphoben Bereichen vollständig umschlossen ist. Die Ablagerung 15 kann nach dem jeweiligen Experiment von der ultraphoben Oberfläche entfernt werden, so daß diese wiederverwendet werden kann. Die Reinigung der ultraphoben Oberfläche kann beispielsweise mit einem Lösungsmittel erfolgen. Fig. 3 shows the production of hydrophilic and / or oleophilic areas on an ultraphobic surface by a deposit. FIG. 3a shows a section of the flat surface 12 of a sample carrier 13 . The surface is ultraphobic, so that a 10 µl drop of water has a contact angle of> 174 ° and a roll angle of <10 °. A drop of liquid 14 is placed on the ultraphobic surface, which wets it and in which a substance X is dissolved or suspended. After the drop 14 has been applied , the solvent is evaporated and the crystalline deposit 15 ( FIG. 3b) is formed, which essentially consists of substance X and any residues of the solvent. Substance X can be, for example, a MALDI matrix. The area of the deposit 15 results from the size of the drop 14 and the chosen solvent and can therefore be adjusted very precisely. The person skilled in the art will recognize that the ultraphobic surface will generally have a plurality of deposits 15 which are arranged at a certain lateral distance from one another and preferably in a certain grid on the ultraphobic surface. The deposit 15 represents a hydrophilic and / or oleophilic area which is completely enclosed by ultraphobic areas. The deposit 15 can be removed from the ultraphobic surface after the respective experiment so that it can be reused. The ultraphobic surface can be cleaned, for example, with a solvent.
Fig. 3c zeigt die weitere Verwendung der Ablagerung 15, die einen hydrophilen und/oder oleophilen Bereich darstellt. Ein Tropfen 16, der die ultraphobe Oberfläche 12 nicht benetzt und der an einer Pipette oder an einem Stab hängt, wird mit dem hydrophilen Bereich 15 in Kontakt gebracht wird. Der Tropfen 16 weist beispielsweise biologisches Material auf. Durch die Ultraphobizität der Oberfläche 12, die den hydrophilen Bereich 15 vollständig umschließt, ist der Randwinkel des Tropfens 16 so groß, daß er nur den hydrophilen Bereich 15 und nicht den ultraphoben Bereich 12 berührt. Diese Konfiguration hat den Vorteil, daß der Tropfen 16 durch die ultraphobe Oberfläche 12 nicht kontaminiert wird oder Substanzen aus dem Tropfen 16 beispielsweise durch Adsorption an die ultraphobe Oberfläche transportiert werden und damit für die folgende Analyse nicht mehr zur Verfügung stehen. Fig. 4d zeigt die Situation nachdem der Tropfen 16 von dem hydrophilen Bereich 15 abgehoben worden ist. Ein kleiner Teil 17 des Tropfens 16 bleibt an dem hydrophilen Bereich 15 hängen. Das Volumen der Flüssigkeit 17, das an dem hydrophilen Bereich 15 haftet ist abhängig von dessen jeweiliger Fläche und sehr viel kleiner als das Volumen des Tropfens 16, so daß der Dosiervorgang mit einem Tropfen 16 mehrfach wiederholt werden kann. Bei identischer Größe der Fläche der hydrophilen Bereiche 15 und derselben Flüssigkeit 16 haftet bis auf einen kleinen Fehler immer dieselbe Menge an Flüssigkeit 17 an den hydrophilen Bereichen 15. Da die Flüssigkeit 17 ebenfalls niemals mit der ultraphoben Fläche in Berührung kommt, wird sie von dieser auch nicht kontaminiert bzw. werden aus der Flüssigkeit 17 keine Stoffe an die ultraphobe Oberfläche 12 übertragen. Die Flüssigkeit 17 kann sodann optisch und/oder massenspektrometrisch analysiert werden. Dafür können der Flüssigkeit 17 weitere Reagentien zugeführt werden. Des weiteren kann die Flüssigkeit auch eingedampft und dann optisch und/oder massenspektrometrisch analysiert werden. Dieser Vorgang ist in Fig. 3e dargestellt. Fig. 3c shows the continued use of the deposit 15, which is a hydrophilic and / or oleophilic area. A drop 16 , which does not wet the ultraphobic surface 12 and which hangs on a pipette or on a rod, is brought into contact with the hydrophilic region 15 . The drop 16 has, for example, biological material. Due to the ultraphobicity of the surface 12 , which completely surrounds the hydrophilic area 15 , the contact angle of the drop 16 is so large that it only touches the hydrophilic area 15 and not the ultraphobic area 12 . This configuration has the advantage that the drop 16 is not contaminated by the ultraphobic surface 12 or substances from the drop 16 are transported to the ultraphobic surface, for example by adsorption, and are therefore no longer available for the subsequent analysis. Has been Fig. 4d shows the situation after the drop 16 by the hydrophilic area 15 is lifted. A small part 17 of the drop 16 remains on the hydrophilic area 15 . The volume of the liquid 17 that adheres to the hydrophilic region 15 depends on its respective area and is much smaller than the volume of the drop 16 , so that the metering process can be repeated several times with a drop 16 . With identical size of the area of the hydrophilic portions 15 and the same liquid 16 is always the same amount of liquid 17 to the hydrophilic regions 15 adheres to a small error. Since the liquid 17 also never comes into contact with the ultraphobic surface, it is also not contaminated by it or no substances are transferred from the liquid 17 to the ultraphobic surface 12 . The liquid 17 can then be analyzed optically and / or mass spectrometrically. For this purpose, 17 additional reagents can be added to the liquid. Furthermore, the liquid can also be evaporated and then analyzed optically and / or mass spectrometrically. This process is shown in Fig. 3e.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß die zu analysierenden Proben 17 bei deren Analyse nicht kontaminiert werden, so daß beispielsweise Massenspektren oder Fluoreszenzaufnahmen oder Fluoreszenzspektren hoher Qualität mit einem geringen Hintergrundsignal von den Proben 17 aufgenommen werden können. The device according to the invention has the advantage that the samples 17 to be analyzed are not contaminated during their analysis, so that, for example, mass spectra or fluorescence recordings or fluorescence spectra of high quality can be recorded by the samples 17 with a low background signal.
Fig. 4 zeigt eine ultraphobe Oberfläche 18 mit einer Vielzahl hydrophiler Bereiche 19, die von den ultraphoben Bereichen vollständig umschlossen sind. Fig. 4 shows an ultraphobic surface 18 with a plurality of hydrophilic regions 19, are completely enclosed by ultraphobic the areas.
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