DE10329928A1

DE10329928A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Biochips und Biochip

Info

Publication number: DE10329928A1
Application number: DE10329928A
Authority: DE
Inventors: Yu-Ting Lin; Yu-Chang Shen; In-Shan Sir
Original assignee: BenQ Corp
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2004-02-05
Also published as: US20040018614A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung bzw. Herstellung von Biochips sowie Biochips. DOLLAR A Bei dem Verfahren wird ein hydrophobes Material mit Hilfe eines Mikroinjektionsprozesses auf ein Substrat aufgesprüht, um darauf einen hydrophoben Bereich zu bilden, wobei der hydrophobe Bereich eine Mehrzahl von Trennabschnitten auf dem Substrat trennt, und wird eine Sonde auf dem Trennabschnitt mit Hilfe eines Mikroinjektionsprozesses immobilisiert bzw. bewegungsunfähig gemacht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung bzw. Herstellung von Biochips. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Aufbereitung bzw. Herstellung von Biochips unter Verwendung eines Mikroinjektionsprozesses.
Stand der Technik
Die Technologie von Biochips hat seit dem Ende des zwanzigsten Jahrhunderts in großem Maße zu den Biowissenschaften beigetragen. Allgemein steht der nachfolgend verwendete Begriff „Biochip" für Produkte zur biochemischen Analyse. Das Zielobjekt (target) der Analyse kann ein Gen, ein Protein oder eine Gewebezelle sein. Die Vorteile von Biochips sind unter anderem die hohe Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Geschwindigkeit. Geringe Proben- und Reagenzmengen werden benötigt. Außerdem kann eine Analyse in großem Maßstab durchgeführt werden und können einheitliche und parallele Daten erhalten werden.
Biochips sind unter anderem Mikroarrays bzw. Mikrosonden, DNA-Chips, Protein/Antikörper-Chips, Gewebe-Chips und Chips von Typ „Alles in Einem" (labs-onchip). Nur Mikroanays und DNA-Chips sind ausgereifte Produkte. Anwendungen von Biochips sind unter anderem Gensequenzierung, toxikologische Analyse, pathogene Genexpression, Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNPs), Spurensicherung, pharmazeutisches Screening und die Detektion von biochemischen Waffen. Die vielen verschiednen Einsatzmöglichkeiten machen die Biochips auf vielen Gebieten beliebt.
Viele Studien über Biochips konzentrieren sich auf die Aufbereitung bzw. Herstellung von Biochips mit hoher Integrationsdichte zu geringen Kosten. Auf der Grundlage von verschiedenen Probenpräparationen können Biochips in die nachfolgenden drei Gruppen klassifiziert werden. Die erste Gruppe wird mit Hilfe einer Licht-gerichteten (lightdirected) Synthese hergestellt, die ein photolithographisches Herstellungsverfahren mit einer chemischen Synthese kombiniert und von der Firma Affymetrix entwickelt wurde. Die zweite Gruppe wird durch ein Fleckbildungs-Veurfahren (spotting method) gebildet, das von der Stanford University entwickelt wurde und bei dem vorsynthetisierte DNA, RNA oder vorsynthetisiertes Protein mit Hilfe eines Manipulators bzw. einer Handhabungseinrichtung auf einem Substrat immobilisiert bzw. bewegungsunfähig gemacht wird. Der dritte Typ verwendet einen Mikroinjektionsprozess, wie er von Rosetta Inpharmatics entwickelt wurde, worin die komplementären Nukleotide (Proben) mit Hilfe des Mikroinjektionsprozesses erzeugt werden. Eine Probe, die fluoreszenzmarkierte Zielobjekte (targets) oder eine Enzymmarkierung beinhaltet, wird mit dem Chip hybridisiert bzw. hybrid hergestellt und die Daten werden von einem Computerprogramm ausgelesen und analysiert.
Gegenwärtig häufig verwendete Aufbereitungs- bzw. Herstellungsverfahren für Biochips beinhalten eine Pin- bzw. Festhaltemethode und einen Mikroinjektionsprozess. Der Mikroinjektionsprozess beinhaltet ferner einen Prozess vom Piezo-Typ, beispielsweise gemäß US-Patent 5,985,551 und 6,177,558 B1, wie von Protogene vorgeschlagen, und einen Prozess vom Thermoblasen-Typ (thermal bubble type). Der Nachteil des Mikroinjektionsprozesses vom Piezo-Typ ist seine geringe Integrationsdichte von etwa 10-10⁴ Flecken/cm².
Die Qualität und Auflösung sowie die Kosten sind wichtige Faktoren für die Aufbereitung von Biochips. Die vorgenannten Verfahren, beispielsweise das photolithgraphische Verfahren, das Pin- bzw. Festhalteverfahren oder das Mikroinjektionsverfahren vom Piezo-Typ weisen in der Praxis eine Reihe von Nachteilen auf. Mikroinjektionsprozesse haben auch Probleme im Zusammenhang mit der Kontaminierung zwischen Probenflecken (probe spots). Um das Problem einer Kontaminierung zu beheben, offenbart US 5,552,270 eine Matrix, die aus einer Mehrzahl von Abschnitten besteht. Die Abschnitte sind voneinander über Lücken bzw. Zwischenräume aus Polyacrylamid getrennt und haben eine Dicke von weniger als 30 μm. Diese Abschnitte verhindern eine Kontaminierung zwischen Probenflecken und erhöhen die Anzahl von immmobilisierten Proben; die Aufbereitung ist jedoch aufwändig und kostspielig. Außerdem müssen die Biochips in einem nicht-flüchtigen Öl aufbewahrt werden, weil das Wasser der Sondenlösung verdampfen bzw. verdunsten könnte. Diese Aufbewahrung hat einen zusätzlichen Schritt zur Folge, bei dem mit Chloroform oder Ethanol gewaschen wird. Deshalb ist diese Art von Biochip in der Praxis nicht geeignet.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Aufbereitung bzw. Herstellung von Biochips bereitzustellen. Das Verfahren zur Aufbereitung umfasst die folgenden Schritte: ein Mikroinjektionsprozess wird angewendet, um auf ein Substrat ein hydrophobes Material aufzusprühen, um darauf einen hydrophoben Bereich zu bilden, so dass eine Mehrzahl von Trennabschnitten ausgebildet sind, die auf dem hydrophoben Bereich festgelegt sind; und mit Hilfe des Mikroinjektionsprozesses wird auf jedem Trennabschnitt eine Probe irrmobilisiert. Das erfindungsgemäße Aufbereitungs- bzw. Herstellungsverfahren unterbindet eine gegenseitige Beeinflussung von Sonden und erhöht die Integrationsdichte der Probe und auch die Auflösung des Biochips. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbereitungs- bzw. Herstellungsverfahren lassen sich Biochips mit hoher Integrationsdichte, kleiner Flecken- bzw. Probengröße, hoher Auflösung und geringen Herstellungskosten erzielen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Man wird die vorliegende Erfindung besser verstehen können und weitere Vorteile werden besser ersichtlich werden, wenn man Bezug nimmt auf die nun folgende Beschreibung der Erfindung und die beigefügten Zeichnungen, worin:
1A–1B Schemazeichnungen sind, die das Aufsprühen eines hydrophoben Materials auf ein Substrat mit Hilfe eines Mikroinjektionsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei die 1A einen vertikalen Sprühvorgang und die 1B einen horizontalen Sprühvorgang zeigt;
2A–2B Schemazeichnungen darstellen, die bevorzugte Ausführungsformen der Trennabschnitte auf dem Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei die 2A quadratische Trennabschniutte und die 2B kreisförmige Trennabschnitte zeigt;
3 eine Schnittansicht des hydrophoben Materials 18, das auf dem Substrat 16 vorgesehen ist, und der Trennabschnitte 21 zeigt, die mit den Sondenflecken 22 bedeckt sind;
4A-4D Schemazeichnungen sind, die einen Prozess zum Immobilisieren einer Nukleinsäurenprobe 24 auf den Trennabschnitten 20 des Substrats 16 zeigt, wobei die 4A einen Mikroinjektionsprozess einer Nukleinsäure 24 mit einer Schutzgruppe 26 auf verschiedenen hydrophiben Trennabschnitten 20 zeigt, die 4B einen Vorgang zum Entschützen (deprotection) mit Hilfe einer sauren Lösung 28 zeigt, die 4C einen Mikroinjektionsprozess einer zweiten Schicht einer Nukleinsäure 24 mit einer Schutzgruppe 26 auf den Trennabschnitten 29 zeigt und die 4D einen vollständigen Biochip zeigt;
5 eine Schemazeichnung ist, die den Thermoblasen-Mikroinjektor zeigt, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
6A–6D Schemazeichnungen sind, die den Mikroinjektionsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung
Ohne die Absicht, die vorliegende Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken, wird diese in der nun folgenden Beschreibung ausführlicher dargelegt werden. In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Funktionsgruppen.
Das Verfahren zur Aufbereitung von Biochips gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet die nachfolgenden Schritte: ein Mikroinjektionsprozess wird angewendet, um auf ein Substrat ein hydrophobes Material aufzusprühen, um darauf einen hydrophoben Bereich zu bilden; auf dem hydrophoben Bereich wird eine Mehrzahl von Trennabschnitten festgelegt; und auf jedem Trennabschnitt wird mit Hilfe des Mikroinjektionsprozesses eine Probe (probe) bewegungsunfähig gemacht bzw, irrmobilisiert. Das Verfahren zur Aufbereitung unterbindet eine gegenseitige Beeinflussung von Proben bzw. Probenbereichen und erhöht die Integrationsdichte der Proben und auch die Auflösung des Biochips.
Das erfindungsgemäße Substrat kann ein hydrophobes oder hydrophiles Substrat sein. Das hydrophobe Substrat kann Glas, Silizium, Kunststoff, Nylon, Kunstharz, Quarz, Glimmer, Keramik oder Metalle beinhalten oder aus diesem Material gebildet sein, ist jedoch nicht auf diese Materialien beschränkt. Das hydrophile Substrat kann beispielsweise aus Polystyrol, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polysulfon, Polyurethan oder Polymethylmethacrylat (PMMA) gebildet sein, ist jedoch nicht auf die Verwendung dieser Materialien beschränkt.
Wenn ein hydrophobes Substrat verwendet wird, ist nach der Ausbildung der Trennabschnitt eine hydrophile Behandlung der Trennabschnitte erforderlich, um auf der Oberfläche der Abschnitte hydrophile Gruppen hinzuzufügen, bevor der Bindungsprozess der Proben folgt. Die hydrophile Gruppe kann -NH₂, -COOH, -SH, Epoxid, Aldehyd, oder Streptavidin sein.
Wenn das hydrophile Substrat verwendet wird, wird die Oberfläche des Substrats so modifiziert, dass diese hydrophob ist, bevor die Trennabschnitte gebildet werden. Außerdem ist eine hydrophile Behandlung auf dem Trennabschnitt erforderlich, nachdem die Trennabschnitte gebildet wurden. Deshalb werden auf der Oberfläche des Trennabschnittes hydrophile Gruppen hinzugefügt, bevor eine Bindung mit Proben folgt. Details der Oberflächenmodifizierung des Substrats sind in diversen Artikeln offenbart und sollen deshalb in dieser Anmeldung nicht weiter beschrieben werden.
Wie in den 1A und 1B der vorliegenden Anmeldung gezeigt, sprüht der Mikroinjektor 10 Tropfen 12 in vertikaler, horizontaler, unidirektionaler oder bidirektionaler Richtung. Der Mikroinjektor 10 bewegt sich in einer Richtung 14. Der Mikroinjektor beinhaltet Thermoblasen-Mikroinjektoren oder piezoelektrische Mikroinjektoren. Wie in den 5 und 6A–6D gezeigt, beinhaltet der Thermoblasen-Mikroinjektor eine Kammer 5 für ein Fluid, eine Mikroinjektionsprozess-Pore 1, die zum Ausstossen von Fluid auf der Kammer 5 angeordnet ist, und eine erste Heizvorrichtung 2 und eine zweite Heizvorrichtung 3, die jeweils auf einer Seite der Pore 1 angeordnet sind. Eine Elektrode 4 ist zur Stromversorgung auf dem Mikroinjektor 10 angeordnet. Wenn die Kammer 5 mit Fluid 7 gefüllt ist, erzeugt die erste Heizvorrichtung 2 eine erste Blase a und erzeugt die zweite Heizvorrichtung 3 dann eine zweite Blase b. Die zwei Blasen unterbrechen das Fluid 7 und sprühen dann einen Fluidtropfen F hinaus. Außerdem wird die erste und zweite Heizvorrichtung 2, 3 nur von einem einzigen Signal ausgelöst und wirkt die Erzeugung der ersten Blase als eine Art Ventil, um die Fluidströmung zu begrenzen.
Das hydrophobe Material, das durch den Mikroinjektionsprozess aufgesprüht wird, kann Teflon, Polyimid, eine fluorhaltige Verbindung oder eine Siliziumverbindung beinhalten, ist jedoch nicht auf diese Materialien beschränkt. Das hydrophobe Material bildet auf dem Substrat 16 einen hydrophoben Bereich 18 und ist ebenfalls in Form einer Mehrzahl von Trennabschnitten 20 festgelegt. Die Trennabschnitte 20 können quadratisch oder kreisförmig sein oder können eine beliebige andere Geometrie aufweisen, wie in den 2A und 2B gezeigt. Die Breite bzw. Fläche jedes Trennabschnittes 20 beträgt zwischen etwa 20 und etwa 200 μm² und der hydrophobe Bereich 18 hat eine Dicke von etwa 1 μm bis etwa 30 μm und eine Fläche von etwa 5 μm² bis etwa 100 μm². Wie in der 3 gezeigt, wird die Probe 22 von dem Mikroinjektor in Form eines Tropfens versprüht. Die versprühten Proben können den hydrophilen Trennabschnitt 21 auf dem Substrat 15 bedecken. Der hydrophobe Bereich 18 wird nicht von der Probe 22 bedeckt. Der Mikroinjektor enthält die Probenlösung, bei der es sich beispielsweise um DNA, RNA, Nukleotide, Oligonukleotide oder um ein Protein handeln kann. Die Probe wird über eine funktionale Gruppe auf dem Substrat immobilisiert. Die Bindung der funktionalen Gruppe kann den Prozess einer Adsorption, einer kovalenten Bindung, einer Einkapselung, einer Vernetzung oder eines Einfangens beinhalten, ist jedoch nicht auf diese Prozesse beschränkt. Die Probenlösung kann so modifiziert werden, daß diese ein Phosphonat, Wasserstoffphosphonat, Phosphonoamidit, Phosphoamidit, Phosphat, Phosphoramidit, Phosphit oder Methylphosphonamidit ist, um eine Bindung mit funktionalen Gruppen des Substrats zu unterstützen. Bei einem Oligonukleotid-Mikroarray sind die 5'- oder 3'-Enden der Nukleotide durch eine Schutzgruppe geschützt, um eine Bindung zwischen Nukleotiden in derselben Schicht zu verhindern.
Die bestimmenden Faktoren für einen kleinen Tropfen in einem Mikroarray eines Biochips sind unter anderem die Oberflächenspannung oder die Viskosität der Nukleotidlösung sowie die Größe der Mikroinjektionsprozess-Pore. Jeder Tropfen ist für gewöhnlich etwa 25 μm bis etwa 250 μm groß.
Wenn ein Thermo-Mikroinjektor verwendet wird, um einen Nukleotid-Mikroarray des Biochips aufzubereiten, muss den Eigenschaften des Lösungsmittels, beispielsweise der Viskosität, Rechnung getragen werden. Im Allgemeinen gilt: der Tropfen ist umso flüchtiger, je kleiner die Tropfengröße ist. Deshalb enthält die Lösung normalerweise zumindest ein Lösungsmittel mit einem hohen Siedepunkt, beispielsweise mit einem Siedepunkt oberhalb von etwa 140°C, um ein Verdampfen des Tropfens zu vermeiden. Geeignete Lösungsmittel sind polare und protonenfreie Lösungsmittel, beispielsweise Dinitril, Mononitril, Glykolether, Diglykolether, Triglykolether, Trimethylphosphate, Dimethylformamide (DMF) oder N-Mythylpyrrolidinone (NMP).
Bei der Aufbereitung eines Oligonukleotid-Mikroarrays des Biochips werden die geschützten Nukleotide auf dem Substrat mit Hilfe des Mikroinjektors nacheinander irrmobilisiert. Die Schutzgruppe des Nukleotids verhindert, dass Nukleotide in derselben Schicht überlappen. Nachdem die erste Schicht von Nukleotiden immobilisiert wurde, kann die Schutzgruppe der Nukleotide mit Hilfe einer sauren Lösung entfernt werden. Danach kann die zweite Schicht aus Nukleotiden gebildet werden, um die erste Schicht aus Nukleotiden zu binden. In sequenzieller Weise kann man den gewünschten Biochip erhalten. Dieses Verfahren ist bei der Auslegung von Proben flexibler. Bei der Aufbereitung von DNA-, RNA- oder Protein-Biochips wird die bzw. das vorsynthetisierte DNA, RNA oder Protein auf den Trennabschnitt des Substrats aufgesprüht. Bei der Aufbereitung von Peptid-Biochips ist der Prozess ähnlich zu dem Nukleotid-Mikroarray und werden die Peptide einzeln miteinander verbunden.
Der Biochip wird dann mit einer zu analysierenden Probe hybridisiert bzw. hybrid ausgebildet. Nach der hybriden Ausbildung werden die Markierungen der zu analysierenden Probe gescreent und in einem Computer analysiert. Die Markierungen können Fluoreszenz-Markierungen, radioaktive Markierungen oder enzymgekoppelte (enzymelinked) Marker bzw. Markierungen sein. Praktische Ausführungsbeispiele werden nachfolgend beschrieben.
Beispiel 1
Erste Aufbereitung eines chargenartigen (batch-type) Oligonukleotid-Mikroarrays mit Hilfe eines Mikroinjektors
1. Trennabschnitte werden mit Hilfe eines Mikroinjektors auf Glas gebildet
Es wird nachfolgend auf die 4A bis 4D Bezug genommen. Ein hydrophobes Material, beispielsweise Teflon, wird mit Hilfe eines Thermo-Mikroinjektors auf die Oberfläche eines Substrats 16, beispielsweise auf ein Glas, aufgesprüht, um einen hydrophoben Bereich 18 zu bilden, der eine Mehrzahl von quadratischen Trennabschnitten 20 voneinander trennt, wie in der 2A gezeigt. Die Breite der Trennabschnitte be trägt etwa 50 μm. Der hydrophobe Bereich 18 hat eine Dicke von etwa 2 μm und eine Breite von etwa 5 μm. Dann wird ein Mikroarray bzw. eine Sonde gebildet, die Oberfläche der Trennabschnitte ist hydrophob.
2. Hydrophile Behandlung der Trennabschnitte
Die quadratischen Abschnitte werden dann durch Mikroinjektion von Octyltrichlorsilan silanisiert. Die Oberfläche der Trennabschnitte wird wegen der -SH-Gruppen hydrophob, so dass die Trennabschnitte Nukleotid-Proben binden können. Weitere Einzelheiten dieser Vorgehensweise sind in US 6,159,695 offenbart, deren Inhalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme in diese Anmeldung mit aufgenommen sei.
3. An den Mikroarray gebundene Oligonukleotide
DMTr-Nukleotid-Phosphoramidit, das Tetrazol enthält, wird mit Hilfe des Mikroinjektionsprozesses auf die silanisierten Trennabschnitte 21 aufgesprüht. Eine erste Schicht aus Nukleotiden 24 wird auf den hydrophilen Trennabschnitten 21 an eine -SH-Gruppe gebunden. Die Entschützung (deprotection) wird dann unter Verwendung einer sauren Lösung 28, beispielsweise von Trichloressigsäure oder Salzsäure, vorgenommen, wie in der 4B gezeigt. Anschließend wird auf die Oberfläche 16 eine zweite Schicht aus Nukleotiden 24 aufgesprüht. Die Nukleotide werden sequenziell miteinander verbunden. Schließlich erhält man einen Oligonukleotid-Mikroarray. Weitere Einzelheiten findet man in US 5,985,551 oder US 6,184,347 B1 , deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme in dieser Anmeldung aufgenommen sei.
4. Hybridisierung, die auf dem Oligonukleotid-Mikroarray ausgeführt wird
Eine markierte Probe wird mit dem Oligonukleotid-Mikroarray hybridisiert und dann wird der hybridisierte Verbund anhand der Markierungen analysiert. Danach kann man die exakte Sequenz der Probe identifizieren. Weitere Einzelheiten kann man in US 5,985,551 finden, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme in dieser Anmeldung aufgenommen sei.
Beispiel 2
Zweite Aufbereitung eines chargenartigen (batch-type) Oligonukleotid-Mikroarrays
Die Trennabschnitte des Oligonukleotid-Mikroarrays können auch kreisförmig sein, wie in der 2B gezeigt. Die kreisförmigen Trennabschnitte 20 können durch direktes Aufsprühen des hydrophoben Materials auf das Substrate 16 oder durch Aufsprühen des hydrophoben Materials auf das mit einer Mehrzahl von kreisförmigen Masken (nicht gezeigt) bedeckte Substrat 16 gebildet werden. Die kreisförmigen Masken werden dann entfernt und die kreisförmigen Trennabschnitte werden gebildet. Der nachfolgende Prozess ist vergleichbar zum Beispiel 1.
Beispiel 3: Aufbereitung eines Protein-Chips unter Verwendung eines Piezo-Mikroinjektors 1. Trennabschnitte, die mittels eines Mikroinjektors auf Glas gebildet werden Ein hydrophobes Material, beispielsweise Polyimid, wird mit Hilfe eines Piezo-Mikroinjektors auf die Oberfläche eines Substrats, beispielsweise auf Glas, aufgesprüht, um einen hydrophoben Bereich zu bilden, der auf dem Substrat eine Mehrzahl von Trennabschnitten trennt, wie in der 2A gezeigt. Die Breite des Trennabschnitts beträgt etwa 50 μm. Das hydrophobe Material hat eine Dicke von etwa 2 μm und eine Breite von etwa 5 μm. Anschließend wird ein Mikroarray gebildet.
2. Protein, das an den Mikroarray gebunden wird Die quadratischen Trennabschnitte werden dann durch Mikroinjektion von Oktyltrichlorsilan silanisiert. Protein wird dann an die Oberfläche des Substrats gebunden. Weitere Einzelheiten kann man in US 6,225,047 B1 finden, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich im Wege der Bezugnahme in dieser Anmeldung aufgenommen sei.
3. Detektion eines Zielproteins unter Verwendung des Protein-Chips
Eine Probe, die markierte Zielproteine enthält, wird auf dem Protein-Chip in jeden Trennabschnitt gegeben. Die Probe kann Fluoreszenz-Marker an dem 3'- oder 5'-Ende enthalten. Anhand der Detektion der Markierung bzw. des Markers können die exakten Proteine in der Probe identifiziert werden.
Während die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele in all ihren Einzelheiten aufgezeigt und beschrieben wurde, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass zahlreiche Änderungen sowohl hinsicht sichtlich der Form als auch hinsichtlich der Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne den Lösungsgedanken und den Schutzbereich der Erfindung, wie dieser durch die nachfolgenden Patentansprüche festgelegt wird, zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Aufbereitung bzw. Herstellung von Biochips, mit den folgenden Schritten: (a) ein Substrat (16} wird bereitgestellt; (b) ein Mikroinjektionsprozess wird angewendet, um ein hydrophobes Material auf das Substrat zu sprühen, um darauf einen hydrophoben Bereich (18) zu bilden, so dass auf dem hydrophoben Bereich eine Mehrzahl von Trennabschnitten (20) festgelegt werden; und (c) mit Hilfe des Mikroinjektionsprozesses wird auf jedem Trennabschnitt (20) eine Probe (22) immobilisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das hydrophobe Material Teflon, Polyimid, eine Fluor-Verbindung oder eine Siliziumverbindung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Mikroinjektionsprozess mit Hilfe eines Mikroinjektors ausgeführt wird, um in vertikaler, horizontaler, unidirektionaler oder bidirektionaler Richtung zu sprühen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Mikroinjektor ein Thermoblasen-Mikroinjektor oder ein Piezo-Mikroinjektor ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (16) ein hydrophobes Substrat ist, das aus Glas, Silizium, Quarz, Glimmer, einer Keramik oder Metallen gebildet ist oder diese umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Schritt (d), der nach dem Schritt (b) ausgeführt wird, um eine hydrophile funktionale Gruppe auf jedem Trennabschnitt (20) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die funktionale Gruppe -NH₂, -COOH, -SH, oder Epoxid, Aldehyd oder Streptavidin ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (16) ein hydrophobes Substrat ist, das aus Polystyrol, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylchloride, Polyethylen, Polypropylen, Polysulfon, Polyurethan oder Polymethylmethacrylat (PMMA) gebildet ist oder dieses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend die folgenden Schritte: einen Schritt (e), der nach dem Schritt (a) ausgeführt wird, um das Substrat (16) hydrophob zu behandeln; und einen Schritt (f), der nach dem Schritt (b) ausgeführt wird, um jeden Trennabschnitt (20) hydrophil zu behandeln, um darin eine hydrophile funktionale Gruppe zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die hydrophile funktionale Gruppe -NH₂, -COOH, -SH, ein Epoxid, ein Aldehyd oder Streptavidin ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Trennabschnitte quadratisch oder kreisförmig sind oder eine andere geometrische Form aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Probe (22) DNA oder RNA ist oder Nukleotide, Oligonukleotide, Protein, Antikörper oder Peptide umfasst oder aus diesen gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Probe (22) durch eine Bindung an jedem Trennabschnitt (20) irrmobilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Bindungsprozess eine Adsorption, eine kovalente Bindung, eine Einkapselung, eine Vernetzung oder ein Einfangen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Mikroinjektionsprozess mit Hilfe eines Thermo-Mikroinjektors ausgeführt wird und der Mikroinjektor umfasst: eine Kammer (5) zum Aufbewahren eines Fluids (7); eine Mikroinjektionsprozess-Pore (1), die auf der Kammer (5) angeordnet ist, um das Fluid auszustoßen; eine erste Heizvorrichtung (2) und eine zweite Heizvorrichtung (3), die jeweils auf einer Seite der Mikroinjektionsprozess-Pore angeordnet ist; bei welchem Verfahren die erste Heizvorrichtung (2) eine erste Blase (a) erzeugt und die zweite Heizvorrichtung (3) eine zweite Blase (b) erzeugt, wenn die Kammer (5) mit Fluid gefüllt ist, und die zwei Blasen (a, b) einen Fluidtropfen (F) aussprühen bzw. ausstoßen.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die erste und zweite Heizvorrichtung (2, 3) durch ein einziges Signal ausgelöst werden.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die erste Blase (a) als Ventil wirkt, um einen Ausstoß von Fluid in die bzw. in der Kammer zu begrenzen.
Biochip, umfassend: ein Substrat (16), eine Mehrzahl von hydrophoben Bereichen (18), die durch Mikroinjektion eines hydrophoben Materials auf dem Substrat ausgebildet sind; eine Mehrzahl von hydrophilen Trennabschnitten (20), die durch die hydrophoben Bereiche (18) voneinander getrennt sind und auf dem Substrat angeordnet sind; und eine Probe (22), die mit Hilfe eines Mikroinjektionsprozesses auf jedem Trennabschnitt (20) immobilisiert wurde.
Biochip nach Anspruch 18, bei dem das Substrat (16) ein hydrophobes Substrat ist, das Glas, Silizium, Quarz, Glimmer, Keramik oder Metalle umfasst oder aus diesen gebildet ist.
Biochip nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die Oberfläche des hydrophoben Substrats nach einer hydrophilen Behandlung eine hydrophile funktionale Gruppe enthält.
Biochip nach nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die hydrophile funktionale Gruppe -NH₂, -COOH, -SH, Epoxid, Aldehyd oder Streptavidin ist oder umfasst.
Biochip nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem das Substrat (16) ein hydrophiles Substrat ist, das Polystyrol, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polysulfon, Polyurethan oder Polymethylmethacrylat (PMMA) umfasst oder daraus gebildet ist.
Biochip nach Anspruch 20; bei dem das Substrat wegen einer hydrophoben Behandlung, die vor der Ausbildung der Mehrzahl von Trennabschnitten (20) auf dem Substrat (16) vorgenommen wird, hydrophob wird.
Biochip nach Anspruch 23, bei dem die hydrophile Behandlung nach der Bildung der Trennabschnitte (20) auf den Trennabschnitten vorgenommen wird, um diesen eine hydrophile funktionale Gruppe hinzuzufügen.
Biochip nach Anspruch 24, bei dem die hydrophile funktionale Gruppe -NH₂, -COOH, -SH, Epoxid, Aldehyd oder Streptavidin ist oder umfasst.
Biochip nach einem der Ansprüche 18 bis 25, bei dem das hydrophobe Material Teflon oder Polyimid ist oder aus Verbindungen gebildet ist, die Fluoride und Silizide enthalten.
Biochip nach einem der Ansprüche 18 bis 26, bei dem die Probe (22) DNA oder RNA ist oder aus Nukleotiden, Oligonukleotiden, Protein, Antikörpern oder Peptiden gebildet ist bzw. diese umfasst.
Biochip nach einem der Ansprüche 18 bis 27, bei dem die Probe mit Hilfe eines Adsorptionsprozesses, einer kovalenten Bindung, einer Einkapselung, einer Vernetzung oder eines Einfangens auf dem Trennabschnitt (20) immobilisiert wurde.