DE10332848A1 - Microarrays of immobilized biomolecules, their preparation and use - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Mikroarrays immobilisierter Biomoleküle, die wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte Flächenbereiche B aufweisen, die auf einer Oberfläche angeordnet sind, wobei jeder Flächenbereich mehrere, räumlich voneinander getrennte Plätze P aufweist, auf denen die Biomoleküle immobilisiert sind, und wobei die Ausdehnung der Bereiche im Mittel einem Abstand der Begrenzungslinie eines jeweiligen Bereichs B zu seinem Flächenmittelpunkt im Bereich von 10 mum bis 250 mum entspricht. DOLLAR A Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Mikrobioarrays, bei dem man entweder DOLLAR A - mittels Spotting-Techniken Biomoleküle ortsaufgelöst auf eine geeignet strukturierte Stempelfläche aufbringt, so dass jeder Spot mehrere der erhabenen Bereiche der Stempelfläche, beispielsweise säulenförmige Erhebungen, abdeckt und dann die Stempelfläche mit der Oberfläche, auf der die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, in Kontakt bringt und gegebenenfalls überschüssige, DOLLAR A d. h. nicht immobilisierte Biomoleküle entfernt (Variante 1); oder DOLLAR A - mittels muCP-Technik ein dem Array entsprechendes Muster an Verbindungen V, welche eine Immobilisierung von Biomolekülen auf einer Oberfläche bewirken, im Folgenden auch als Kupplungsmittel V bezeichnet, auf die Oberfläche aufbringt, wobei man einen Array erhält, der eine Vielzahl räumlich getrennter Plätze P aufweist, die mit der Verbindung V belegt sind, anschließend eine Lösung der Biomoleküle auf die so ...The present invention relates to microarrays of immobilized biomolecules having at least two spatially separated areas B arranged on a surface, each area having a plurality of spatially separated sites P on which the biomolecules are immobilized, and the extent of the areas on average corresponds to a distance of the boundary line of a respective area B to its area center in the range of 10 mum to 250 mum. DOLLAR A The invention also relates to a method for the production of microbioarrays, in which either DOLLAR A - spatially resolved by spotting techniques biomolecules applied to a suitably structured stamp surface, so that each spot more of the raised areas of the stamp surface, such as columnar elevations covers and then bring the stamp face into contact with the surface on which the biomolecules are to be immobilized and, if necessary, add excess DOLLAR A d. H. not immobilized biomolecules removed (variant 1); or DOLLAR A - by means of muCP technique a pattern corresponding to the array of compounds V, which cause immobilization of biomolecules on a surface, hereinafter also referred to as coupling agent V, applied to the surface, wherein an array is obtained, a plurality of spatially having separate sites P, which are occupied by the compound V, then a solution of the biomolecules on the so-called ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mikroarrays immobilisierter Biomoleküle, deren Herstellung und deren Verwendung. Ebenfalls betrifft die vorliegende Erfindung Vorrichtungen auf Basis derartiger Mikroarrays, insbesondere Chips und Dip Sticks.The The present invention relates to microarrays of immobilized biomolecules whose Production and use thereof. Also relates to the present Invention Devices based on such microarrays, in particular Chips and dip sticks.

Mit der zunehmenden praktischen Bedeutung der molekularbiologischen Analytik stoßen die mit einem sehr hohen Arbeits- und Kostenaufwand verknüpften, oft Tage oder Wochen dauernden etablierten Standardtechniken an Grenzen. Neue Testformate wie Biochips sollen eine enorme Zeit und Kostenersparnis ermöglichen. Da mit dieser Technik sehr viele verschiedene auf engstem Raum immobilisierte Substanzen gleichzeitig mit einer einzigen zu analysierenden Probe in Kontakt gebracht werden können, ist der pro Messung aus einem Chip gewonnene Informationsgehalt sehr hoch.With the increasing practical importance of molecular biology Analytics come across those associated with a very high work and cost, often Days or weeks of established standard techniques at borders. New test formats such as biochips are said to save a tremendous amount of time and money enable. Since with this technique a lot of different immobilized in a confined space Substances simultaneously with a single sample to be analyzed can be contacted is the information content obtained per measurement from a chip very high.

Eine Übersicht über die bekanntesten Biochip-Systeme findet man beispielsweise in Bowtell D. D. L. Nature Genetics Supplement 21 (1999) 25–32; Lockhart et al, Nature Biotechnology 14 (1996) 1675. Eine Übersicht über Protein- und Antikörper-Arrays gibt Cahill, D. J. Immunol. Methods, 250 (2001) 81–91.An overview of the The best-known biochip systems are found, for example, in Bowtell D.D. L. Nature Genetics Supplement 21 (1999) 25-32; Lockhart et al, Nature Biotechnology 14 (1996) 1675. An Overview of Protein and Antibody Arrays gives Cahill, D.J. Immunol. Methods, 250 (2001) 81-91.

Ein typisches Beispiel eines sogenannten „high density array" ist der GeneChip von Affymetrix, ein Oligonukleotidarray mit typischerweise über 400 verschiedenen Capture Probes, die Base für Base auf dem Glaswafer aufgebaut werden. Die Chips zeichnen sich durch eine sehr hohe Informationsdichte von bis zu 40.000 Oligonukleotiden/cm2 aus. Die einzelnen "Spots" sind rechteckig.A typical example of a so-called "high density array" is the GeneChip from Affymetrix, an oligonucleotide array with typically more than 400 different Capture probes, which are built base by base on the glass wafer.The chips are characterized by a very high information density of up to 40,000 oligonucleotides / cm 2. The individual "spots" are rectangular.

"Low Density Arrays" sind beispeilsweise von Genometrix erhältlich. Maximal 250 Spots von 50 μm Durchmesser werden mit einem Kapillar-Pin-Bündel aus bis zu 1000 Einzelkapillaren in die Kavitäten einer 96-er Mikrotiterplatte gedruckt. Zur Ankopplung an die Oberfläche werden konventionelle Techniken verwendet, denen insbesondere Aminosilanisierungen und NHS-aktivierte Haptene, epoxyaktivierte Oberflächen, Carbodiimidkopplungen an Carboxylgruppen sowie Biotin/Streptavidin-Bindungen zugrunde liegen (vgl. WO 97/18226; EP 0910570 A1 ; WO 98/29736).Low density arrays are available from Genometrix, for example. A maximum of 250 spots of 50 μm in diameter are printed in the wells of a 96-well microtiter plate using a capillary pin bundle of up to 1000 single capillaries. Conventional techniques are used for coupling to the surface, based in particular on aminosilanizations and NHS-activated haptens, epoxy-activated surfaces, carbodiimide coupling on carboxyl groups, and biotin / streptavidin bonds (see WO 97/18226; EP 0910570 A1 ; WO 98/29736).

Zur Herstellung von Mikrobioarrays stehen derzeit mehrere Methoden zur Verfügung. Die am häufigsten und auch für die Massenproduktion von Biochips eingesetzten Methoden sind Lithographietechniken und Spotting-Techniken (siehe Cheng et al. (Editor), Biochip technology, Harvard Academic Publishers 2001). Bei den Lithographie-Techniken handelt es sich um lithographische Verfahren, die der Halbleiter-Technik entlehnt sind, und mit dem sich Moleküle ortslokalisiert auf eine Oberfläche aufbringen lassen. So beschreibt beispielsweise die US 5,599,695 ein Verfahren zur Herstellung von Oligonukleotid-Arrays, bei dem man eine Oberfläche, die mit einer Molekülschicht aus geschützten Verbindungen, welche die Anbindung von Oligonukleotiden erlauben, belegt ist, mit einer Maske abdeckt, die durch die Maske nicht abgedeckten Stellen entschützt und die so behandelte Oberfläche mit Oligonukleotiden in Kontakt bringt. Die Oligonukleotide werden dabei an die entschützten Stellen der Oberfläche gebunden und bilden so eine der Maske entsprechende Anordnung von mit Oligonukleotiden belegten Bereichen/Plätzen. Derartige Techniken sind insbesondere für die Herstellung von Oligonukleotid-Arrays mit sehr hoher Spot-Dichte (High Density Chips) geeignet und erlauben die Auflösung von einigen 100 nm. Allerdings sind derartige lithographische Prozesse in der Regel nicht kompatibel mit biologisch aktiven Molekülen wie Proteinen und Zellen. Weiterhin sind die apparativen Kosten für derartige Verfahren sehr hoch.Several methods are currently available for the production of microbioarrays. The most common and also used methods for mass production of biochips are lithography techniques and spotting techniques (see Cheng et al. (Editor), Biochip technology, Harvard Academic Publishers 2001). The lithographic techniques are lithographic processes borrowed from semiconductor technology, which allow molecules to be localized on a surface. For example, describes the US 5,599,695 a method of making oligonucleotide arrays comprising covering a surface occupied by a molecular layer of protected compounds which allow attachment of oligonucleotides with a mask, deprotecting and thus treating the sites uncovered by the mask Contact surface with oligonucleotides. The oligonucleotides are bound to the deprotected sites of the surface and thus form an array corresponding to the mask occupied by oligonucleotides areas / places. Such techniques are particularly suitable for the production of very high density chip oligonucleotide arrays and allow the resolution of a few 100 nm. However, such lithographic processes are generally incompatible with biologically active molecules such as proteins and cells , Furthermore, the equipment costs for such procedures are very high.

Bei den Spotting-Techniken handelt es sich um Druckverfahren. Die Biomoleküle werden als Lösungen mit einem Drucksystem in Form eines regelmäßigen Punktmusters auf eine Oberfläche aufgebracht. Kernstück des Drucksystems ist ein Druckkopf, der entweder eine Serie von Nadeln aufweist oder ein Mikrodosierkopf ist. Letzterer erlaubt das parallele Drucken von verschiedenen Lösungen der Biomoleküle. Beim Drucken mit einem Mikrodosierkopf können nämlich verschiedene Flüssigkeiten in die Reservoire gefüllt werden, die mit dem Mikrodosierkopf verbunden sind. Man kann nacheinander mehrere 100 bis 1000 Druckvorgänge ohne Wiederbefüllung ausführen und so eine entsprechende Anzahl von Spots auf eine Oberfläche erzeugen. Mit den bislang üblichen Spotting-Techniken gelingt es jedoch nicht, Spots mit einem Durchmesser unterhalb 100 μm zu erzeugen. Damit ist diese Technik nicht geeignet, sogenannte High-Density Chips herzustellen, sondern lediglich Low- and Medium-Density Chips. Zwar wurden verschiedentlich Weiterentwicklungen der Spotting-Technik beschrieben, die es ermöglichen, Lösungen von Biomolekülen als Spots mit einer Auflö sung im Bereich < 1 μm auf eine Oberfläche aufzubringen. In diesem Zusammenhang sind die von Boland et al. (222nd ACS National Meeting 2001, S. 26–30) entwickelte Methode, die Nanopipetten-Methode (Bruckbauer et al. J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 8810), die Dip-Pen-Nanolithographie (DPN, Mirkin et al., Science 1999, 283, S. 661 und Science 1999, 286, S. 523) zu nennen. Diese Technologien sind allerdings sehr zeitaufwendig und ebenfalls mit hohen apparativen Kosten verbunden.The spotting techniques are printing processes. The biomolecules are applied to a surface as solutions with a printing system in the form of a regular dot pattern. At the heart of the printing system is a printhead, which either has a series of needles or is a micro-dosing head. The latter allows parallel printing of different solutions of biomolecules. Namely, when printing with a micro-dosing head, different liquids can be filled into the reservoirs which are connected to the micro-dosing head. You can successively perform several 100 to 1000 printing operations without refilling and thus generate a corresponding number of spots on a surface. However, with the usual spotting techniques it is not possible to produce spots with a diameter below 100 μm. Thus, this technique is not suitable to produce so-called high-density chips, but only low-and medium-density chips. Although various developments of the spotting technique have been described, which make it possible to apply solutions of biomolecules as spots with a resolution in the range of <1 micron on a surface. In this context, those of Boland et al. (222nd ACS National Meeting 2001, pp. 26-30), the nanopipette method (Bruckbauer et al. At the. Chem. Soc., 2002, 124, 8810), dip-pen nanolithography (DPN, Mirkin et al., Science 1999, 283, p. 661 and Science 1999, 286, p. 523). However, these technologies are very time consuming and also associated with high equipment costs.

In jüngerer Zeit wurde verschiedentlich eine Stempeltechnik, das sogenannte Mikrokontakt-Drucken (μCP) zur Herstellung von Arrays aus Biomolekülen auf Oberflächen angewendet (siehe Martin et al., Langmuir 1998, 14, S. 3971, Bernard et al., Langmuir 1998, 14, S. 2225, Chieng et al., Sensors and Actuators 2002, B 83, S. 22, Tan et al., Langmuir 2002, 18, S. 519, Inerowicz et al., Langmuir 2002, 18, S. 5263 und WO 01/67104). Mit der μCP-Technik, die ursprünglich zu anderen Zwecken entwickelt wurde, können die zu immobilisierenden Biomoleküle ortslokalisiert, d. h. in definierten Bereichen, auf eine Oberfläche aufgebracht werden. Hierbei geht man in der Regel so vor, dass man zunächst die Stempelfläche mit eine Lösung des zu immobilisierenden Biomoleküls in Kontakt bringt, den Stempel gegebenenfalls trocknet und anschließend die Stempelfläche mit der zu strukturierenden Oberfläche in Kontakt bringt. Hierbei wird das Biomolekül in denjenigen Bereichen, in denen die Stempelfläche mit der Oberfläche in Kontakt ist, auf die Oberfläche transferiert. Oberflächenbereiche, die nicht mit der Stempelfläche in Kontakt sind, bleiben hingegen unverändert. Auf diese Weise erhält man definierte Bereich auf der Oberfläche, die mit Biomolekülen belegt sind uns so ein Abbild des Stempels darstellen. Mit der μCP-Technik lassen sich Strukturen mit einer Auflösung bis hin zu etwa 100 nm herstellen. Im Unterschied zu der Spotting-Technik, die es erlaubt, auf einer Oberfläche mehrere Bereiche gleichzeitig aufzubringen, die mit verschiedenen Biomolekülen belegt sind, können mit der μCP-Technik lediglich identische Bereiche erzeugt werden. Für die Herstellung von Biochips werden jedoch in der Regel Arrays benötigt, die mehrere Bereiche aufweisen, welche hinsichtlich der Art und/oder der Belegungsdichte der Biomoleküle voneinander verschieden sind.In younger Time was variously a stamping technique, the so-called Microcontact printing (μCP) used to make arrays of biomolecules on surfaces (see Martin et al., Langmuir 1998, 14, p. 3971, Bernard et al., Langmuir 1998, 14, p. 2225, Chieng et al., Sensors and Actuators 2002, B 83, p. 22, Tan et al., Langmuir 2002, 18, p. 519, Inerowicz et al., Langmuir 2002, 18, p. 5263 and WO 01/67104). With the μCP technology, the original was developed for other purposes, which can be immobilized biomolecules localized, d. H. in defined areas, applied to a surface become. This is usually done in such a way that you first the stamp surface with a solution brings the biomolecule to be immobilized in contact, the stamp if necessary, dry and then with the stamp surface the surface to be structured brings in contact. Here, the biomolecule is in those areas, in which the stamp area with the surface is in contact, on the surface transferred. Surface areas, not with the stamp area on the other hand, remain unchanged. In this way you get defined Area on the surface, those with biomolecules are occupied us so represent an image of the stamp. With the μCP technology For example, structures with a resolution of up to about 100 nm can be produced. Unlike the spotting technique, which allows it on one surface to apply several areas simultaneously, with different ones biomolecules are occupied, can with the μCP technology only identical areas are generated. For the production of biochips however, typically arrays are needed that have multiple areas which, with regard to the type and / or the occupancy density the biomolecules are different from each other.

Inerowicz et al. (Langmuir 2002, 18, S. 5263) beschreiben eine μCP-Technik, bei der man mittels eines Polydimethylsiloxan-Stempels, der streifenförmige Erhebungen aufweist, zunächst streifenförmige Protein-Bereiche auf eine Oberfläche aufbringt. In einem zweiten Stempelvorgang wird dann ein Stempel mit gleicher Struktur mit einer Lösung eines zweiten Proteins benetzt und um 90° gedreht auf die bereits mit dem ersten Protein beschichtete Oberfläche aufgedrückt. So erhält man eine Oberfläche mit zwei unterschiedlichen, orthogonal angeordneten Proteinstreifen. Ein drittes Protein kann auf die noch nicht von den ersten beiden Proteinen belegte Oberfläche aufgebracht werden, indem man die Oberfläche mit einer Lösung des dritten Proteins spült. Auf diese Weise können jedoch nur drei unterschiedliche Biomoleküle auf die Oberfläche aufgebracht werden. Außerdem ist eine Überlappung zwischen unterschiedlichen Biomolekülen naturgemäß nicht vermeidbar. Daher weisen derartige Arrays nur eine geringe Trennschärfe auf.Inerowicz et al. (Langmuir 2002, 18, p. 5263) describe a μCP technique, in which by means of a polydimethylsiloxane stamp, the strip-shaped elevations has, first strip Protein areas on a surface applies. In a second stamping process then becomes a stamp with the same structure with a solution of a second protein wetted and rotated 90 ° imprinted on the already coated with the first protein surface. So receives to get a surface with two different, orthogonally arranged protein strips. A third protein may not be on the first two yet Proteins occupied surface be applied by applying a solution of the surface third protein rinses. That way you can however, only three different biomolecules are applied to the surface. Furthermore is an overlap naturally not between different biomolecules preventable. Therefore, such arrays have only a low selectivity.

Chieng et al. (Sensor and Actuators 2002, B 83, S. 22–29) beschreiben ein Verfahren zur Herstellung von Proteinarrays, bei dem man zunächst eine Proteinlösung in sogenannte Mikro-Wells einfügt, anschließend mit einem Stempel die Proteinlösung aus diesen Mikro-Wells aufnimmt und auf eine geeignete Oberfläche aufdruckt. Auf diese Weise lassen sich Protein-Arrays herstellen, die mehrere Bereiche aufweisen, welche sich in der Art der Proteinbelegung unterscheiden. Mit den dort beschriebenen Maßnahmen lassen sich jedoch nur vergleichsweise große Bereiche (Kantenlänge > 500 μm) herstellen. Ein ähnliches Verfahren beschreibt Renault et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 2320. Hierbei wird eine Maske mit einer Vielzahl von durchgängigen Löchern auf eine Stempelfläche gelegt, wobei in die Löcher Lösungen unterschiedlicher Antigene gefüllt werden. Hierdurch werden die Antigene auf die Stempeloberfläche aufgebracht. Anschließend wird die Stempelfläche mit einer Lösung von Antikörpern in Kontakt gebracht und anschließend auf eine geeignete Oberfläche gedruckt. Auf diese Weise können ebenfalls Protein-Arrays hergestellt werden, die bezüglich ihrer Proteine mehrere verschiedene Bereiche aufweisen. Mit beiden Verfahren lassen sich jedoch nur großflächige Bereiche herstellen. Beide Verfahren sind von ihrer Durchführung äußerst kompliziert und haben den Nachteil einer geringen Trennschärfe. Diese ist auf Kapillarkräfte der Proteinflüssigkeiten zurückzuführen.Chieng et al. (Sensor and Actuators 2002, B 83, pp 22-29) describe a method for the production of protein arrays, in which one first a protein solution into so-called micro-wells, subsequently with a stamp the protein solution from these micro-wells and imprints on a suitable surface. In this way, it is possible to produce protein arrays that contain several Have areas that differ in the type of protein occupancy. With the measures described there However, only comparatively large areas (edge length> 500 μm) can be produced. A similar Method describes Renault et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2002 41, 2320. Here, a mask with a plurality of continuous holes on a stamp area put, taking in the holes solutions filled with different antigens become. As a result, the antigens are applied to the stamp surface. Subsequently becomes the stamp area with a solution of antibodies brought into contact and then printed on a suitable surface. That way you can also protein arrays are produced, which in terms of their Proteins have several different areas. With both procedures However, only large areas can be produced. Both methods are extremely complicated and have their implementation the disadvantage of a low selectivity. This is due to capillary forces of protein liquids due.

Die WO 02/48676 beschreibt mehrschichtige Mikroarrays zur Herstellung von Bioarrays, die eine auf einer Oberfläche angeordnete erste Membran mit sehr feinen durchgängigen Löchern und eine darüber angeordnete zweite Membran mit vergleichsweise großen Löchern umfasst. In die großen Löcher werden Lösungen von Biomolekülen eingefüllt und dringen durch die feinen Löcher auf die Oberfläche. Nach Entfernen der unteren Membran erhält man somit ein Muster immobilisierter Biomole küle auf der Oberfläche. Auf diese Weise können jedoch nur Bioarrays mit sehr großflächigen Bereichen unterschiedlicher Biomoleküle erhalten werden. Zudem müssen diese Bereiche vergleichsweise große Abstände zueinander aufweisen, um eine ausreichende Auflösung zu erzielen, da Kapillarkräfte ein Verschmieren der Biomoleküle über die Bereichsgrenzen hinaus bewirken. Mit den drei letztgenannten Verfahren lassen sich nur solche Biochips herstellen, die eine vergleichsweise geringe Anzahl an Bereichen mit unterschiedlichen Biomolekülen aufweisen. Zudem sind diese Verfahren sehr aufwendig in ihrer Durchführung.The WO 02/48676 describes multilayer microarrays for the production of bioarrays having a first membrane disposed on a surface with very fine continuous holes and one about it arranged second membrane with comparatively large holes. In the big ones holes become solutions of biomolecules filled and penetrate through the fine holes on the surface. After removal of the lower membrane is thus obtained a pattern of immobilized Biomolecule on the surface. That way you can but only bioarrays with very large areas of different biomolecules to be obtained. In addition, must these areas have comparatively large distances from one another to a sufficient resolution to achieve because capillary forces smearing the biomolecules over the Area boundaries. With the last three mentioned procedures Only those biochips can be produced that are comparatively have low numbers of areas with different biomolecules. In addition, these methods are very expensive in their implementation.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Arrays immobilisierter Biomoleküle bereitzustellen, die einerseits eine möglichst große Anzahl von Bereichen aufweisen, die mit unterschiedlichen Biomolekülen belegt sein können und die eine erhöhte Auflösung bezüglich der unterschiedlichen Biomoleküle aufweisen. Zudem sollten diese Arrays einfach herstellbar sein, ohne dass es des Einsatzes kostenintensiver Techniken bedarf, wie sie für hochauflösende Spotting-Techniken erforderlich sind.Of the present invention is based on the object, arrays immobilized biomolecules provide, on the one hand, the largest possible number of areas, which may be occupied by different biomolecules and the one increased resolution in terms of the different biomolecules exhibit. In addition, these arrays should be easy to manufacture, without the need of costly techniques, such as she for high-resolution Spotting techniques are required.

Diese Aufgabe wird durch Mikroarrays immobilisierter Biomoleküle, im Folgenden auch Mikrobioarrays genannt, gelöst, die wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens zehn, insbesondere wenigstens fünfzig und speziell wenigstens hundert räumlich voneinander getrennte Flächenbereiche B aufweisen, die auf einer Oberfläche angeordnet sind, wobei jeder Flächenbereich mehrere, vorzugsweise im Mittel wenigstens zehn, insbesondere wenigstens hundert räumlich voneinander getrennte Plätze P aufweist, auf denen die Biomoleküle immobilisiert sind und wobei die Ausdehnung der Bereiche im Mittel einem Abstand der Begrenzungslinie eines jeweiligen Bereichs B zu seinem Flächenmittelpunkt im Bereich von 10 μm bis 250 μm insbesondere 25 μm bis 200 μm entspricht. Derartige Mikrobioarrays sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung.These The task is performed by microarrays of immobilized biomolecules, below also called microbioarrays, solved, the at least two, preferably at least ten, in particular at least fifty and especially at least one hundred spatially separated surface areas B, which are arranged on a surface, wherein every surface area a plurality, preferably on average at least ten, in particular at least a hundred spatially separate places P, on which the biomolecules are immobilized and wherein the extent of the areas on average a distance of the boundary line of a respective area B to its area center in the area of 10 μm up to 250 μm in particular 25 microns to 200 microns corresponds. Such microbioarrays are the subject of the present invention.

Diese Mikrobioarrays können überraschenderweise durch eine bislang nicht bekannte und einfach durchzuführende Kombination konventioneller Spotting-Techniken mit der μCP-Technik (siehe den einleitend zitierten Stand der Technik) hergestellt werden, wobei man entweder

  • – mittels Spotting-Techniken Biomoleküle ortsaufgelöst auf eine geeignet strukturierte Stempelfläche aufbringt, so dass jeder Spot mehrere der erhabenen Bereiche der Stempelfläche, beispielsweise säulenförmige Erhebungen, abdeckt und dann die Stempelfläche mit der Oberfläche, auf der die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, in Kontakt bringt und gegebenenfalls überschüssige, d. h. nicht immobilisierte Biomoleküle entfernt (Variante 1); oder
  • – mittels μCP-Technik ein dem Array entsprechendes Muster an Verbindungen V, welche eine Immobilisierung von Biomolekülen auf einer Oberfläche bewirken, im Folgenden auch als Kupplungsmittel V bezeichnet, auf die Oberfläche aufbringt, wobei man einen Array erhält, der eine Vielzahl räumlich getrennter Plätze P aufweist, die mit der Verbindung V belegt sind, anschließend eine Lösung der Biomoleküle auf die so bereitgestellte Oberfläche spottet, so dass jeder Spot mehrere Plätze P abdeckt und anschließend überschüssige Biomoleküle entfernt (Variante 2).
Surprisingly, these microbioarrays can be prepared by a hitherto unknown and easy to implement combination of conventional spotting techniques with the μCP technique (see the cited prior art), either
  • - By means of spotting techniques biomolecules spatially resolved on a suitably structured stamping surface so that each spot covers several of the raised areas of the stamp surface, such as columnar elevations, and then brings the stamp surface with the surface on which the biomolecules are to be immobilized in contact and optionally excess, ie not immobilized biomolecules removed (variant 1); or
  • - Apply by μCP technique an array corresponding pattern of compounds V, which cause immobilization of biomolecules on a surface, hereinafter also referred to as coupling agent V, applied to the surface, wherein one obtains an array having a plurality of spatially separated sites P which are occupied by the compound V, then mocks a solution of the biomolecules on the thus provided surface, so that each spot covers several places P and then removes excess biomolecules (variant 2).

Beide Verfahrensvarianten vereinen die hohe Auflösung, die durch die μCP-Technik erreicht wird und die Vorteile der Spotting-Technik, die es erlaubt, unterschiedliche Bereiche immobilisierter Biomoleküle in einfacher Weise zu erzeugen.Both Process variants combine the high resolution provided by the μCP technique is achieved and the benefits of the spotting technique that allows it different areas of immobilized biomolecules in easier Way to produce.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von Mikrobioarrays, bei dem man gemäß Variante 1 auf einer Stempelfläche, welche eine Vielzahl von erhabenen Bereichen (im Folgenden Erhebungen) aufweist, ein oder mehrere voneinander verschiedene Biomoleküle in wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens zehn, insbesondere wenigstens 50, speziell wenigstens 100, z. B. 100 bis 10000 voneinander räumlich getrennten Flächenbereichen B (=Spots) so aufbringt, dass die Biomoleküle in den Flächenbereichen B jeweils eine Vielzahl der Erhebungen in der Regel wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 50, insbesondere wenigstens 100, z. B. 100 bis 10000 Erhebungen der Stempelfläche abdecken, anschließend die Stempelfläche mit der Oberfläche, auf der die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, in Kontakt bringt und gegebenenfalls nicht immobilisierte Biomoleküle, z. B. durch Waschen, entfernt.The Invention thus relates to a process for the production of microbioarrays, in which one according to variant 1 on a stamp surface, which has a multiplicity of raised areas (in the following surveys), one or more mutually different biomolecules in at least two, preferably at least ten, in particular at least 50, specifically at least 100, z. B. 100 to 10,000 spatially separated surface areas B (= spots) so that the biomolecules in the surface areas B a plurality of surveys usually at least 10, preferably at least 50, in particular at least 100, z. 100 cover up to 10000 elevations of the stamp surface, then the stamp surface with the surface, on the biomolecules be immobilized, in contact and if necessary non-immobilized biomolecules, z. B. by washing, removed.

Dabei entspricht die Anzahl, Anordnung und Größe der in den Flächenbereichen B durch die Biomoleküle abgedeckten, erhabenen Bereiche der Stempelfläche jeweils der Anzahl, Anordnung und Größe der Plätze P eines Bereichs, auf denen die Biomoleküle immobilisiert sind. Die Anzahl, Anordnung und Größe der Flächenbereiche B entspricht in erster Näherung der Anzahl, Anordnung und Größe der Spots auf der Stempelfläche.there corresponds to the number, arrangement and size of the area areas B through the biomolecules covered, raised areas of the stamp surface respectively the number, arrangement and places P one size Area where the biomolecules are immobilized. The number, arrangement and size of the areas B corresponds to first approximation the number, arrangement and size of the spots on the stamp surface.

Die gleiche Anordnung lässt sich auch durch Variante 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielen. Hierzu bringt man auf eine Stempelfläche, die eine Vielzahl von Erhebungen aufweist, eine Verbindung V auf und stempelt auf die Oberfläche, auf der die Biomoleküle immobilisiert werden sollen. Auf diese Weise erhält man eine Oberfläche, die eine Vielzahl von räumlich getrennten Plätzen P aufweist, wobei die Anzahl, Anordnung und Größe der Plätze P der Anzahl, Anordnung und Größe der erhabenen Bereiche der Stempelfläche entspricht und die mit der Verbindung V belegt sind. Anschließend bringt man eine oder mehrere voneinander verschiedene Lösungen der zu immobilisierenden Biomoleküle in wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens zehn, insbesondere wenigstens fünfzig und speziell wenigstens hundert, z. B. hundert bis zehntausend voneinander räumlich getrennten Flächenbereichen B so auf, dass die Flächenbereiche B jeweils eine Vielzahl, in der Regel wenigstens zehn, vorzugsweise wenigstens fünfzig und speziell wenigstens hundert, z. B. hundert bis zehntausend der Plätze P, welche mit der Verbindung V belegt sind, abdecken. Dabei bewirkt die Verbindung V eine Anbindung, d.h. Immobilisierung der Biomoleküle auf der Oberfläche. Anschließend wird man die nicht immobilisierten Biomoleküle entfernen. In den so erhaltenen Arrays entspricht die Anzahl, Anordnung und Größe der separierten Bereiche B der Anzahl, Anordnung und Größe der Spots.The same arrangement can also be achieved by variant 2 of the method according to the invention. For this purpose, a compound V is applied to a stamp surface having a multiplicity of elevations and stamped onto the surface on which the biomolecules are to be immobilized. In this way, one obtains a surface having a plurality of spatially separated locations P, wherein the number, arrangement and size of the places P corresponds to the number, arrangement and size of the raised areas of the stamp surface and which are occupied by the connection V. Subsequently, one or more different solutions of the immobilized biomolecules in at least two, preferably at least ten, especially at least fifty and especially at least one hundred, z. One hundred to ten thousand of mutually spatially separated surface areas B so that the surface areas B each have a plurality, usually at least ten, preferably at least fifty and especially at least one hundred, z. B. hundred to ten thousand of the places P, which are occupied by the connection V, cover. The compound V brings about a binding, ie immobilization of the biomolecules on the surface. Subsequently, one will remove the non-immobilized biomolecules. In the arrays thus obtained, the number, arrangement and size of the separated regions B correspond to the number, arrangement and size of the spots.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den Varianten 1 und 2 ist nicht auf die Herstellung der erfindungsgemäßen Arrays beschränkt sondern erlaubt auch die Herstellung von Arrays mit einer Anordnung von Plätzen P und Bereichen B, die den erfindungsgemäßen Arrays entspricht, in denen jedoch die Flächenbereich B auch größere Ausdehnungen, z.B. > 500 μm oder darüber aufweisen. Vorzugsweise setzt man jedoch diese Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Arrays ein.The inventive method according to the variants 1 and 2 is not related to the preparation of the arrays of the invention limited but also allows the production of arrays with an array of places P and areas B, which corresponds to the arrays according to the invention, in which however, the area B also larger expansions, e.g. > 500 microns or more. However, it is preferable to use these processes for the preparation of Arrays according to the invention one.

Die Erfindung ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden:
Die erfindungsgemäßen Mikrobioarrays erlauben eine Kapazitätserhöhung gegenüber konventionellen durch Spotting-Techniken hergestellten Biochips, da bei letzteren in der Regel vier bis zehn Spots mit gleicher Biomolekül-Belegung erforderlich sind. um eine hinreichend genaue Detektion des Analyten zu gewährleisten. Bei den erfindungsgemäßen Arrays hingegen ist lediglich ein Flächenbereich, der in seiner Größe einem Spot entspricht, erforderlich. Aufgrund der Aufteilung der Bereiche in mehrere Plätze P wird zudem eine deutliche Empfindlichkeitssteigerung, d. h. ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis bei der Detektion von Analyten erreicht. Zudem werden zur Herstellung deutliche geringere Mengen an Biomolekülen benötigt. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Arrays vergleichsweise einfach herzustellen. Der Aufwand für ihre Herstellung entspricht auch bei einer Auflösung, die der eines High-Density-Biochip entspricht, lediglich dem Herstellungsaufwand eines durch konventionelle Spotting-Technik hergestellten Medium-Density-Biochips. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in einfacher Weise auch für die Massenproduktion von High-Density-Arrays einsetzen, denn die μCP-Technik erlaubt eine wiederholte Anwendung des Stempelvorgangs, ohne dass zwischendurch Spotting-Schritte erforderlich sind. Aufgrund der Anbindung der Biomoleküle an Plätze P innerhalb eines jeweiligen Bereichs sind die Bereichsgrenzen im Unterschied zu konventionellen Spots vergleichsweise schart, d. h. "Kaffeefleckformen", wie sie bei konventionellen Arrays, die durch Spotting-Technik hergestellt werden, auftreten, werden vermieden. Dies erlaubt eine sehr dichte Anordnung der einzelnen Flächenbereiche auf der Oberfläche des Arrays, ohne dass ein Verschmieren dieser Bereiche zu befürchten ist. Weiterhin zeigt sich überraschend, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei komplexeren Biomolekülen, bei denen die Gefahr einer Denaturierung besteht, insbesondere bei Proteinen, eine solche Denaturierung nicht auftritt. Daher betrifft eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung Proteinmikrobioarrays, also Mikroarrays immobilisierter Proteine.
The invention has a number of advantages:
The microbioarrays according to the invention allow an increase in capacity compared to conventional biochips produced by spotting techniques, since four to ten spots with the same biomolecule occupancy are generally required in the latter. to ensure a sufficiently accurate detection of the analyte. By contrast, in the arrays according to the invention, only a surface area corresponding in size to a spot is required. Due to the division of the areas into several places P, a clear increase in sensitivity, ie a better signal-to-noise ratio, is also achieved in the detection of analytes. In addition, significantly lower amounts of biomolecules are required for the production. Furthermore, the arrays according to the invention are relatively easy to produce. The expense for their production corresponds even at a resolution corresponding to that of a high-density biochip, only the production cost of a medium-density biochip produced by conventional spotting technology. The method according to the invention can also be used in a simple manner for the mass production of high-density arrays, since the μCP technique allows a repeated application of the stamping process without the need for intermittent spotting steps. Due to the attachment of the biomolecules to sites P within a given area, the area boundaries, unlike conventional spots, are comparatively sharp, ie "coffee stain forms", as occur with conventional arrays made by spotting techniques, are avoided. This allows a very dense arrangement of the individual surface areas on the surface of the array, without having to worry about smearing these areas. Furthermore, it is surprisingly found that the method according to the invention does not occur in the case of complex biomolecules in which there is the danger of denaturation, in particular in the case of proteins, such denaturation. Therefore, a particularly preferred embodiment of the invention relates to protein microbial arrays, ie microarrays of immobilized proteins.

Der Begriff "Array" bezeichnet eine Anordnung definierter Plätze P, insbesondere eine örtliche Zuordnung bestimmter Substanzen zu definierten Plätzen P, wobei verschiedenen Plätzen P gleiche oder unterschiedliche Substanzen zugeordnet sein können. Bei den zugeordneten Substanzen handelt es sich erfindungsgemäß um Biomoleküle. Die räumlichen Abmessungen der Plätze P liegen im μm-Bereich oder im sub-μm-Bereich. Daher werden die erfindungsgemäßen Arrays auch als Mikrobioarrays oder als Mikroarrays immobilisierter Biomoleküle bezeichnet.Of the Term "array" denotes a Arrangement of defined places P, in particular a local Assignment of certain substances to defined places P, taking different places P may be assigned the same or different substances. at the assigned substances are according to the invention biomolecules. The spatial Dimensions of the seats P are in the μm range or in the sub-micron range. Therefore, be the arrays of the invention also referred to as microbioarrays or as microarrays of immobilized biomolecules.

Die erfindungsgemäßen Mikrobioarrays weisen mehrere Bereiche auf, die ihrerseits wieder in räumlich voneinander getrennte Plätze P unterteilt sind. Den Plätzen P innerhalb eines jeden Bereichs ist die gleiche Substanzart zugeordnet, wobei allerdings auch denkbar ist, Gemische aus zwei oder mehreren Substanzarten den Plätzen P eines Bereichs zuzuordnen. Plätze P in unterschiedlichen Bereichen werden in der Regel bzgl. der Zusammensetzung und/oder der Belegungsdichte der jeweiligen Substanzart voneinander abweichen. In der Regel werden daher auf Plätzen P in unterschiedlichen Bereichen voneinander verschiedene Biomoleküle immobilisiert sein.The microbioarrays according to the invention have several areas, which in turn are spatially separated from each other separate seats P are subdivided. The squares P within each area is assigned the same substance type, although it is also conceivable mixtures of two or more Substance types the places Assign P to an area. courts P in different areas are usually in terms of composition and / or the occupation density of the respective substance type from one another differ. As a rule, therefore, places P are in different places Regions of different biomolecules be immobilized.

Der Begriff „Biochip" bezeichnet hier einen Array von Biomolekülen, die auf einem festen Träger immobilisiert sind.Of the Term "biochip" refers to here an array of biomolecules, the on a solid carrier are immobilized.

Der Begriff „Biomoleküle" bezeichnet beliebige biochemische und biologische Substanzen, sowohl als einzelne Moleküle als auch als mehrere miteinander wechselwirkende Moleküle. Zu nennen sind beispielsweise:

  • • Nukleinsäuren, insbesondere Oligonukleinsäuren, z.B. einzel- und/oder doppelsträngige, lineare, verzweigte oder circuläre DNA, cDNA, RNA, PNA (Peptide Nucleic Acid), LNA (Locked Nucleic Acid), PSNA (Phosphothioate Nucleic Acid);
  • • Antikörper, insbesondere humane, tierische, polyklonale, monoklonale, rekombinante, Antikörperfragmente, z.B. Fab, Fab', F(ab)2, synthetische;
  • • Proteine, z.B. Allergene, Inhibitoren, Rezeptoren;
  • • Enzyme, z.B. Peroxidasen, Alkalische-Phosphatasen, Glukose-Oxidase, Nukleasen;
  • • kleine Moleküle (Haptene), z.B. Pestizide, Hormone, Aminosäuren, Antibiotika, Pharmaka, Farbstoffe, synthetische Rezeptoren, Rezeptorliganden.
The term "biomolecules" refers to any biochemical and biological substances, both as single molecules and as several interacting molecules.
  • Nucleic acids, in particular oligonucleic acids, for example single and / or double-stranded, linear, branched or circular DNA, cDNA, RNA, PNA (Peptide Nucleic Acid), LNA (Locked Nucleic Acid), PSNA (Phosphothioate Nucleic Acid);
  • Antibodies, in particular human, animal, polyclonal, monoclonal, recombinant, antibody fragments, eg Fab, Fab ', F (ab) 2 , synthetic;
  • • proteins, eg allergens, inhibitors, receptors;
  • Enzymes, eg peroxidases, alkaline phosphatases, glucose oxidase, nucleases;
  • • small molecules (haptens), eg pesticides, hormones, amino acids, antibiotics, drugs, dyes, synthetic receptors, receptor ligands.

Einem weiteren Aspekt zufolge definiert der Begriff „Biomolekül" die Fähigkeit einer Substanz, mit einer biologischen Probe bzw. einem Teil davon, insbesondere dem Analyt, in eine bestimmte analytische Wechselwirkung treten zu können.a According to another aspect, the term "biomolecule" defines the ability of a substance with a biological sample or a part thereof, in particular the Analyte, to be able to enter into a certain analytical interaction.

Einem besonderen Aspekt zufolge ist ein bestimmter Typ von Biomolekül als Ligand zu bezeichnen. Liganden wechselwirken mit und insbesondere binden sie – vorzugsweise spezifisch – an bestimmte Targets.a In particular, one particular type of biomolecule is as a ligand to call. Ligands interact with and, in particular, bind they - preferably specific - to certain targets.

In den erfindungsgemäßen Arrays sind die Biomoleküle auf definierten Plätzen P einer Oberfläche immobilisiert. Diese Plätze P weisen eine bestimmte Form und Ausdehnung auf. Die Form der Plätze P ist grundsätzlich beliebig. Vorzugsweise ist die Form der Plätze P gleichförmig und weist beispielsweise eine polygone, z. B. eine n-eckige mit n = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, und hierunter bevorzugt eine recht eckige mit n = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, und hierunter bevorzugt eine rechteckige Geometrie, eine kreisförmige oder eine elipsoide Geometrie auf. Auch Mischformen dieser Geometrien sind grundsätzlich geeignet, z.B. gestreckte Ovale. Bevorzugt weisen die Plätze P eine kreisförmige oder elipsoide Geometrie auf. Die räumliche Ausdehnung dieser Plätze P korreliert naturgemäß mit dem Abstand der Begrenzungslinie eines jeweiligen Platzes zu seinem Flächenmittelpunkt. Dieser Abstand liegt im Mittel in der Regel im Bereich von 50 nm bis 50 μm, vorzugsweise 100 nm bis 25 μm, insbesondere 0,25 μm bis 20 μm und speziell 0,5 μm bis 10 μm.In the arrays of the invention are the biomolecules in defined places P a surface immobilized. These places P have a certain shape and extent. The shape of the places is P in principle any. Preferably, the shape of the places P is uniform and has, for example, a polygon, z. B. an n-sided with n = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12, and among them, preferably one right angular with n = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12, and below preferably a rectangular geometry, a circular or a ellipsoid geometry. Also mixed forms of these geometries are in principle suitable, e.g. stretched ovals. Preferably, the places P have a circular or ellipsoidal geometry. The spatial extent of these places P correlates naturally with the Distance of the boundary line of a particular place to his Centroid. This distance is on average usually in the range of 50 nm up to 50 μm, preferably 100 nm to 25 μm, in particular 0.25 μm up to 20 μm and especially 0.5 μm up to 10 μm.

Der Abstand benachbarter Plätze P, definiert durch den Abstand der Flächenmittelpunkte benachbarter Plätze P liegt in der Regel im Bereich von im Bereich von 200 nm bis 200 μm, häufig im Bereich von 1 μm bis 150 μm, insbesondere im Bereich von 5 μm bis 100 μm und speziell im Bereich von 10 μm bis 90 μm. Der mittlere minimale Abstand benachbarter Plätze P, definiert durch den Minimalabstand, den die Begrenzungslinien zweier benachbarter Plätze P aufweisen, liegt in der Regel im Bereich von 100 nm bis 150 μm, häufig im Bereich von 500 nm bis 120 μm, insbesondere im Bereich von 2 μm bis 100 μm, und speziell im Bereich von 5 μm bis 80 μm (Zahlenmittel).Of the Distance between adjacent places P, defined by the distance between the centers of the surfaces of adjacent ones courts P is usually in the range of in the range of 200 nm to 200 microns, often in Range from 1 μm to 150 μm, especially in the range of 5 microns up to 100 μm and especially in the range of 10 microns up to 90 μm. The mean minimum distance between adjacent places P, defined by the Minimum distance that the boundary lines of two neighboring places P have, is usually in the range of 100 nm to 150 microns, often in the range from 500 nm to 120 μm, especially in the range of 2 microns up to 100 μm, and especially in the range of 5 μm up to 80 μm (Number average).

Die Anordnung der Plätze P auf der Oberfläche kann regelmäßig oder unregelmäßig sein. Bevorzugt werden regelmäßige Anordnungen, d. h. Anordnungen in denen der mittlere Abstand, den zwei benachbarte Plätze P aufweisen, nicht mehr als 20% und speziell nicht mehr als 10% variiert, bzw. vom Mittelwert abweicht.The Arrangement of places P on the surface can be regular or be irregular. Preference is given to regular arrangements, d. H. Arrangements in which the average distance that two adjacent places P have, not more than 20% and especially not more than 10%, or deviates from the mean.

Erfindungsgemäß lassen sich die Plätze P des Arrays verschiedenen Flächenbereichen B zuordnen. Die auf den erfindungsgemäßen Mikrobioarrays angeordneten Flächenbereiche B weisen in der Regel eine gleichmäßige Geometrie, vorzugsweise eine elipsoide oder kreisförmige Geometrie auf. Ihre Ausdehnung korrelliert naturgemäß mit dem Abstand der Begrenzungslinie eines jeweiligen Bereichs B zu seinem Flächenmittelpunkt. Dieser Abstand liegt im Mittel in der Regel im Bereich von 10 μm bis 250 μm, vorzugsweise im Bereich von 25 μm bis 200 μm und insbesondere im Bereich von 30 μm bis 150 μm. Bei kreisförmigen Flächenbereichen B entspricht dies dem halben Durchmesser des jeweiligen Flächenbereichs. Die jeweiligen Flächenbereiche B bilden in der Regel eine gleichmäßige Anordnung auf der Oberfläche des Arrays. Der mittlere Abstand benachbarter Bereiche B, definiert durch den mittleren Abstand der Flächenmittelpunkte benachbarter Bereiche, wird in der Regel einen Wert von 50 μm, insbesondere 100 μm und speziell 200 μm nicht unterschreiten. Der minimale Abstand benachbarter Bereiche B, definiert durch den Minimalabstand, den die Begrenzungslinien zweier benachbarter Bereiche aufweisen, wird im Mittel einen Wert von 5 μm, insbesondere 10 μm und speziell 50 μm nicht unterschreiten.According to the invention the seats P of the array different surface areas Assign B The arranged on the microbioarrays according to the invention surface areas B usually have a uniform geometry, preferably an ellipsoidal or circular Geometry on. Their extent naturally correlates with the Distance of the boundary line of a respective area B to its Centroid. This distance is on average usually in the range of 10 microns to 250 microns, preferably in the range of 25 μm up to 200 μm and in particular in the range of 30 microns to 150 microns. For circular surface areas B corresponds to half the diameter of the respective surface area. The respective surface areas B usually form a uniform arrangement on the surface of the Arrays. The mean distance between adjacent areas B, defined by the mean distance of the centers of the area adjacent Areas, is usually a value of 50 microns, especially 100 microns and specifically 200 μm not below. The minimum distance between adjacent areas B, defined by the minimum distance that the boundary lines of two adjacent Have areas, a mean value of 5 microns, in particular 10 μm and especially 50 μm not below.

Die erfindungsgemäßen Mikrobioarrays weisen in den jeweiligen Flächenbereichen B jeweils mehrere, im Mittel wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 50 und insbesondere wenigstens 100 und bis zu 10000, vorzugsweise bis 5000 und insbesondere bis 1000 räumlich voneinander getrennte Plätze P auf, auf denen die Biomoleküle immobilisiert sind.The microbioarrays according to the invention show in the respective surface areas B in each case a plurality, on average at least 10, preferably at least 50 and in particular at least 100 and up to 10000, preferably to 5000 and especially to 1000 spatially separated courts P on which the biomolecules are immobilized.

Erfindungsgemäß sind die Biomoleküle in den Mikroarrays auf einer Oberfläche immobilisiert, d. h. ortsfest gebunden. Die Bindung kann über kovalente Wechselwirkungen, koordinative Wechselwirkungen, ionische bzw. elektrostatische Wechselwirkungen, Wasserstoffbrücken-Bindungen, hydrophobe Wechselwirkungen und Mischformen der vorgenannten Wechselwirkungen erfolgen.According to the invention biomolecules immobilized in a microarray on a surface, d. H. stationary bound. The bond can over covalent interactions, coordinative interactions, ionic or electrostatic interactions, hydrogen bonds, hydrophobic interactions and mixed forms of the aforementioned interactions respectively.

Die Anbindung kann dabei sowohl direkt an die Oberfläche erfolgen als auch über eine die Anbindung des Biomoleküls vermittelnde Substanz V erfolgen. Bei diesen Substanzen V handelt es sich in der Regel um Verbindungen, die kovalent an die Oberfläche, auf der die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, gebunden ist, und die gleichzeitig an das Biomolekül binden kann, beispielsweise durch kovalente Wechselwirkung, ionische Wechselwirkung, koordinative Wechselwirkung, Wasserstoffbrückenbindungen, hydrophobe Wechselwirkungen und Mischformen derartiger Wechselwirkungen, wie sie beispielsweise bei der Basenpaarung von Oligonukleotiden, bei der Protein-Protein-Wechselwirkung, Antikörper-Antigen-Bindung und bei der Protein-Ligand-Wechselwirkung auftreten (affinitive Wechselwirkungen).The Connection can be made both directly to the surface as well as via a the attachment of the biomolecule mediating substance V done. These substances V is They are usually compounds that are covalently attached to the surface the biomolecules to be immobilized, bound, and simultaneously to the biomolecule can bind, for example by covalent interaction, ionic Interaction, coordinative interaction, hydrogen bonds, hydrophobic interactions and mixed forms of such interactions, as used, for example, in the base pairing of oligonucleotides, in the protein-protein interaction, antibody-antigen binding and in the protein-ligand interaction occur (affinitive interactions).

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anbindung über kovalente Wechselwirkungen. Die Biomoleküle sind dann beispielsweise über Ester-, Amid-, Sulfonamid, Imino-, Amidino-, Urethan-, Harnstoff-, Thiourethan-, Thioharnstoff-, Sulfid-, Sulfonyl-, Ether- oder Aminogruppen an die Biomoleküle gebunden.In a preferred embodiment The invention is the connection via covalent interactions. The biomolecules are then over, for example Ester, amide, sulfonamide, imino, amidino, urethane, urea, Thiourethane, thiourea, sulfide, sulfonyl, ether or amino groups to the biomolecules bound.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Biomoleküle über eine durch ein Metallatom vermittelte, koordinative Bindung gebunden. In diesen Fällen erfolgt die Anbindung des Metallatoms an die Oberfläche über funktionelle Gruppen, die eine koordinative Bindung mit dem Metallatom ausbilden können, beispielsweise Carboxylgruppen, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, SH-Gruppen, Oxim-Gruppen, Aldehyd-Gruppen, Keto-Gruppen oder heterocyclische Gruppen mit einem Imino-Stickstoff wie in Pyridin, Chinolin, Imidazol oder Oxazol. Vorzugsweise sind die Metallatome über wenigstens 2, z. B. 2, 3 oder 4 derartige Gruppen als Chelat gebunden. Beispiele für geeignete Metalle sind insbesondere Übergangsmetalle, speziell Übergangsmetalle der dritten Periode, die im wässrigen Milieu zweiwertige Ionen ausbilden können, beispielsweise Kupfer(II), Nickel(II), Zink(II), Kobalt(II) und Eisen(II). Die Biomoleküle binden dann an diese Metalle über eine, vorzugsweise über zwei oder drei räumlich benachbarte funktionelle Gruppen der vorgenannten Art.In another embodiment In the invention, the biomolecules are one bound by a metal atom, coordinated binding. In these cases the attachment of the metal atom to the surface occurs via functional Groups that form a coordinative bond with the metal atom can, for example Carboxyl groups, hydroxyl groups, amino groups, SH groups, oxime groups, Aldehyde groups, keto groups or heterocyclic groups with a Imino nitrogen as in pyridine, quinoline, imidazole or oxazole. Preferably the metal atoms over at least 2, z. B. 2, 3 or 4 such groups bound as a chelate. examples for Suitable metals are especially transition metals, especially transition metals the third period, that in the aqueous Environment can form divalent ions, for example copper (II), Nickel (II), zinc (II), cobalt (II) and iron (II). Bind the biomolecules then to these metals one, preferably over two or three spatially adjacent functional groups of the aforementioned kind.

In einer dritten Ausführungsform erfolgt die Anbindung der Biomoleküle über koordinierende Wasserstoffbrücken-Bindungen, wie sie beispielsweise bei der Basenpaarung von Nukleotid-Sequenzen auftreten. In dieser Ausführungsform sind kurze Oligo oder Polynukleotid-Sequenzen mit in der Regel wenigstens zwei, z. B. 2 bis 100, insbesondere 2 bis 20 Basen über vorzugsweise kovalente Bindungen an die Oberfläche gebunden. Das Biomolekül weist dann dementsprechend eine hierzu zumindest teilweise komplementäre Oligo- oder Polynucleotidsequenz auf, wobei wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 10 benachbarte Basen zu einer entsprechenden Anzahl benachbarter Basen komplementär sind.In a third embodiment the binding of the biomolecules takes place via coordinating hydrogen bonds, as for example in the base pairing of nucleotide sequences occur. In this embodiment are short oligo or polynucleotide sequences with usually at least two, z. B. 2 to 100, especially 2 to 20 bases over preferably covalent bonds bound to the surface. The biomolecule points then an accordingly at least partially complementary oligo- or polynucleotide sequence, wherein at least 2, preferably at least 10 adjacent bases to a corresponding number of adjacent ones Bases complementary are.

In einer vierten Ausführungsform der Erfindung sind die Biomoleküle über affinitive Wechselwirkungen, z. B. Protein-Protein-Wechselwirkungen, wie sie beispielsweise bei der Bindung von Antigenen an Antikörper auftreten, oder Protein-Ligand-Wechselwirkungen, beispielsweise über ein Biotin-Streptavidin- oder Biotin-Avidin-System gebunden.In a fourth embodiment In the invention, the biomolecules are affinitive Interactions, e.g. For example, protein-protein interactions, such as occur, for example, in the binding of antigens to antibodies, or protein-ligand interactions, for example about bound a biotin-streptavidin or biotin-avidin system.

Als Oberflächen für die erfindungsgemäßen Arrays kommen grundsätzlich alle Oberflächen in Betracht, auf denen sich Biomoleküle immobilisieren lassen, ohne dass es zu einer Deaktivierung der Biomoleküle kommt. Bei diesen Oberflächenmaterialien kann es sich um die Oberfläche eines Trägermaterials oder eine modifizierte Oberfläche eines Trägermaterials handeln. Die Trägermaterialien können starr oder flexibel sein. Typische Trägermaterialien umfassen oxidische Trägermaterialien wie Glas, Quarz, Keramik, Halbmetalle wie Silicium und Germanium, übliche Halbleitermaterialien, z. B. dotiertes Silicium oder dotiertes Germanium, Metalle und Metall-Legierungen, insbesondere auf Basis von Gold, Polymere, z. B. Polyvinylchlorid, Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen, Polymethylpenthen, Polyester, Fluorpolymere wie Teflon, Polyamide, Polyurethane, Polyalkyl(meth)acrylate, Polystyrol, Blends und Komposite der vorgenannten Materialien und dergleichen. Bevorzugt werden Materialien, deren Oberfläche eine geringe Rauhigkeit aufweist. Vorzugsweise beträgt der die Rauhigkeit charakterisierende Ra-Wert nicht mehr als 100 nm und insbesondere nicht mehr als 50 nm. Bevorzugte Trägermaterialien sind Glas und Siliciumwafer.As surfaces for the arrays according to the invention, basically all surfaces can be considered on which biomolecules can be immobilized without causing deactivation of the biomolecules. These surface materials may be the surface of a support material or a modified surface of a support material. The carrier materials can be rigid or flexible. Typical support materials include oxidic support materials such as glass, quartz, ceramics, semimetals such as silicon and germanium, common semiconductor materials, eg. As doped silicon or doped germanium, metals and metal alloys, especially based on gold, polymers, eg. As polyvinyl chloride, polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polymethylpenthene, polyesters, fluoropolymers such as Teflon, polyamides, polyurethanes, polyalkyl (meth) acrylates, polystyrene, blends and composites of the aforementioned materials and the like. Preference is given to materials whose surface has a low roughness. Preferably, the roughness characterizing R a value is not more than 100 nm and in particular not more than 50 nm. Preferred support materials are glass and silicon wafers.

In der Regel empfiehlt es sich, die Oberflächen inerter Trägermaterialien, z.B. Glas, Keramik, Metall, Halbmetall wie Silizium, Polyolefin wie Polyethylen oder Polypropylen, zu aktivieren, d. h. in einer Weise zu behandeln, dass sie eine Vielzahl funktioneller Gruppen R aufweisen, die mit hierzu komplementär reaktiven Gruppen R' unter Ausbildung einer chemischen Bindung, vorzugweise einer kovalenten chemischen Bindung, reagieren können. Diese funktionellen Gruppen R ermöglichen es, die Biomoleküle direkt über eine chemische Bindung oder indirekt, d. h. mittels einer der oben definierten Substanzen V, die über derartige Gruppen kovalent an die Oberfläche gebunden wird, auf der Oberfläche zu immobilisieren.In As a rule, it is recommended that the surfaces of inert substrates, e.g. Glass, ceramics, metal, semi-metal like silicon, polyolefin such as polyethylene or polypropylene, to activate, d. H. in a Way to handle that they have a variety of functional groups R, with the complementary reactive groups R 'under training a chemical bond, preferably a covalent chemical Binding, can react. These functional groups R allow the biomolecules directly via a chemical bond or indirectly, d. H. by means of one of the above defined Substances V that over such groups is covalently bound to the surface on which surface to immobilize.

Reaktive Gruppen R in Sinne dieser Erfindung sind solche, die mit Nucleophilen in einer Additionsreaktion einschließlich einer Michael-Reaktion oder in einer Substitutionsreaktion reagieren, z. B. Isocyanat-Gruppen, (Meth)acrylgruppen, Vinylsulfongruppen, Oxiran-Gruppen, Aldehydgruppen, Oxazolingruppen, Carbonsäuregruppen, Carbonsäureester- und Carbonsäureanhydridgruppen, Carbonsäure- und Sulfonsäurehalogenid-Gruppen, aber auch die hierzu komplementären, als Nucleophil reagierenden Gruppen wie alkoholische OH-Gruppen, primäre und sekundäre Aminogruppen, Thiolgruppen und dergleichen. Als Beispiel für Carbonsäureestergruppen sind insbesondere sogenannte Aktivestergruppen der Formel -C(O)O-X zu nennen, worin X für Pentafluorphenyl, Pyrrolidin-2,5-dion-1-yl, Benzo-1,2,3-triazol-1-yl oder einen Carboxamidin-Rest steht, sowie NHS-Ester (N-Hydroxy-succinimid-Ester). Reaktive Gruppen im Sinne der Erfindung sind auch nucleophile Gruppen, die mit den vorgenannten elektophilen Gruppen unter Bindungsbildung reagieren, z. B. NH2, SH, oder OH, insbesondere jedoch NH2. Es versteht sich von selbst, dass eine erfindungsgemäße O berfläche entweder überwiegend elektrophile Gruppen oder überwiegend nucleophile Gruppen aufweist, wobei im Falle von NCO/NH2 auch beide Gruppen nebeneinander vorliegen können.Reactive groups R in the context of this invention are those which react with nucleophiles in an additionre reaction including a Michael reaction or in a substitution reaction, e.g. As isocyanate groups, (meth) acrylic groups, vinylsulfone groups, oxirane groups, aldehyde groups, oxazoline groups, carboxylic acid groups, Carbonsäureester- and carboxylic anhydride groups, carboxylic acid and sulfonic acid halide groups, but also the complementary, reacting as a nucleophile groups such as alcoholic OH groups , primary and secondary amino groups, thiol groups and the like. Examples of carboxylic ester groups are in particular so-called active ester groups of the formula -C (O) OX in which X is pentafluorophenyl, pyrrolidine-2,5-dione-1-yl, benzo-1,2,3-triazol-1-yl or a carboxamidine residue, and NHS esters (N-hydroxy-succinimide ester). Reactive groups within the meaning of the invention are also nucleophilic groups which react with the aforementioned electophilic groups to form bonds, e.g. As NH 2 , SH, or OH, but especially NH 2 . It goes without saying that an inventive surface either predominantly electrophilic groups or predominantly nucleophilic groups, wherein in the case of NCO / NH 2 , both groups may be present side by side.

Eine Übersicht über reaktive Gruppen R und hierzu komplementäre funktionelle Gruppen R' gibt die Tabelle 1, wobei die reaktiven Gruppen R in der ersten Zeile und die hierzu komplementären Gruppen R' in der ersten Spalte angegeben sind: Tabelle 1: Komplementäre funktionelle Gruppen

Figure 00140001
An overview of reactive groups R and functional groups R 'complementary thereto is given in Table 1, wherein the reactive groups R in the first row and the complementary groups R' in the first column are given: TABLE 1 Complementary functional groups
Figure 00140001

Geeignet sind als reaktive Gruppen R auch radikalisch polymerisierbare C=C-Doppelbindungen, z. B. neben den oben genannten (Meth)acrylgruppen auch Vinylether- und Vinylestergruppen, weiterhin aktivierte C=C-Doppelbindungen, aktivierte C=C-Dreifachbindung und N=N-Doppelbindungen, die mit Allylgruppen im Sinne einer en-Reaktion oder mit konjugierten Diolefin-Gruppen im Sinne einer Diels-Alder-Reaktion reagieren. Beispiele für Gruppen, die mit Allylgruppen im Sinne einer en-Reaktion oder mit Dienen im Sinne einer Diels-Alder-Reaktion reagieren können, sind Maleinsäure- und Fumarsäure-Gruppen, Maleinsäureester- und Fumarsäureester-Gruppen, Zimtsäureestergruppen, Propiolsäure(ester)gruppen, Maleinsäureamid- und Fumarsäureamid-Gruppen, Maleinimid-Gruppen, Azodicarbonsäureester-Gruppen und 1,3,4-Triazolin-2,5-dion-Gruppen.Suitable are reactive groups R and free-radically polymerizable C = C double bonds, z. B. in addition to the above-mentioned (meth) acrylic groups and vinyl ether and vinyl ester groups, further activated C = C double bonds, activated C = C triple bond and N = N double bonds with Allyl groups in the sense of an ene reaction or with conjugated diolefin groups in the sense of a Diels-Alder reaction react. examples for Groups containing allyl groups in the sense of an ene reaction or with dienes in the sense of a Diels-Alder reaction can react, are maleic acid and fumaric acid groups, maleic acid ester and fumaric acid ester groups, cinnamic ester groups, Propiolic acid (ester) groups, Maleinsäureamid- and fumaric acid amide groups, Maleimide groups, azodicarboxylic acid ester groups and 1,3,4-triazoline-2,5-dione groups.

Zu den Gruppen R zählen im weiteren Sinne auch als Liganden wirkende Gruppen, die Metallionen, insbesondere von Übergangsmetallen und speziell von Übergangsmetalle der dritten Periode, die im wässrigen Milieu zweiwertige Ionen ausbilden können, wie beispielsweise Kupfer(II), Nickel(II), Zink(II), Kobalt(II) und Eisen(II), binden, welche ihrerseits eine koordinative Bindung an das Biomolekül vermitteln. Zu den als Liganden wirkenden Gruppen zählen beispielsweise Carboxylgruppen, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, SH-Gruppen, Oxim-Gruppen, Aldehyd-Gruppen, Keto-Gruppen und heterocyclische Gruppen mit einem Imino-Stickstoff wie in Pyridin, Chinolin, Imidazol oder Oxazol. Vorzugsweise sind die als Liganden wirkenden Gruppe auf der Oberfläche so angeordnet, dass die Metallatome über wenigstens 2, z. B. 2, 3 oder 4 derartige Gruppen als Chelat gebunden sind.The groups R in a broader sense also include groups acting as ligands, the metal ions, in particular of transition metals and especially of transition metals of the third period, which can form divalent ions in an aqueous medium, such as copper (II), nickel (II), zinc (II), cobalt (II) and iron (II), which in turn mediate coordinate binding to the biomolecule. Examples of groups acting as ligands include carboxyl groups, hydroxyl groups, amino groups, SH groups, oxime groups, aldehyde groups, keto groups and heterocyclic groups having an imino nitrogen, such as in pyridine, quinoline, imidazole or oxazole. Preferably, the group acting as ligands on the surface arranged so that the metal atoms over at least 2, z. B. 2, 3 or 4 such groups are bound as a chelate.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die organische Oberflächenschicht auf ihrer Oberfläche solche funktionellen Gruppen auf, die einer Additions- oder Substitutionsreaktion durch Nucleophile zugänglich sind. Bevorzugte Gruppen R sind Isocyanat-, Isothiocyanat-, Aldehyd, Aktivester, Acryl- und Methacrylgruppen, so dass die Biomoleküle mit der Oberfläche über eine der folgenden funktionellen Gruppen, ausgewählt unter Amidgruppen, Urethangruppen, Harnstoffgruppen, Thiourethangruppen, Estergruppen, Iminogruppen, Thioharnstoffgruppen oder Sulfoethylgruppen und gegebenenfalls über einen Spacer, gebunden sind.In a preferred embodiment has the organic surface layer on their surface such functional groups that undergo an addition or substitution reaction are accessible by nucleophiles. Preferred groups R are isocyanate, isothiocyanate, aldehyde, active esters, Acrylic and methacrylic groups, so that the biomolecules with the Surface over one the following functional groups selected from amide groups, urethane groups, Urea groups, thiourethane groups, ester groups, imino groups, thiourea groups or sulfoethyl groups and optionally via a spacer are.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anbindung der Biomoleküle oder der Substanz V über auf der Oberflächenschicht befindliche Isocyanat-Gruppen unter Ausbildung von Urethan- oder Harnstoffgruppen.In a special embodiment The invention involves the attachment of biomolecules or the substance V on the surface layer present isocyanate groups with formation of urethane or urea groups.

In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Oberfläche eine Vielzahl an nucleophilen Gruppen, insbesondere NH2-Gruppen auf, so dass die zur Immobilisierung eingesetzten Biomoleküle oder die Substanz V eine hierzu komplementär-reaktive Gruppe, beispielsweise eine Isocyanat-Gruppe, eine Estergruppe, z.B. eine Aktiv- oder NHS-Ester-Gruppe aufweisen.In another particularly preferred embodiment of the invention, the surface has a multiplicity of nucleophilic groups, in particular NH 2 groups, such that the biomolecules used for the immobilization or the substance V is a group which is complementary to this, for example an isocyanate group, an ester group , For example, have an active or NHS ester group.

Zur Erzeugung von Oberflächen, die eine Vielzahl reaktiver Gruppen R aufweisen, kann man beispielsweise die Oberflächen inerter Trägermaterialien durch Behandlung mit Säuren oder Laugen aktivieren. Die Aktivierung kann auch durch Oxidation (Abflammen), durch Elektronenbestrahlung oder durch eine Plasmabehandlung mit einem sauerstoffhaltigen Plasma erfolgen wie sie von P. Chevallier et al. J. Phys. Chem. B 2001, 105(50), 12490–12497; in JP 09302118 A2 ; in DE 10011275 ; oder von D. Klee. et al. Adv. Polym. Sci. 1999, 149, 1–57, beschrieben wurde. Die Aktivierung der Oberfläche kann auch mittels Plasmabehandlung mit einem NH3-haltigen Plasma erfolgen, wie sie in US 6,017,577 , 6,040,058 und 6,080,488 beschrieben wird. Durch Plasma-Modifizierung hergestellte mit Aminogruppen hergestellte PE-Folien sind auch im Handel erhältlich.To produce surfaces having a plurality of reactive groups R, it is possible, for example, to activate the surfaces of inert support materials by treatment with acids or alkalis. Activation may also be by oxidation (flame-off), by electron beam irradiation, or by plasma treatment with an oxygen-containing plasma as described by P. Chevallier et al. J. Phys. Chem. B 2001, 105 (50), 12490-12497; in JP 09302118 A2 ; in DE 10011275 ; or by D. Klee. et al. Adv. Polym. Sci. 1999, 149, 1-57. The activation of the surface can also be carried out by means of plasma treatment with an NH 3 -containing plasma, as described in US Pat US 6,017,577 . 6,040,058 and 6,080,488 is described. Plasma-modified, amino-produced PE films are also commercially available.

Häufig umfasst das Aktivieren der Oberfläche auch das Aufbringen einer organischen Beschichtung, die an ihrer Oberfläche eine Vielzahl der oben definierten funktionellen Gruppen R aufweist. Diese Beschichtung wird im Folgenden auch als Haftschicht bezeichnet. Hierzu werden bi- oder polyfunktionelle organische Verbindungen oder Polymere auf die Oberfläche aufgebracht, die wenigstens eine funktionelle Gruppe aufweist, die mit den funktionellen Gruppen auf der Oberfläche des Trägermaterials unter Bindungsbildung (kovalent, ionisch und/oder koordinativ) reagieren und die wenigstens zusätzliche eine weitere funktionelle Gruppe R der oben bezeichneten Art aufweisen. Diese Substanzen können als dünne oder ultradünne Schichten, insbesondere als monomolekulare oder multimolekulare Schichten auf die Trägeroberfläche aufgebracht oder mittels "Chemical Vapor Deposition" (CVD) auf der Oberfläche des Trägermaterials erzeugt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt sind sehr dünne Haftschichten mit einer Dicke vorzugsweise < 100 nm, insbesondere < 10 nm und speziell monomolekulare Schichten, insbesondere selbst organisierende Monoschichten (Self-Assembled Monolayers, SAM), beispielsweise von Thiol-Verbindungen, die wenigstens eine weitere Gruppe R aufweisen, speziell für die Behandlung von Edelmetalloberflächen, von Silanverbindungen, die wenigstens eine Gruppe R aufweisen, insbesondere zur Erzeugung von Monoschichten auf Silicium oder Glasoberflächen, weiterhin makromolekulare Monoschichten, die durch Pfropfung von Polymeren auf die Oberfläche oder durch Pfropfpolymerisation auf der Oberfläche erhalten werden und deren Polymere geeignete funktionelle Gruppen R aufweisen.Often included activating the interface also applying an organic coating to theirs surface a plurality of the above-defined functional groups R has. This coating is also referred to below as an adhesive layer. These are bi- or polyfunctional organic compounds or polymers on the surface having at least one functional group, the with the functional groups on the surface of the support material under bond formation (covalent, ionic and / or coordinative) and the at least additional have a further functional group R of the type described above. These substances can as a thin one or ultrathin Layers, in particular as monomolecular or multimolecular Layers applied to the carrier surface or by means of "Chemical Vapor Deposition "(CVD) on the surface of the carrier material be generated. According to the invention preferred are very thin Adhesive layers with a thickness preferably <100 nm, in particular <10 nm and especially monomolecular layers, in particular self-assembling monolayers (self-assembled monolayers, SAM), for example of thiol compounds containing at least one have another group R, especially for the treatment of precious metal surfaces, of Silane compounds which have at least one group R, in particular for producing monolayers on silicon or glass surfaces, further macromolecular monolayers formed by grafting polymers on the surface or are obtained by graft polymerization on the surface and their Polymers having suitable functional groups R.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Erzeugung der Haftschicht Verbindungen eingesetzt, die als haftungsvermittelnde Gruppen Silangruppen, insbesondere Trialkoxysilangruppen aufweisen. Beispiele für derartige Verbindungen sind Trialkoxyaminoalkylsilane wie Triethoxyaminopropylsilan und N[(3-Triethoxysilyl)-propyl]ethylendiamin, Trialkoxyalkyl-3-glycidylethersilane wie Triethoxypropyl-3-glycidylethersilan, Trialkoxyalkylmercaptane wie Triethoxypropylmercaptan, Trialkoxyallylsilane wie Allyltrimethoxysilan, Trialkoxy(isocyanatoalkyl)silane sowie Trialkoxysilyl(meth)acryloxyalkane und -(meth)acrylamidoalkane wie 1-Triethoxysilyl-3-acryloxypropan. Diese Verbindungen werden in sehr dünnen Schichten, insbesondere als Monolage auf die Oberfläche aufgebracht, vorzugsweise nach vorheriger Aktivierung. Verfahren hierzu sind aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt.In a preferred embodiment The invention relates to the formation of the adhesive layer compounds used as the adhesion-promoting groups silane groups, in particular Having trialkoxysilane groups. Examples of such compounds are Trialkoxyaminoalkylsilanes such as triethoxyaminopropylsilane and N [(3-triethoxysilyl) -propyl] -ethylenediamine, Trialkoxyalkyl-3-glycidyl ether silanes such as triethoxypropyl-3-glycidyl ether silane, Trialkoxyalkylmercaptans such as triethoxypropylmercaptan, trialkoxyallylsilanes such as allyltrimethoxysilane, trialkoxy (isocyanatoalkyl) silanes and Trialkoxysilyl (meth) acryloxyalkanes and - (meth) acrylamidoalkanes as 1-triethoxysilyl-3-acryloxypropan. These compounds are in very thin layers, in particular as a monolayer on the surface applied, preferably after previous activation. method This is known from the cited prior art.

Weiterhin sind zur Herstellung von Haftschichten auch Polyammoniumverbindung mit freien primären Amingruppen, wie sie z. B. von J. Scheerder, J.F.J Engbersen, und D.N. Reinhoudt, Recl. Trav. Chim. Pays-Bas 1996, 115(6), 307–320, und von Decher, Science 1997, 277, 1232–1237 zu diesem Zweck beschrieben werden, zu nennen. Geeignet sind weiterhin polyfunktionelle Polymere, die mit dem Kettenrückgrat auf der Trägeroberfläche absorbiert werden und die weitere funktionelle Gruppen R aufweisen. Hier sind insbesondere monomolekulare Beschichtungen aus Polylysin und/oder Polyethylenimin zu nennen.Furthermore, for the production of adhesive layers and polyammonium compound with free primary amine groups, as z. By J. Scheerder, JFJ Engbersen, and DN Reinhoudt, Recl. Trav. Chim. Pays-Bas 1996, 115 (6), 307-320, and Decher, Science 1997, 277, 1232-1237 for this purpose to be called. Also suitable are polyfunctional polymers which are absorbed by the chain backbone on the carrier surface and which have further functional groups R. Particular mention should be made here of monomolecular coatings of polylysine and / or polyethyleneimine.

Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen der Haftschicht auf den Träger, insbesondere im Falle inerter Trägermaterialien, nach einer Aktivierung durch Behandlung mit Säuren oder Laugen, durch Oxidation (Abflammen), durch Elektronenbestrahlung oder durch eine Plasmabehandlung in der oben beschriebenen Weise.Preferably the adhesive layer is applied to the carrier, in particular in the case of inert carrier materials, after activation by treatment with acids or alkalis, by oxidation (Flaming), by electron irradiation or by a plasma treatment in the manner described above.

Die Aktivierung der Oberfläche kann auch in einer Weise erfolgen, dass man anstelle einer Haftschicht oder vorzugsweise auf die Haftschicht oder auf eine in sonstiger Weise aktivierte Oberfläche eine weitere Beschichtung aufbringt, die zur Immobilisierung der Biomoleküle besonders geeignet ist und anstelle der reaktiven Gruppen R solche Gruppen aufweist, die eine Anbindung der Biomoleküle über koordinative Bindungen, über Wasserstoffbrückenbindungen, über hydrophobe Wechselwirkungen oder über affinitive Bindungen erlaubt. Hierzu wird man auf der Oberfläche eine vorzugsweise monomolekulare Schicht der oben genannten Verbindungen V generieren, z.B. Schichten aus Chelat-Bildnern, niedermolekularen Liganden für Proteinsequenzen wie Biotin, aus Proteinen wie Avidin oder Streptavidin, oder aus Oligonucleotiden. Es versteht sich von selber, dass man eine derartige Aktivierung nur dann vornehmen wird, wenn die Herstellung der Arrays nach Variante 1 erfolgt.The Activation of the surface can also be done in a way that instead of an adhesive layer or preferably on the adhesive layer or in any other way activated surface applying a further coating which is used to immobilize the biomolecules is particularly suitable and instead of the reactive groups R such Has groups that have a binding of biomolecules via coordinative Bindings, over Hydrogen bonds, via hydrophobic Interactions or over affinitive bonds allowed. For this one becomes on the surface one preferably monomolecular layer of the above compounds Generate V, e.g. Layers of chelated, low molecular weight Ligands for Protein sequences such as biotin, from proteins such as avidin or streptavidin, or from oligonucleotides. It goes without saying that one Such an activation will only be made if the production the arrays according to variant 1 takes place.

Trägermaterialien, die eine derartige organische Oberflächenschicht (Haftschicht) aufweisen, sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus dem eingangs zitierten Stand der Technik und großteils kommerziell erhältlich, beispielsweise von der Firma Bioslide Technologies, Walnut CA, USA (NH2-funktionalisierte Träger, CHO-funktionalisierte Träger, Epoxy-funktionalisierte Träger, Polylysin-beschichtete Träger), von der Firma Xenopor Corp., Hawthorne, NJ, USA (NH2-funktionalisierte Träger, Aldehyd-funktionalisierte Träger, Epoxid-funktionalisierte Träger, Maliimid-funktionalisierte Träger, Nickel-Chelat-Träger, Streptavidin-funktionalisierte Träger, biotinylierte Träger, Thiol-modifizierte Träger), von der Firma Greiner Bio-One GmbH, (Amino-funktionalisierte Träger, Aldehyd-funktionalisierte Träger, Streptavidin-Träger), Xan Tec Bioanalytics GmbH (mit Polysacchand-Hydrogelen beschichtete Träger, Streptavidin-funktionalisierte Träger, Biotin-funktionalisierte Träger, ultrahydrophobe Alkyl-Schichten, Carboxyl-funktionalisierte Träger, Hydrazon-funktionalisierte Träger, Thiol-funktionalisierte Träger) Firma Amersham Biosciences UK Ltd., England (polymere Amino-modifizierte Oberfläche), Firma Schott Glas, Mainz, Deutschland (Multi-funktionalisierte Aminosilan-Beschichtungen, Nexterion®-Träger), Firma Sunergia Group Inc. (Aminosilan-modifizierte Träger, Isothiocyanat-modifizierte Träger).Support materials which have such an organic surface layer (adhesive layer) are known in principle, for example from the cited prior art and largely commercially available, for example from the company Bioslide Technologies, Walnut CA, USA (NH 2 -functionalized support, CHO-functionalized Supports, epoxy-functionalized supports, polylysine-coated supports), from Xenopor Corp., Hawthorne, NJ, USA (NH 2 -functionalized supports, aldehyde-functionalized supports, epoxide-functionalized supports, maliimide-functionalized supports, nickel chelate Carriers, streptavidin-functionalized carriers, biotinylated carriers, thiol-modified carriers), from Greiner Bio-One GmbH, (amino-functionalized carriers, aldehyde-functionalized carriers, streptavidin carriers), Xan Tec Bioanalytics GmbH (with polysaccharide). Hydrogel-coated carriers, streptavidin-functionalized carriers, biotin-functionalized carriers r, ultrahydrophobic alkyl layers, carboxyl-functionalized supports, hydrazone-functionalized supports, thiol-functionalized supports) Amersham Biosciences UK Ltd., England (polymeric amino-modified surface), Schott Glas, Mainz, Germany (multi-functionalized aminosilane coatings, Nexterion ® carrier), company Sunergia Group Inc. (amino-modified support, isothiocyanate-modified support).

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Biomoleküle auf einer Hydrogel-bildenden Oberflächenschicht gebunden. Diese Oberflächenschicht sollte naturgemäß sehr dünn sein, vorzugsweise im trockenen Zustand eine Dicke ≤ 50 μm, insbesondere ≤ 10 μm und speziell ≤ 1 μm, besonders bevorzugt ≤ 500 nm und speziell ≤ 100 nm aufweisen, um die Funktion des Biochips nicht nachteilig zu beeinflussen. In der Regel wird diese Hydrogel-bildende Schicht eine mittlere Dicke von wenigstens 0,5 nm, vorzugsweise wenigstens 1 nm und speziell wenigstens 5 nm aufweisen. Unter einer Hydrogel-bildenden Schicht versteht man polymere Schichten, die bei Einwirkung von Feuchtigkeit durch Interkalation von Wasser quellen.In a preferred embodiment The invention relates to the biomolecules bonded to a hydrogel-forming surface layer. These surface layer should be very thin by nature, preferably in the dry state, a thickness ≦ 50 μm, in particular ≦ 10 μm and especially ≦ 1 μm, especially preferably ≤ 500 nm and especially ≤ 100 nm so as not to adversely affect the function of the biochip. As a rule, this hydrogel-forming layer becomes a medium Thickness of at least 0.5 nm, preferably at least 1 nm and especially at least 5 nm. Under a hydrogel-forming layer One understands polymeric layers, which are exposed to moisture swell by intercalation of water.

Die Hydrogel-bildenden Beschichtungen können direkt auf die Oberfläche des Trägers, z.B. auf eine durch Behandlung mit Säuren oder Laugen, durch Oxidation (Abflammen), durch Elektronenbestrahlung oder durch eine Plasmabehandlung aktivierte Oberfläche, oder an die oben beschriebene Haftschicht gebunden sein. Bevorzugt sind naturgemäß Hydrogel-bildende Beschichtungen, die an ihrer Oberfläche eine große Anzahl freier funktioneller Gruppen R wie oben beschrieben aufweisen. Träger mit Hydrogel-Beschichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden für die Zwecke der Biochip-Herstellung auch kommerziell angeboten, beispielsweise von der Firma Perkin-Elmer, Life and Analytical Sciences, Boston, MA, USA (mit Polyacrylamid-Hydrogelen beschichtete Träger, Hydrogel® Coated Slides) und XanTec Bioanalytics GmbH (mit Polysaccharid-Hydrogelen beschichtete Träger, die an ihrer Oberfläche freie Carboxyl-, Amino, Hydrazino-, SH, Streptavidin- oder Biotin-Gruppen aufweisen.The hydrogel-forming coatings may be bonded directly to the surface of the support, for example to a surface activated by treatment with acids or alkalis, by oxidation (flaming), by electron beam or plasma treatment, or to the adhesive layer described above. Hydrogel-forming coatings are naturally preferred which have on their surface a large number of free functional groups R as described above. Carriers having hydrogel coatings are known in the art and are also commercially available for the purposes of biochip production, for example, from Perkin-Elmer, Life and Analytical Sciences, Boston, MA, USA (polyacrylamide hydrogel coated carriers coated hydrogel ® coated Slides) and XanTec Bioanalytics GmbH (with polysaccharide hydrogels carrier, the free at its surface carboxyl, amino, hydrazino, SH, streptavidin or having biotin groups.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Hydrogel-Schicht aus untereinander vernetzten sternförmigen Präpolymeren aufgebaut sind, wobei die sternförmigen Präpolymere im Mittel wenigstens 4, in der Regel 4 bis 12, vorzugsweise 5 bis 10 und speziell 6 bis 8 Polymerarme A aufweisen, die für sich gesehen wasserlöslich sind. Derartige Beschichtungen sind im Prinzip bekannt, beispielsweise aus den deutschen Patentanmeldungen 10203937.2 und 10216639.0, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird. Diese Oberflächen zeichnen sich durch eine besonders geringe Affinität gegenüber einer unspezifischen Bindung von Biomolekülen, insbesondere Proteinen und Zellen aus. Zudem weisen diese Oberfläche eine Vielzahl funktioneller Gruppen R, insbesondere die in Tabelle 1 genannten Gruppen, auf, die in der oben beschriebenen Weise zur Immobilisierung der Biomoleküle genutzt werden können. Zudem sind die dort beschriebenen Hydrogel-bildenden Beschichtungen außerordentlich stabil gegenüber Alterung und mechanischer Belastung.In a particularly preferred embodiment, the hydrogel layer is composed of mutually crosslinked star-shaped prepolymers, wherein the star-shaped prepolymers have on average at least 4, usually 4 to 12, preferably 5 to 10 and especially 6 to 8 polymer arms A, which by themselves are water soluble. Such coatings are known in principle, for example from German patent applications 10203937.2 and 10216639.0, the disclosure of which is hereby incorporated by reference. These surfaces are characterized by a particularly low affinity for non-specific binding of biomolecules, especially proteins and cells. In addition, these surfaces have a variety functional groups R, in particular the groups mentioned in Table 1, which can be used in the manner described above for immobilizing the biomolecules. In addition, the hydrogel-forming coatings described therein are extremely stable to aging and mechanical stress.

Unter sternförmigen Präpolymeren versteht man solche Polymere, die mehrere an eine niedermolekulare Zentraleinheit gebundene Polymerketten aufweisen, wobei die niedermolekulare Zentraleinheit in der Regel 4 bis 100 Gerüstatome wie C-Atome, N-Atome oder O-Atome aufweisen wird.Under stellate prepolymers one understands such polymers, which are several to a low molecular weight Have central unit bonded polymer chains, wherein the low molecular weight Central unit usually 4 to 100 skeletal atoms such as C atoms, N atoms or O atoms will exhibit.

Das zahlenmittlere Molekulargewicht der Polymerarme liegt in der Regel im Bereich von 200 bis 20000 Dalton, vorzugsweise im Bereich von 300 bis 10000 Dalton, insbesondere im Bereich von 400 bis 8000 Dalton und speziell im Bereich von 500 bis 5000 Dalton. Dementsprechend weist das sternförmige Präpolymer ein zahlenmittleres Molekulargewicht im Bereich von in der Regel wenigstens 1500 Dalton, vorzugsweise 2000 bis 100000 Dalton, insbesondere 2500 bis 50000 Dalton und speziell 3000 bis 30000 Dalton auf. Die hydrogel-bildenden Eigenschaften der Oberflächenschicht wird durch die Wasserlöslichkeit der Polymerarme gewährleistet. Sie ist in der Regel dann gewährleistet, wenn der molekulare Aufbau, d. h. zumindest die Art der Wiederholungseinheiten, vorzugsweise auch das Molekulargewicht des Polymerarms, einem Polymeren entspricht, dessen Löslichkeit in Wasser wenigstens 1 Gew.-% und vorzugsweise wenigstens 5 Gew.-% (bei 25 °C und 1 bar) beträgt. Beispiele für derartige Polymere mit hinreichender Wasserlöslichkeit sind Poly-C2-C4-alkylenoxide, Polyoxazoline, Polyvinylalkohole, Homo- und Copolymere, die wenigstens 50 Gew.-% N-Vinylpyrrolidon einpolymerisiert enthalten, Homo- und Copolymere, die wenigstens 30 Gew.-% Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat, Acrylamid, Methacrylamid, Acrylsäure und/oder Methacrylsäure einpolymerisiert enthalten, hydroxilierte Polydiene und dergleichen. Vorzugsweise leiten sich die Polymerarme A von Poly-C2-C4-alkylenoxiden ab und sind insbesondere ausgewählt unter Polyethylenoxid, Polypropylenoxid und Polyethylenoxid/Polypropylenoxid-Copolymeren, die eine Block- oder eine statistische Anordnung der Wiederholungseinheiten aufweisen können. Insbesondere bevorzugt sind sternförmige Präpolymere deren Polymerarme A von Polyethylenoxiden oder von Polyethylenoxid/Polypropylenoxid-Copolymeren mit einem Propylenoxid-Anteil von nicht mehr als 50 % abgeleitet sind.The number-average molecular weight of the polymer arms is generally in the range from 200 to 20,000 daltons, preferably in the range from 300 to 10,000 daltons, in particular in the range from 400 to 8,000 daltons and especially in the range from 500 to 5,000 daltons. Accordingly, the star-shaped prepolymer has a number-average molecular weight in the range of generally at least 1500 daltons, preferably 2000 to 100,000 daltons, in particular 2500 to 50,000 daltons and especially 3000 to 30,000 daltons. The hydrogel-forming properties of the surface layer are ensured by the water solubility of the polymer arms. It is generally ensured if the molecular structure, ie at least the type of repeating units, preferably also the molecular weight of the polymer arm, corresponds to a polymer whose solubility in water is at least 1% by weight and preferably at least 5% by weight ( at 25 ° C and 1 bar). Examples of such polymers with sufficient water solubility are poly-C 2 -C 4 -alkylene oxides, polyoxazolines, polyvinyl alcohols, homopolymers and copolymers which contain at least 50 wt .-% of N-vinylpyrrolidone in copolymerized form, homopolymers and copolymers containing at least 30 wt. % Hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, acrylamide, methacrylamide, acrylic acid and / or methacrylic acid in copolymerized form, hydroxylated polydienes and the like. The polymer arms A are preferably derived from poly-C 2 -C 4 -alkylene oxides and are in particular selected from polyethylene oxide, polypropylene oxide and polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymers, which may have a block or a random arrangement of the repeat units. Particular preference is given to star-shaped prepolymers whose polymer arms A are derived from polyethylene oxides or from polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymers having a propylene oxide content of not more than 50%.

Um eine Vernetzbarkeit der Präpolymere zu gewährleisten weise sie an den Enden Ihrer Polymerarme funktionelle Gruppen auf, die mit hierzu komplementär reaktiven funktionellen Gruppen unter Ausbildung kovalenter Bindungen reagieren. Beispiele für derartige Gruppen sind die in Tabelle 1 unter R bwz. R' genannten funktionellen Gruppen.Around a crosslinkability of the prepolymers to ensure have functional groups at the ends of your polymer arms, which is complementary to this reactive functional groups to form covalent bonds react. examples for such groups are those in Table 1 under R bwz. R 'called functional Groups.

Für die Herstellung Hydrogel-bildender Beschichtungen, die aus untereinander vernetzten sternförmigen Präpolymeren aufgebaut sind, haben sich insbesondere solche Präpolymere bewährt, die an den Enden ihrer Polymerarme Isocyanat-Gruppen aufweisen und besonders bevorzugt Isocyanat-Endgruppen, die von aliphatischen Diisocyanaten abgeleitet sind, insbesondere solche wie sie durch Addition von Isophorondiisocyanat (IPDI) auf die Kettenenden von OH-Gruppen-terminierten sternförmigen Präpolymervorstufen erhalten werden.For the production Hydrogel-forming coatings, which crosslinked from each other stellate prepolymers are constructed, in particular, such prepolymers proven, which have isocyanate groups at the ends of their polymer arms and particularly preferably isocyanate end groups derived from aliphatic Diisocyanates are derived, in particular those as by Addition of isophorone diisocyanate (IPDI) to the chain ends of OH group-terminated star-shaped Präpolymervorstufen to be obtained.

Die erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden Präpolymere sind z. T. bekannt, z. B. aus der WO 98/20060, US 6,162,862 , Götz et al., Macromol. Mater. Eng. 2002, 287, S. 223, Bartelink et al. J. Polymer Science 2000, 38, S. 2555, DE 10216639.0 und DE 10203937 (sternförmige Polyether-Präpolymere), Chujo Y. et al., Polym. J. 1992, 24(11), 1301–1306 (sternförmige Polyoxazolin-Präpolymere), WO 01/55360 (sternförmige Polyvinylalkohole, sternförmige, Vinylpyrrolidon enthaltende Copolymere) oder können nach den dort beschriebenen Methoden hergestellt werden.The inventively used for the prepolymers are z. T. known, for. From WO 98/20060, US 6,162,862 , Gotz et al., Macromol. Mater. Closely. 2002, 287, p. 223, Bartelink et al. J. Polymer Science 2000, 38, p. 2555, DE 10216639.0 and DE 10203937 (star-shaped polyether prepolymers), Chujo Y. et al., Polym. J. 1992, 24 (11), 1301-1306 (star-shaped polyoxazoline prepolymers), WO 01/55360 (star-shaped polyvinyl alcohols, star-shaped, vinylpyrrolidone-containing copolymers) or can be prepared by the methods described therein.

Die Bereitstellung der im wesentlichen aus miteinander vernetzten sternförmigen Präpolymeren aufgebauten organischen Oberfläche umfasst daher üblicherweise das Abscheiden der sternförmigen Präpolymere auf der Oberfläche eines Trägers und anschließendes Vernetzen der reaktiven Gruppen der sternförmigen Präpolymere. Die Schritte der Abscheidung und der Vernetzung können gewünschtenfalls wiederholt durchgeführt werden. Man gelangt auf diese Weise zu dickeren Schichten.The Providing the essentially crosslinked star-shaped prepolymers built-up organic surface therefore usually includes the deposition of the star-shaped prepolymers on the surface a carrier and subsequent Crosslinking of the reactive groups of the star-shaped prepolymers. The steps of Deposition and networking can if desired repeatedly performed become. You get in this way to thicker layers.

In der Regel umfasst das Verfahren des Abscheidens der sternförmigen Präpolymere die folgenden Schritte:

  • i.a. Abscheiden des sternförmigen Präpolymeren auf der Oberfläche eines Trägers durch Aufbringen einer Lösung wenigstens eines sternförmigen Präpolymeren, das im Mittel wenigstens vier Polymerarme A aufweist, die für sich gesehen in Wasser löslich sind und an ihren freien Enden eine reaktive funktionelle Gruppe tragen, auf die zu Oberfläche des Trägers;
  • i.b. anschließend Durchführen einer Verknüpfungsreaktion der reaktiven Gruppen untereinander und Entfernen des Lösungsmittels; und
  • i.c. gegegebenenfalls Umwandeln der funktionellen Gruppen auf der Oberfläche der Oberflächenschicht.
In general, the method of depositing the star-shaped prepolymers comprises the following steps:
  • ia depositing the star-shaped prepolymer on the surface of a carrier by applying a solution of at least one star-shaped prepolymer having on average at least four polymer arms A, which are individually soluble in water and carry at their free ends a reactive functional group to which Surface of the carrier;
  • ib subsequently carrying out a linking reaction of the reactive groups with one another and Ent removing the solvent; and
  • optionally, converting the functional groups on the surface of the surface layer.

In Schritt i.a. erhält man eine Beschichtung, die aus unvernetzten Präpolymeren aufgebaut ist und die eine Vielzahl funktioneller Gruppen auf ihrer Oberfläche aufweist. In dieser Beschichtung wird eine Verknüpfungsreaktion der reaktiven Gruppen untereinander durchgeführt, wobei die Verknüpfungsreaktion nach dem Aufbringen und Entfernen des Lösungsmittels durch nachträgliches Behandeln der Beschichtung mit einem Vernetzer oder beim Entfernen des Lösungsmittels erfolgen kann, wenn die Lösung bereits einen geeigneten Vernetzer enthält und/oder die funktionellen Gruppen des Präpolymeren untereinander eine chemische Reaktion unter Bindungsbildung eingehen.In Step i.a. receives one coating, which is composed of uncrosslinked prepolymers and which has a plurality of functional groups on its surface. In this coating becomes a linking reaction of the reactive Groups carried out among themselves, where the linking reaction after application and removal of the solvent by subsequent Treat the coating with a crosslinker or on removal of the solvent can be done when the solution already contains a suitable crosslinker and / or the functional Groups of the prepolymer undergo a chemical reaction with bond formation.

Beispiele für Abscheidungsverfahren sind die Immersion der zu beschichtenden Ober fläche in der Lösung des Präpolymeren sowie das Spincoating – hierbei wird die Lösung des Präpolymeren auf die mit hoher Geschwindigkeit rotierende zu beschichtende Oberfläche aufgebracht. Es versteht sich von selbst, dass man zur Herstellung ultradünner Beschichtungen die Beschichtungsmaßnahmen in der Regel unter staubfreien Bedingungen durchführt.Examples for deposition processes are the immersion of the surface to be coated in the solution of prepolymers as well as the spincoating - here becomes the solution of the prepolymer applied to the rotating at high speed surface to be coated. It goes without saying that you can make ultra-thin coatings the coating measures usually carried out under dust-free conditions.

Bei dem Immersionsverfahren taucht man die Substrate in eine Lösung des sternförmigen Präpolymers in einem geeigneten Lösungsmittel und lässt anschließend die Lösung ablaufen, so dass ein dünner Flüssigkeitsfilm mit möglichst einheitlicher Dicke auf dem Substrat verbleibt. Dieser wird anschließend eingetrocknet. Die resultierende Filmdicke hängt von der Konzentration des Präpolymers in der Lösung ab. Anschließend wird die Vernetzung ausgelöst.at the immersion process immersed the substrates in a solution of stellate prepolymer in a suitable solvent and lets subsequently the solution drain, leaving a thinner liquid film with as possible uniform thickness remains on the substrate. This is then dried. The resulting film thickness depends from the concentration of the prepolymer in the solution from. Subsequently, will the networking triggered.

Beim Spincoating wird in der Regel das zunächst nicht rotierende Substrat mit der Lösung des sternförmigen Präpolymeren vollständig benetzt. Anschließend wird das zu beschichtende Substrat mit hohen Umdrehungszahlen, in der Regel wenigstens 50 U/min, häufig wenigstens 500 U/min, z.B. 500 bis 30000 U/min, vorzugsweise oberhalb 1000 U/min, z. B. 1000 bis 10000 U/min, und besonders bevorzugt 3000 bis 6000 U/min, in Rotation versetzt, wobei die Lösung weitgehend abgeschleudert wird und ein dünner Beschichtungsfilm auf der Oberfläche des Substrats verbleibt. Anschließend wird auch hier eine Vernetzung ausgelöst.At the Spincoating usually becomes the initially non-rotating substrate with the solution of the star-shaped prepolymers Completely wetted. Subsequently is the substrate to be coated with high numbers of revolutions, in usually at least 50 rpm, often at least 500 rpm, e.g. 500 to 30,000 rpm, preferably above 1000 rpm, z. From 1000 to 10,000 rpm, and more preferably 3000 to 6000 rev / min, set in rotation, the solution largely is thrown off and a thinner Coating film on the surface of the substrate remains. Then, here is a networking triggered.

Üblicherweise beträgt die Konzentration wenigstens 0,001 mg/ml, vorzugsweise wenigstens 0,01 mg/ml, insbesondere wenigstens 0,1 mg/ml, besonders bevorzugt wenigstens 1 mg/ml. Die Konzentration des Präpolymeren in der Lösung wird in der Regel einen Wert von 500 mg/ml, vorzugsweise 250 mg/ml und insbesondere 100 mg/ml nicht überschreiten. Über die Konzentration lässt sich naturgemäß die Dicke der Beschichtung steuern.Usually is the concentration is at least 0.001 mg / ml, preferably at least 0.01 mg / ml, especially at least 0.1 mg / ml, more preferably at least 1 mg / ml. The concentration of the prepolymer in the solution is usually a value of 500 mg / ml, preferably 250 mg / ml and especially 100 mg / ml. About the Concentration lets naturally the thickness control the coating.

Zur Herstellung der Lösungen der Präpolymere sind grundsätzlich alle Lösungsmittel geeignet, welche keine oder nur eine geringe Reaktivität gegenüber den funktionellen Gruppen des zu lösenden Präpolymeren aufweisen. Hierunter sind solche bevorzugt, die einen hohen Dampfdruck aufweisen und sich somit leicht entfernen lassen. Bevorzugt sind daher solche Lösungsmittel die bei Normaldruck eine Siedetemperatur unterhalb 150 °C und vorzugsweise unterhalb 120 °C aufweisen. Beispiele für geeig nete Lösungsmittel sind aprotische Lösungsmittel, z. B. Ether wie Tetrahydrofuran (THF), Dioxan, Diethylether, tert.-Butylmethylether, aromatische Kohlenwasserstoffe wie Xylole und Toluol, weiterhin Acetonitril, Propionitril und Mischungen dieser Lösungsmittel. Im Falle von Präpolymeren mit OH-, SH-, Carboxyl-, (Meth)acryl- und Oxirangruppen sind auch protische Lösungsmittel wie Wasser oder Alkohole, z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol und tert.-Butanol, sowie deren Mischungen mit aprotischen Lösungsmitteln geeignet. Im Falle von Präpolymeren mit Isocyanat-Gruppen sind neben den vorgenannten aprotischen Lösungsmitteln überraschenderweise auch Wasser sowie Mischungen von Wasser mit aprotischen Lösungsmitteln geeignet, da der Abbau der Isocyanatgruppen der Präpolymere in derartigen Lösungen vergleichsweise langsam erfolgt.to Production of the solutions the prepolymer are basically all solvents suitable, which no or only a low reactivity with respect to functional groups of the to be solved Have prepolymers. Of these, preferred are those which have a high vapor pressure and thus easy to remove. Preference is therefore given to such solvent at normal pressure, a boiling temperature below 150 ° C and preferably below 120 ° C exhibit. examples for suitable solvent are aprotic solvents, z. As ethers such as tetrahydrofuran (THF), dioxane, diethyl ether, tert-butyl methyl ether, aromatic hydrocarbons such as xylenes and toluene, further Acetonitrile, propionitrile and mixtures of these solvents. In the case of prepolymers with OH, SH, carboxyl, (meth) acrylic and oxirane groups are also protic solvent such as water or alcohols, eg. Methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol and tert-butanol, as well as their mixtures with aprotic solvents suitable. In the case of prepolymers with isocyanate groups are in addition to the aforementioned aprotic solvents surprisingly also water and mixtures of water with aprotic solvents suitable because the degradation of the isocyanate groups of the prepolymers in such solutions comparatively slowly.

Die Vernetzung der Präpolymere kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Präpolymere mit einem Vernetzungsmittel umsetzen. Als Vernetzungsmittel sind grundsätzlich alle Verbindungen mit 2 oder mehr funktionellen Gruppen geeignet, welche mit den funktionellen Gruppen des Präpolymeren unter Bindungsbildung reagieren.The Crosslinking of the prepolymers can be done in different ways. For example, the prepolymers with a crosslinking agent. As crosslinking agents are in principle all compounds with 2 or more functional groups are suitable, which with the functional groups of the prepolymer under bond formation react.

Demnach erfolgt gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung die Bereitstellung der organischen Oberfläche durch ein Verfahren, bei dem man die Verknüpfung der reaktiven Gruppen des Präpolymeren durch Zugabe einer Verbindung Vm1 auslöst, die wenigstens zwei komplementär reaktive Gruppen pro Molekül aufweist, die mit den reaktiven Gruppen des sternförmigen Präpolymers unter Bindungsbildung reagieren.Therefore takes place according to a first embodiment the invention provides the provision of the organic surface a process that involves linking the reactive groups of the prepolymer by the addition of a compound Vm1 triggers the at least two complementary reactive Groups per molecule having, with the reactive groups of the star-shaped prepolymer react under bond formation.

Bei den polyfunktionellen Verbindungen Vm1 kann es sich um niedermolekulare Verbindungen handeln, z. B. um aliphatische oder cycloaliphatische Diole, Triole und Tetraole, z. B. Ethylenglykol, Butandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Trimethylolpropan, Pentaerythrit und dergleichen, aliphatische oder cycloaliphatische Diamine, Triamine oder Tetramine, z. B. Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, 1,8-Diamino-3,6-dioxaoctan, Diaminocyclohexan, Isophorondiamin und dergleichen, Aminoalkohole wie Ethanolamin, Diethanolamin, aliphatische oder cycloaliphatische Dithiole, um Dicarbonsäuren oder Tricarbonsäuren wie Sebazinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, oder um die vorgenannten Diisocyanate, je nachdem welche Art von reaktiven Gruppen das Präpolymer aufweist. Die niedermolekularen polyfunktionellen Verbindungen weisen im Unterschied zu den Präpolymeren in der Regel ein Molekulargewicht < 500 g/mol auf.at the polyfunctional compounds Vm1 may be low molecular weight Act connections, z. B. to aliphatic or cycloaliphatic Diols, triols and tetraols, e.g. As ethylene glycol, butanediol, diethylene glycol, Triethylene glycol, trimethylolpropane, pentaerythritol and the like, aliphatic or cycloaliphatic diamines, triamines or tetramines, z. Ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, 1,8-diamino-3,6-dioxaoctane, diaminocyclohexane, isophoronediamine and like, amino alcohols such as ethanolamine, diethanolamine, aliphatic or cycloaliphatic dithiols to dicarboxylic acids or tricarboxylic acids such as sebacic, glutaric, adipic acid, phthalic acid, isophthalic acid, or the aforementioned diisocyanates, depending on which type of reactive groups having the prepolymer. The low molecular weight polyfunctional compounds have the difference to the prepolymers usually a molecular weight <500 g / mol.

Die polyfunktionelle Verbindung Vm1 kann bereits in der Lösung des Präpolymeren enthalten sein. In der zunächst entstehende Oberflächenschicht aus weitgehend unvernetzten Präpolymeren reagieren dann, z. B. beim Trocknen oder beim Erwärmen der Schicht die reaktiven Gruppen des Vernetzungsmittels mit den reaktiven Gruppen des Präpolymeren und bilden auf diese Weise eine Schicht aus miteinander vernetzten Präpolymeren, die in der Regel noch eine Vielzahl funktionelle Gruppen auf ihrer Oberfläche aufweist.The polyfunctional compound Vm1 can already be found in the solution of prepolymers be included. In the first resulting surface layer from largely uncrosslinked prepolymers then react, for. B. when drying or when heating the Layer the reactive groups of the crosslinking agent with the reactive ones Groups of the prepolymer and thus form a layer of interconnected ones prepolymers which usually still have a variety of functional groups on their surface having.

Als polyfunktionelle Verbindungen Vm1 sind grundsätzlich auch Präpolymere geeignet, die wenigstens vier Polymerarme A aufweisen, welche für sich gesehen in Wasser löslich sind und an ihren freien Enden eine reaktive funktionelle Gruppe aufweisen, die mit den reaktiven Gruppen des Präpolymeren unter Bindungsbildung reagieren. Mit anderen Worten, zur Bereitstellung der Hydrogel-Beschichtung können erfindungsgemäß auch Lösungen von wenigstens zwei unterschiedlichen Präpolymeren eingesetzt werden, worin das eine Präpolymer reaktive Gruppen aufweist, die gegenüber den reaktiven Gruppen des anderen Präpolymeren eine komplementäre Reaktivität aufweisen.When In principle, polyfunctional compounds Vm1 are also prepolymers suitable, which have at least four polymer arms A, which in itself soluble in water are and at their free ends a reactive functional group which react with the reactive groups of the prepolymer to form bonds react. In other words, to provide the hydrogel coating can According to the invention also solutions of at least two different prepolymers are used, wherein the one prepolymer has reactive groups which are resistant to the reactive groups of other prepolymers a complementary one Reactivity exhibit.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Verknüpfung der reaktiven Gruppen im Präpolymer dadurch ausgelöst, dass man eine ausreichende Menge einer Verbindung Vm2 zugibt, die mit einem Teil der reaktiven Gruppen des Präpolymeren unter Bildung von funktionellen Gruppen mit einer hierzu komplementären Reaktivität reagiert. Im Falle von Präpolymeren mit Isocyanatgruppen kann man beispielsweise die Vernetzung auslösen, indem man den beschichteten Gegenstand mit Wasser behandelt, z. B. durch Lagern in einer feuchten Atmosphäre oder unter Wasser. Hierbei reagiert ein Teil der Isocyanatgruppen unter Bildung von Aminogruppen ab, die ihrerseits mit den verbleibenden Isocyanatgruppen unter Bindungsbildung reagieren, wobei eine Schicht aus miteinander vernetzten Präpolymeren entsteht. Das Vernetzungsmittel Vm2 ist hier somit Wasser. So hergestellt Beschichtungen weisen, wenn sie frisch hergestellt worden sind, noch freie Isocyanat-Gruppen auf. Bei längerer Einwirkung von Feuchtigkeit werden die an der Oberfläche angeordneten Isocyanatgruppen in Aminogruppen umgewandelt. In einer Variante dieser Ausführungsform setzt man Lösungen des Präpolymeren in Wasser oder in einem Gemisch aus Wasser mit einem oder mehreren mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln ein. Beispiele für geeignete, mit Wasser mischbare Lösungsmittel sind insbesondere solche, die mit den Isocyanatgruppen nicht oder nur sehr viel langsamer als Wasser eine Reaktion eingehen. Beispiele hierfür sind cyclische Ether wie Tetrahydrofuran und Dioxan, weiterhin N-Alkylamide wie N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid und Dimethylacetamid. Das Mischungsverhältnis Wasser:Lösungsmittel liegt in der Regel im Bereich von 1:100 bis 100:1, vorzugsweise im Bereich von 50:1 bis 1:10 und speziell im Bereich 20:1 bis 1:1. Diese Variante eignet sich insbesondere zur Herstellung dickerer Schichten. Die Konzentration an Präpolymer liegt dann vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 500 mg/ml, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 200 mg/ml und speziell im Bereich von 1 bis 100 mg/ml.In another embodiment The invention is the link the reactive groups in the prepolymer triggered by that one admits a sufficient amount of a compound Vm2, the with a portion of the reactive groups of the prepolymer to form functional groups react with a complementary reactivity. In the case of prepolymers With isocyanate groups, for example, the crosslinking can be initiated by one treats the coated article with water, for. B. by Store in a humid atmosphere or under water. Here, a part of the isocyanate groups reacts to form amino groups, which in turn with the remaining Isocyanate groups react to form bonds, with a layer from cross-linked prepolymers arises. The crosslinking agent Vm2 is thus here water. Made like that Coatings have, when freshly prepared, still free isocyanate groups. For prolonged exposure to moisture become the surface arranged isocyanate groups converted into amino groups. In a Variant of this embodiment sets one solutions of the prepolymer in water or in a mixture of water with one or more water-miscible solvents one. examples for suitable, water-miscible solvents are in particular those which are not or only very much slower with the isocyanate groups as water enter into a reaction. Examples are cyclic ones Ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, furthermore N-alkylamides such as N-methylpyrrolidone, Dimethylformamide and dimethylacetamide. The mixing ratio of water: solvent is usually in the range of 1: 100 to 100: 1, preferably in the range of 50: 1 to 1:10 and especially in the range 20: 1 to 1: 1. This variant is particularly suitable for producing thicker Layers. The concentration of prepolymer is then preferably in the range of 0.1 to 500 mg / ml, in particular in the range of 0.5 to 200 mg / ml and especially in the range of 1 to 100 mg / ml.

Bevorzugt wird die aus vernetzten, sternförmigen Präpolymeren aufgebaute Hydrogel-Schicht auf einem Träger bereitgestellt, der aktiviert und/oder mit einer Haftschicht versehen ist.Prefers becomes the networked, star-shaped prepolymers constructed hydrogel layer on a carrier provided that activates and / or provided with an adhesive layer is.

Die erfindungsgemäßen Mikrobioarrays lassen sich, wie bereits erläutert, durch eine Kombination von Mikro-Kontakt-Drucken (μCP) und Spotting-Technik herstellen. Die Anordnung und Größe der Bereiche wird dabei durch die Spotting-Technik bestimmt. Die Anordnung der Plätze P innerhalb dieser Bereiche B ergibt sich durch die Art des verwendeten Stempels. Dementsprechend weist der Stempel auf seiner Oberfläche ein Vielzahl räumlich voneinander getrennter erhabener Flächenbereiche auf, z.B. eine Vielzahl bandförmiger oder insbesondere säulenförmiger Erhebungen, die hinsichtlich ihrer Abmessung und Anordnung der erhabenen Flächenbereiche der gewünschten Anordnung und den gewünschten Abmessungen der Plätze P entsprechen. Bevorzugt sind insbesondere Stempel mit einer Vielzahl säulenförmiger Erhebungen. Die Säulen und ihre Anordnung sind insbesondere durch die folgenden Abmessungen charakterisiert:

  • – Der mittlere Abstand der Begrenzungslinie der Stirnfläche einer Säule zum Flächenmittelpunkt der Stirnfläche beträgt im Mittel üblicherweise etwa 50 nm bis 50 μm, vorzugsweise 100 nm bis 25 μm, insbesondere 0,25 μm bis 20 μm und speziell 0,5 μm bis 10 μm. Dies entspricht bei den bevorzugten zylindrischen Säulenformen einen mittleren Durchmesser der Säulen im Bereich von 100 nm bis 100 μm, vorzugsweise 200 nm bis 50 μm, insbesondere 0,5 μm bis 40 μm und speziell 1 μm bis 20 μm.
  • – Der mittlere Abstand benachbarter Säulen, definiert durch den mittleren Abstand der Flächenmittelpunkte der Stirnflächen benachbarter Säulen liegt in der Regel im Bereich von 200 nm bis 200 μm, häufig im Bereich von 1 μm bis 150 μm, insbesondere im Bereich von 5 μm bis 100 μm und speziell im Bereich von 10 μm bis 90 μm.
  • – Der mittlere minimale Abstand zweier benachbarter Säulen liegt in der Regel im Bereich von 100 nm bis 150 μm, häufig im Bereich von 500 nm bis 120 μm, insbesondere im Bereich von 2 μm bis 100 μm, und speziell im Bereich von 5 μm bis 80 μm (Zahlenmittel). Vorzugsweise ist der mittlere Abstand zweier benachbarter Säulen, definiert durch den Abstand der Flächenmittelpunkte der Stirnflächen der Säulen, wenigstens doppelt so groß wie der mittlere Abstand der Begrenzungslinie der Stirnfläche einer Säule zu dem Flächenmittelpunkt der Stirnfläche.
The microbioarrays according to the invention can be produced, as already explained, by a combination of microcontact printing (μCP) and spotting technique. The arrangement and size of the areas is determined by the spotting technique. The arrangement of the places P within these areas B results from the type of stamp used. Accordingly, the stamp has on its surface a plurality of spatially separated raised areas, for example a plurality of band-shaped or in particular columnar elevations which correspond in terms of their dimension and arrangement of the raised areas of the desired arrangement and the desired dimensions of the places P. In particular, punches with a large number of columnar elevations are preferred. The columns and their arrangement are characterized in particular by the following dimensions:
  • - The mean distance between the boundary line of the end face of a column to the center of area of the end face is on average usually about 50 nm to 50 .mu.m, preferably 100 nm to 25 .mu.m, in particular 0.25 μm to 20 μm and especially 0.5 μm to 10 μm. In the preferred cylindrical column shapes, this corresponds to an average diameter of the columns in the range of 100 nm to 100 μm, preferably 200 nm to 50 μm, in particular 0.5 μm to 40 μm and especially 1 μm to 20 μm.
  • The average distance between adjacent columns, defined by the mean distance between the center areas of the faces of adjacent columns, is generally in the range from 200 nm to 200 μm, frequently in the range from 1 μm to 150 μm, in particular in the range from 5 μm to 100 μm and especially in the range of 10 microns to 90 microns.
  • The average minimum distance between two adjacent columns is generally in the range of 100 nm to 150 μm, frequently in the range of 500 nm to 120 μm, in particular in the range of 2 μm to 100 μm, and especially in the range of 5 μm to 80 μm μm (number average). Preferably, the average distance between two adjacent columns, defined by the distance between the surface centers of the end faces of the columns, at least twice as large as the average distance of the boundary line of the end face of a column to the surface center of the end face.

Die Stirnflächen der Säulen entsprechen der Geometrie der Plätze P und sind insbesondere kreisförmig oder elipsoid und besonders bevorzugt kreisförmig.The faces the columns correspond to the geometry of the places P and are in particular circular or ellipsoidal, and more preferably circular.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Säulen auf der Stempeloberfläche regelmäßig angeordnet, d.h. der individuelle Abstand benachbarter Säulen wird im Mittel nicht mehr als 20% und vorzugsweise nicht mehr als 10% vom mittleren Abstand der Säulen zueinander abweichen.Corresponding a preferred embodiment The invention relates to the columns on the stamp surface arranged regularly, i.e. the individual distance between adjacent columns is on average no more than 20% and preferably not more than 10% of the mean distance of the columns diverge from one another.

Bei bandförmigen Erhebungen gelten bezüglich des Abstands der Bänder zueinander, das für die Abstände benachbarter Säulen gesagte. Die durchschnittliche Breite der bandförmigen Erhebungen liegt in der Regel im Bereich von 100 nm bis 100 μm, vorzugsweise 200 nm bis 50 μm, insbesondere 1 μm bis 30 μm und speziell 2 μm bis 20 μm.at band-shaped Surveys apply with regard to the distance of the bands to each other, that for the distances adjacent columns said. The average width of the band-shaped elevations is in the rule in the range of 100 nm to 100 microns, preferably 200 nm to 50 microns, in particular 1 μm to 30 μm and especially 2 μm to 20 μm.

Die Höhe der Erhebungen über die Stempelgrundfläche liegt in der Regel im Bereich von 0,5 bis 500 μm, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 50 μm und speziell im Bereich von 1 bis 10 μm. Sie ist für das erfindungsgemäße Verfahren von untergeordneter Bedeutung. Um eine hinreichend Stabilität der Säulen zu gewährleisten, beträgt das Verhältnis von Höhe H zu dem Abstand A zwischen den Begrenzungslinien der Stirnfläche einer Säule und ihrem Flächenmittelpunkt H:A nicht mehr als 10, insbesondere nicht mehr als 5. D. h. eine zylindrische Säule mit einem Durchmesser von etwa 1 μm wird eine Höhe von 5 μm und insbesondere 2,5 μm nicht überschreiten. Analoges gilt für das Verhältnis der Breite einer Bandförmigen Erhebung zu ihrer Höhe über die Stempelgrundfläche.The height of Surveys over the stamp base is usually in the range of 0.5 to 500 .mu.m, in particular in the range of 0.5 to 50 μm and especially in the range of 1 to 10 μm. It is for the process according to the invention of secondary importance. To ensure adequate stability of the columns guarantee, is The relationship of height H to the distance A between the boundary lines of the end face of a Pillar and their center of area H: A not more than 10, especially not more than 5. D. h. a cylindrical column with a diameter of about 1 micron becomes a height of 5 μm and in particular 2.5 microns do not exceed. The same applies to The relationship the width of a band-shaped Survey of their height over the Stamp footprint.

Bevorzugt werden die säulenförmigen Erhebungen eines Stempels von einem elastischen Material gebildet, um eine hinreichend gute Übertragung zu gewährleisten. In der Regel handelt es sich bei dem elastischen Material um ein polymeres Elastomer, beispielsweise um ein vernetztes Polydimethylsiloxan. Derartige Stempel sind aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt oder können nach den dort angegebenen Methoden hergestellt werden (siehe insbesondere Kane et al., Biomaterials 1999, 20, S. 2363–2376 und dort zitierte Literatur, Xia et al., Chem. Rev. 1999, 99, 1823–1848 und dort zitierte Literatur, Michel et al., IBM J. Res. & Dev. 45, 2001, 697–718 und dort zitierte Literatur, Tan et al., Langmuir 2002, 18, S. 519–523, und dort zitierte Literatur). In der Regel werden solche Stempel durch Abformung eines Masters hergestellt, der eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, welche den späteren Erhebungen des Stempels entsprechen. Hierzu wird in der Regel eine Mischung eines geeigneten Elastomer-Vorläufers mit einem Vernetzer auf eine strukturierte Abgussform, die ein Negativ der Stempeloberfläche darstellt (Master, üblicherweise ein Silicium-Wafer) aufgegeben und ausgehärtet. Nach dem Aushärten erhält man einen elastischen Stempel, dessen Stempelfläche das Positiv-Bild des Masters darstellt. Derartige Verfahren sind umfangreich in dem hier zitierten Stand der Technik beschrieben, auf den wegen weiterer Details Bezug genommen wird. Die Oberfläche des Stempels kann auch mit einer hydrophilen Oberflächenschicht versehen sein. Derartig modifizierte Stempel werden beispielsweise von Donzel et al., Adv. Mater. 2001, 13, S. 1164–1167, beschrieben. Die Herstellung dieses Masters erfolgt nach an sich bekannten Methoden, beispielsweise durch photolithographische Methoden, wie sie in dem hier zitierten Stand der Technik und der darin zitierten Literatur ausführlich beschrieben sind.Prefers become the columnar elevations a stamp formed by an elastic material to one sufficiently good transmission to ensure. As a rule, the elastic material is a polymeric elastomer, for example, a crosslinked polydimethylsiloxane. Such punches are from the cited prior art known or can be prepared according to the methods specified therein (see in particular Kane et al., Biomaterials 1999, 20, pp. 2363-2376 and references cited therein, Xia et al., Chem. Rev. 1999, 99, 1823-1848 and references cited therein, Michel et al., IBM J. Res. & Dev. 45, 2001, 697-718 and literature cited therein, Tan et al., Langmuir 2002, 18, pp. 519-523, and cited literature). In general, such stamps are through Impression of a master made using a variety of wells which has the later Surveys of the stamp correspond. This is usually a Mixture of a suitable elastomer precursor with a crosslinker on a textured casting mold that is a negative of the stamp surface (Master, usually a silicon wafer) applied and cured. After curing you get one elastic stamp, whose stamp face the positive image of the master represents. Such methods are extensive in the cited herein State of the art described on the basis of further details is taken. The surface The stamp may also have a hydrophilic surface layer be provided. Such modified stamp, for example by Donzel et al., Adv. Mater. 2001, 13, p. 1164-1167. The production This master is carried out according to methods known per se, for example by photolithographic methods such as those cited herein State of the art and the literature cited therein described in detail are.

Die Dicke des Stempels und seine Flächenabmessungen sind von untergeordneter Bedeutung und richtet sich in erster Linie nach den Abmessungen des herzustellenden Arrays. Wenn es sich bei dem Stempelmaterial um ein Elastomer handelt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Stempelfläche auf einem festen oder flexiblen Träger angeordnet ist, beispielsweise auf einer Metallfolie. Üblicherweise sind die Erhebungen und die Stempelfläche aus dem gleichen, vorzugsweise elastomeren Material. Die Dicke des die Stempelfläche bildenden Materials beträgt vorzugsweise jedoch wenigstens 1 μm, insbesondere wenigstens 0,1 mm bis etwa 1 cm.The thickness of the stamp and its surface dimensions are of minor importance and depends primarily on the dimensions of the array to be produced. If the stamp material is an elastomer, it has proved advantageous if the stamp surface is arranged on a rigid or flexible support, for example on a metal foil. Usually, the elevations and the stamp surface of the same, preferably elastomeric material. However, the thickness of the material forming the stamp surface is preferably at least 1 μm, in particular at least 0.1 mm to about 1 cm.

Gemäß Variante 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt man eine oder vorzugsweise mehrere voneinander verschiedene Biomoleküle in wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 10, insbesondere wenigstens 50 und besonders bevorzugt wenigstens 100, z. B. 100 bis 10000 und insbesondere 100 bis 10000 vorzugsweise bis 5000 und speziell bis 1000 räumlich voneinander getrennten Flächenbereichen so auf, dass die Biomoleküle in jedem Flächenbereich jeweils eine Vielzahl, vorzugsweise wenigstens 10, insbesondere wenigstens 50 und speziell wenigstens 100, z. B. 100 bis 1000 der Erhebungen der Stempelfläche abdecken. Das Aufbringen der Biomoleküle kann in an sich bekannter Weise mit Hilfe üblicher Spotting-Techniken nacheinander oder insbesondere gleichzeitig erfolgen. Die hierzu erforderlichen Apparaturen sind die für die Spotting-Techniken üblichen Nadeldrucker, Dispenser, Plotter, Mikropipetten und dergleichen, mit denen sich nach einem Kontakt-Verfahren oder einem Kontakt-freien Verfahren die Flüssigkeitstropfen auf eine Oberfläche aufbringen lassen (Contact Mode, Non-contact Mode).According to variant 1 of the method according to the invention you bring one or preferably several different from each other biomolecules in at least 2, preferably at least 10, in particular at least 50 and more preferably at least 100, z. B. 100 to 10,000 and in particular 100 to 10,000, preferably up to 5000 and especially up 1000 spatially separate surface areas so on that the biomolecules in every area each a plurality, preferably at least 10, in particular at least 50 and especially at least 100, e.g. B. 100 to 1000 of Elevations of the stamp surface cover. The application of the biomolecules can be known per se Way with the help of usual Spotting techniques take place successively or in particular simultaneously. The equipment required for this purpose are the usual for the spotting techniques Dot matrix printers, dispensers, plotters, micropipettes and the like, with those after a contact procedure or a contact-free Process the liquid drops on a surface can be applied (contact mode, non-contact mode).

In einer ersten Ausführungsform der Variante 1 bringt man die Biomoleküle als Lösung direkt auf die Stempelfläche auf. Beim Aufbringen der Lösungen der Biomoleküle auf die Stempelfläche hat es sich als vorteilhaft erwiesen, ein vorzeitiges Abdampfen des Lösungsmittels zu vermeiden. Geeignete Methoden hierfür sind die Kühlung des Stempels und/oder die Sättigung der Atmosphäre mit dem jeweiligen Lösungsmittel. Beim Kühlen werden die Stempel vor dem Spotten in der Regel stark abgekühlt und anschließend dem Spotting-Vorgang unterworfen. Bei der Sättigungs-Methode wird die Arbeitskammer mit dem Lösungsmittel gesättigt, in welchem das Biomolekül gelöst ist. Vorzugsweise werden die Spotting-Bedingungen so eingestellt, dass die Lösungsmittel unmittelbar verdampfen, wenn sie auf die Stempelfläche aufgebracht worden sind. Die hierfür erforderlichen Bedingungen kann der Fachmann mit wenigen Routine-Experimenten leicht ermitteln. Bevorzugt erfolgt der Spot-Vorgang bei Temperaturen im Bereich von 5 bis 50°C und insbesondere bei etwa Raumtemperatur in einer partiell mit Lösungsmittel gesättigten Atmosphäre, d. h. einer Atmosphäre, die verdampftes Lösungsmittel enthält, jedoch in einer Menge, die unterhalb seiner Sätti gungskonzentration, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 80% der Sättigungskonzentration liegt.In a first embodiment In variant 1, the biomolecules are applied as a solution directly onto the stamp surface. When applying the solutions the biomolecules on the stamp area it has proven to be advantageous to premature evaporation of the solvent to avoid. Suitable methods for this are the cooling of the Stamp and / or saturation the atmosphere with the respective solvent. At the Cool The stamps are usually strongly cooled before spotting and subsequently subjected to the spotting process. In the saturation method, the working chamber with the solvent saturated, in which the biomolecule solved is. Preferably, the spotting conditions are adjusted that the solvents evaporate immediately when applied to the stamp surface have been. The one for this Required conditions can be the expert with few routine experiments easy to detect. The spot process preferably takes place at temperatures in the range of 5 to 50 ° C and especially at about room temperature in a partially solvent saturated The atmosphere, d. H. an atmosphere, the evaporated solvent contains but in an amount below its saturation concentration, preferably in the range of 10 to 80% of the saturation concentration lies.

Für eine saubere Übertragung der Biomoleküle auf die Oberfläche hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Stempelfläche nach Benetzen mit der Lösung des Biomoleküls zu trocknen. Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Konzentration der Biomoleküle in der Lösung im Bereich von 1 nmol/ml bis 1 μmol/ml liegt. Die für eine saubere Übertragung der Biomoleküle vom Stempel erforderliche Kontaktzeit beträgt in der Regel wenige Sekunden bis 30 min. Längere Kontaktzeiten sind in der Regel nicht erforderlich aber auch nicht von Nachteil.For a clean transfer the biomolecules on the surface It has proved to be advantageous to the stamp surface after Wetting with the solution of the biomolecule to dry. Furthermore, it has proven to be beneficial when the concentration the biomolecules in the solution in the range of 1 nmol / ml to 1 .mu.mol / ml. The for a clean transfer the biomolecules The contact time required by the stamp is usually a few seconds up to 30 min. longer Contact times are usually not required but not by Disadvantage.

Die abgegebene Flüssigkeitsmenge ist von Bedeutung, da sie die Größe der Flächenbereiche B, also insbesondere die Spotgröße bestimmt. In der Regel werden Flüssigkeitsmengen im Femto- bis Nanoliter-Bereich aufgebracht. So sind Spots mit einem Durchmesser von etwa 150 bis 200 μm mit einer kontaktfrei aufgebrachten Menge von etwa 10 nl bis 2 μl erhältlich. Spots mit Durchmessern im Bereich von 10 μm können erzeugt werden, indem man mittels Kapillardispensem Mengen von etwa 0,01 nl bis 0,1 μl aufbringt.The delivered amount of liquid is significant as it is the size of the area areas B, ie in particular determines the spot size. As a rule, amounts of fluid Applied in the femto to nanoliter range. So are spots with one Diameter of about 150 to 200 microns Available with a contactless applied amount of about 10 nl to 2 ul. Spots with diameters in the range of 10 microns can be generated by Apply by Kapillardispensem amounts of about 0.01 nl to 0.1 ul.

Die Lösungsmittel zur Herstellung der Lösungen der Biomoleküle richten sich in an sich bekannter Weise nach der Art des zu lösenden Biomoleküls. Häufig handelt es sich bei dem Lösungsmittel um Wasser oder um wässrige Mischungen von Wasser mit organischen Lösungsmitteln, die mit Wasser unbegrenzt mischbar sind. Hierzu zählen beispielsweise Alkohole wie Methanol, Ethanol, Isopropanol oder n-Butanol, Dimethylformamid, Dimethylfulfoxid, Tetrahydrofuran und dergleichen und deren Mischungen mit Wasser. Je nach Art des Biomoleküls können auch ausschließlich organische Lösungsmittel, z.B. die vorgenannten Lösungmittel und deren Mischungen eingesetzt werden, insbesondere im Falle von niedermolekularen Verbindungen. Neben den Biomolekülen können die Lösungen auch oberflächenaktive Substanzen, beispielsweise Emulgatoren wie Alkylsulfate, Alkylsulfonate, Ethoxylate langkettiger Alkanole und deren Schwefelsäure-Halbester, ethoxylierte Hydroxycarbonsäuren, ethoxylierte Ester von langkettigen Carbonsäuren mit Glycerin, weiterhin quartäre Amoniumverbindungen und dergleichen enthalten. Weiterhin können insbesondere wässrige Lösungen der Biomoleküle übliche Puffer wie PBS-Puffer, SSC-Puffer und dergleichen enthalten.The solvent for the preparation of the solutions the biomolecules depend in a manner known per se according to the nature of the biomolecule to be dissolved. Often it acts it is the solvent around water or around water Mixtures of water with organic solvents with water are infinitely miscible. These include, for example, alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol or n-butanol, dimethylformamide, Dimethylfulfoxide, tetrahydrofuran and the like and mixtures thereof with water. Depending on the type of biomolecule, only organic Solvent, e.g. the aforementioned solvents and their mixtures are used, in particular in the case of low molecular weight Links. In addition to the biomolecules can the solutions also surface-active Substances, for example emulsifiers such as alkyl sulfates, alkyl sulfonates, Ethoxylates of long-chain alkanols and their sulfuric acid half esters, ethoxylated hydroxycarboxylic acids, ethoxylated esters of long-chain carboxylic acids with glycerol, furthermore Quaternary ammonium compounds and the like. Furthermore, in particular aqueous solutions of Biomolecules usual buffers such as PBS buffer, SSC buffer and the like.

In einer zweiten Ausführungsform der Variante 1 werden Lösungen der Biomoleküle in mehreren, räumlich voneinander getrennten Flächenbereichen auf eine glatte, d. h. unstrukturierte Oberfläche, auf welcher die Biomoleküle nicht immobilisiert werden, aufgebracht. Diese Oberfläche kann als Release-Fläche aufgefasst werden. Das Aufbringen der Lösungen erfolgt in an sich bekannter Weise mittels üblicher Spotting-Techniken, wie oben beschrieben. Die abgegebene Flüssigkeitsmenge wird dabei so bemessen, dass die Anordnung und Größe der Spots den späteren Flächenbereich B des Arrays entspricht. Anschließend wird die Stempelfläche des oben beschriebenen, vorzugsweise aus einem elastischen Material gebildeten, strukturierten Stempels mit der Release-Fläche in Kontakt gebracht. Hierdurch werden die Biomoleküle auf die Stempelfläche des strukturierten Stempels übertragen. Danach wird dann die Stempelfläche des Stempels mit der Oberfläche, auf welcher die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, in Kontakt gebracht. Bezüglich der verwendeten Lösungen der Biomoleküle, der Konzentrationen, der Strukturierung der Stempel und der Kontaktzeiten gilt das oben gesagte. Als Releaseflächen sind die oben genannten inerten Träger und insbesondere nichtstrukturierte elastische Stempel geeignet.In a second embodiment of variant 1, solutions of the biomolecules are applied in a plurality of spatially separated surface areas onto a smooth, ie unstructured surface on which the biomolecules are not immobilized. This surface can be regarded as a release surface. The application of the solutions is carried out in a conventional manner by means of conventional spotting techniques, as described above. The quantity of liquid dispensed is in this case dimensioned such that the arrangement and size of the spots corresponds to the later surface area B of the array. Subsequently, the Stamping surface of the above-described, preferably formed from an elastic material, structured stamp brought into contact with the release surface. As a result, the biomolecules are transferred to the stamp surface of the structured stamp. Thereafter, the stamp surface of the stamp is then brought into contact with the surface on which the biomolecules are to be immobilized. Regarding the used solutions of the biomolecules, the concentrations, the structuring of the punches and the contact times the above applies. Suitable release surfaces are the abovementioned inert supports and in particular unstructured elastic stamps.

Im Anschluß an das Aufbringen der Biomoleküle und die damit einhergehende Kopplung organische Oberfläche wird in der Regel ein Waschvorgang durchgeführt. Zweck dieses Waschvorgangs ist es insbesondere, nicht gekoppelte Biomoleküle zu entfernen. In Anlehnung an die zuvor zum Aufbringen der Biomoleküle verwendete Lösung werden zum Waschen vorzugsweise wäßrige Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische verwendet. Prinzipiell gelten obige Ausführungen hier entsprechend.in the Connection to the application of biomolecules and the concomitant coupling becomes organic surface usually a washing process performed. Purpose of this washing process In particular, it is to remove uncoupled biomolecules. On the basis to the solution previously used to apply the biomolecules for washing, preferably aqueous solvents or solvent mixtures. In principle, the above statements apply here accordingly.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform wäscht man mit einem wässrigen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, das ein Tensid, vorzugsweise ein nichtionisches Tensid, enthält. Besonders bevorzugt sind polyalkoxylierte, insbesondere polyethoxylierte Fettsäurester von Polyolen, insbesondere von Glycerin oder Sorbitol, beispielsweise die unter dem Handelsnamen Tween® vertriebenen Sorbitanfettsäureester. Insbesondere hat sich die Verwendung von ethoxyliertem Sorbitanhexylaurat als zweckmäßig erwiesen.According to a particular embodiment, washing is carried out with an aqueous solvent or solvent mixture containing a surfactant, preferably a nonionic surfactant. Particularly preferred are polyalkoxylated, and in particular polyethoxylated Fettsäurester of polyols, in particular glycerol or sorbitol, for example sorbitan fatty acid esters sold under the trade name Tween ®. In particular, the use of ethoxylated sorbitan hexylaurate has proved to be useful.

Die Konzentration an Tensid in der Waschlösung wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß einerseits eine effektive Entfernung nicht gekoppelter Biomoleküle gewähr leistet ist, andererseits die Waschlösung mit den immobilisierten Biomolekülen kompatibel ist. Konzentrationen im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-% und vorzugsweise 0,05 Gew.-% bis 2 Gew.-% haben sich als zweckmäßig erwiesen.The Concentration of surfactant in the washing solution is expediently chosen so that on the one hand a effective removal of uncoupled biomolecules is ensured, on the other hand the washing solution with the immobilized biomolecules is compatible. Concentrations in the range of 0.01% by weight to 10 Wt .-% and preferably 0.05 wt .-% to 2 wt .-% have as proved appropriate.

Gemäß Variante 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt die Herstellung von Mikroarrays immobilisierter Biomoleküle, die auf ihrer Oberfläche wenigstens zwei, räumlich voneinander getrennte Flächenbereiche aufweisen, die jeweils mehrere räumlich getrennte Plätze P umfassen, auf denen Biomoleküle immobilisiert sind auch, indem man eine Verbindung V, welche mit den Biomolekülen unter Bindungsbildung reagieren kann, in räumlich voneinander getrennten Plätzen P auf die Oberfläche, auf welcher der Array erzeugt werden soll, aufbringt und anschließend die Biomoleküle in mehreren räumlich voneinander getrennten Flächenbereichen so aufbringt, dass jeder Flächenbereich mehrere, vorzugsweise im Mittel wenigstens 10, insbesondere wenigstens 50 und speziell wenigstens 100, z. B. 100 bis 10000 vorzugsweise bis 5000 und insbesondere bis 1000 der Plätze P abdeckt. Mit anderen Worten, zunächst werden auf der Oberfläche, auf welcher der Array generiert werden soll, die Verbindungen V an definierten Plätzen P immobilisiert.According to variant 2 of the method according to the invention succeeds in the production of microarrays immobilized biomolecules, the on its surface at least two, spatially separate areas each having a plurality of spatial separate seats Include P on which biomolecules are also immobilized by a compound V, which with the biomolecules under bond formation can react in spatially separated seats P on the surface, on which the array is to be created, apply and then the biomolecules in several spatial separate surface areas so that applies every area a plurality, preferably on average at least 10, in particular at least 50 and especially at least 100, z. B. 100 to 10,000 preferably to 5000 and in particular to 1000 places P covers. With others Words, first be on the surface, on which the array is to be generated, the connections V at defined places P immobilized.

Anschließend werden die Biomoleküle in mehreren räumlich voneinander getrennten Flächenbereichen B auf die so vorbehandelte Oberfläche aufgebracht. Hierbei kommt es zu einer chemischen Anbindung der Biomoleküle und damit zu einer Immobilisierung an denjenigen Plätzen P, die mit der Verbindung V belegt sind, bzw. in denen die Verbindung V gebunden ist. Anschließend spült man nicht gebundene Biomoleküle in an sich bekannter Weise von der Oberfläche ab beispielsweise durch Waschen mit den o. g. Waschflüssigkeiten. Auf diese Weise erhält man das erfindungsgemäße Array, das mehrere, räumlich voneinander getrennte Flächenbereiche aufweist, die jeweils mehrere, räumlich voneinander getrennte Plätze P umfassen, welche mit Biomolekülen belegt sind, wobei die Plätze P innerhalb eines Bereichs eine gleichartige Belegung aufweisen und die Plätze P verschiedener Flächenbereiche eine gleichartige Belegung oder eine hinsichtlich der Belegungsdichte und/oder der Art des immobilisierten Biomoleküls verschiedene Belegung aufweisen.Then be the biomolecules in several spatial separate surface areas B applied to the thus pretreated surface. Here comes it leads to a chemical binding of the biomolecules and thus to an immobilization in those places P, which are occupied by the compound V, or in which the connection V is bound. Subsequently you rinse unbound biomolecules in a conventional manner from the surface for example by Washing with the o. G. Washing liquids. In this way receives one the array according to the invention, the more, spatially separate areas each having a plurality, spatially separate places P include those with biomolecules are occupied, the places P within a range have a similar occupancy and the places P different surface areas a similar occupancy or occupancy and / or the type of immobilized biomolecule have different occupancy.

Das Aufbringen der Verbindungen V ortslokalisiert in den Plätzen P auf der Oberfläche, auf welcher die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, gelingt beispielsweise in der oben beschriebenen μCP-Technik. Hierzu wird die Verbindung V gleichmäßig auf die Stempelfläche aufgebracht, beispielsweise durch Inkontaktbringen der Stempelfläche mit einer Lösung der Verbindung V. Anschließend wird in der Regel etwaiges Lösungsmittel entfernt und dann die so behandelte Stempelfläche, die nunmehr mit der Verbindung V belegt ist, mit der Oberfläche, auf welcher die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, in Kontakt gebracht. Grundsätzlich kann die Verbindung V jedoch auch nach anderen Methoden zur Herstellung von High-Density Arrays auf die Oberfläche aufgebracht werden.The Applying the compounds V localized in the places P on the surface, on which the biomolecules to be immobilized succeed, for example, in the above described μCP technology. For this is the connection V evenly on the stamp surface applied, for example by contacting the stamp surface with a solution compound V. Subsequently usually becomes any solvent removed and then the thus treated stamp area, which now with the compound V is occupied, with the surface, on which the biomolecules be immobilized, brought into contact. Basically However, the compound V also according to other methods of preparation be applied to the surface of high-density arrays.

Variante 2 kann grundsätzlich auf beliebigen Oberflächen durchgeführt werden, die oben gemachten Ausführungen hierzu gelten entsprechend. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, Variante 2 auf einer der oben beschriebenen Hydrogel-Oberflächen, speziell auf einer aus sternförmigen Präpolymeren aufgebauten Hydrogelschicht, durchzuführen, insbesondere wenn Proteine immobilisiert werden. Als Träger mit Hydrogel-bildender Oberfläche sind aber auch die oben genannten kommerziellen Produkte, wie sie von XanTec Bioanalytics GmBH und Perkin-Eimer vertrieben werden.Variant 2 can in principle be carried out on any surfaces, the statements made above apply accordingly. However, it has proved to be particularly advantageous to carry out variant 2 on one of the hydrogel surfaces described above, especially on a hydrogel layer composed of star-shaped prepolymers, in particular if proteins are immobilized. As a carrier but with hydrogel-forming surface are also the above-mentioned commercial products, as sold by XanTec Bioanalytics GmBH and Perkin-Eimer.

Demnach ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform von Variante 2 ein Verfahren, bei dem man:

  • – in einem ersten Schritt auf einem Träger eine Hydrogel-bildende Oberflächenschicht bereitstellt, die an ihrer Oberfläche eine Vielzahl funktioneller Gruppen aufweist, die mit hierzu komplementären funktionellen Gruppen unter Bindungsbildung reagieren,
  • – auf eine Stempelfläche, die eine Vielzahl von erhabenen Flächen aufweist, eine Verbindung V aufbringt, die eine oder mehrere funktionelle Gruppen aufweist, die mit den funktionellen Gruppen der Oberfläche unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagieren können, und die ausserdem eine oder mehrere davon verschiedene funktionelle Gruppen aufweist, die eine Bindung zu dem zu immobilisierenden Biomolekül ausbilden können;
  • – die so behandelte Stempelfläche mit der Hydrogel-bildenden Oberflächenschicht in Kontakt bringt, wobei man eine Oberfläche erhält, die eine Vielzahl von räumlich getrennten Plätzen P aufweist, die mit der Verbindung V belegt sind,
  • – anschließend eine oder mehrere, voneinander verschiedene Lösungen der zu immobilisierenden Biomoleküle in wenigstens zwei voneinander räumlich ge trennten Flächenbereichen B so aufbringt, dass die Flächenbereiche jeweils eine Vielzahl der Plätze, welche mit der Verbindung V belegt sind, abdecken, wobei die Biomoleküle an den Plätzen immobilisiert werden, und
  • – anschließend nicht immobilisierte Biomoleküle entfernt.
Accordingly, a particularly preferred embodiment of variant 2 is a process in which:
  • In a first step, providing on a support a hydrogel-forming surface layer having on its surface a plurality of functional groups which react with complementary functional groups to form bonds,
  • On a stamp surface having a plurality of raised surfaces, applying a compound V having one or more functional groups capable of reacting with the functional groups of the surface to form a covalent bond, and which also has one or more different functional groups Has groups that can form a bond to the biomolecule to be immobilized;
  • Bringing the thus treated stamp face into contact with the hydrogel-forming surface layer to obtain a surface comprising a plurality of spatially separated sites P occupied by compound V,
  • - Subsequently, one or more, different solutions of the immobilized biomolecules in at least two spatially ge separated surface areas B such that the surface areas in each case cover a plurality of places, which are occupied by the compound V, the biomolecules in the squares be immobilized, and
  • - subsequently removed non-immobilized biomolecules.

Das Lösungsmittel und die Konzentration der Verbindung V in der Lösung richtet sich nach der Art der Verbindung V. Die optimalen Lösungsmittel und Konzentrationen können vom Fachmann in einfacher Weise mit wenigen Routineexperimenten ermittelt werden. Bevorzugt sind dabei grundsätzlich solche Lösungsmittel, die einerseits die Verbindung V in der gewünschten Konzentration lösen und sich gleichzeitig leicht entfernen lassen, insbesondere Lösungsmittel mit einer Siedetemperatur unterhalb 120°C. Beispiele für Lösungsmittel sind Wasser, wässrige Lösungsmittelmischungen und organische Lösungsmittel, z.B. die bei der Variante 1 genannten Lösungsmittel und wässrigen Lösungsmittelgemische.The solvent and the concentration of compound V in the solution depends on the Type of compound V. The optimal solvents and concentrations can by the skilled person in a simple way with few routine experiments be determined. Preference is given in principle to those solvents which on the one hand solve the compound V in the desired concentration and easy to remove at the same time, especially solvents with a boiling temperature below 120 ° C. Examples of solvents are Water, watery Solvent mixtures and organic solvents, e.g. the solvents mentioned in variant 1 and aqueous Solvent mixtures.

Das Aufbringen der Biomoleküle in räumlich voneinander getrennten Flächenbereichen kann in an sich bekannter Weise mittels der üblichen Spotting-Techniken, wie bei Variante 1 ausführlich beschrieben, erfolgen. Bezüglich der genauen Verfahrensbedingungen, insbesondere der Temperatur und der Wahl der Lösungsmittel gelten die obigen Ausführungen entsprechend.The Applying the biomolecules in spatial separate surface areas can in a conventional manner by means of the usual spotting techniques, as in variant 1 in detail described, done. In terms of the exact process conditions, in particular the temperature and the choice of solvents the above statements apply corresponding.

Der in der Regel erforderliche Waschschritt erfolgt durch Abspülen mit einer geeigneten Waschlösung. Hier gelten die zu Variante 1 gemachten Ausführungen entsprechend.Of the usually required washing step is done by rinsing with a suitable washing solution. Here apply the statements made to variant 1 accordingly.

Die in Variante 2 eingesetzten Verbindungen V sind in der Regel solche Verbindungen, die einerseits eine Bindung zu der Oberfläche ausbilden, auf der die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, und gleichzeitig eine Bindung zu speziellen Bindungszentren in den Biomolekülen ausbilden können. Die Anbindung der Verbindung V an die Oberfläche erfolgt üblicherweise durch kovalente Bindungen, beispielsweise über Ester-, Amid-, Amino-, Sulfonamid-, Urethan-, Harnstoff- oder Thiourethan-Gruppen. Dementsprechend weisen die Verbindungen V in der Regel wenigstens eine der vorgenannten Gruppen R' auf, welche mit den reaktiven Gruppen R der Oberfläche, insbesondere der Hydrogel-bildenden Oberfläche unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagieren können. Weiterhin weisen die Verbindungen V wenigstens ein wei teres Bindungszentrum auf, das eine Bindung mit dem Biomolekül eingehen kann.The used in variant 2 compounds V are usually those Compounds that on the one hand form a bond to the surface, on the biomolecules be immobilized, and at the same time a bond to special Binding sites in the biomolecules can train. The connection of the compound V to the surface is usually carried out by covalent bonds, for example via ester, amide, amino, Sulfonamide, urethane, urea or thiourethane groups. Accordingly As a rule, the compounds V have at least one of the abovementioned Groups R 'up, which with the reactive groups R of the surface, in particular the hydrogel-forming surface react to form a covalent bond. Farther the compounds V have at least one white binding center which can bind to the biomolecule.

Bei der Bindung an das Biomolekül kann es sich um kovalente, ionische, koordinative, hydrophobe Wechselwirkung, eine Wechselwirkung über Wasserstoffbrücken-Bindungen oder eine Mischform der vorgenannten Bindungen (affinitive Bindung, wie sie beispielsweise bei Protein-Ligand oder Protein-Protein-Wechselwirkungen auftreten). In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei diesem Bindungszentrum um ein Zentrum, das eine koordinative Bindung zum Biomolekül ausbilden kann, die über ein Übergangsmetallatom vermittelt wird. Bezüglich der Art der Übergangsmetallatome gilt das oben gesagte. Insbesondere handelt es sich um Übergangsmetallatome der dritten Periode und speziell solche, die zweiwertige Ionen ausbilden können, wie in Kupfer(II), Nickl(II), Zink(II), Kobalt(II) und Eisen(II). Vorzugsweise binden derartige Verbindungen V das Metallatom als Chelat, d. h. die Verbindungen V weisen wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3, z. B. 3, 4 oder 5 funktionelle Gruppen auf, die eine koordinative Bindung zu den oben genannten Metallionen ausbilden können. Die räumliche Anordnung der funktionellen Gruppen ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Anbindung in Form eines Chelats über alle funktionellen Gruppen der Verbindung erfolgt. Beispiele für geeignete Verbindungen V, welche Metallatome koordinativ zu binden vermögen und die gleichzeitig eine reaktive Gruppe R' aufweisen, umfassen beispielsweise aromatische Orthohydroxy-Aldehyde wie Salicylaldehyd, funktionalisierte Pyridin- und Chinolin-Verbindungen, wie 8-Hydroxychinolin, Dipicolylamin, N-2-Pyridylmethylaminoacetat, weiterhin Polycarbonsäuren mit vorzugsweise wenigstens 2, z.B. 2, 3, 4, 5 oder 6 Carboxylgruppen, insbesondere Verbindungen, die wenigstens 2, z. B. 2, 3, 4, 5 oder 6 Carboxymethyl-Gruppen und gegebenenfalls eine weitere funktionelle Gruppe R' aufweisen, wie in Iminodiessigsäure, Nitrilotriessigsäure und ihre Derivate, wie sie von Liu et al., Synthesis, 2002, 10, 1398, beschrieben werden, carboxymethylierte Asparaginsäure, N,N,N-Tris(carboxymethyl)ethylendiamin, N,N,N,N-Tetra(carboxymethyl)ethylendiamin (EDTA) und dergleichen, weiterhin ortho-Phosphoserin und dergleichen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung setzt man ein Amino-funktionalisiertes Derivat einer Verbindung ein, die wenigstens zwei Carboxymethyl-Gruppen aufweist, insbesondere ein Amino-funktionalisiertes Derivat der Nitrilotriessigsäure wie Lysin-NTA (= 6-Amino-2-(N,N-bis(carboxymethyl)amino)-hexansäure). Die Verbindungen V, die mit Übergangsmetallionen Komplexe bilden können, können in komplexierter Form oder vorzugsweise in unkomplizierter Form auf die Oberfläche aufgebracht wer den. Bei Einsatz unkomplexierter Verbindungen V wird man dann im Anschluss eine Komplexierung durch Spülen mit einer Metallionen-haltigen Lösung durchführen. Gegebenenfalls wird man im Anschluss an das Aufbringen der Verbindung V bzw. im Anschluss an das Komplexieren der an die Oberfläche gebundenen Verbindung V einen Waschschritt einführen, um überschüssige Verbindung V und/oder überschüssige Metallionen zu entfernen.Binding to the biomolecule may involve covalent, ionic, coordinative, hydrophobic interactions, hydrogen bonding interactions, or a hybrid of the aforementioned bonds (affinity binding, such as occurs in protein ligand or protein-protein interactions). , In a first preferred embodiment of the invention, this binding center is a center that can form a coordinate bond to the biomolecule, which is mediated via a transition metal atom. With respect to the nature of the transition metal atoms, the above applies. In particular, they are transition metal atoms of the third period and especially those which can form divalent ions, such as in copper (II), nickel (II), zinc (II), cobalt (II) and iron (II). Preferably, such compounds V bind the metal atom as a chelate, ie the compounds V have at least 2, preferably at least 3, z. B. 3, 4 or 5 functional groups that can form a coordinate bond to the above-mentioned metal ions. The spatial arrangement of the functional groups is preferably chosen so that the connection takes place in the form of a chelate over all functional groups of the compound. Examples of suitable compounds V, which are capable of coordinating metal atoms coordinatively and which simultaneously have a reactive group R 'include, for example, aromatic orthohydroxy aldehydes such as salicylaldehyde, functionalized pyridine and quinoline compounds such as 8-hydroxyquinoline, dipicolylamine, N-2-pyridylmethylaminoacetate, furthermore polycarboxylic acids preferably having at least 2, eg 2, 3, 4, 5 or 6 carboxyl groups, especially compounds containing at least 2, z. B. 2, 3, 4, 5 or 6 carboxymethyl groups and optionally a further functional group R ', as in iminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid and their derivatives, as described by Liu et al., Synthesis, 2002, 10, 1398 described carboxymethylated aspartic acid, N, N, N-tris (carboxymethyl) ethylenediamine, N, N, N, N-tetra (carboxymethyl) ethylenediamine (EDTA) and the like, further orthophosphoserine and the like. In a preferred embodiment of the invention, an amino-functionalized derivative of a compound having at least two carboxymethyl groups, in particular an amino-functionalized derivative of nitrilotriacetic acid such as lysine-NTA (= 6-amino-2- (N, N) bis (carboxymethyl) amino) hexanoic acid). The compounds V, which can form complexes with transition metal ions, can be applied in complexed form or preferably in uncomplicated form on the surface who the. When uncomplexed compounds V are used, complexation is then carried out by rinsing with a metal ion-containing solution. Optionally, following the application of Compound V, or subsequent to complexing the surface-bound Compound V, a washing step will be introduced to remove excess Compound V and / or excess metal ions.

Im Falle von Carbonsäuren als Verbindungen V kann man diese auch in Carboxyl-geschützter Form, d. h. als Ester einsetzen. Geeignete Schutzgruppen für Carboxylgruppen sind dem Fachmann aus der einschlägigen Literatur bekannt, wobei solche Gruppen bevorzugt werden, die sich unter Bedingungen abspalten lassen, die die Oberfläche, z. B. die Hydrogel-Schicht nicht beeinträchtigen oder gar zerstören. Beispiel hierfür ist die tert.-Butylgruppe, die sich thermisch, z. B. durch Erhitzen auf 150–220°C, vorzugsweise bei vermindertem Druck, entfernen lässt.in the Trap of carboxylic acids as compounds V, these can also be prepared in carboxyl-protected form, i. H. as an ester. Suitable protecting groups for carboxyl groups are known in the art from the relevant literature, wherein preference is given to those groups which can be split off under conditions the surface, z. B. does not affect the hydrogel layer or even destroy it. example this is the tert-butyl group thermally, e.g. B. by heating at 150-220 ° C, preferably at reduced pressure, remove.

Bei den zur Komplexierung eingesetzten Lösungen handelt es sich üblicherweise um wässrige Lösungen wasserlöslicher Salze der Metallionen, z.B. Lösungen der Chloride, Nitrate, Sulfate, Acetate etc. Die Konzentration der Metallionen in der Lösung liegt in der Regel im Bereich von 1 mM bis 1 M. Je nach Art des Liganden und der Natur des Metallions beträgt der pH-Wert der Lösung in der Regel 5 bis 12, insbesondere 6 bis 11. Die Lösungen können gegebenenfalls noch schwache Komplexbildner enthalten, z.B. Ammoniak, um die Löslichkeit der Metallionen bei höheren pH-Werten zu gewährleisten.at the solutions used for complexing are usually around watery solutions water Salts of the metal ions, e.g. solutions chlorides, nitrates, sulfates, acetates etc. Concentration of Metal ions in the solution is usually in the range of 1 mM to 1 M. Depending on the nature of the Ligands and the nature of the metal ion is the pH of the solution in Rule 5 to 12, in particular 6 to 11. The solutions may possibly still weak Complexing agents, e.g. Ammonia to the solubility the metal ions at higher to ensure pH values.

In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens 2 weisen die Verbindungen V neben der zur Anbindung der Verbindung V erforderlichen reaktiven Gruppe R' eine Gruppe auf, die über wenigstens 2 und vorzugsweise über wenigstens 3 Wasserstoffbrücken-Bindungen an das Biomolekül binden kann. Derartige Gruppen sind beispielsweise Oligonukleotid-Gruppen mit wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 3, z. B. 3 bis 100 und insbesondere 3 bis 20 Nukleotidbasen aufweisen. An diese Gruppen können solche Biomoleküle binden, die eine hierzu komplementäre Oligonukleotid-Sequenz aufweisen, wobei der Anteil komplementärer Basen wenigstens 50% betragen sollte.In another embodiment of the method 2, the compounds V in addition to the connection the reactive group R 'required for compound V, form a group, the above at least 2 and preferably over at least 3 hydrogen bonds to the biomolecule can bind. Such groups are, for example, oligonucleotide groups with at least 2, preferably at least 3, e.g. B. 3 to 100 and especially 3 to 20 nucleotide bases. To these groups can such biomolecules bind, which have a complementary oligonucleotide sequence, the proportion of complementary Bases should be at least 50%.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung setzt man als Verbindungen V sol che Substanzen ein, die bekannterweise mit Biomolekülen eine affinitive Wechselwirkung eingehen. Beispiele für geeignete Verbindungen V sind Liganden, z.B. Haptene und Antikörper, die so funktionalisiert sind, d.h. eine Gruppe R' aufweisen, dass die mit der Oberfläche unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagieren können. Hierzu zählen auch chemische Verbindungen V, die neben wenigstens einer reaktiven Gruppe R' eine weitere Molekülgruppe oder Aminosäure-Sequenz aufweisen, die mit dem Biomolekül im Sinne einer affinitiven Wechselwirkung, beispielsweise einer Protein-Ligand oder Protein-Protein-Wechselwirkung binden können. Beispiele hierfür sind Biotin-Derivate, die mit einer Gruppe R' modifiziert sind und somit einen Anker für Biomoleküle bilden, die ein Streptavidin- oder Avidin-Sequenz aufweisen, sowie Streptavidin- und Avidin-Derivate, die mit einer Gruppe R' modifiziert sind, so dass sie einen Anker für biotinylierte Biomoleküle darstellen.In a further embodiment the invention is used as compounds V sol che substances, the known way with biomolecules enter into an affinitive interaction. Examples of suitable compounds V are ligands, e.g. Haptens and antibodies that are so functionalized are, i. have a group R ', that with the surface react to form a covalent bond. This includes as well chemical compounds V, in addition to at least one reactive group R 'another one molecular group or amino acid sequence exhibit that with the biomolecule in the sense of an affine interaction, for example one Protein ligand or protein-protein interaction can bind. Examples are biotin derivatives, modified with a group R ' are and thus an anchor for biomolecules form, which have a streptavidin or avidin sequence, as well as Streptavidin and avidin derivatives modified with a group R ', so that they have an anchor for biotinylated biomolecules represent.

Die zu immobilisierenden Biomoleküle weisen naturgemäß wenigstens eine Bindungsstelle auf, die an die auf der Oberfläche fixierte Substanz V eine Bindung, beispielsweise eine kovalente Bindung, eine koordinative Bindung, eine Wasserstoffbrücken-Bindung oder eine affinitive Bindung ausbilden kann. Beispiele für derartige Gruppen wurden teilweise bereits oben bei den Verbindungen V abgehandelt.The to be immobilized biomolecules naturally have at least a binding site fixed to those on the surface Substance V is a bond, for example a covalent bond, a coordinative bond, a hydrogen bond or an affinity Can form bond. Examples of such groups were partially already discussed above in the compounds V.

Biomoleküle, die unter Ausbildung einer kovalenten Bindung an die Substanz V binden, weisen beispielsweise eine hierzu komplementär reaktive Gruppe auf (siehe oben). Diese Biomoleküle, die an eine Oligonukleotid-Sequenz binden, weisen naturgemäß eine hierzu zumindest teilweise komplementäre Sequenz auf, wobei vorzugsweise wenigstens zwei benachbarte Basenpaare in der Oligonukleotid-Sequenz des Biomoleküls komplementär zu zwei benachbarten Basenpaaren der Oligonukleotid-Sequenz der Substanz V sind. Vorzugsweise beträgt die Übereinstimmung wenigstens 50%.For example, biomolecules that bind to substance V to form a covalent bond have a complementary reactive group (see above). Naturally, these biomolecules which bind to an oligonucleotide sequence have a sequence which is at least partially complementary thereto, wherein preferably at least two adjacent base pairs in the oligonucleotide sequence of the Bio molecule are complementary to two adjacent base pairs of the substance V oligonucleotide sequence. Preferably, the match is at least 50%.

Bei einer Anbindung des Biomoleküls über affinitive Wechselwirkungen weist das Biomolekül naturgemäß wenigstens eine Gruppe auf, die mit der Substanz V im Sinne einer Protein-Ligand oder Protein-Protein-Wechselwirkung binden kann, beispielsweise bei einer Streptavidin-modifizierten Verbindung V, eine Biotin-Einheit oder bei einer Biotin-modifizierten Substanz als Verbindung V eine Streptavidin-Einheit.at a binding of the biomolecule via affinitive Interactions, the biomolecule naturally has at least one group, those with the substance V in the sense of a protein ligand or protein-protein interaction can bind, for example, in a streptavidin-modified Compound V, a biotin unit or a biotin-modified Substance as compound V is a streptavidin unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Substanz V um eine Substanz, welche ein Übergangsmetallion der oben bezeichneten Art koordiniert. In diesem Fall weist das Biomolekül eine Molekülgruppe auf, die seinerseits als Ligand, vorzugsweise als chelatisierender Ligand mit dem Übergangsmetall-Ion eine koordinierende Bindung eingehen kann. Vorzugsweise ist jedoch die gelatisierende Wirkung dieser Gruppe nicht so stark, dass es zu einer vollständigen Verdrängung des gelatisierenden Teils der Verbindung V kommt. Chelatisierende Liganden in den Biomolekülen sind insbesondere solche, die wenigstens zwei, insbesondere 2 oder 3 zur Koordination an ein Metallatom geeignete Gruppen aufweisen, beispielsweise 1, 2 oder 3 Carboxylatgruppen und/oder 1, 2 oder 3 Aminogruppen und/oder 1, 2 oder 3 Iminogruppen. Hierunter bevorzugt sind insbesondere Gruppen, die wenigstens eine oder vorzugsweise 2 oder 3, räumlich benachbarte Imidazolgruppen aufweisen. Hierunter bevorzugt sind insbesondere solche Gruppen, die von Histidin oder Oligohistidin-Sequenzen abgeleitet sind. Derartige Gruppen werden auch als Histidin-Tag oder His tag bezeichnet.In a preferred embodiment of the invention, the substance V is a substance, which is a transition metal ion coordinated the type described above. In this case, that indicates biomolecule a molecular group which, in turn, acts as a ligand, preferably as a chelating agent Ligand with the transition metal ion can make a coordinating bond. However, it is preferable the gelatizing effect of this group is not so strong that it to a complete displacement the gelating part of the compound V comes. chelating Ligands in the biomolecules are in particular those which at least two, in particular 2 or 3 have groups suitable for coordination to a metal atom, for example, 1, 2 or 3 carboxylate groups and / or 1, 2 or 3 amino groups and / or 1, 2 or 3 imino groups. Preferred among these In particular, groups which are at least one or preferably 2 or 3, spatially have adjacent imidazole groups. Preferred among these are in particular, such groups as histidine or oligohistidine sequences are derived. Such groups are also called histidine tag or His tag designated.

Derartig funktionalisierte Biomoleküle und Verfahren zur Funktionalisierung nicht funktionalisierter Biomoleküle sind aus der Literatur bekannt, beispielsweise aus J. Chromat. 411 (1987) 177–184 (Histidin-Tag), Casey et al., J. Immunol Methods, 1995, 179, 105–116 (Histidin-Tag), Stiborova et al., Biotechnology and Bioengineering, 2003, 82, 605–611 sowie dort zitierten Literatur (Metallkomplexierung vermittelnde Tags), Christian Jakob, Dissertation der Universität Göttingen, 2001 und darin zitierte Literatur (Neuere Methoden und Übersicht zu Biotinylierung).Such functionalized biomolecules and methods of functionalizing non-functionalized biomolecules known from the literature, for example from J. Chromate. 411 (1987) 177-184 (Histidine tag), Casey et al., J. Immunol. Methods, 1995, 179, 105-116 (histidine tag), Stiborova et al., Biotechnology and Bioengineering, 2003, 82, 605-611 as well literature quoted there (metal complexing intermediary tags), Christian Jakob, Dissertation of the University of Göttingen, 2001 and quoted therein Literature (Newer Methods and Overview to biotinylation).

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Variante 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Hydrogel-bildende Oberflächenschicht aus den oben beschriebenen, miteinander vernetzten sternförmigen Präpolymeren aufgebaut, welche im Mittel wenigstens 4 Polymerarme A aufweisen, die für sich gesehen wasserlöslich sind. Das Aufbringen der Substanz V kann dabei vor, vorzugsweise jedoch während oder im Anschluss an die Vernetzung der Präpolymere erfolgen. Vorzugsweise weist die Hydrogel-bildende Oberflächenschicht eine Vielzahl der oben in Tabelle 1 genannten Funktionellen Gruppen R und insbesondere Isocyanat-Gruppen und/oder Aminogruppen auf.According to one particularly preferred embodiment variant 2 of the method according to the invention is the hydrogel-forming surface layer from the above-described crosslinked star-shaped prepolymers constructed, which have on average at least 4 polymer arms A, the for Viewed water soluble are. The application of the substance V can before, preferably however during or followed by the crosslinking of the prepolymers. Preferably The hydrogel-forming surface layer has a plurality of Functional groups R mentioned above in Table 1 and in particular isocyanate groups and / or amino groups.

Bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung der Variante 2 mit Hydrogel-bildender Oberflächenschicht haben sich insbesondere solche Verbindungen V bewährt, die eine Immobilisierung des Biomoleküls durch eine über ein Übergangsmetall vermittelte koordinative Bindung bewirken. Dementsprechend sind die Verbindungen V vorzugsweise unter den oben erwähnten chelatisierenden Verbindungen ausgewählt, insbesondere unter den oben erwähnten Polycarbonsäuren mit wenigstens 2 Carboxylgruppen, z.B. 2, 3, 4, 5 oder 6 Carboxylgruppen, die noch eine funktionelle Gruppe aufweisen, welche mit den funktionellen Gruppen der Hydrogel-Bildenden Oberflächenschicht unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagiert. Beispiele hierfür sind insbesondere die bereits erwähnten Verbindungen mit wenigstens zwei, z.B. 2, 3, 4, 5 oder 6 Carboxymethyl-Gruppen, insbesondere Amino-funktionalisierte Derivate der Nitrilotriessigsäure wie Lysin-NTA (= 6-Amino-2-(biscarboxymethylamino)-hexansäure).at the particularly preferred embodiment of variant 2 with hydrogel-forming surface layer have proven in particular those compounds V, the one Immobilization of the biomolecule by one over a transition metal mediate coordinated bonding. Accordingly are the compounds V are preferably among the above-mentioned chelating Compounds selected, especially among the ones mentioned above polycarboxylic with at least 2 carboxyl groups, e.g. 2, 3, 4, 5 or 6 carboxyl groups, which still have a functional group, which with the functional Groups of hydrogel-forming surface layer under formation a covalent bond reacts. Examples are in particular the ones already mentioned Compounds with at least two, e.g. 2, 3, 4, 5 or 6 carboxymethyl groups, in particular amino-functionalized derivatives of nitrilotriacetic acid such as Lysine-NTA (= 6-amino-2- (biscarboxymethylamino) -hexanoic acid).

Variante 2 in Verbindung mit einer Hydrogel-bildenden Oberflächenschicht hat sich insbesondere zur Immobilisierung von komplexen Biomolekülen bewährt, die leicht denaturieren, speziell zur Immobilisierung von Proteinen. Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform von Variante 2 mit Hydrogel-bildender Oberflächenschicht betrifft somit die Immobilisierung von Proteinen, von Proteinen, die vermittels einer koordinativen Bindung an die Oberfläche binden und speziell von Proteinen mit Histidin-Tags oder vergleichbaren Tags, wie sie von Stiborova et al., Biotechnology and Bioengineering, 2003, 82, 605–611 sowie in der dort zitierten Literatur beschrieben werden.variant 2 in conjunction with a hydrogel-forming surface layer has been proven in particular for the immobilization of complex biomolecules, the easily denature, especially for the immobilization of proteins. A very particularly preferred embodiment of variant 2 with Hydrogel-forming surface layer thus relates to the immobilization of proteins, of proteins, which bind to the surface via a coordinative bond and especially of proteins with histidine tags or similar tags, as reported by Stiborova et al., Biotechnology and Bioengineering, 2003, 82, 605-611 and in the literature cited therein.

Bezüglich des Aufbringens der Bereiche der Biomoleküle auf die mit der Verbindung V strukturierte Oberfläche gilt grundsätzlich das oben für das Aufbringen von Biomolekülen auf Stempelflächen gesagte, wobei das direkte Spotting (kontaktfrei oder mit Kontakt) bevorzugt wird. Dabei kann das Biomolekül in Reinform oder als Rohprodukt einer Funktionalisierung eingesetzt werden, da das mit der Bindungsstelle versehene Biomolekül selektiv an die mit der Substanz V belegten Plätze P bindet.Regarding the Applying the areas of the biomolecules to those with the compound V structured surface applies in principle the above for the application of biomolecules on stamp surfaces said, whereby direct spotting (non-contact or with contact) is preferred. In this case, the biomolecule in pure form or as a crude product a functionalization, since that with the binding site provided biomolecule selectively binds to the occupied with the substance V places P.

In der Regel schließt sich dem Aufbringen des Biomoleküls ein Waschschritt an. Dieser Waschschritt dient dazu, nicht gebundenes Biomolekül von der Oberfläche des Arrays zu entfernen. Als Waschflüssigkeiten kommen grundsätzlich solche Flüssigkeiten in Betracht, welche das Biomolekül lösen und gleichzeitig die Oberfläche nicht beschädigen. Insbesondere geeignet sind wässrige Lösungsmittel, die neben Wasser auch geringe Anteile, vorzugsweise nicht mehr als 40 und insbesondere nicht mehr als 10% organische, mit Wasser mischbare Lösungsmittel, beispielsweise Alkohole wie Methanol, Ethanol und dergleichen enthalten können. Diese Waschflüssigkeiten können auch oberflächenaktive Substanzen wie oben genannt enthalten. Der Anteil an oberflächenaktiven Substanzen wird in der Regel nicht mehr als 5 Gew.-%, bezogen auf die Waschflüssigkeit betragen. Weiterhin können die Waschflüssigkeiten auch die in der Biotechnolgie üblichen Puffer, insbesondere PBS-Puffer SSC-Puffer und vergleichbare enthalten, in den hierfür üblichen Konzentrationen. Die Art der zusätzlichen Bestandteile richtet sich in an sich bekannter Weise nach der Art des auf der Oberfläche immobilisierten Biomoleküls.In usually closes the application of the biomolecule a washing step. This washing step serves to unbound biomolecule from the surface of the array. As washing liquids are basically such liquids consider which the biomolecule solve and at the same time the surface do not damage. Particularly suitable are aqueous Solvent, in addition to water even small proportions, preferably not more than 40 and in particular not more than 10% organic, water-miscible Solvent, For example, alcohols such as methanol, ethanol and the like can. These washings can also surface-active Contain substances as mentioned above. The proportion of surface-active Substances is usually not more than 5 wt .-%, based on the washing liquid be. Furthermore you can the washing liquids also common in biotechnology Buffer, especially PBS buffer SSC buffer and comparable contain, in the usual for this Concentrations. The type of additional Ingredients depends in a conventional manner on the type of the on the surface immobilized biomolecule.

Sind in einem oder mehreren Bereichen die immobilisierten Biomoleküle mit einer Markierung versehen, so kann sich nun eine Qualitätskontrolle des Arrays anschließen. Dazu kann der Array mit einem der Markierung entsprechenden Detektionssystem vermessen werden. Über die gemessene Menge an immobilisierter Markierung lassen sich insbesondere die Kopplungseffizienz und damit die Immobilisierung der Biomoleküle in Bezug auf Fläche, Homogenität und Dichte beurteilen.are in one or more areas the immobilized biomolecules with a Marked, so now can a quality control of the array. For this purpose, the array with a detection system corresponding to the marking be measured. about the measured amount of immobilized label can be particularly the coupling efficiency and thus the immobilization of biomolecules in relation on area, homogeneity and assess density.

Grundsätzlich sind alle Markierungsarten geeignet. Vorzugsweise wird die Markierung so gewählt, daß sie nicht oder nur minimal mit der nachfolgenden Analytik interferiert, die Verwendung der Arrays also nicht oder nur unwesentlich beeinflußt. Dazu sind vor allem gegebenenfalls erforderliche Markierungen der Probe, also insbesondere von Nukleinsäure-Targets zu beachten. Andererseits kann die Markierung so gewählt werden, daß sie mit der Markierung der Probe wechselwirkt. Das von wechselwirkenden Markierungen ausgehende Signal kann unterscheidbar sein von demjenigen, das von den entsprechenden nicht wechselwirkenden Markierungen ausgeht. Die Wechselwirkung kann beispielsweise die Signalintensität beeinflussen, z.B. verstärken oder quenchen, oder das Signal modifizieren, z.B. die Wellenlänge absorbierten oder emittierten Lichts verändern.Basically all marking types are suitable. Preferably, the label chosen so that she not or only minimally interferes with the subsequent analysis, the use of the arrays so not or only slightly influenced. To Above all, if necessary, necessary markings of the sample, ie in particular of nucleic acid targets to be observed. On the other hand, the mark can be chosen that she interacts with the labeling of the sample. That of interactive Marks outgoing signal may be distinguishable from the one that emanates from the corresponding non-interacting markers. For example, the interaction may affect signal intensity, e.g. strengthen or quenching, or modifying the signal, e.g. absorbed the wavelength or emitted light.

Erfindungsgemäß geeignet sind Markierungssysteme, die sich z.B. spektroskopisch, photochemisch, biochemisch, immunochemisch, elektrisch, optisch oder chemisch erkennen lassen. Dazu gehören sowohl direkte Markierungssysteme, wie radioaktive Marker (z.B. 32P, 3H, 125I, 35S, 14C), magnetische Marker, Chromophore, beispielsweise UV-, VIS-, oder IR-absorbierende Verbindungen, Fluorophore, chemi- oder biolumineszierende Marker, Übergangsmetalle, die in der Regel chelatgebunden sind, oder Enzyme, z.B. Meerrettich-Peroxidase oder alkalische Phosphatase und die daran gekoppelten Nachweisreaktionen, als auch indirekte Markierungssysteme, beispielsweise Haptene, wie Biotin oder Digoxigenin, die über entsprechende Nachweissysteme erkannt werden können.Marking systems suitable for the purposes of the invention are those which can be detected, for example, spectroscopically, photochemically, biochemically, immunochemically, electrically, optically or chemically. These include both direct labeling systems, such as radioactive labels (eg 32 P, 3 H, 125 I, 35 S, 14 C), magnetic markers, chromophores, for example UV, VIS, or IR-absorbing compounds, fluorophores, chemi- or bioluminescent markers, transition metals, which are usually chelated, or enzymes, for example horseradish peroxidase or alkaline phosphatase and the detection reactions coupled thereto, as well as indirect labeling systems, for example haptens, such as biotin or digoxigenin, which can be recognized by corresponding detection systems.

Vorteilhafte Chromophore besitzen eine intensive Farbe, die von den umgebenden Molekülen nur geringfügig absorbiert wird. Farbstoffklassen, wie Chinoline, Triarylmethane, Acridine, Alizarine, Phthaleine, Azoverbindungen, Anthrachinone, Cyanine, Phenazathioniumverbindungen oder Phenazoxoniumverbindungen, seien hier stellvertretend für das breite Spektrum erfindungsgemäß geeigneter Chromophore genannt.advantageous Chromophores have an intense color, that of the surrounding ones molecules only slightly is absorbed. Dye classes, such as quinolines, triarylmethanes, Acridines, alizarines, phthaleins, azo compounds, anthraquinones, Cyanines, phenazathionium compounds or phenazoxonium compounds here representative for the broad spectrum according to the invention suitable chromophores called.

Fluoreszierende Markierungen werden bevorzugt. Man erhält starke Signale mit wenig Hintergrund, hoher Auflösung und hoher Sensitivität. Erfindungsgemäß von Vorteil ist, daß ein und derselbe Fluorophor je nach Anregung und Detektionsprinzip mehrere unterscheidbare Strahlungen emittieren kann. Fluorophore können allein oder in Kombination mit einem Quencher (z.B. Molecular Beacons) verwendet werden. Geeignete Fluorophore sind beispielsweise Aminomethylcoumarinessigsäure (AMCA, blau), EDANS, BODIPY 493/503; FL; FL Br2; R6G; 530/550; 558/568; TMR 542/574; TR 589/617; 630/650; 650/665, 6-FAM Fluorescein (grün), 6-OREGON green 488, TET, Cy3 (rot), Rhodamine (rot), 6-JOE, HEX, 5-TAMRA, NED, 6-ROX, TEXAS Red7 (rot), Cy5, Cy5.5, LaJolla Blue, Cy7, Alexa Fluor-Carbonsäuren, insbesondere des Typs 647 und 532, z.B. als Succinimidylester, und IRD41.fluorescent Markers are preferred. You get strong signals with little Background, high resolution and high sensitivity. According to the invention of advantage is that one and the same fluorophore depending on the excitation and detection principle several can emit distinguishable radiations. Fluorophores can be alone or in combination with a quencher (e.g., molecular beacons) be used. Suitable fluorophores are, for example, aminomethylcoumariness acid (AMCA, blue), EDANS, BODIPY 493/503; FL; FL Br2; R6G; 530/550; 558/568; TMR 542/574; TR 589/617; 630/650; 650/665, 6-FAM fluorescein (green), 6-OREGON green 488, TET, Cy3 (red), Rhodamine (red), 6-JOE, HEX, 5-TAMRA, NED, 6-ROX, TEXAS Red7 (red), Cy5, Cy5.5, LaJolla Blue, Cy7, Alexa Fluorine-carboxylic acids, in particular of the type 647 and 532, e.g. as succinimidyl ester, and IRD41.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung auf Basis eine erfindungsgemäßen Arrays, die Beispielsweise als Chip, Microfluid-Vorrichtung oder als Dipstick ausgestaltet sein kann. Vorrichtungen auf Basis von Bioarrays sind dem Fachmann grundsätzlich aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt, und können in an sich bekannter Weise mit den erfindungsgemäßen Mikrobioarrays ausgerüstet werden.object The invention also relates to a device based on an array according to the invention, for example as a chip, microfluid device or as a dipstick can be designed. Devices based on bioarrays are the expert in principle known from the cited prior art, and may be in in a known manner be equipped with the microbioarrays according to the invention.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung erfindungsgemäßer Arrays für analytische und insbesondere diagnostische Zwecke.object The present invention also relates to the use of arrays according to the invention for analytical and in particular diagnostic purposes.

Beispielhaft seien folgende Anwendungen genannt:
Diagnostik, Therapiewahl und Therapiekontrolle von Tumor- und Stoffwechselerkrankungen; Untersuchung der genetischen Prädisposition (SNPs), insbesondere die Detektion von Mutationen, auch im forensichen Bereich; Nachweis von Promotormethylierungen (Epigenetics); Genexpressionskontrolle; Sequenzierung, insbesondere Sequenzierung durch Hybridisierung; Mikrobiologische Anwendungen wie in Bakteriologie und Virologie, beispielsweise zur Differenzierung verschiedener Stämme; ELISA-Anwendungen mit immobilisierten Antikörpern, Antigenen, Rezeptoren und Liganden in der klinischen Chemie bis hin zur Lebensmittelchemie und Umweltanalytik; Allergiediagnostik mit immobilisierten Allergene; High Throughput Screening von Substanzbibliotheken; Toxicogenomics.
By way of example, the following applications may be mentioned:
Diagnosis, treatment choice and therapy control of tumor and metabolic diseases; Examination of genetic predisposition (SNPs), in particular the detection of mutations, also in the forensic area; Detection of promoter methylation (epigenetics); Gene expression control; Sequencing, in particular sequencing by hybridization; Microbiological applications such as in bacteriology and virology, for example for the differentiation of different strains; ELISA applications with immobilized antibodies, antigens, receptors and ligands in clinical chemistry to food chemistry and environmental analysis; Allergy diagnostics with immobilized allergens; High throughput screening of compound libraries; Toxicogenomics.

Prinzipiell eignen sich erfindungsgemäße Arrays sowohl für nichtkompetitive als auch für kompetitive analytische Verfahren (Assays).in principle Arrays of the invention are suitable as well as noncompetitive as well as for competitive analytical procedures (assays).

Bei nichtkompetitiven Assays tritt die zu analysierende Substanz (Analyt) mit den auf der Oberfläche immobilisierten Biomolekülen in Wechselwirkung. In der Regel wird der Analyt zuvor markiert, möglich ist aber auch eine Markierung, nachdem der Analyt bereits mit den immobilisierten Biomolekülen in Wechselwirkung getreten ist, z.B. mittels Primer Extension oder Rolling-Cycle-PCR. In diesen Fällen erhält man ein Meßsignal, das um so größer ist, je mehr Analyt vorhanden ist. Es ist auch möglich, daß durch die Wechselwirkung der Probe mit den auf der Oberfläche immobilisierten Substanzen die Fluoreszenz der immobilisierten Substanzen verändert wird (Abschwächung, Verstärkung, z.B. Molecular Beacons) oder die Aktivität eines Enzyms verändert wird und diese Änderung als Meßsignal registriert wird. Beispiele für nichtkompetitive Assays sind Hybridisierungsreaktionen von PCR-Produkten oder markierter DNA/RNA an auf der Oberfläche immobilisierte Nukleinsäuren, insbesondere Oligonukleotide oder cDNA, sowie Sandwichimmunoassays.at noncompetitive assays, the analyte (analyte) with those immobilized on the surface biomolecules in interaction. As a rule, the analyte is marked in advance, possible but is also a marker after the analyte already with the immobilized biomolecules has interacted, e.g. using primer extension or Rolling cycle PCR. In these cases receives one measurement signal, the the bigger, the more analyte is present. It is also possible that through the interaction the sample with the on the surface immobilized substances, the fluorescence of the immobilized substances is changed (Weakening, gain e.g. Molecular beacons) or the activity of an enzyme is changed and this change as a measuring signal is registered. examples for Non-competitive assays are hybridization reactions of PCR products or labeled DNA / RNA on nucleic acids immobilized on the surface, in particular Oligonucleotides or cDNA, as well as sandwich immunoassays.

Bei kompetitiven Verfahren wird der Probe eine markierte Substanz (Marker) zugesetzt, die ähnliche Bindungseigenschaften zu den auf der Oberfläche immobilisierten Biomolekülen hat wie der Analyt selbst. Es findet eine Konkurrenzreaktion zwischen Analyt und Marker um die begrenzte Anzahl von Bindungsplätzen auf der Oberfläche statt. Man erhält ein Signal, das um so niedriger ist, je mehr Analyt vorhanden ist. Beispiele für kompetivie Assays sind Immunoassays (ELISA) und Rezeptorassays).at Competitive method, the sample is a labeled substance (marker) added, the similar binding properties to those on the surface immobilized biomolecules has like the analyte itself. There is a competitive reaction between Analyte and marker around the limited number of binding sites on the surface instead of. You get a signal, the lower the more analyte is present. Examples of competivie Assays are immunoassays (ELISA) and receptor assays).

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele und Figuren veranschaulicht.The The invention will be illustrated by the following examples and figures.

Figuren:Characters:

1: Es wird eine schematische Darstellung der Variante 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. In 1a wird die Aufsicht auf einen üblichen Polydimethylsiloxan-Stempel, der eine Vielzahl säulenförmiger Erhebungen aufweist, gezeigt. 1b zeigt einen Querschnitt durch den in 1a in der Aufsicht gezeigten Polydimethylsiloxan-Stempel. In 1c wird schematisch das Aufbringen verschiedener Lösungen der Biomoleküle auf unterschiedliche Bereiche der Stempelfläche und ein Querschnitt durch den so behandelten Stempel gezeigt. 1d zeigt eine Aufsicht auf die so erhaltene Stempelfläche. 1e ist eine schematische Darstellung des Inkontaktbringens der behandelten Stempelfläche mit der Substrat-Oberfläche. 1f zeigt eine schematisierte Aufsicht auf die gestempelten Oberfläche und eine schematisierte Seitenansicht der gestempelten Oberfläche 1 A schematic representation of variant 1 of the method according to the invention is shown. In 1a For example, the top view of a conventional polydimethylsiloxane stamper having a plurality of columnar protrusions is shown. 1b shows a cross section through the in 1a shown in the plan polydimethylsiloxane stamp. In 1c schematically shows the application of different solutions of biomolecules on different areas of the stamp surface and a cross section through the thus treated stamp shown. 1d shows a plan view of the stamp surface thus obtained. 1e is a schematic representation of the contacting of the treated stamp surface with the substrate surface. 1f shows a schematic plan view of the stamped surface and a schematic side view of the stamped surface

2: Dargestellt wird in schematisierter Weise die Variante 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2a zeigt einen Querschnitt des verwendeten Stempels. 2b zeigt schematisiert das Aufdrucken der Substanz V auf eine mit einer Hydrogel-Schicht (1) beschichtete Substratoberfläche. 2c zeigt die mit der Substanz V (2) bestempelte Oberfläche in der Aufsicht und 2d als Querschnitt. 2e stellt in schematisierter Weise die Aufsicht auf eine Oberfläche und 2f deren Querschnitt dar, auf die nach Aufbringen der Substanz V mehrere Spots (3) unterschiedlicher Protein-Lösungen aufgebracht wurden. 2 : Shown schematically is the variant 2 of the method according to the invention. 2a shows a cross section of the stamp used. 2 B schematically shows the printing of the substance V on one with a hydrogel layer ( 1 ) coated substrate surface. 2c shows the substance V ( 2 ) stamped surface in the supervision and 2d as a cross section. 2e schematically shows the top view of a surface and 2f whose cross-section represents, on the after application of the substance V several spots ( 3 ) of different protein solutions were applied.

3: 3a und 3b zeigen eine fluoreszenmikroskopische Aufnahme eines nach Variante 1 hergestellten Arrays von immobilisiertem Fluorescein in unterschiedlichen Vergrößerungen. 3 : 3a and 3b show a fluorescence micrograph of a prepared according to variant 1 array of immobilized fluorescein in different magnifications.

4: Teilansicht einer fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme eines nach Variante 2 hergestellten Bereichs mit einer Vielzahl von Plätzen, auf denen via Biotin Fluoreszenz-markiertes Streptavidin immobilisiert wurde. 4 FIG. 2: Partial view of a fluorescence micrograph of a region prepared according to Variant 2 with a multiplicity of sites on which fluorescence-labeled streptavidin was immobilized via biotin.

5: Teilansicht einer fluoreszenzmikroskopischen Aufnahme eines nach Variante 2 hergestellten Arrays mit einer Vielzahl von Plätzen, auf denen Green-Fluorescent-Protein mit Histidin-Tag mittels Lysin-NTA-Nickel(II) immobilisiert war. 5 FIG. 2: Partial view of a fluorescence micrograph of an array prepared according to Variant 2 with a multiplicity of sites on which green fluorescent protein with histidine tag is assayed by means of Ly sin-NTA-nickel (II) was immobilized.

1. Aminofunktionalisierung des Trägers:1. Aminofunctionalization of the carrier:

Die Substratoberflächen (Glasplättchen, Mikroskopieträger, Siliziumträger) wurden zunächst vorbehandelt. Hierzu wurden die Substrate 1h bei 60°C in einer Mischung aus konzentriertem wässrigem Ammoniak, Wasserstoffperoxid (25 Gew.-%ig) und Wasser in einem Volumenverhältnis 1:1:5 gelagert. Danach wurden sie mehrmals mit Wasser abgespült. Die so behandelten Substrate wurden anschließend in entsalztem Wasser aufbewahrt. Alternativ können die durch Wasser und Aceton vorgereinigten Substrate in einer Plasmaanlage des Typs TePla 100-E der Firma Plasma Systeme 2 Minuten im Sauerstoffplasma behandelt (Druck: 1 mbar, 50W) und anschließend mit Wasser und Aceton nachgewaschen werden. Alternativ können die vorgereinigten Substrate auch unter einer 40 W UV-Lampe mit Wellenlänge von 185 nm für 10 min mit Sauerstoff behandelt (Abstand zwischen Substratoberfläche und Lichtquelle 2 mm), und anschließend mit Wasser und Aceton nachgewaschen werden.The substrate surfaces (Glass slides, Microscopy carriers, Silicon substrate) were first pretreated. For this purpose, the substrates were 1h at 60 ° C in a Mixture of concentrated aqueous Ammonia, hydrogen peroxide (25% by weight) and water in a volume ratio of 1: 1: 5 stored. Afterwards, they were rinsed several times with water. The so treated substrates were then stored in deionized water. Alternatively you can the pre - cleaned by water and acetone substrates in a plasma system of the Type TePla 100-E from the company Plasma Systeme 2 minutes in oxygen plasma treated (pressure: 1 mbar, 50W) and then with water and acetone be washed. Alternatively, the pre-cleaned substrates also under a 40 W UV lamp with wavelength of 185 nm for 10 min treated with oxygen (distance between substrate surface and Light source 2 mm), and then be washed with water and acetone.

Zur Aminofunktionalisierung wurden die vorbehandelten Substrate mit einer Aminosilian-Monolage beschichtet. Hierzu wurde die aus dem Wasser entnommene und mit Stickstoff trockengeblasene Probe in eine Glovebox transferiert. Dort wurden die Substrate in einer 0,5%igen (v/v) Lösung von (3-Aminopropyl)trimethoxylsilan in trockenem Toluol 16 h gelagert, anschließend mit Toluol gründlich gewaschen und darin gelagert und vor Benutzung unter Stickstoffatmosphäre in einer Glovebox mittels eines gefilterten Stickstoffstroms getrocknet.to Aminofunktionalisierung were the pretreated substrates with coated with an aminosilian monolayer. For this purpose, the from the Water sampled and nitrogen-blown sample into a glove box transferred. There, the substrates were stored in a 0.5% (v / v) solution of (3-aminopropyl) trimethoxylsilane stored in dry toluene for 16 h, then washed thoroughly with toluene and stored therein and in a nitrogen atmosphere before use Glove box dried by means of a filtered stream of nitrogen.

II. Herstellung eines Trägers mit einer Hydrogel-Schicht, die auf ihrer Oberfläche funktionelle Gruppen R aufweist.II. Production of a carrier with a hydrogel layer containing on its surface functional groups R having.

Herstellungsbeispiel 1:Production Example 1

Ein 6-armiges statistisches Poly(ethylen/propylenoxid) mit einem EO/PO- Verhältnis von 80/20 mit einem Molekulargewicht von 3100 g/mol, das an den Enden der Polymerarme mit Isophorondiisocyanat modifiziert worden war (hergestellt analog Beispiel 11 der DE 10216639.0 ), wurde in einer Konzentration von 1 mg/ml in einer Mischung aus Tetrahydrofuran und Wasser (1:9 v/v) gelöst. Dann wurde ein aminofunktionalisierter Glasträger, hergestellt nach 1, in diese Lösung getaucht und mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/sec senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche herausgezogen. Auf diese weise erhielt man eine nahezu monomolekulare Beschichtung des Glasträgers mit dem Präpolymeren, die herstellungsbedingt an ihrer Oberfläche Isocyanatgruppen aufweist.A 6-arm random poly (ethylene / propylene oxide) having an EO / PO ratio of 80/20 with a molecular weight of 3100 g / mol modified at the ends of the polymer arms with isophorone diisocyanate (prepared analogously to Example 11 of US Pat DE 10216639.0 ) was dissolved at a concentration of 1 mg / ml in a mixture of tetrahydrofuran and water (1: 9 v / v). Then, an amino-functionalized glass carrier prepared in 1 was immersed in this solution and withdrawn at a rate of 5 mm / sec perpendicular to the liquid surface. In this way, one obtained a nearly monomolecular coating of the glass carrier with the prepolymer, which has production reasons on its surface isocyanate groups.

Herstellungbeispiel 2:Production Example 2:

Ein 6-armiges statistisches Poly(ethylen/propylenoxid) mit einem EO/PO-Verhältnis von 80/20 mit einem Molekulargewicht von 18000 g/mol, das an den Enden der Polymerarme mit Isophorondiisocyanat modifiziert worden war (hergestellt analog Beispiel 11 der DE 10216639.0 ), wurde in einer Konzentration von 10 mg/ml in trockenem Tetrahydrofuran gelöst. Dann wurde ein aminofunktionalisierter Siliziumträger, hergestellt nach 1, mittels Spincoating beschichtet. Hierzu wurde zunächst das nicht rotierende, getrocknete Substrat mit der Präpolymerlösung vollständig benetzt, bevor die Lösung bei einer Endgeschwindigkeit von 4000 U/min für 40 Sekunden abgeschleudert wurde. Das so beschichtete Substrat wurde dann über Nacht in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre aufbewahrt, wobei man eine Oberfläche mit NH2-Gruppen erhielt.A 6-arm random poly (ethylene / propylene oxide) having an EO / PO ratio of 80/20 with a molecular weight of 18,000 g / mol which had been modified at the ends of the polymer arms with isophorone diisocyanate (prepared analogously to Example 11 of DE 10216639.0 ) was dissolved in dry tetrahydrofuran at a concentration of 10 mg / ml. Then, an amino-functionalized silicon support, prepared according to FIG. 1, was spin-coated. For this purpose, first the non-rotating, dried substrate was completely wetted with the prepolymer solution before the solution was spun off for 40 seconds at a final speed of 4000 rpm. The thus coated substrate was then stored overnight in an atmosphere saturated with water vapor to give a surface having NH 2 groups.

III. Herstellung der BioarraysIII. Production of bioarrays

Beispiel 1: Herstellung eines Fluorescein-Arrays:Example 1: Preparation a fluorescein array:

Eine Lösung eines mit Isothiocyanat modifizierten Fluorescein-Derivats (FITC von der Fa. Aldrich) wurde in einer Mischung aus Ethanol/Dimethylsulfoxid 50:1 v/v in einer Konzentration von 100 μM gelöst. Auf einen rechteckigen Polydimethyldisiloxanstempel, hergestellt nach Tan et al., Langmuir 2002, 18, S. 519–523 mit einer Fläche von 15 mm × 15 mm mit einer regelmäßigen Anordnung zylindrischer Säulen (Durchmesser 10 μm, Höhe 2 μm, mittlerer Abstand 20 μm) wurden mit einer Mikroliterpipette ein sehr kleine Flüssigkeitsmenge (< 0,5 μl) dieser Lösung aufgebracht und anschließend getrocknet, wobei man einen Spot mit einem Durchmesser < 500 μm erhielt. Der so vorbereitete Stempel wurde 2 min mit dem in 1 hergestellten aminofunktionalisierten Glasträger in Kontakt gebracht. Anschließend wurde die Oberfläche fluoreszenmikroskopisch untersucht. Auf diese Weise erhält man das in den 3 und 3a gezeigte Muster.A solution of an isothiocyanate-modified fluorescein derivative (FITC from Aldrich) was dissolved in a mixture of ethanol / dimethyl sulfoxide 50: 1 v / v in a concentration of 100 uM. On a rectangular Polydimethyldisiloxan stamp, manufactured by Tan et al., Langmuir 2002, 18, pp 519-523 with an area of 15 mm × 15 mm with a regular array of cylindrical columns (diameter 10 .mu.m, height 2 .mu.m, average distance 20 microns ), a very small amount of liquid (<0.5 .mu.l) of this solution was applied with a microliter pipette and then dried to obtain a spot with a diameter <500 .mu.m. The thus prepared stamp was 2 min with the amino-thin prepared in 1 Tionalized glass carrier brought into contact. Subsequently, the surface was examined by fluorescence microscopy. In this way you get that in the 3 and 3a shown pattern.

In analoger Weise können auch Protein-Arrays und Nucleotid-Arrays hergestellt werden:In analogous way also protein arrays and nucleotide arrays are made:

Beispiel 2: Herstellung eines Oligonucleotid-ArraysExample 2: Preparation an oligonucleotide array

Ein rechteckiger Polydimethyldisiloxanstempel, hergestellt z.B. nach Tan et al., Langmuir 2002, 18, S. 519–523, mit einer Fläche von 15 mm × 15 mm mit einer regelmäßigen Anordnung von Säulen (Durchmesser 5 μm, Höhe 2 μm, mittlerer Abstand 20 μm), wird gemäß der Vorschrift von Donzel et al., Adv. Mater. 2001, 13, 1164, im Sauerstoffplasma hydrophil modifiziert. Auf diesen Stempel werden mittels Mikropipette 2 Spots á 0,1 μl einer Lösung von 3'-aminoterminiertem-5'-fluoreszenzmarkiertem Oligonucleotid in PBS-Puffer mit einer Konzentration von 100 pmol/μl aufgebracht. Nach Trocknen im Inertgasstrom wird der so vorbereitete Stempel wird mit einer nach II Beispiel 1 frisch hergestellten Oberfläche 2 min in Kontakt gebracht. Anschließend wird mit PBS gewaschen. Man erhält auf diese Weise ein nahezu fehlerfreies Abbild des Stempels, das 2 getrennte Bereiche aufweist, in denen die Nucleotide eine sehr große Anzahl von räumlich getrennten Plätzen belegen, wie sich Fluoreszenzmikroskopisch nachweisen lässt.One rectangular polydimethyldisiloxane stamp, made e.g. to Tan et al., Langmuir 2002, 18, pp. 519-523, with an area of 15 mm × 15 mm with a regular arrangement of columns (Diameter 5 μm, Height 2 μm, medium Distance 20 μm), will be in accordance with the requirement by Donzel et al., Adv. Mater. 2001, 13, 1164, in the oxygen plasma modified hydrophilic. On this stamp are by means of micropipette 2 spots of 0.1 μl of a solution of 3'-5'-fluorescence-labeled aminoterminiertem Oligonucleotide in PBS buffer at a concentration of 100 pmol / ul applied. After drying in an inert gas stream, the thus prepared stamp will be with a surface freshly prepared according to II Example 1 2 min brought into contact. Subsequently is washed with PBS. You get in this way, an almost error-free image of the stamp, the 2 separate regions in which the nucleotides a very size Number of spatial separate places prove how fluorescence microscopy can be detected.

Beispiel 3 Herstellung eines Biotin-Streptavidin-Arrays:Example 3 Preparation a biotin-streptavidin-array:

Der in Beispiel 2 verwendete Polydimethyldisiloxanstempel wird mit einer Lösung von Biotinamidocapronsäure-N-hydroxysuccinimid-Ester in Dimethylformamid (10 μg/ml) benetzt und anschließend getrocknet. Der so erhaltene Stempel wird 2 min. mit der II Beispiel 2 hergestellten Beschichtung in Kontakt gebracht. Anschließend wird die so erhaltene Beschichtung zum Entfernen von nicht-gebundenem Ester nacheinander mit Dimethylformamid und Wasser gewaschen und im Argonstrom getrocknet. Auf diese Weise erhielt man ein Array mit kreisförmigen Bereichen immobilisiertem Biotins.Of the Polydimethyldisiloxan stamp used in Example 2 is with a solution of biotinamidocaproic acid N-hydroxysuccinimide ester in dimethylformamide (10 μg / ml) wetted and then dried. The stamp thus obtained is 2 min. with the II example 2 prepared coating brought into contact. Subsequently, will the resulting coating for removing unbound Ester washed successively with dimethylformamide and water and dried in an argon stream. That's how you got an array with circular Areas of immobilized biotin.

Auf das so hergestellte Biotin-Array werden mittels Mikropipette 2 Spots á 1–2 μl einer Lösung von fluoreszenzmarkiertem Streptavidin (Molecular Probes) in PBS-Puffer (0,04 mg/ml) aufgebracht und 4 h bei Raumtemperatur gelagert. Anschließend wird der Array mit PBS-Puffer nachgewaschen, im Argonstrom getrocknet. Auf diese Weise erhält man einen Array der zwei räumlich voneinander getrennte Bereiche aufweist, die eine Vielzahl von mit Streptavidin belegeten Plätzen aufweisen, wie sich fluoreszenzmikroskopisch nachweisen lässt (siehe 4).2 spots of a solution of fluorescently labeled streptavidin (Molecular Probes) in PBS buffer (0.04 mg / ml) are applied by micropipette to the biotin array prepared in this way and stored for 4 hours at room temperature. Subsequently, the array is washed with PBS buffer, dried in an argon stream. In this way, one obtains an array of two spatially separated regions having a plurality of occupied streptavidin sites, as can be detected by fluorescence microscopy (see 4 ).

Beispiel 4: Herstellung eines Protein-Arrays über KomplexbildungExample 4: Preparation a protein array over complexation

Der in Beispiel 1 verwendete Polydimethylsiloxanstempel, mit einer Fläche von etwa 15 mm × 15 mm, mit einer regelmäßigen Anordnung von Säulen (Durchmesser 10 μm, Höhe 2 μm mittlerer Abstand 20 μm) wird mit einer Lösung von Lysino-NTA-tert-Butylester, hergestellt nach J. Groll, Diplomarbeit der Universität Ulm, 2001, in Toluol (20 mg/ml) benetzt und anschließend getrocknet. Der so erhaltene Stempel wird 15 min. mit der gemäß II Beispiel 1 frisch hergestellten Beschichtung in Kontakt gebracht. Anschließend wird der so erhaltende Träger über Nacht in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre aufbewahrt und mit Toluol gewaschen. Der erhaltene Träger wird 10 min. bei 200 °C unter Vakuum (0,02 mbar) gelagert und nach dem Abkühlen für 5 min. in eine Lösung von NiCl2 in Wasser (5 mg/ml) getaucht und mit Wasser gewaschen. Anschließend wird auf den so behandelten Träger eine Lösung eines mit His-Tags versehenen Green-Fluorescent-Proteins in PBS-Puffer (0,03 mg/ml) aufgebracht, 10 min. gelagert und anschließend mit PBS-Puffer gewaschen. Der erhaltene Array wird fluoreszenzmikroskopisch untersucht. Man erhält das in der 5 gezeigte Muster.The polydimethylsiloxane stamp used in Example 1, with an area of about 15 mm × 15 mm, with a regular array of columns (diameter 10 μm, height 2 μm mean distance 20 μm) is mixed with a solution of lysine NTA-tert-butyl ester, made according to J. Groll, diploma thesis of the University of Ulm, 2001, wetted in toluene (20 mg / ml) and then dried. The stamp thus obtained is 15 min. brought into contact with the freshly prepared according to II Example 1 coating. Subsequently, the support thus obtained is stored overnight in an atmosphere saturated with water vapor and washed with toluene. The resulting support is 10 min. stored at 200 ° C under vacuum (0.02 mbar) and after cooling for 5 min. dipped in a solution of NiCl 2 in water (5 mg / ml) and washed with water. Subsequently, a solution of His-tagged Green Fluorescent protein in PBS buffer (0.03 mg / ml) is applied to the thus treated support, for 10 min. stored and then washed with PBS buffer. The resulting array is examined by fluorescence microscopy. You get that in the 5 shown pattern.

Claims (35)

Mikroarray immobilisierter Biomoleküle, der wenigstens zwei auf einer Oberfläche räumlich voneinander getrennt angeordnete Flächenbereiche B aufweist, die jeweils mehrere, räumlich voneinander getrennte Plätze P umfassen, auf denen Biomoleküle immobilisiert sind, worin der mittlere Abstand der Begrenzungslinie eines Bereichs B zu seinem Flächenmittelpunkt die Bereich von 10 μm bis 250 μm liegt.Microarray of immobilized biomolecules, the at least two on a surface spatial has separated areas B, the each several, spatially separate places P include on which biomolecules are immobilized, wherein the mean distance of the boundary line a region B to its centroid the range of 10 microns up to 250 μm lies. Mikroarray nach Anspruch 1, worin der mittlere Abstand benachbarter Plätze P innerhalb der Bereiche B wenigstens doppelt so groß ist wie der mittlere Abstand der Begrenzungslinie eines Platzes P zu seinem Flächenmittelpunkt.A microarray according to claim 1, wherein the mean distance neighboring squares P within the areas B is at least twice as large as the mean distance of the boundary line of a place P to its centroid. Mikroarray nach Anspruch 1 oder 2, worin der mittlere Abstand der Begrenzungslinie eines Platzes P zu seinem Flächenmittelpunkt im Mittel 50 nm bis 50 μm beträgt.Microarray according to claim 1 or 2, wherein the average distance of the boundary line of a place P to its center of area is on average 50 nm to 50 microns. Mikroarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der mittlere Abstand benachbarter Plätze im Bereich von 200 nm bis 200 μm beträgt.Microarray according to one of the preceding claims, wherein the mean distance between adjacent places in the range from 200 nm to 200 microns. Mikroarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Plätze P durch eine kreisförmige, ellipsoide oder rechteckige Fläche beschrieben werden.Microarray according to one of the preceding claims, wherein the places P by a circular, ellipsoidal or rectangular surface to be discribed. Mikroarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Plätze P innerhalb der Bereiche B regelmäßig angeordnet sind.Microarray according to one of the preceding claims, wherein the places P are arranged regularly within the areas B. Mikroarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Bereiche B wenigstens 10 voneinander räumlich getrennte, flächige Plätze P umfassen.Microarray according to one of the preceding claims, wherein the areas B comprise at least 10 spatially separated areas P spatially separated from one another. Mikroarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin wenigstens zwei der Flächenbereiche B sich in der Art und/oder der Flächendichte der immobilisierten Biomoleküle unterscheiden.Microarray according to one of the preceding claims, wherein at least two of the surface areas B in the nature and / or the surface density of the immobilized biomolecules differ. Mikroarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Bereiche B eine kreisförmige Geometrie aufweisen.Microarray according to one of the preceding claims, wherein the areas B a circular Have geometry. Mikroarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der mittlere Abstand benachbarter Bereiche wenigstens 50 μm beträgt.Microarray according to one of the preceding claims, wherein the mean distance between adjacent areas is at least 50 μm. Mikroarray nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine auf einem Träger angeordnete organische Oberflächenschicht, auf welcher die Biomoleküle immobilisiert sind.Microarray according to one of the preceding claims, comprising one on a carrier arranged organic surface layer, on which the biomolecules are immobilized. Mikroarray nach Anspruch 11, worin die Oberflächenschicht wenigstens eine hydrogelbildende Schicht umfasst.A microarray according to claim 11, wherein the surface layer comprises at least one hydrogel-forming layer. Mikroarray nach Anspruch 12, worin die hydrogelbildende Oberflächenschicht im wesentlichen aus miteinander vernetzten sternförmigen Präpolymeren aufgebaut ist, welche im Mittel wenigstens 4 Polymerarme A aufweisen, die für sich gesehen wasserlöslich sind.Microarray according to claim 12, wherein the hydrogel-forming surface layer essentially of interconnected star-shaped prepolymers is constructed, which have on average at least 4 polymer arms A, the for Viewed water soluble are. Mikroarray nach Anspruch 12 oder 13, worin die hydrogelbildende Oberflächenschicht im Mittel eine Dicke von 1 nm bis 100 μm im trockenen Zustand aufweist.Microarray according to claim 12 or 13, wherein the hydrogel-forming surface layer has on average a thickness of 1 nm to 100 microns in the dry state. Verfahren zur Herstellung eines Mikroarrays immobilisierter Biomoleküle, der wenigstens zwei auf einer Oberfläche räumlich voneinander getrennt angeordnete Flächenbereiche B aufweist, die jeweils mehrere, räumlich voneinander getrennte Plätze P umfassen, auf denen Biomoleküle immobilisiert sind, indem man auf einer Stempelfläche, welche eine Vielzahl von erhabenen Flächen aufweist, ein oder mehrere voneinander verschiedene Biomoleküle in wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens zehn und insbesondere wenigstens einhundert voneinander räumlich getrennten Flächenbereichen B so aufbringt, dass die Biomoleküle in den Flächenbereichen B jeweils eine Vielzahl der erhabenen Bereiche der Stempelfläche abdecken und anschließend die Stempelfläche mit der Oberfläche, auf der die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, in Kontakt bringt und gegebenenfalls nicht immobilisierte Biomoleküle entfernt.Method for producing a microarray immobilized biomolecules the at least two spatially separated on a surface arranged areas B, each having a plurality of spatially separated courts Include P on which biomolecules are immobilized by placing on a stamp surface, which a variety of raised areas has one or more mutually different biomolecules in at least two, preferably at least ten and in particular at least one hundred spatially separate surface areas B so that the biomolecules in the surface areas B each cover a plurality of the raised areas of the stamp surface and then the stamp surface with the surface, on the biomolecules be immobilized, in contact and if necessary non-immobilized biomolecules away. Verfahren zur Herstellung eines Mikroarrays immobilisierter Biomoleküle, der wenigstens zwei auf einer Oberfläche räumlich voneinander getrennt angeordnete Flächenbereiche B aufweist, die jeweils mehrere, räumlich voneinander getrennte Plätze P umfassen, auf denen Biomoleküle immobilisiert sind, indem man auf eine Stempelfläche, die eine Vielzahl von erhabenen Flächen aufweist, eine Verbindung V, die eine Immobilisierung der Biomoleküle bewirkt, aufbringt, die so behandelte Stempelfläche mit Oberfläche, auf der die Biomoleküle immobilisiert werden sollen, in Kontakt bringt, wobei man eine Oberfläche erhält, die eine Vielzahl von räumlich getrennten Plätzen P aufweist, die mit der Verbindung V belegt sind, und anschließend eine oder mehrere voneinander verschiedene Lösungen der zu immobilisierenden Biomoleküle in wenigstens zwei voneinander räumlich getrennten Flächenbereichen B so aufbringt, dass die Flächenbereiche jeweils eine Vielzahl der Plätze, welche mit der Verbindung V belegt sind, abdecken, wobei die Biomoleküle an den Plätzen P immobilisiert werden, und anschließend nicht immobilisierte Biomoleküle entfernt.Method for producing a microarray immobilized biomolecules the at least two spatially separated on a surface arranged areas B, each having a plurality of spatially separated courts Include P on which biomolecules are immobilized by placing on a stamp surface, which is a variety of raised surfaces a compound V which causes immobilization of the biomolecules, Apply, the thus treated stamp surface with surface on the biomolecules To be immobilized, brings into contact, whereby to obtain a surface, the a variety of spatial separate places P, which are occupied by the compound V, and then a or several mutually different solutions of the immobilized biomolecules in at least two from each other spatially separate surface areas B so that the surface areas each a variety of places, which are occupied by the compound V cover, wherein the biomolecules to the seats P are immobilized, and then removed non-immobilized biomolecules. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Verbindung, welche die Immobilisierung der Biomoleküle bewirkt, ausgewählt ist unter Verbindungen, die mit der Oberfläche eine kovalente oder ionische Bindung bilden und die eine, kovalente, ionische, koordinative oder affinitive Bindung mit dem zu immobilisierenden Biomolekül ausbilden.The method of claim 16, wherein the compound which effects immobilization of the biomolecules is selected from compounds that form a covalent or ionic bond with the surface and form the one, covalent, ionic, coordinative or affinitive bond with the biomolecule to be immobilized. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der mittlere Abstand benachbarter Erhebungen auf der Stempelfläche wenigstens doppelt so groß ist wie der mittlere Abstand der Begrenzungslinie der Stirnfläche einer Erhebung zu dem Flächenmittelpunkt der Stirnfläche.A method according to any one of claims 15 to 17, wherein the middle one Distance of adjacent elevations on the stamp surface at least twice as big like the mean distance of the boundary line of the face of a Survey of the center of area the face. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der mittlere Abstand der Begrenzungslinie der Stirnfläche der Erhebungen zu dem Flächenmittelpunkt der Stirnfläche im Mittel 50 nm bis 50 μm beträgt.A method according to any one of claims 15 to 18, wherein the middle one Distance between the boundary line of the frontal area of the elevations and the center of area the face on average 50 nm to 50 μm is. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der mittlere Abstand benachbarter Erhebungen auf der Stempelfläche im Bereich von 200 nm bis 200 μm liegt.A method according to any one of claims 15 to 19, wherein the middle one Distance of adjacent elevations on the stamp surface in the area from 200 nm to 200 μm lies. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die Stirnflächen der Erhebungen auf der Stempelfläche kreisförmig, ellipsoid oder rechteckig sind.Method according to one of claims 15 to 20, wherein the end faces of the Elevations on the stamp surface circular, ellipsoidal or rectangular. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei Erhebungen auf der Stempeloberfläche regelmäßig angeordnet sind.Method according to one of claims 15 to 21, wherein surveys on the stamp surface arranged regularly are. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei Erhebungen auf der Stempeloberfläche im Mittel eine Höhe im Bereich von 0,5 bis 500 μm aufweisen und das Verhältnis H:A von mittlerer Höhe N zum mittlere Abstand A zwischen den Begrenzungslinien der Stirnflächen der Erhebungen und den Flächenmittelpunkten der Stirnflächen nicht mehr als 10 beträgt.Method according to one of claims 15 to 22, wherein surveys on the stamp surface on average a height in the range of 0.5 to 500 μm exhibit and the ratio H: A of medium height N to the average distance A between the boundary lines of the end faces of Elevations and the center of area of the faces not more than 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei die Erhebungen des Stempel von einem elastomeren Material gebildet werden.Method according to one of claims 15 to 23, wherein the elevations of the stamp are formed by an elastomeric material. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das elastomere Material Polydimethylsiloxan ist.The method of claim 24, wherein the elastomeric Material is polydimethylsiloxane. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei die Konzentration der Biomoleküle in der Lösung im Bereich von 0,1 nM bis 10 mM liegt.Method according to one of claims 15 to 25, wherein the concentration the biomolecules in the solution in the range of 0.1 nM to 10 mM. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei die Oberfläche, auf welcher die Biomoleküle bzw. die Verbindung, welche die Immobilisierung der zu immoblisierenden Biomoleküle bewirkt, von einer hydrogelbildenden Oberflächenschicht gebildet wird.Method according to one of claims 15 to 26, wherein the surface, on which the biomolecules or the compound which immobilizes the immoblisierenden biomolecules caused by a hydrogel-forming surface layer is formed. Verfahren nach Anspruch nach Anspruch 27, wobei man – in einem ersten Schritt auf einem Träger eine Hydrogel-bildende Oberflächenschicht bereitstellt, die an ihrer Oberfläche eine Vielzahl funktioneller Gruppen aufweist, die mit hierzu komplementären funktionellen Gruppen unter Bindungsbildung reagieren, – auf eine Stempelfläche, die eine Vielzahl von erhabenen Flächen aufweist, eine Verbindung V aufbringt, die eine oder mehrere funktionelle Gruppen aufweist, die mit den funktionellen Gruppen der Oberfläche unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagieren können, und die ausserdem eine oder mehrere davon verschiedene funktionelle Gruppen aufweist, die eine Bindung zu dem zu immobilisierenden Biomolekül ausbilden können; – die so behandelte Stempelfläche mit der Hydrogel-bildenden Oberflächenschicht in Kontakt bringt, wobei man eine Oberfläche erhält, die eine Vielzahl von räumlich getrennten Plätzen P aufweist, die mit der Verbindung V belegt sind, – anschließend eine oder mehrere, voneinander verschiedene Lösungen der zu immobilisierenden Biomoleküle in wenigstens zwei voneinander räumlich getrennten Flächenbereichen B so aufbringt, dass die Flächenbereiche jeweils eine Vielzahl der Plätze, welche mit der Verbindung V belegt sind, abdecken, wobei die Biomoleküle an den Plätzen immobilisiert werden, und – anschließend nicht immobilisierte Biomoleküle entfernt.A method according to claim 27, wherein you - in a hydrogel-forming first step on a carrier surface layer provides a variety of functional on its surface Has groups with complementary thereto functional groups Bond formation react, - on a stamp surface, the a variety of raised areas has a compound V which has one or more functional Has groups with the functional groups of the surface below Formation of a covalent bond can react, and also one or several of which have different functional groups, the one Can form binding to the biomolecule to be immobilized; - the like treated stamp surface brings into contact with the hydrogel-forming surface layer, where you have a surface gets the a variety of spatial separate places P, which are occupied by the connection V, - then one or several different solutions of the immobilized from one another biomolecules in at least two from each other spatially separate surface areas B so that the surface areas each a variety of places, which are occupied by the compound V cover, wherein the biomolecules to the seats be immobilized, and - not afterwards immobilized biomolecules away. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Hydrogel-bildende Oberflächenschicht aus miteinander vernetzten sternförmigen Präpolymeren aufgebaut ist, welche im Mittel wenigstens 4 Polymerarme A aufweisen, die für sich gesehen wasserlöslich sind.The method of claim 28, wherein the hydrogel-forming surface layer is composed of interconnected star-shaped prepolymers, which have on average at least 4 polymer arms A, seen in isolation water soluble are. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei die funktionellen Gruppen auf der Oberflächenschicht unter Isocyanat-Gruppen und Aminogruppen ausgewählt sind.The method of claim 28 or 29, wherein the functional Groups on the surface layer are selected from isocyanate groups and amino groups. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, wobei die Bindung der Verbindung V an das Biomolekül eine über ein Übergangsmetall vermittelte koordinative Bindung ist.A method according to any one of claims 28 to 30, wherein the binding the compound V to the biomolecule one over a transition metal mediated coordinative binding. Verfahren nach Anspruch 31, worin die Verbindung V ein Derivat der Polycarbonsäure mit wenigstens 2 Carboxylgruppen ist, das eine funktionelle Gruppe aufweist, die mit den funktionellen Gruppen der Hydrogel-Bildenden Oberflächenschicht unter Ausbildung einer kovalenten Bindung reagiert.The method of claim 31, wherein the compound V is a derivative of the polycarboxylic acid with at least 2 carboxyl groups, which is a functional group having the functional groups of the hydrogel-forming ends surface layer reacting to form a covalent bond. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, wobei das zu immobilisierende Biomolekül ein Protein mit einem His-Tag ist.A method according to claim 31 or 32, wherein the immobilizing biomolecule is a protein with a His tag. Vorrichtung auf Basis eines Mikroarrays nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in Form eines Chips, einer Microfluid-Vorrichtung oder eines Dipsticks.Device based on a microarray after a the claims 1 to 14 in the form of a chip, a microfluid device or a dipstick. Verwendung eines Mikroarrays nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 34 für diagnostische und für analytische Zwecke.Use of a microarray according to one of claims 1 to 14 or a device according to claim 34 for diagnostic and analytical Purposes.
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