DE10338837A1 - Production of DNA chip arrays, to duplicate and characterize nucleic acids, has a structure of ring-shaped sample chambers mounted on an optically transparent wafer carrier which is divided into separate chip arrays - Google Patents

Production of DNA chip arrays, to duplicate and characterize nucleic acids, has a structure of ring-shaped sample chambers mounted on an optically transparent wafer carrier which is divided into separate chip arrays Download PDF

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DE10338837A1 DE2003138837 DE10338837A DE10338837A1 DE 10338837 A1 DE10338837 A1 DE 10338837A1 DE 2003138837 DE2003138837 DE 2003138837 DE 10338837 A DE10338837 A DE 10338837A DE 10338837 A1 DE10338837 A1 DE 10338837A1
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Abstract

To produce a DNA chip array to duplicate and characterize nucleic acids, as a biochip with a rear surface and a sample array on the upper surface, an optically transparent carrier wafer is prepared with biochip carriers, and the structured biochips are prepared. The biochips are fitted, and the sample chamber body is mounted to the upper side of the biochip carrier in a sealed fit, and the wafer is divided at separation edges (16) into separate DNA chip arrays (15). The ring-shaped sample chamber body is bonded within a holding ring (18), and the upper side of the sample chamber is fitted with a heating unit (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zur Vervielfältigung und Charakterisierung von Nukleinsäuren (DNA-Chip-Array) mit einer Probenkammer, in der ein Biochip mit einer Rückseite und einer ein Probenarray aufweisenden Oberseite angeordnet ist.The The invention relates to a method for producing a device for duplication and characterization of nucleic acids (DNA chip array) with a Sample chamber in which a biochip with a back and a sample array having top is arranged.

DNA-Chip-Arrays weisen bioaktive Strukturen auf, die auf unterschiedliche Umwelteinflüsse reagieren. Dazu weisen die verwendeten Chips für Gase und Flüssigkeiten oder Aerosole empfindliche Oberflächenstrukturen (Probenarray) auf, die besonders für biologische Stoffe, wie Lymphflüssigkeiten, Blut, Urin und andere biologische Flüssigkeiten empfindlich sind. Die derzeit erhältlichen DNA-Chip-Arrays werden kostenintensiv hergestellt und sind demnach sehr teuer.DNA chip arrays have bioactive structures that react to different environmental influences. For this purpose, the chips used for gases and liquids or aerosol sensitive surface structures (sample array) on that especially for biological substances such as lymphatic fluids, blood, Urine and other biological fluids are sensitive. The currently available DNA chip arrays will be Manufactured costly and are therefore very expensive.

Ein solches DNA-Chip-Array ist beispielsweise in der WO 01/02094 A1 beschrieben. Aus dieser Druckschrift gehen auch verschiedenste biochemische Verfahren hervor, die in der Verwendung dieser DNA-Chip-Arrays eine Rolle spielen.On such a DNA chip array is, for example, in WO 01/02094 A1 described. A wide variety of biochemicals also originate from this publication Procedures emerging in the use of these DNA chip arrays Role-play.

Zur Einführung der gentechnischen bzw. biochemischen Hintergründe wird auf diese WO 01/02094 verwiesen.to introduction the genetic engineering or biochemical background is referred to in this WO 01/02094 directed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellverfahren bereitzustellen, mit welchem Vorrichtungen zur Vervielfältigung und Charakterisierung von Nukleinsäuren (DNA-Chip- Arrays) bereitzustellen, mit welchem in großtechnischem Maßstab ein kostengünstiges Fertigen solcher DNA-Chip-Arrays gewährleistet wird, so dass insbesondere die damit hergestellten DNA-Chip-Arrays als billige Wegwerfprodukte verwendet werden können.task the present invention is to provide a manufacturing method with what devices for duplication and characterization of nucleic acids (DNA chip arrays) to provide with which on an industrial scale cost-effective Manufacture of such DNA chip arrays is ensured, so in particular the DNA chip arrays made with it as cheap disposable products can be used.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zur Vervielfältigung und Charakterisierung von Nukleinsäuren (DNA-Chip-Array) mit einer Probenkammer, in der ein Biochip mit einer Rückseite und einer ein Probenarray aufweisenden Oberseite angeordnet ist, das folgende Schritte umfasst:

  • – Bereitstellen eines optisch transparenten Trägerwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Biochipträgern mit Oberseiten und Rückseiten;
  • – Bereitstellen von Biochips mit einer Rückseite und einer ein Probenarray aufweisenden Oberseite;
  • – Bereitstellen von Probenkammerkörpern;
  • – Befestigen der Biochips;
  • – dichtendes Befestigen von Probenkammerkörpern auf die Oberseiten der Biochipträger;
  • – und Trennen des optisch transparenten Trägerwafers in einzelne DNA-Chip-Arrays.
According to the invention, this object is achieved by a method for producing a device for the duplication and characterization of nucleic acids (DNA chip array) with a sample chamber in which a biochip with a rear side and an upper side having a sample array is arranged, which comprises the following steps:
  • - Providing an optically transparent carrier wafer with biochip carriers arranged in rows and columns with top and back sides;
  • - Providing biochips with a rear side and an upper side having a sample array;
  • - Provision of sample chamber bodies;
  • - attaching the biochips;
  • - sealingly attaching sample chamber bodies to the tops of the biochip carriers;
  • - And separating the optically transparent carrier wafer into individual DNA chip arrays.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Idee zugrunde, die Fertigungsschritte, die im wesentlichen beim Herstellen von Halbleiterbauelementen bzw. beim Häusen von Halbleiterbauelementen verwendet werden, in der Herstellung von DNA-Chip-Arrays nutzbar zu machen.the method according to the invention The idea is based on the manufacturing steps, which are essentially in the manufacture of semiconductor components or in the housing of Semiconductor devices are used in the manufacture of DNA chip arrays make usable.

Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass im Gegensatz zum Stand der Technik simultan eine Vielzahl von Biochipträgern zu DNA-Chip-Arrays prozessiert werden können.The size Advantage of the method according to the invention lies in the fact that, in contrast to the prior art, a multitude from biochip carriers to DNA chip arrays can be processed.

In einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung werden nach dem Befestigen der Probenkammerkörper auf die Oberseiten der Biochipträger noch Heizelemente aufgebracht. Diese Heizelemente sind in der Regel notwendig, um die zu untersuchende biologische Flüssigkeit auf die zur Amplifikation (Vervielfältigung) der zu untersuchenden des Desoxyribonukleinsäuren (DNA) notwendigen Temperaturplateaus zu bringen.In a variant of the present invention are made after attaching the sample chamber body the tops of the biochip carriers heating elements still applied. These heating elements are usually necessary to the biological fluid to be examined to those for the amplification (duplication) of those to be examined of deoxyribonucleic acids (DNA) necessary temperature plateaus to bring.

Die Probenkammerkörper bestehen vorzugsweise aus einem Kautschuk, insbesondere einem Silikonkautschuk, der von einer Injektionsnadel durchstoßen werden kann, um die zu untersuchende biologische Flüssigkeit zu injizieren bzw. um die injizierte biologische Flüssigkeit wieder zu entfernen. Beim Durchstoßen und anschließenden Entfernen der Injektionsnadel schließt der Kautschuk dichtend ab.The Sample chamber body preferably consist of a rubber, in particular a silicone rubber, which can be pierced by an injection needle to close the investigating biological fluid to inject or around the injected biological fluid remove again. When puncturing and then removing the Injection needle closes the rubber seals.

Es sind jedoch auch Probenkammerkörper vorstellbar, die nicht aus einem Kautschuk oder kautschukartigen Material bestehen, sondern aus einem Thermoplasten, welcher Einfüll- und Auslasskanäle aufweist, die in der Form von Bohrungen vorliegen.It however, sample chamber bodies are also conceivable, that are not made of a rubber or rubber-like material, but from a thermoplastic, which has filling and outlet channels, which are in the form of holes.

Die Probenkammerkörper können dabei eine ringförmige oder eine topfförmige Ausgestaltung aufweisen. Sofern die Probenkammerkörper ringförmig ausgebildet sind, werden die Biochips direkt auf die Oberseiten der Biochipträger befestigt, insbesondere verklebt.The Sample chamber body can doing an annular or a pot-shaped one Have design. If the sample chamber body is ring-shaped the biochips are attached directly to the tops of the biochip carriers, especially glued.

Sofern die Probenkammerkörper eine topfförmige Ausgestaltung aufweisen, werden die Biochips auf die Böden der topfförmigen Probenkammerkörper befestigt, insbesondere verklebt.Provided the sample chamber body a pot-shaped Have design, the biochips are on the bottoms of the cup-shaped Sample chamber body attached, especially glued.

Beim Verkleben der Biochips auf die Böden der Probenkammerkörper bzw. auf die Oberseiten der Biochipträger muss insbesondere darauf geachtet werden, dass die verwendeten Klebstoffe oder Klebfolien biochemisch inert sind. Klebstoffe, die in eine chemische Wechselwirkung mit den biochemischen Materialien, die auf den das Probenarray bildenden Oberseiten der Biochips aufgebracht sind, chemisch reagieren, sind unbedingt zu vermeiden.When gluing the biochips to the bottoms of the sample chamber bodies or to the tops of the biochip carriers, particular care must be taken to ensure that the adhesives or adhesive films used are biochemically inert. Adhesives that interact chemically with the biochemi Materials that chemically react on the tops of the biochips that form the sample array must be avoided.

Bei der Ausführung, bei der ringförmige Probenkammerkörper verwendet werden, ist in einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung in die Oberseiten der einzelnen Biochipträger eine Vertiefung eingebracht, die zur Aufnahme der Biochips dient. Dies hat den Vorteil, dass bei der Verwendung von Silikonklebern oder anderen biochemisch inerten Klebern die Vertiefung als ein den Klebstoff begrenzendes Reservoir dient. Des weiteren werden durch die Vertiefungen Totvolumina vermieden. Die ist beim Spülen der Probenkammer von Vorteil, da möglichst keine Restflüssigkeit nach dem Spülen in der Probenkammer verbleiben soll. Die Vertiefung kann in die Biochipträger über Heißprägen oder verschiedene Stanzschritte eingebracht werden. Einerseits kann die Vertiefung während des Prozessierens eingebracht werden. Es ist jedoch denkbar und auch günstiger, die Vertiefungen in einem vorgefertigten Trägerwafer bereitzustellen.at the execution, at the ring-shaped Sample chamber body is used in a further development of the present invention a recess is made in the tops of the individual biochip carriers, which is used to hold the biochips. This has the advantage that when using silicone glue or other biochemically inert glue the depression serves as a reservoir delimiting the adhesive. Furthermore, dead spaces are avoided by the depressions. It’s washing up The sample chamber is advantageous because there is no residual liquid after rinsing should remain in the sample chamber. The recess can be in the Biochip carrier via hot stamping or different punching steps are introduced. On the one hand, the Deepening during of processing. However, it is conceivable and also cheaper, to provide the recesses in a prefabricated carrier wafer.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können in die Rückseiten der Biochipträger Vertiefungen einge bracht werden, so dass der einzelne Biochipträger im Querschnitt die Gestalt einer plan-konvexen Linse aufweist. Die plane Seite dieser plan-konvexen Linse bildet dabei die Oberseite des Biochipträgers, auf dem der Biochip aufgebracht ist. Die konvexe Seite der plan-konvexen Linse wird durch die Vertiefungen erzeugt. Diese Ausgestaltung ist von Vorteil, um die optische Auswertung bei der DNA-Analyse, die mit den in Rede stehenden DNA-Chip-Arrays durchgeführt wird, zu unterstützen. Des Weiteren ist es möglich, durch die gezielte Wahl des Materials für die Biochipträger einen besonders günstigen Brechungsindex für die optische Auswertung sowie eine möglichst niedrige Eigenfluoreszenz vorzuwählen.In a further embodiment of the present invention can be found in the backs the biochip carrier Wells are introduced so that the individual biochip carrier in cross section has the shape of a plane-convex lens. The flat side of this The plane-convex lens forms the top of the biochip carrier to which the biochip is applied. The convex side of the plan-convex Lens is created through the wells. This configuration is advantageous to the optical evaluation in the DNA analysis that with the DNA chip arrays in question, to support. Of It is also possible through the targeted choice of material for the biochip carrier particularly cheap Refractive index for preselect the optical evaluation and the lowest possible natural fluorescence.

Wie oben bereits ausgeführt, können die Probenkammerkörper auf verschiedene Arten und Weisen mit den Biochipträgern verbunden werden. Neben dem Verbinden über Stoffschluss, d. h. also über Verkleben des Probenkammerkörpers mit dem Biochipträger, ist es denkbar den Probenkammerkörper mit dem Biochipträger formschlüssig zu verbinden, etwa durch eine spezielle Formgebung, beispielsweise durch eine Verkrallung zwischen Probenkammerkörperunterseite und Biochipträgeroberseite. Es ist auch denkbar den Probenkammerkörper reibschlüssig, d. h. insbesondere durch Auf klemmen oder Aufpressen auf die Oberseite der Biochipträger anzubringen.How already stated above, can the sample chamber body connected to the biochip carriers in various ways become. Besides connecting via Cohesion, d. H. so about Gluing the sample chamber body with the biochip carrier, it is conceivable the sample chamber body with the biochip carrier form-fitting to connect, for example by a special shape, for example due to a claw between the underside of the sample chamber body and the top of the biochip carrier. It is also conceivable the sample chamber body friction, d. H. especially by clamping or pressing on the top attach the biochip carrier.

In einem weiteren Schritt werden dann auf die Unterseiten oder Oberseiten der Probenkammerkörper Heiz-/Kühlelemente aufgebracht.In Another step will then be on the bottom or top the sample chamber body Heating / cooling elements applied.

Das Aufbringen der Heizelemente kann sowohl formschlüssig als auch reibschlüssig oder auch stoffschlüssig, d. h. also insbesondere durch Verkleben erfolgen. Die Heizelemente bestehen beispielsweise aus acht einzelnen parallel geschalteten mikrostrukturierten Widerstandsheizleitungen, durch die der unter dem Probenkammerkörper befindliche Probenträger und die in ihm befindliche zu analysierende biologische Flüssigkeit homogen beheizt werden kann. Die einzelnen Widerstandsleitungen des Heizelements sind dabei vorzugsweise so dimensioniert, dass die optische Zugänglichkeit der biochemisch aktiven Oberseiten der Biochips nicht beeinträchtigt wird. Als Substrat für die Heizelemenzte wird vorzugsweise Silizium verwendet, da dieses Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dadurch kann auch eine rasche Kühlung, die bei den Temperaturzyklen bei der Polymerasekettenreaktion wichtig ist, erfolgen.The Application of the heating elements can be either form-fitting or friction-locking or also cohesive, d. H. in particular by gluing. The heating elements consist, for example, of eight individual ones connected in parallel microstructured resistance heating cables through which the under the sample chamber body located sample carrier and the biological fluid to be analyzed contained in it can be heated homogeneously. The individual resistance lines of the heating element are preferably dimensioned such that the optical accessibility the biochemically active top side of the biochips is not impaired. As a substrate for the Heizelemenzte is preferably silicon, because this Material has high thermal conductivity having. This also allows rapid cooling during the temperature cycles is important in the polymerase chain reaction.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit einem Trägerwafer für Biochips mit in Zeilen und Spalten angeordneten Biochipträgern durchgeführt, der aus einem optisch transparenten Material besteht. Dieses Material kann beispielsweise Glas, ein Polycarbonat, ein Polypropylen, ein Polymethylacrylat oder ein anderer transparenter Kunststoff sein. Geeignete Kunststoffe werden beispielsweise unter den Marken "Plexiglas"', "Makralon", "Topas" etc. gehandelt.The inventive method is preferably with a carrier wafer for biochips performed with biochip carriers arranged in rows and columns, the consists of an optically transparent material. This material can, for example, glass, a polycarbonate, a polypropylene Polymethylacrylat or another transparent plastic. Suitable plastics are sold, for example, under the "Plexiglas", "Makralon", "Topas", etc. brands.

Der letzte Verfahrensschritt besteht aus dem Trennen des fertig prozessierten optisch transparenten Trägerwafer in einzelne DNA-Chip-Arrays. Die Art des Trennens richtet sich nach der Art des verwendeten Trägerwafermaterials. Als Trennverfahren kommen insbesondere Sägen, Stanzen, Laserschneiden und Wasserstrahltrennen in Betracht.The last process step consists of separating the finished processed optically transparent carrier wafer into individual DNA chip arrays. The type of separation depends on the type of carrier wafer material used. Sawing, punching, laser cutting are particularly suitable as separation processes and water jet separation.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine leichte Automatisierbarkeit mit Maschinen aus, die in Halbleiterfertigungen bzw. in Halbleitermontagefertigungen vorhanden o der sehr ähnlich sind. Da es sich bei den herzustellenden DNA-Chip-Arrays um biochemisch sensible Gegenstände handelt, ist das Verfahren in steriler Reinraumumgebung durchzuführen. Da nach der vorliegenden Erfindung ein Großteil des in Halbleiterfertigungen bzw. Halbleitermontageeinrichtungen vorhandenen Maschinenparks genutzt werden kann, ergeben sich als Benefit die unerlässlichen Reinraumbedingungen zwangsläufig, ohne dass eine zusätzliche Investition getätigt werden muß.The inventive method is characterized by easy automation with machines from that in semiconductor manufacturing or in semiconductor assembly manufacturing present or very similar are. Because the DNA chip arrays to be manufactured are biochemically sensitive objects the procedure must be carried out in a sterile clean room environment. There according to the present invention, much of that in semiconductor manufacturing or semiconductor assembly facilities used existing machinery the essential clean room conditions result as a benefit inevitably, without an additional Investment made must become.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten DNA-Chip-Arrays stellen für sich genommen schon biochemisch hermetisch dichte Einheiten dar, deren Weiterprozessierung nun nicht mehr in einer sterilen Umgebung, insbesondere in einer Reinraumumgebung, erfolgen muss.The produced with the inventive method DNA chip arrays ask for are already biochemically hermetically sealed units, their further processing no longer in a sterile environment, especially in a clean room environment.

Das Trennen in einzelne DNA-Chip-Arrays, das Aufbringen von Verbindungskabeln an die aufprozessierten Heizelemente bzw. ein weiteres Anbringen von zusätzlichen Bauelementen kann demnach in Fertigungsstätten erfolgen, die keine Reinraumbedingungen bzw. sterilen Umgebungen gewährleisten.The Separate into individual DNA chip arrays, the application of connecting cables to the processed heating elements or another attachment of additional Components can therefore be made in production facilities that do not have clean room conditions or sterile environments.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren näher erörtert. Dabei zeigen:The Invention will now be discussed in more detail with reference to the accompanying figures. there demonstrate:

1a bis d eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 1a to d an embodiment of the present invention and

2a bis d eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2a to d an alternative embodiment of the present invention.

Nach der 1a wird als erster Verfahrensschritt ein optisch transparenter Trägerwafer 1 mit in Zeilen und Spalten angeordneten Biochipträgern 2 bereitgestellt. Die Biochipträger 2 weisen Oberseiten 3 und Rückseiten 4 auf. In die Oberseiten der Biochipträger 2 sind Vertiefungen 5 eingebracht.After 1a the first process step is an optically transparent carrier wafer 1 with biochip carriers arranged in rows and columns 2 provided. The biochip carriers 2 have tops 3 and backs 4 on. In the tops of the biochip carriers 2 are deepening 5 brought in.

Wie aus der 1b zu ersehen ist, werden im nächsten Verfahrensschritt in die Vertiefungen 5, die auf den Oberseiten 3 der Biochipträger 2 angeordnet sind, Biochips 6 eingebracht. Die Biochips 6 weisen eine Rückseite 7 und eine Oberseite 8 auf. Auf der Oberseite 8 befindet sich ein so genanntes Probenarray 9.As from the 1b can be seen in the next process step into the wells 5 that on the tops 3 the biochip carrier 2 are arranged, biochips 6 brought in. The biochips 6 have a back 7 and a top 8th on. On the top 8th there is a so-called sample array 9 ,

Die Biochips 6 sind typischerweise Chips mit einer Fläche von ungefähr 3 mm × 3 mm, die auf den Oberseiten 8 ein DNA-Probenarray aufweisen.The biochips 6 are typically chips with an area of approximately 3 mm × 3 mm that are on the tops 8th have a DNA sample array.

Zur Befestigung wird der einzelne Biochip 6 in der Vertiefung 5 mit einem biochemisch inerten und transparentem Klebstoff 10 verklebt. Die Vertiefung 5 dient dabei einerseits als Klebstoffreservoir und andererseits werden die Totvolumina in der Probenkammer minimiert, was das Spülen der Probenkammer erleichtert. Im vorliegenden Beispiel wird ein Silikonkleber verwendet.The individual biochip is used for attachment 6 in the recess 5 with a biochemically inert and transparent adhesive 10 bonded. The deepening 5 serves on the one hand as an adhesive reservoir and on the other hand the dead volumes in the sample chamber are minimized, which makes it easier to rinse the sample chamber. A silicone adhesive is used in the present example.

In einem folgenden Schritt (1c) werden dann auf die Oberseiten 3 der einzelnen Biochipträger 2 ring- oder halbmondförmige Probenkammerkörper 11 aufgesetzt. Die ringförmigen Probenkammerkörper 11 weisen wiederum Oberseiten 12 und Rückseiten 13 auf. Im vorliegenden Fall werden die Rückseiten 13 der Probenkammerkörper 11 mit den Oberseiten 3 der Biochipträger 2 mit einem biochemisch inerten Klebstoff 10 verklebt.In a subsequent step ( 1c ) are then on the tops 3 of the individual biochip carriers 2 ring or crescent shaped sample chamber body 11 placed. The ring-shaped sample chamber body 11 again have tops 12 and backs 13 on. In the present case, the backs 13 the sample chamber body 11 with the tops 3 the biochip carrier 2 with a biochemically inert adhesive 10 bonded.

Die Probenkammerkörper 11 besteht hier aus einem Silikonkautschuk, der von einer Injektionsnadel (nicht gezeigt) durchstoßen werden kann, ohne dass nach Entfernen der Injektionsnadel eine Öffnung im Silikonkautschukmaterial verbleibt. Die Befestigung der Probenkammerkörper 11 auf den Oberseiten 3 der Biochipträger 2 erfolgt dichtend. Es ist wesentlich, dass zwischen den Rückseiten 13 der Probenkammerkörper 11 und den Oberseiten 3 der Biochipträger 2 eine vollständige Abdichtung erfolgt. Wesentlich ist beim späteren Gebrauch der fertigen DNA-Chip-Arrays, dass keine Lecks auftreten, so dass die zu analysierende biologische Flüssigkeit (nicht gezeigt) den Probenkammerkörper verlassen kann oder Kontaminationen von außen erfolgen können.The sample chamber body 11 consists here of a silicone rubber that can be pierced by an injection needle (not shown) without an opening remaining in the silicone rubber material after removal of the injection needle. The attachment of the sample chamber body 11 on the tops 3 the biochip carrier 2 is sealing. It is essential that between the backs 13 the sample chamber body 11 and the tops 3 the biochip carrier 2 a complete seal is made. When using the finished DNA chip arrays later, it is essential that no leaks occur, so that the biological fluid to be analyzed (not shown) can leave the sample chamber body or contamination can occur from outside.

In einem anschließenden Verfahrensschritt, der in der 1d gezeigt wird, werden auf die Oberseiten 12 der ringförmigen Probenkammerkörper 11 Heizelemente 14 aufgebracht. In der vorliegenden Ausgestaltung der Erfindung werden die Heizelemente 14 auf die Oberseiten 12 der Probenkammerkörper 11 wiederum stoffschlüssig aufgebracht. Das stoffschlüssige Aufbringen erfolgt wiederum durch Verkleben mit einem biochemisch inerten Klebstoff 10.In a subsequent process step, which in the 1d is shown on the tops 12 the annular sample chamber body 11 heating elements 14 applied. In the present embodiment of the invention, the heating elements 14 to the tops 12 the sample chamber body 11 again applied cohesively. The cohesive application is again carried out by gluing with a biochemically inert adhesive 10 ,

Nach erfolgter Aufbringung der Heizelemente 14 auf die Oberseiten 12 der Probenkammerkörper 11 werden die einzelnen fertigen DNA-Chip-Arrays 15 hier durch Sägen an den vorgesehenen Trennkanten 16 getrennt (singuliert).After the heating elements have been applied 14 to the tops 12 the sample chamber body 11 are the individual finished DNA chip arrays 15 here by sawing at the designated separating edges 16 separated (singulated).

Die 2a bis d zeigen eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigt die 2a wiederum einen optisch transparenten Trägerwafer 1 mit in Zeilen und Spalten angeordneten Biochipträgern 2 mit Oberseiten 3 und Rückseiten 4.The 2a to d show an alternative embodiment of the present invention. The shows 2a again an optically transparent carrier wafer 1 with biochip carriers arranged in rows and columns 2 with tops 3 and backs 4 ,

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in die Rückseiten 4 der einzelnen Biochipträger 2 Ausnehmungen 17 eingebracht. Durch diese Ausnehmungen 17 weist der einzelne Biochipträger 2 auf der Rückseite eine zumindest teilweise konvexe Gestalt auf. Da der einzelne Biochipträger optisch transparent ist bilden die gezeigten Biochipträger 2 im Querschnitt eine plan-konvexe Linse. Den planen Teil der plan-konvexen Linse stellt dabei die Oberseite 3 der Biochipträger 2 dar. Den konvexen Teil der plan-konvexen Linse stellen die mit Ausnehmungen 17 versehenen Rückseiten 4 der Biochipträger dar.In the present embodiment are in the back 4 of the individual biochip carriers 2 recesses 17 brought in. Through these recesses 17 points out the individual biochip carrier 2 on the back an at least partially convex shape. Since the individual biochip carriers are optically transparent, the biochip carriers shown form 2 in cross section a plane-convex lens. The flat part of the plane-convex lens is the top 3 the biochip carrier 2 represents the convex part of the plane-convex lens with recesses 17 provided backs 4 the biochip carrier.

Des weiteren sind auf den Oberseiten 3 der Biochipträger 2 umlaufende Aufnahmeringe 18 angeformt, die zur Aufnahme der Probenkammerkörper 11 dienen. Es können statt der gezeigten Aufnahmeringe 18 jedoch auch andere Formen angeformt sein, beispielsweise halbmondförmige Körper mit Öffnungen für die InjektionsnadelnFurthermore are on the tops 3 the biochip carrier 2 circumferential receiving rings 18 molded on to accommodate the sample chamber body 11 serve. It can be used instead of the mounting rings shown 18 however, other shapes can also be formed, for example crescent-shaped bodies with openings for the injection needles

In einem anschließenden Schritt werden gemäß der 2b auf die Oberseiten 3 der Biochipträger 2 in die Aufnahmeringe 18 Probenkammerkörper 11 aufgebracht. Die Probenkammerkörper 11 weisen wiederum Oberseiten 12 und Rückseiten 13 auf. Die gezeigten Probenkammerkörper 11 bestehen wiederum aus einem Silikonkautschuk, der von einer Injektionsnadel durchstoßen werden kann, ohne dass nach Entfernen der Injektionsnadel (nicht gezeigt) eine Öffnung in der Wandung der Probenkammerkörper 11 verbleibt. Die Injektionsnadeln werden dabei in Bohrungen oder Öffnungen in der Wandung der Aufnahmeringe eingeführt (nicht gezeigt) und durch die Wandung der Probenkammerkörper gestossen.In a subsequent step, ge according to the 2 B to the tops 3 the biochip carrier 2 in the receiving rings 18 Sample chamber body 11 applied. The sample chamber body 11 again have tops 12 and backs 13 on. The sample chamber body shown 11 consist in turn of a silicone rubber, which can be pierced by an injection needle, without having an opening in the wall of the sample chamber body after removal of the injection needle (not shown) 11 remains. The injection needles are inserted into bores or openings in the wall of the receiving rings (not shown) and pushed through the wall of the sample chamber body.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Rückseiten 13 der ringförmigen Probenkammerkörper 11 mit den Oberseiten 3 der Biochipträger 2 innerhalb der Aufnahmeringe 18 über einen biochemisch inerten Klebstoff 10 stoffschlüssig verbunden.In the embodiment shown, the backs 13 the annular sample chamber body 11 with the tops 3 the biochip carrier 2 inside the receiving rings 18 using a biochemically inert adhesive 10 cohesively connected.

Nach erfolgtem Aufbringen der ringförmigen Probenkammerkörper 11 auf die Oberseiten 3 der Biochipträger 2 wird in die Öffnung der Probenkammerkörper 11 ein Biochip 6 eingebracht. Die eingebrachten Biochips 6 weisen wiederum Rückseiten 7 und Oberseiten 8 auf. Die Oberseiten 8 wiederum sind mit einem Probenarray 9 versehen, das biochemisch aktiv ist. Die Rückseiten 7 der Biochips 6 werden wiederum mit den Oberseiten 3 der Biochipträger 2 stoffschlüssig über Verkleben mit einem biochemisch inerten Klebstoff 10 stoffschlüssig verbunden.After the ring-shaped sample chamber body has been applied 11 to the tops 3 the biochip carrier 2 is in the opening of the sample chamber body 11 a biochip 6 brought in. The introduced biochips 6 have backs 7 and tops 8th on. The tops 8th in turn are using a sample array 9 provided that is biochemically active. The backs 7 the biochips 6 turn with the tops 3 the biochip carrier 2 cohesive by gluing with a biochemically inert adhesive 10 cohesively connected.

Anschließend werden Heizelemente 14 wiederum auf die Oberseiten 12 der ringförmigen Probenkammerkörper 11 aufgebracht. Im vorliegenden Fall werden die Heizelemente 14 in einen umlaufenden Absatz 19 innerhalb der Aufnahmeringe 18 eingebracht und reibschlüssig durch Verstemmen eingepresst. Durch dieses Vorgehen entfällt das zeitintensive Aushärten der relativ schlecht aushärtenden biochemisch inerten Silikonklebstoffe, die typischerweise beim stoffschlüssigen Verbinden einzelner Komponenten der DNA-Chip-Arrays 15 verwendet werden.Then heating elements 14 again on the tops 12 the annular sample chamber body 11 applied. In the present case, the heating elements 14 in a circulating paragraph 19 inside the receiving rings 18 introduced and pressed in frictionally by caulking. This procedure eliminates the time-consuming hardening of the relatively poorly hardening biochemically inert silicone adhesives, which are typically involved in the integral connection of individual components of the DNA chip arrays 15 be used.

Die in der 2a gezeigten Biochipträger 2 weisen dazu auf ihren Oberseiten 3 stufenförmige Erhöhungen auf, die eine Aufnahme für die einzelnen einzubringenden Heizelemente 14 aufweisen.The in the 2a shown biochip carrier 2 point to their tops 3 step-like increases on which a receptacle for the individual heating elements to be introduced 14 exhibit.

Nach erfolgtem Aufbringen der Heizelemente 14 erfolgt danach das Trennen des gezeigten Trägerwafers an den Trennkanten 16 in einzelne DNA-Chip-Arrays 15.After the heating elements have been applied 14 the carrier wafer shown is then separated at the separating edges 16 into individual DNA chip arrays 15 ,

Der in den 2a bis d gezeigte Trägerwafer 1 besteht aus optisch transparentem Plexiglas, das leicht über Wasserstrahlschneiden getrennt werden kann.The one in the 2a to d carrier wafer shown 1 consists of optically transparent plexiglass that can be easily separated using water jet cutting.

Des Weiteren wird der in den 2a bis d gezeigte optisch transparente Trägerwafer 1 über ein Spritzgussverfahren hergestellt, so dass die Vertiefungen 17 auf den Rückseiten 7 und die Aufnahmeringe 18 mit den Absätzen 19 auf den Oberseiten 8 leicht vorgefertigt werden können.Furthermore, the in the 2a to d shown optically transparent carrier wafer 1 manufactured using an injection molding process so that the recesses 17 on the back 7 and the receiving rings 18 with the paragraphs 19 on the tops 8th can be easily prefabricated.

In dem in den 2a bis d gezeigtem Ausführungsbeispiel wurden Biochipträger, Probenkammerkörper, Biochip, Heizelemente stoffschlüssig durch Verkleben verbunden. Es ist jedoch auch möglich, Biochipträger, Probenkammerkörper, Biochip, Heizelemente untereinander reibschlüssig zu verbinden, so daß die langen Aushärtezeiten entfallen.In the in the 2a to d In the exemplary embodiment shown, the biochip carrier, sample chamber body, biochip, heating elements were integrally connected by gluing. However, it is also possible to frictionally connect the biochip carrier, sample chamber body, biochip, heating elements to one another, so that the long curing times are eliminated.

11
Trägerwafercarrier wafer
22
Biochipträgerbiochip support
33
Oberseite Biochipträgertop biochip support
44
Rückseite Biochipträgerback biochip support
55
Vertiefungdeepening
66
Biochipbiochip
77
Rückseite Biochipback biochip
88th
Oberseite Biochiptop biochip
99
Probenarraysample array
1010
Klebstoffadhesive
1111
ProbenkammerkörperSample chamber body
1212
Oberseite Probenkammerkörpertop Sample chamber body
1313
Rückseite Probenkammerkörperback Sample chamber body
1414
Heizelementeheating elements
1515
DNA-Chip-ArrayDNA chip array
1616
Trennkanteseparating edge
1717
Vertiefungdeepening
1818
AfnahmeringAfnahmering
1919
Absatzparagraph

Claims (20)

Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zur Vervielfältigung und Charakterisierung von Nukleinsäuren (DNA-Chip-Array) mit einer Probenkammer, in der ein Biochip (6) mit einer Rückseite und einer ein Probenarray (9) aufweisenden Oberseite angeordnet ist, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines optisch transparenten Trägerwafers (1) mit in Zeilen und Spalten angeordneten Biochipträgern (2) mit Oberseiten (3) und Rückseiten (4); – Bereitstellen von Biochips (6) mit einer Rückseite (7) und einer ein Probenarray (9) aufweisenden Oberseite (8); – Bereitstellen von Probenkammerkörpern (11) mit Oberseiten (12) und Rückseiten (13); – Befestigen der Biochips (6); – dichtendes Befestigen der Probenkammerkörper (11) auf die Oberseiten (12) der Biochipträger (2); – Trennen des optisch transparenten Trägerwafers (1) in einzelne DNA-Chip-Arrays (15).Method for producing a device for the duplication and characterization of nucleic acids (DNA chip array) with a sample chamber in which a biochip ( 6 ) with a back and a sample array ( 9 ) having the upper side is arranged, with the following steps: provision of an optically transparent carrier wafer ( 1 ) with biochip carriers arranged in rows and columns ( 2 ) with tops ( 3 ) and backsides ( 4 ); - Provision of biochips ( 6 ) with a back ( 7 ) and one a sample array ( 9 ) top side ( 8th ); - Provision of sample chamber bodies ( 11 ) with tops ( 12 ) and backsides ( 13 ); - attaching the biochips ( 6 ); - sealing the sample chamber body ( 11 ) on top ( 12 ) the biochip carrier ( 2 ); - separation of the optically transparent carrier wafer ( 1 ) into individual DNA chip arrays ( 15 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Befestigen der Probenkammerkörper (11) auf die Oberseiten (3) der Biochipträger (2) auf die Oberseiten (12) der Probenkammerkörper (11) Heizelemente (14) aufgebracht werden.The method of claim 1, wherein after attaching the sample chamber body ( 11 ) on top ( 3 ) the biochip carrier ( 2 ) on top ( 12 ) the sample chamber body ( 11 ) Heating elements ( 14 ) are applied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ring- oder halbmondförmige Probenkammerkörper (11) bereitgestellt werden.The method according to claim 1 or 2, wherein ring-shaped or crescent-shaped sample chamber bodies ( 11 ) to be provided. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Biochips (6) auf die Oberseiten (3) der Biochipträger (2) befestigt werden.The method of claim 3, wherein the biochips ( 6 ) on top ( 3 ) the biochip carrier ( 2 ) are attached. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei topfförmige Probenkammerkörper bereitgestellt werden.The method of claim 1 or 2, wherein cup-shaped sample chamber bodies are provided become. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Biochips auf die Böden der topfförmigen Probenkammerkörper befestigt werden.The method of claim 5, wherein the biochips are on the floors the pot-shaped Sample chamber body be attached. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zur Aufnahme der Biochips (6) oder der Probenkammerkörper (11) in die Oberseiten der Biochipträger (2) Vertiefungen (5) eingebracht sind.Method according to one of claims 1 to 6, wherein for receiving the biochips ( 6 ) or the sample chamber body ( 11 ) in the tops of the biochip carriers ( 2 ) Deepenings ( 5 ) are introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Rückseiten (7) der Biochipträger (2) eine zumindest teilweise konvexe Gestalt aufweisen.Method according to one of claims 1 to 7, wherein the rear sides ( 7 ) the biochip carrier ( 2 ) have an at least partially convex shape. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Biochips (6) mit den Oberseiten (3) der Biochipträger (2) oder den Böden der Probenkammerkörper stoffschlüssig und/oder reibschlüssig verbunden werden.Method according to one of claims 1 to 8, wherein the biochips ( 6 ) with the tops ( 3 ) the biochip carrier ( 2 ) or the floors of the sample chamber body are integrally and / or frictionally connected. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Biochips (6) auf die Oberseiten (3) der Biochipträger (2) oder die Böden der Probenkammerkörper geklebt werden.The method of claim 9, wherein the biochips ( 6 ) on top ( 3 ) the biochip carrier ( 2 ) or the bottoms of the sample chamber bodies are glued. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Biochips (6) mit einem transparenten, biochemisch inerten Klebstoff (10) geklebt werden.The method of claim 10, wherein the biochips ( 6 ) with a transparent, biochemically inert adhesive ( 10 ) be glued. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Biochips (6) auf die Oberseiten (3) der Biochipträger (2) von den Probenkammerkörpern gepresst werden.The method of claim 9, wherein the biochips ( 6 ) on top ( 3 ) the biochip carrier ( 2 ) are pressed from the sample chamber bodies. Verfahren nach Anspruch 12, wobei wobei die Biochips (6) in die Vertiefungen (5) von den Probenkammerkörpern gepresst werden.The method of claim 12, wherein the biochips ( 6 ) in the wells ( 5 ) are pressed from the sample chamber bodies. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Probenkammerkörper (11) mit den Oberseiten (3) der Biochipträger (2) reibschlüssig verbunden werden.Method according to one of claims 1 to 12, wherein the sample chamber body ( 11 ) with the tops ( 3 ) the biochip carrier ( 2 ) be connected frictionally. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Probenkammerkörper (11) mit den Oberseiten (3) der Biochipträger (2) stoffschlüssig verbunden werden.Method according to one of claims 1 to 12, wherein the sample chamber body ( 11 ) with the tops ( 3 ) the biochip carrier ( 2 ) are firmly bonded. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei die Heizelemente (14) mit den Oberseiten (12) der Probenkammerkörper (11) formschlüssig verbunden werden.Method according to one of claims 2 to 15, wherein the heating elements ( 14 ) with the tops ( 12 ) the sample chamber body ( 11 ) be positively connected. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei die Heizelemente (14) mit den Oberseiten (12) der Probenkammerkörper (11) reibschlüssig verbunden werden.Method according to one of claims 2 to 15, wherein the heating elements ( 14 ) with the tops ( 12 ) the sample chamber body ( 11 ) be connected frictionally. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei die Heizelemente (14) mit den Oberseiten (12) der Probenkammerkörper (11) stoffschlüssig verbunden werden.Method according to one of claims 2 to 15, wherein the heating elements ( 14 ) with the tops ( 12 ) the sample chamber body ( 11 ) are firmly bonded. Trägerwafer (1) für Biochips mit in Zeilen und Spalten angeordneten Biochipträgern (2) bestehend aus einem optisch transparenten Werkstoff.Carrier wafer ( 1 ) for biochips with biochip carriers arranged in rows and columns ( 2 ) consisting of an optically transparent material. Trägerwafer nach Anspruch 19 bestehend aus einem optisch transparenten, giessbarem, insbesondere spritzgiessbarem Kunststoff.carrier wafer according to claim 19 consisting of an optically transparent, pourable, especially injection moldable plastic.
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