DE19753056A1

DE19753056A1 - Artificial surface with predetermined affinity

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Publication number: DE19753056A1
Application number: DE1997153056
Authority: DE
Inventors: Vladimir M Dr Mirsky; Thomas Hirsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-29
Filing date: 1997-11-29
Publication date: 1999-08-05
Also published as: WO1999028047A3; WO1999028047A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine künstliche Oberfläche, die auf einem geeigneten Trägermaterial (1) durch Adsorption einer Kombination von schichtbildenden Substanzen und Templat-Molekülen (2) erzeugt wird (Fig. 1). Eine wesentliche Eigenschaft dieser Oberfläche besteht darin, daß durch geeignete Wahl von Templat-Molekülen (2) die Affinität der Oberfläche vorbestimmt werden kann.The present invention relates to an artificial surface which is produced on a suitable carrier material ( 1 ) by adsorption of a combination of layer-forming substances and template molecules ( 2 ) ( FIG. 1). An essential property of this surface is that the affinity of the surface can be predetermined by a suitable choice of template molecules ( 2 ).

Die bisher bekannten Techniken bedienen sich einer Rezeptorbindung über funktionelle Gruppen (US-Pat. 5,641,539). Die Rezeptoroberfläche wird aus entsprechend funktionalisierten selbstorganisierenden monomolekularen Schichten gebildet. Im Falle des zitierten Patents können damit nur Makromoleküle detektiert werden, die eine hinreichend große Fläche aufweisen, um so genügend Wechselwirkungsstellen zu ermöglichen. Die Wechselwirkung verschiedener funktioneller Gruppen ist aber nur auf wenige Systeme (vor allem: Carbonsäuren-Amine) anwendbar und daher nur von sehr begrenztem Nutzen. Zudem bedarf es meist mehrerer solcher (z. B. elektrostatischer) Wechselwirkungen, um gezielt eine bestimmte Molekülart detektieren zu können. Das heißt aber, daß hohe Selektivitäten sind nur äußerst selten zu erreichen sind. Gegenüber apolaren Substanzen bzw. für Moleküle, die keine oder nur wenige zur Ausbildung elektrostatischer Wechselwirkungen befähigter Gruppen tragen, ist diese Methode nicht anwendbar. Gleiches gilt für Moleküle mit mehreren verschiedenartigen elektrostatischen Wechselwirkungsmöglichkeiten, da nur "kationische" oder "anionische" Oberflächen erzeugt werden können.The previously known techniques use a receptor binding functional groups (U.S. Pat. 5,641,539). The receptor surface is out correspondingly functionalized self-assembling monomolecular Layers formed. In the case of the cited patent, only Macromolecules are detected that have a sufficiently large area, to enable enough interaction points. The interaction of different functional groups is only limited to a few systems (above all: Carboxylic acid amines) can be used and are therefore of very limited use. In addition, several of these are usually required (e.g. electrostatic) Interactions in order to be able to specifically detect a specific type of molecule. However, this means that high selectivities can only be achieved extremely rarely. Compared to apolar substances or for molecules that have no or only a few Training of electrostatic interactions of capable groups this method is not applicable. The same applies to molecules with several different kinds of electrostatic interaction possibilities, since only "Cationic" or "anionic" surfaces can be created.

Eine alternative Technik (US-Pat. 5,587,273) besteht im sog. "Molecular Imprinting". Man verknüpft dabei den Analyten an geeigneten Positionen im Molekül mit Monomeren, die anschließend mit Crosslinkern durch Polymerisation untereinander vernetzt werden. Nach dem Entfernen des Analyten erhält man ein Polymer, das als Rezeptor für den Analyten dient. Die komplexen, vielstufigen Syntheseschritte sind aber mit Ausbeuteverlusten und Einbußen in der Spezifität verbunden. Ferner erweisen sich oftmals im Bereich der Sensorik die langen Ansprechzeiten dieser Systeme als nachteilig.An alternative technique (US Pat. No. 5,587,273) is the so-called "Molecular Imprinting ". The analyte is linked at suitable positions in the Molecule with monomers, then crosslinked by polymerization be networked with each other. After removing the analyte, one receives Polymer that serves as a receptor for the analyte. The complex, multi-level Synthesis steps are, however, with losses in yield and loss of specificity connected. Furthermore, the long ones often prove to be in the field of sensors Response times of these systems as disadvantageous.

Eine weitere bereits bekannte Methode erzeugt die Bindungsstelle in selbstorganisierenden Monoschichten. Zu diesem Zweck werden ein Schichtbildner (3) und das zu detektierende Molekül (Ligand) (4) auf einer Oberfläche coadsorbiert. Durch Auswaschen des Liganden (4) erhält man Lücken in der Monoschicht, die als Rezeptor dienen können [Kim, et. al. 1988, Sagiv 1980] (Fig. 2). In Konkurrenz dazu tritt aber die laterale Diffusion der Monoschicht auf der Oberfläche, die die Form der Lücken verändert und zum baldigen Verlust der Rezeptorfähigkeit führt. Dieses System ist also nur für sehr kurze Zeit stabil und damit für viele praktische Zwecke ungeeignet.Another known method creates the binding site in self-assembling monolayers. For this purpose, a layer former ( 3 ) and the molecule (ligand) ( 4 ) to be detected are coadsorbed on a surface. Washing out the ligand ( 4 ) results in gaps in the monolayer which can serve as a receptor [Kim, et. al. 1988, Sagiv 1980] ( Fig. 2). This is in competition with the lateral diffusion of the monolayer on the surface, which changes the shape of the gaps and leads to an early loss of receptor capability. This system is therefore only stable for a very short time and is therefore unsuitable for many practical purposes.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein neuartiges System, das einfach realisierbar ist, im Gegensatz zum US-Patent 5,641,539 auch eine Affinität gegenüber niedermolekularen Substanzen bietet und stabile Bindungseigenschaften aufweist.The present invention describes a novel system that is simple In contrast to US Pat. No. 5,641,539, an affinity can also be realized against low molecular weight substances and offers stable Has binding properties.

Man erzeugt hierzu die Bindungsstelle durch Adsorption verschiedener Moleküle auf einer Trägersubstanz (Fig. 1). Es lassen sich prinzipiell alle Moleküle verwenden, sofern sie sich entweder der Gruppe der Strukturbildner (3) oder jener der Template (2) zuordnen lassen. Ein Templat-Molekül (2) muß auf dem Trägermaterial (1) adsorbieren. Die Strukturbildner (3) müssen in der Lage sein, auf dem Trägermaterial (1) stabile Monoschichten zu bilden. Zudem muß der Strukturbildner (3) der Bedingung genügen, daß die Dicke der resultierenden Monoschicht die Schichtdicke der adsorbierten Templat-Moleküle (2) übertrifft.For this purpose, the binding site is created by adsorbing various molecules on a carrier substance ( FIG. 1). In principle, all molecules can be used, provided that they can be assigned either to the group of structure formers ( 3 ) or to that of the template ( 2 ). A template molecule ( 2 ) must adsorb on the carrier material ( 1 ). The structure formers ( 3 ) must be able to form stable monolayers on the carrier material ( 1 ). In addition, the structure former ( 3 ) must satisfy the condition that the thickness of the resulting monolayer exceeds the layer thickness of the adsorbed template molecules ( 2 ).

Die wesentliche Neuheit dieses Systems besteht in der Stabilisierung der Bindungsstelle. Durch Beschichtung des Trägermaterials (1) mit Strukturbildnern (3) und Templaten (2) wird eine Oberfläche aus den monoschichtbildenden Molekülen erzeugt, die Einlagerungen des Templat-Moleküls (2) enthält. Die Bindung des Templats (2) auf dem Trägermaterial (1) erfolgt im Gegensatz zur Methode des zweidimensionellen Molecular Imprinting [Kim, et. al. 1988, Sagiv 1980] irreversibel (Fig. 3). Bisher wurde versucht, nur durch Zugabe von Liganden zu den Schichtbildnern die Form der sich bildenden Monoschicht zu beeinflussen. Man erhält dabei ähnliche Oberflächen wie mit unserer Technik, mit dem entscheidenden Unterschied, daß infolge der fehlenden Adsorption zwischen Ligand und Trägermaterial (1) ein richtiges Loch in der Monoschicht entsteht. Wegen der dadurch möglichen lateralen Diffusion in der Monoschicht behalten diese Lücken nicht ihre vorgegebene Form und sind als Bindungsstelle ungeeignet (Fig. 2).The main novelty of this system is the stabilization of the binding site. By coating the carrier material ( 1 ) with structure formers ( 3 ) and templates ( 2 ), a surface is generated from the monolayer-forming molecules, which contains the template molecule ( 2 ). In contrast to the method of two-dimensional molecular imprinting [ 2 ], the template ( 2 ) is bound to the carrier material ( 1 ) [Kim, et. al. 1988, Sagiv 1980] irreversible ( Fig. 3). So far, attempts have been made to influence the shape of the monolayer which is formed only by adding ligands to the layer formers. Similar surfaces are obtained as with our technology, with the decisive difference that due to the lack of adsorption between the ligand and the carrier material ( 1 ), a correct hole is created in the monolayer. Because of the possible lateral diffusion in the monolayer, these gaps do not retain their predetermined shape and are unsuitable as a binding site ( FIG. 2).

Die vorliegende Erfindung kann man als künstliche Oberfläche mit vorbestimmter Affinität bezeichnen, denn die Vertiefungen an den Stellen des Templat-Molekül (2) sind dazu geeignet, nur Moleküle (Liganden) (4) mit passender Form zu binden. Das heißt, Moleküle, die nicht eine durch das Templat-Molekül (2) vorgegebene Form aufweisen, können nicht gebunden werden. Zur Bindungsdetektion eignen sich schon bekannte Methoden, wie zum Beispiel Kapazitätsmessungen, Zyklovoltammetrie, Quarzmikrowaage oder Oberflächen Plasmonresonanz.The present invention can be described as an artificial surface with predetermined affinity, because the depressions at the sites of the template molecule ( 2 ) are suitable for binding only molecules (ligands) ( 4 ) with a suitable shape. That is, molecules that do not have a shape specified by the template molecule ( 2 ) cannot be bound. Known methods are suitable for binding detection, such as capacitance measurements, cyclic voltammetry, quartz microbalance or surface plasmon resonance.

example

Künstliche Oberfläche mit Affinität gegenüber Barbitursäure:
Die Oberfläche wird auf einer Goldelektrode erzeugt und die Affinität mittels kapazitiver Meßmethode überprüft.Artificial surface with affinity for barbituric acid:
The surface is created on a gold electrode and the affinity is checked using a capacitive measuring method.

A) Preparation of the electrode

Silizium-Wafer Stückchen mit einer Größe von 3,20 mm.10,02 mm und einer Stärke von 450 µm werden in einem allgemein üblichen Sputterprozeß mit einer Goldelektrode der Größe 1,56 mm.1,56 mm (reaktive Oberfläche) und einer Zuleitung von 10 µm Breite und 6,65 mm Länge versehen. Die Elektrode wurde aus einer Titan- und Palladiumschicht (Haftvermittler, jeweils 50 nm dick) und einer deckenden Goldschicht (200 nm) aufgebaut. Als Kontaktstelle für das Meßsystem werden am oberen Ende der Zuleitungen aus Silberdraht mit Kupferkern angelötet. Die Waferplättchen wurden vor dem Reinigungsprozeß optisch mit einem Auflichtmikroskop auf Beschädigungen überprüft. Die Reinigung erfolgte in mehreren Schritten. Zuerst wurde der Wafer 30 min vollständig in Chloroform p.a. getaucht. Nach dem Trocknen im Stickstoffstrom wurde der Wafer in eine 1 : 1 (v/v) Mischung aus Chloroform : Methanol gegeben und 10 min im Ultraschallbad behandelt. Der Wafer wurde getrocknet und für 5 min in eine heiße 3 : 1 (v/v) Mischung aus konzentrierter Schwefelsäure und 30%-iger Wasserstoffperoxidlösung getaucht. Bei den letzten beiden Schritten wurde darauf geachtet, daß nur die reaktive Elektrodenfläche und maximal 4,50 mm der Zuleitung in die Mischung eintauchten. Die Elektrode wurden gründlich mit Reinstwasser (Millipore: Mili-Q_Plus - 185; 18,2 MΩ.cm^-1) gespült und getrocknet. Alle Glas- und Teflongeräte wurden vor ihrer Verwendung entsprechend der vorangegangenen Beschreibung sorgfältig gereinigt.Silicon wafer pieces with a size of 3.20 mm.10.02 mm and a thickness of 450 µm are produced in a generally customary sputtering process with a gold electrode with a size of 1.56 mm.1.56 mm (reactive surface) and a feed line 10 µm wide and 6.65 mm long. The electrode was built up from a titanium and palladium layer (adhesion promoter, each 50 nm thick) and a covering gold layer (200 nm). As a contact point for the measuring system, silver wire with a copper core is soldered to the upper end of the leads. Before the cleaning process, the wafer wafers were checked optically for damage using a reflected light microscope. The cleaning was done in several steps. First, the wafer was completely immersed in chloroform pa for 30 minutes. After drying in a stream of nitrogen, the wafer was placed in a 1: 1 (v / v) mixture of chloroform: methanol and treated in an ultrasound bath for 10 min. The wafer was dried and immersed in a hot 3: 1 (v / v) mixture of concentrated sulfuric acid and 30% hydrogen peroxide solution for 5 minutes. In the last two steps, care was taken that only the reactive electrode surface and a maximum of 4.50 mm of the feed line were immersed in the mixture. The electrode was thoroughly rinsed with ultrapure water (Millipore: Mili-Q _Plus - 185; 18.2 MΩ.cm ^-1 ) and dried. All glass and Teflon appliances have been carefully cleaned as described above prior to use.

B) coating the electrode

Zur Beschichtung wurde eine methanolhaltige (10 Vol-%) Lösung aus 2-Thiobarbitursäure (1 mM) und Dodekanthiol (10 µM) benutzt. Dodekanthiol wurde vorher mittels Destillation gereinigt, alle übrigen Chemikalien wurden ohne weitere Reinigung eingesetzt. Durch 70stündiges Eintauchen des Wafers bei Raumtemperatur in die ungerührte Beschichtungslösung wurde die künstliche Oberfläche mit Affinität gegenüber Barbiturat auf der Goldelektrode erzeugt. Zum Entfernen überschüssiger, auf der Oberfläche haftender Moleküle spülte man die Elektrode zwei Minuten mit Chloroform. Nach dem Trocknen im Stickstoffstrom und mehrmaligem Waschen mit Reinstwasser wurde die Elektrode in die Meßzelle eingebaut.A methanol-containing (10% by volume) solution was used for coating 2-thiobarbituric acid (1 mM) and dodecanethiol (10 µM) were used. Dodecanethiol was previously cleaned by distillation, all other chemicals were without further cleaning used. By immersing the wafer for 70 hours The room temperature in the unmixed coating solution was the artificial Surface with affinity for barbiturate generated on the gold electrode. To the Any excess molecules adhering to the surface were rinsed off the electrode with chloroform for two minutes. After drying in The electrode became nitrogen stream and repeated washing with ultrapure water built into the measuring cell.

C) Measuring the system

Um die Affinität zu überprüfen verfolgt man kapazitiv die Änderung der Schichtdicke auf dem Trägermaterial (1). Die Oberfläche aus Schichtbildner (3) und Templat (2) bildet auf der Goldelektrode eine Isolationsschicht. Taucht man die beschichtete Elektrode in einen Elektrolyten, so kann man Änderungen der Schichtdicke auf der Goldelektrode über die damit verbundene Änderung der Kapazität verfolgen. Tritt eine Bindungsstelle mit einem anderen Molekül in Wechselwirkung, nimmt an dieser Stelle die Schichtdicke zu und die Kapazität ab. Auf diese Weise ist es möglich, die Bindung von Molekülen auf der künstlichen Oberfläche zu detektieren.In order to check the affinity, the change in the layer thickness on the carrier material ( 1 ) is followed capacitively. The surface of the layer former ( 3 ) and template (2) forms an insulation layer on the gold electrode. If the coated electrode is immersed in an electrolyte, changes in the layer thickness on the gold electrode can be tracked via the associated change in capacitance. If a binding site interacts with another molecule, the layer thickness increases at this point and the capacity decreases. In this way it is possible to detect the binding of molecules on the artificial surface.

Die Affinität der künstlichen Oberfläche wurde gegenüber Barbitursäure, Diethylbarbitursäure und Pyridin überprüft.The affinity of the artificial surface for barbituric acid, Diethylbarbitursäure and pyridine checked.

Der Wafer wurde derart in einer Meßzelle befestigt, daß die beschichtete Goldoberfläche in 16 ml Pufferlösung aus 100 mM KCl und 5 mM Phosphat taucht. Als Referenzelektrode wurde eine Ag/AgCl-Elektrode verwendet. Mittels eines Sinus-Generators wurde ein Potential von 300 mV an die Goldelektrode angelegt und über einen Lock-in-Verstärker die Kapazität verfolgt.The wafer was fastened in a measuring cell in such a way that the coated one Gold surface in 16 ml buffer solution made of 100 mM KCl and 5 mM phosphate dives. An Ag / AgCl electrode was used as the reference electrode. Means a sine wave generator had a potential of 300 mV to the gold electrode created and tracked the capacity via a lock-in amplifier.

Die Zugabe von Barbitursäure führte zu einer deutlichen Kapazitätsabnahme. Pyridin erzeugt den gleichen, aber deutlich schwächer ausgeprägten Effekt. Diethylbarbitursäure zeigte keine Änderung der Kapazität (Fig. 5). Diese Ergebnisse zeigen die ausgeprägte Selektivität einer derart erzeugten Oberfläche. Barbitursäure unterscheidet sich vom Templat (2) (2-Thiobarbitursäure) nur durch einen Austausch eines Schwefelatoms gegen ein Sauerstoffatom. Daher paßt es am exaktesten in die vom Templat (2) erzeugten Lücken und erzielt die ausgeprägteste Änderung in der Kapazität. Pyridin, als ein etwas kleineres Molekül, ist ebenfalls geeignet die Bindungsstellen zu besetzen. Da aber nur geringe Änderungen der Kapazität erzielt werden ist festzustellen, daß nur eine geringe Affinität hinsichtlich Pyridin besteht. Diethylbarbiturat stellt im Vergleich zum Templat (2) ein etwas größeres Molekül dar und paßt nicht in die Bindungsstelle, folglich war auch keine Änderung der Kapazität zu beobachten.The addition of barbituric acid led to a significant decrease in capacity. Pyridine produces the same, but significantly less pronounced effect. Diethylbarbituric acid showed no change in capacity ( Fig. 5). These results show the pronounced selectivity of a surface produced in this way. Barbituric acid differs from template ( 2 ) (2-thiobarbituric acid) only by exchanging a sulfur atom for an oxygen atom. Therefore, it fits most precisely in the gaps created by template ( 2 ) and achieves the most pronounced change in capacity. Pyridine, as a somewhat smaller molecule, is also suitable for occupying the binding sites. However, since only slight changes in capacity are achieved, it can be seen that there is only a low affinity for pyridine. Diethyl barbiturate is a slightly larger molecule than template ( 2 ) and does not fit in the binding site, so no change in capacity was observed.

Es kann festgestellt werden, daß die künstliche Oberfläche nur eine Affinität gegenüber zu den Templat-Molekülen (2) formgleichen Liganden (4) oder unwesentlich kleineren Liganden (5) besitzt. It can be determined that the artificial surface has only an affinity for ligands ( 4 ) of the same shape as the template molecules ( 2 ) or insignificantly smaller ligands ( 5 ).

D) Regeneration of the surface

Die regenerativen Eigenschaften der künstlichen Oberfläche wurden für das System Gold (Trägermaterial (1)), 2-Thiobarbitursäure (Templat (2)), Dodecanthiol (Strukturbildner (3)) untersucht. Es wurden dazu mehrere Zyklen der unter C) beschriebenen Messungen durchgeführt. Nach jedem Zyklus wurde die Goldelektrode für eine Minute in Chloroform getaucht um die Liganden (4) wieder von den Bindungsstellen zu entfernen. Nach dem Trocknen im Stickstoffstrom erfolgte die erneute Vermessung. Es zeigte sich, daß die Oberflächen mindestens dreimal regeneriert werden können.The regenerative properties of the artificial surface were investigated for the system gold (carrier material ( 1 )), 2-thiobarbituric acid (template ( 2 )), dodecanethiol (structure former ( 3 )). For this purpose, several cycles of the measurements described under C) were carried out. After each cycle, the gold electrode was immersed in chloroform for one minute to remove the ligands ( 4 ) from the binding sites. After drying in a stream of nitrogen, the measurement was carried out again. It was shown that the surfaces can be regenerated at least three times.

List of figures

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung symbolisch dargestellt, die im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigtExemplary embodiments of the invention are symbolic in the drawings shown, which are described in more detail below. It shows

Fig. 1 den Aufbau einer künstlichen Oberfläche mit vorbestimmter Affinität, Fig. 1 shows the construction of an artificial surface having a predetermined affinity,

Fig. 2 die als Stand der Technik bereits bekannte Methode, Oberflächen zu strukturieren und die dabei auftretenden Probleme, FIG. 2, as prior art already known method of surface structuring and the problems encountered,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Stabilisierungsprinzips, Fig. 3 is a schematic diagram of the stabilization principle,

Fig. 4 ein Schema zur Selektivität der künstlichen Oberflächen, Fig. 4 shows a diagram for selectivity of the artificial surfaces,

Fig. 5 die Affinität einer künstlichen Oberfläche mit Barbitursäure- Rezeptorfunktion gegenüber verschiedener Substanzen. Fig. 5 shows the affinity of an artificial surface with barbituric acid receptor function for various substances.

Bei den Fig. 1 bis 5 gezeigten Abbildungen kennzeichnet
Bezugszeichen 1 das Trägermaterial,
Bezugszeichen 2 das Templat,
Bezugszeichen 3 den Strukturbildner,
Bezugszeichen 4 den Liganden,
Bezugszeichen 5 ein im Vergleich zum Liganden geringfügig kleineres Molekül,
Bezugszeichen 6 ein im Vergleich zum Liganden geringfügig größeres Molekül,
Bezugszeichen 7 die Adsorptionsfähigkeit von Templat und Strukturbildner auf dem Trägermaterial.Features in FIGS. 1 to 5 shown pictures
Reference number 1 the carrier material,
Reference numeral 2 the template,
Reference number 3 the structure former,
Reference numeral 4 the ligand,
Reference numeral 5 a molecule which is slightly smaller than the ligand,
Reference numeral 6 a molecule which is slightly larger than the ligand,
Reference numeral 7 shows the adsorbability of the template and structure-forming agent on the carrier material.

Alle Moleküle werden zur besseren Verdeutlichung mittels einfacher geometrischer Körper symbolisiert. Fig. 1 bis 5 erlauben daher keine Rückschlüsse auf Molekülarten, -größen oder Bindungswinkel. Die Abbildungen dienen nur zur Darstellung des Prinzips.For better clarification, all molecules are symbolized using simple geometric bodies. Fig. 1 to 5 thus do not allow any conclusions to molecular species, sizes, or bond angles. The illustrations serve only to illustrate the principle.

In Fig. 1 wird schematisch die Erzeugung einer künstlichen Oberfläche mit vorbestimmter Affinität dargestellt. Durch Adsorption von Strukturbildnern (2) und Templaten (3) auf einem Trägermaterial (1) wird die künstliche Oberfläche gebildet. Die Adsorptionsfähigkeit von Strukturbildner (2) und Templaten (3) auf dem Trägermaterial (1) wird durch die abgerundete Position (7) der Moleküle symbolisiert. Der Aufbau dieser Oberfläche ist in der Draufsicht und im Querschnitt dargestellt. Es wird dabei deutlich, daß in der Oberfläche Vertiefungen mit identischer Form und Größe wie das Templat-Molekül (3) entstehen.In Fig. 1, the creation of an artificial surface with predetermined affinity is shown schematically. The artificial surface is formed by adsorption of structure formers ( 2 ) and templates ( 3 ) on a carrier material ( 1 ). The adsorptive capacity of structure-forming agents ( 2 ) and templates ( 3 ) on the carrier material ( 1 ) is symbolized by the rounded position ( 7 ) of the molecules. The structure of this surface is shown in top view and in cross section. It becomes clear that depressions with the same shape and size as the template molecule ( 3 ) are formed in the surface.

Fig. 2 verdeutlicht das Problem der lateralen Diffusion. Als Stand der Technik wird die Oberfläche nur durch Adsorption von Strukturbildnern (3) und Liganden (4) erzeugt. Da der Ligand (4) keine Adsorptionsfähigkeit auf dem Trägermaterial besitzt, wird er nicht in die Oberfläche mit eingebaut. Die Folge zeigt Fig. 2: Die Strukturbildner können auf der Oberfläche lateral diffundieren. Die Form und Größe der Lücken sind dynamisch und besitzen daher keine gezielte Affinität. Fig. 2 illustrates the problem of lateral diffusion. As a state of the art, the surface is generated only by adsorption of structure formers ( 3 ) and ligands ( 4 ). Since the ligand ( 4 ) has no adsorption capacity on the carrier material, it is not built into the surface. The result is shown in FIG. 2: The structure formers can laterally diffuse on the surface. The shape and size of the gaps are dynamic and therefore have no targeted affinity.

In Fig. 3 wird der Unterschied zum Stand der Technik betont. Durch die zusätzliche Adsorption eines Templat-Moleküls (2) auf dem Trägermaterial (1) wird verhindert, daß eine laterale Diffusion der Strukturbildner (3) auftreten kann. An Stelle der Löcher in der Schicht des Strukturbildners (3) bilden sich Vertiefungen von vordefinierbarer Größe und Form. Der künstlichen Oberfläche wird dadurch eine planbare Affinität verliehen.The difference from the prior art is emphasized in FIG . The additional adsorption of a template molecule ( 2 ) on the carrier material ( 1 ) prevents lateral diffusion of the structure formers ( 3 ) from occurring. Instead of the holes in the layer of the structure former ( 3 ), depressions of a predefinable size and shape are formed. This gives the artificial surface a predictable affinity.

Fig. 4 zeigt das Prinzip der Affinität. Die Vertiefungen können nur Moleküle aufnehmen, die in Form und Größe den Vertiefungen der Oberfläche entsprechen. Geringfügig kleinere Moleküle (5) können sich zwar auch in die Vertiefungen einlagern, zeigen aber eine im Vergleich zum Liganden (4) eine geringere Affinität. Für in Bezug auf den Liganden (4) minimal größere Moleküle (6) besteht dagegen keine Möglichkeit an der Oberfläche zu binden. Fig. 4 shows the principle of affinity. The depressions can only accommodate molecules that correspond in shape and size to the depressions in the surface. Slightly smaller molecules ( 5 ) can also be embedded in the wells, but have a lower affinity than the ligand ( 4 ). On the other hand, there is no possibility of binding to the surface for molecules ( 6 ) which are minimally larger in relation to the ligand ( 4 ).

Fig. 5 zeigt das Verhalten einer künstlichen Oberfläche mit einer Affinität gegenüber Barbitursäure. Hierzu wurden die Kapazitätsänderungen resultierend aus einer Einlagerung von Molekülen in die Vertiefungen der künstlichen Oberfläche ermittelt. Gegenüber Barbitursäure treten die größten Änderungen der Kapazität auf. Befindet sich zusätzlich Diethylbarbitursäure in der Lösung beeinflußt dies die Meßergebnisse nur minimal. Pyridin zeigt viel kleinere Effekte, während sich mit Diethylbarbitursäure keine Kapazitätsabnahme detektieren läßt. Fig. 5 shows the behavior of an artificial surface with an affinity for barbituric acid. For this purpose, the changes in capacity resulting from the incorporation of molecules in the depressions of the artificial surface were determined. The greatest changes in capacity occur compared to barbituric acid. If diethylbarbituric acid is also present in the solution, this has only a minimal influence on the measurement results. Pyridine shows much smaller effects, while no decrease in capacity can be detected with diethylbarbituric acid.

literature

Afeyan N. B., et. al., US-Patent 5,641,539, (1997).
Kim J.-H., Cotton T.M., Uphaus R.A., Thin Solid Films, 160 (1988) 389-397.
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Claims

1. A surface of two or more types of molecules, of which one type of molecule (template ( 2 )) has a similar shape as the ligand ( 4 ), the other (structure former ( 3 )) must be capable of forming monomolecular layers and in the resulting layer thickness exceed the thickness of the template ( 2 ).
These novel surfaces are produced by adsorbing template ( 2 ) and structure former ( 3 ) onto a solid carrier material ( 1 ). As a result of the different layer thicknesses of template ( 2 ) and structure former ( 3 ), a surface with depressions is created.
A carrier material ( 1 ) means any solid substance.
Template ( 2 ) means any molecule with a rigid molecular structure that can be immobilized on the carrier material ( 1 ).
Structuring agent ( 3 ) means any molecule that can form a thicker monomolecular layer on the carrier material ( 1 ) than the template molecule ( 2 ).
The free surface of the template molecule ( 2 ) together with the surrounding structure formers ( 3 ) create a binding site.
A ligand ( 6 ) means a molecule which has an affinity for the binding site.

2. A surface according to claim 1, characterized in that as a carrier material (1) (eg. As Au, Pt, Pd), a metal, semiconductor (eg. As GaAs, Si, Ge) or other organic or inorganic materials ( e.g. quartz, glass, polymer materials), as well as combinations of several of the materials listed here (in particular alloys or composite systems).

3. A surface according to claim 1, characterized in that molecules of the form HS-X, S = X or XSSY are used as structure-forming agents ( 3 ). X and Y represent arbitrary molecular fragments, so that the structure formers ( 3 ) form a binding site together with the template molecules ( 2 ).

4. A surface according to claim 1, characterized in that molecules of the type HSi-X are used as structure-forming agents ( 3 ). X can be any molecular fragments, so that the structure formers ( 3 ) form a binding site together with the template molecules ( 2 ).

5. A surface according to claim 1, characterized in that the binding site is modified such that additional electrostatic interactions are made possible between template ( 2 ) and ligand ( 4 ).

6. A surface according to claim 1, characterized by a prochiral structure of the template molecule ( 2 ).

7. A surface according to claim 1, for use as a receptor layer in chemical and biosensor technology.

8. A surface according to claim 1, for use in separation or Cleaning of mixtures.

9. A surface according to claim 1, for use in enantioselective Catalyze.