DE19823876B4

DE19823876B4 - Mit unterschiedlichen Verbindungen beladenes Bauteil (Biochip) sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19823876B4
Application number: DE1998123876
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr. Ehrfeld; Lutz Dr. Weber
Original assignee: Institut fuer Mikrotechnik Mainz GmbH
Current assignee: Institut fuer Mikrotechnik Mainz GmbH
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: DE19823876A1

Abstract

Bauteil (Biochip) zum Nachweis von Substanzen durch deren räumlich spezifische Anlagerung, dessen Oberfläche in räumlich voneinander getrennten Bereichen mit unterschiedlichen Verbindungen, insbesondere Biomolekülen, beladen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die räumlich voneinander getrennten Bereiche von einzelnen Körpern (3a, 3b,..., 33a, 33b,...), deren Stirnflächen (4, 34) mit unterschiedlichen Verbindungen beladen sind, gebildet sind,
wobei die einzelnen Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b,...) eine beladene Stirnfläche (4, 34) < 1 mm2 aufweisen,
wobei die Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b,...) zueinander einen Abstand < 1 mm aufweisen und mit einem gemeinsamen Träger (5, 35) verbunden sind, und
wobei die beladenen Stirnflächen (4, 34) der Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b,...) im Vergleich zur Oberseite (2, 32) des Trägers (5, 35) zurückstehen, überstehen oder fluchten, und
wobei der Träger (5, 35) und/oder die Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b, ...) aus mindestens einem Kunststoff bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (Biochip) zum Nachweis von Substanzen durch deren räumlich spezifische Anlagerung, dessen Oberfläche in räumlich voneinander getrennten Bereichen mit unterschiedlichen Verbindungen, insbesondere Biomolekülen, beladen ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Es können beispielsweise mit unterschiedlichen Aminosäuresequenzen beladene Biochips zum spezifischen Nachweis von Antikörpern verwendet werden. Weiterhin kann mit Hilfe von mit unterschiedlichen DNA Sequenzen beladenen Biochips eine DNA-Sequenzierung vorgenommen werden, da sich einzelsträngige DNA Abschnitte an komplementäre Abschnitte anlagern (hybridisieren).
G. Wallraff et. al. (Chemtech Febr. 1997, 22) beschreiben unterschiedliche Herstellungsverfahren von Biochips zur DNA-Sequenzierung. Diese Biochips bestehen aus einem ebenen Träger, beispielsweise aus Glas, der auf seiner Oberfläche in eng benachbarten Bereichen einer Dichte von bis zu 106 pro cm² sich in der Sequenz unterscheidende Oligonukleotide trägt. Die Nukleotidsequenzen werden an die entsprechenden Bereiche der Oberfläche des Trägers gekoppelt bzw. dort synthetisiert, wobei die übrigen Bereiche zu schützen sind, was mit einem hohen Aufwand verbunden ist.
Nach einem dort beschriebenen Verfahren werden fertig synthetisierte Oligonukleotide mittels Feinstdosierung an bestimmte Stellen der Oberfläche eines Substrats gebracht und dort kovalent gebunden. Nachteilig hierbei ist, daß bei zunehmender Dichte der aufzubringenden Sequenzen pro Substratfläche durch Kontamination benachbarter Bereiche die notwendige Reinheit der Sequenzen nicht gewährleistet ist.
Nach einem anderen Verfaheen werden die Nukleotid-Sequenzen auf dem Substrat unter Verwendung photolabiler Schutzgruppen synthetisiert. Durch den Einsatz von aus der Photolithographie bekannten Maskentechniken werden die Schutzgruppen dort abgespalten, wo Nukleotid-Sequenzen aufgebaut werden sollen. Bei einer hohen Dichte unterschiedlicher Sequenzen bezogen auf die Substratfläche führt jedoch beispielsweise Streulicht zu einer unerwünschten Abspaltung von Schutzgruppen in unbelichteten Regionen des Substrats und damit zu einer Ankopplung von Nukleotiden in Regionen, die eigentlich geschützt sein sollten.
Gemäß eines weiteren Verfahrens wird ein Photoresist und eine Schicht zwischen der Substratoberfläche und dem Resist eingesetzt. Über Belichtungs- und Entwicklungsschritte werden Orte, an denen ein Sequenzaufbau stattfinden soll, gezielt freigelegt. Nachteilig hierbei ist jedoch der mit den Prozeßschritten verbundene hohe Aufwand, die thermische Beeinträchtigung der Nukleotide sowie unerwünschte Nebenreaktionen.
Die US 5,658,734 beschreibt ein Verfahren zur Synthese einer Vielzahl chemischer Verbindungen auf einem einzigen Substrat. Hierbei wird auf das Substrat, das Schutzgruppen aufweisende Moleküle trägt, eine Schutzschicht sowie ein strahlungsempfindlicher Resist aufgebracht. Durch einen Belichtungs- und Entwicklungsschritt werden Bereiche des die Moleküle aufweisenden Substrats freigelegt. Nach Abspaltung der Schutzgruppen werden an die ersten Moleküle weitere Moleküle chemisch gebunden und so gezielt an einzelnen Orten auf dem Substrat die gewünschten chemischen Verbindungen aufgebaut. Je nach gewünschter Anwendung kommen unterschiedliche chemische Verbindungen, wie Polypeptide, Oligo- oder Polynukleotide, einschließlich deren analoge Verbindungen, in Frage.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil (Biochip) zur Verfügung zu stellen, dessen Oberfläche in räumlich voneinander getrennten Bereichen mit unterschiedlichen Verbindungen, insbesondere Biomolekülen, beladen ist, bei dem die Verbindungen in hoher Reinheit begrenzt auf die jeweiligen Bereiche vorliegen, und das eine kostengünstige Herstellung in großen Stückzahlen erlaubt. Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Herstellungsverfahren für ein solches Bauteil (Biochip) mit den genannten Vorteilen bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils und Verfahrens.
Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil (Biochip) sind die räumlich voneinander getrennten Bereiche von einzelnen Körpern, deren Stirnflächen mit unterschiedlichen Verbindungen beladen sind, gebildet, wobei die Körper mit einem gemeinsamen Träger verbunden sind.
Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke ist, daß die Synthese unterschiedlicher Verbindungen nicht auf dem Biochip, sondern auf einem Substrat oder mehreren voneinander getrennten Substraten erfolgt, und daß Teile aus diesen Substraten herausgetrennt und mit einem Träger verbunden werden. Hierurch kann keine Kontamination benachbarter Bereiche auf dem Biochip stattfinden. Da aus jedem Substrat viele Körper herausgetrennt werden können, sind diese Biochips kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil (Biochip) sind die mit vorzugsweise unterschiedlichen Verbindungen beladenen Bereiche von einzelnen Körpern gebildet, die mit einem Träger verbunden sind.
Die einzelnen Körper weisen eine mit mindestens einer Verbindung beladene Stirnfläche < 1 mm² und einen parallel zur Stirnfläche runden oder n-eckigen Querschnitt auf. So können bei mehr als 10 Bereichen unterschiedlicher Verbindungen pro cm² Biochipfläche die Körper, beispielsweise in Form eines Stiftes oder Kegelstumpfes, einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser < 100 μm aufweisen. Die durch die Lage der Ausnehmungen im Träger vorgegebenen Abstände der Körper liegen bei < 1 mm, wobei die Abstände im Hinblick auf die Stabilität des Trägers auf den Durchmesser der Körper abzustimmen ist. So erlauben beispielsweise Körper mit einem Durchmesser von 100 μm Abstände von etwa 200 μm.
Die beladenen Stirnflächen der Körper können mit der Oberfläche des Trägers fluchten. Es ist jedoch auch möglich, die Körper über die Trägeroberfläche hinausragen zu lassen. Weiterhin ist es möglich, die Körper so innerhalb der Ausnehmungen zu positionieren, daß deren beladene Stirnflächen unter der Trägeroberfläche liegen. Werden die Körper seitlich formschlüssig umfaßt, so bilden die Seitenwände der Ausnehmung des Trägers und die Stirnfläche des Körpers ein nach oben offenes Behältnis in der Art eines in der Biotechnologie üblichen Mikrolitergefäßes.
Die Körper und/oder Träger bestehen aus einem oder mehreren Kunststoffen, zum Beispiel aus einem Polypropylen oder Polycarbonat. Es kann beispielsweise für die Herstellung oder Aufbringung von Proben von Vorteil sein, wenn die Körper und/oder Träger aus mindestens einem optisch transparenten Material bestehen.
Nach einer Ausführungsform sind die Körper mit der Oberfläche des Trägers verbunden, beispielsweise geklebt. Nach einer anderen Ausführungsform umfaßt der Träger jeden Körper, zumindest teilweise, seitlich. Hierzu weist der Träger vorzugsweise ein- oder beidseitig offene Ausnehmungen auf, die die einzelnen Körper aufnehmen und seitlich umfassen können. Bevorzugt besteht der Träger aus einer ein- oder mehrlagigen Folie einer Dicke < 1 mm.
Es kann vorteilhaft sein, die Oberfläche des Trägers und/oder die Stirnflächen der Körper so, beispielsweise chemisch oder physikalisch, zu behandeln, daß die Benetzbarkeit verändert wird. Beispielsweise kann es von Vorteil sein, daß die Oberfläche des Trägers schwer benetzbar und die Stirnflächen der Körper leicht benetzbar sind. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Oberfläche, beispielsweise durch Mikrostrukturierung, zu vergrößern, um eine höhere Beladungsdichte, d.h. Menge an Biomolekülen pro Substratfläche, zu erreichen.
Je nach dem Einsatzgebiet können die von dem Träger erfaßten Körper an ihrer Stirnfläche Verbindungen unterschiedlicher Klassen, insbesondere Biomoleküle tragen. So bietet sich zum Einsatz in biochemischen Nachweisverfahren die Verwendung kurz-, mittel- oder langkettiger Polymere von Aminosäuren, Nukleotiden oder/und Derivate dieser Verbindungen an.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt die Herstellung eines Bauteils (Biochip) zum Nachweis von Substanzen durch deren räumlich spezifische Anlagerung, dessen Oberfläche in räumlich voneinander getrennten Bereichen mit unterschiedlichen Verbindungen, insbesondere Biomolekülen, beladen ist, folgende drei Schritte:
Im ersten Schritt wird die Oberfläche mindestens eines Substrats mit jeweils mindestens einer Verbindung beladen, wobei als Substrat eine ein- oder mehrlagige Folie einer Dicke < 1 mm, insbesondere < 500 μm, oder eine Schicht, die die herauszutrennenden Körper seitlich formschlüssig umfaßt, verwendet wird.
Es kann vorteilhaft sein, zumindest die zu beladende Oberfläche des Substrats zur Verbesserung der Bindung mechanisch, physikalisch und/oder chemisch zu behandeln. Die Verbindungen können physikalisch oder/und chemisch an die gegebenenfalls vorbehandelte Substratoberfläche gebunden werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind die im zweiten Schritt herauszutrennenden Körper einstückiger Bestandteil des Substrats. So können die herauszutrennenden Körper Erhebungen, beispielsweise in Form von Säulen, auf der Substratoberfläche darstellen. Zur Vereinfachung des Heraustrennens können im Bereich der herauszutrennenden Körper Sollbruchstellen vorgesehen sein.
Bevorzugt eignet sich zur Herstellung solch eines Substrats folgendes in drei Schritte gegliedertes Verfahren:

a1) Auf einer Grundplatte erfolgt die Formgebung der Körper, wobei die Grundplatte und die Körper vorteilhaft gleichzeitig hergestellt werden. Zur getrennten oder gleichzeitigen Herstellung der Körper bzw. der Körper und der Grundplatte eignen sich Verfahren, wie Spritzgießen, Reaktionsgießen, Heißprägen, spanende Verfahren, Laserablationsverfahren, Ätzverfahren oder Kombinationen dieser Verfahren.
a2) Die sich auf der Grundplatte befindenden Körper werden mit einem sich verfestigenden Formstoff, wie einem Kunststoff, Paraffin oder Wachs, eingegossen. Es kann vorteilhaft sein, die Körper vor dem Eingießen zu beschichten, um das spätere Heraustrennen zu erleichtern.
a3) Die Grundplatte wird entfernt. Befindet sich über den Körpern Formstoff, so kann dieser auch entfernt werden, beispielsweise durch Schleifen, Läppen, Fräsen oder Polieren.

Im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Körper aus dem Substrat herausgetrennt, wobei der Körper eine beladene Stirnfläche < 1 mm² aus einem Bereich der beladenen Oberfläche aufweist. Das Heraustrennen kann beispielsweise durch Herausdrücken, -brechen, Stanzen oder Schneiden erfolgen. Umfaßt das Substrat die herauszutrennenden Körper seitlich, so bietet sich einfaches Herausdrücken an. So kann unter Anwendung von Unterdruck mittels eines von der Unterseite des Substrats ansetzenden Greifwerkzeugs der Körper nach unten aus dem Substrat herausgetrennt werden. Vorteilhaft hierbei ist, daß die mit mindestens einer Verbindung beladene, sich auf der Oberfläche des Substrats befindende Stirnfläche des Körpers nicht beschädigt wird.
Der herausgetrennte Körper kann in dem Greifwerkzeug verbleiben oder in ein Magazin überführt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform stellt das Substrat eine Folie dar, aus der die Körper mittels eines Stanz- oder Schneidwerkzeugs herausgetrennt und vorzugsweise gleichzeitig mit dem Träger verbunden werden. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Seite der Substratfolie, die der beladenen Seite des Substrats gegenüberliegt und mit der Oberseite des Trägers verbunden wird, mit einer Klebstoffschicht versehen ist.
Im letzten Schritt des Verfahrens wird der herausgetrennte Körper mit einem Träger derart verbunden, daß der herausgetrennte Körper mit der Oberseite des Trägers beispielsweise durch Kleben verbunden wird oder in eine Ausnehmung des Trägers, beispielsweise mittels eines Greifwerkzeugs, eingefügt wird, wobei die beladene Stirnfläche des Körpers im Vergleich zur Oberseite des Trägers zurücksteht, übersteht oder fluchtet.
Vorteilhaft werden der zweite und der letzte Schritt gleichzeitig durchgeführt. Wird der Körper beispielsweise seitlich formschlüssig von dem Substrat umfaßt, so wird hierzu das Substrat von unten so an den Träger herangeführt, daß der herauszutrennende Körper genau unterhalb der entsprechenden Ausnehmung des Trägers zu liegen kommt. Nun wird beispielsweise mittels eines Stempels mit einem Durchmesser kleiner gleich dem Durchmesser des herauszutrennenden Körpers der Körper aus dem Substrat herausgedrückt und gleichzeitig in die entsprechende, zur Ober- und Unterseite offene Ausnehmung des Trägers hineingedrückt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Körper im Substrat die gleiche räumliche Anordnung wie die Ausnehmungen im Träger aufweisen, da hierbei keine unterschiedliche relative Positionierung von dem Substrat zu dem Träger erforderlich ist, sondern nur eine Positionierung beispielsweise des Stempels zu erfolgen braucht, um einen bestimmten Körper in die genau gegenüberliegende Ausnehmung einzufügen.
Der zweite und der dritte Verfahrensschritt werden mit Substraten, vorzugsweise mit unterschiedlichen Verbindungen beladen, wiederholt derart, daß die Körper zueinander einen Abstand < 1 mm aufweisen, wobei der Träger und/oder die Körper aus mindestens einem Kunststoff bestehen. Die Verfahrensschritte werden so lange wiederholt, bis der Träger alle Körper mit den gewünschten Verbindungen aufweist.
Beispielsweise zur Kontrolle bei analytischen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, mehr als einen Körper mit der gleichen Verbindung in einen Träger einzufügen.
Da in der Regel aus den Substraten mehrere Körper herausgetrennt werden können, kann nach diesem Verfahren eine große Anzahl gleichartiger Biochips mit einfachen Mitteln hergestellt werden.
Beispielhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils (Biochip) und Verfahrens werden anhand der folgenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a ein erfindungsgemäßes Bauteil (Biochip) in perspektivischer Darstellung,
1b das in 1a dargestellte Bauteil im Querschnitt von der Seite,
2a ein Substrat mit seitlich formschlüssig erfaßten Körpern in perspektivischer Darstellung,
2b das in 2a dargestellte Substrat im Querschnitt von der Seite,
3 das in 2b dargestellte Substrat beim Heraustrennen eines Körpers im Querschnitt von der Seite,
4 den entsprechend der Darstellung nach 3 herausgetrennten Körper beim Einfügen in einen Träger im Querschnitt von der Seite,
5a ein Substrat mit herauszutrennenden Körpern in Form von Erhebungen in perspektivischer Darstellung,
5b das in 5a dargestellte Substrat im Querschnitt von der Seite,
6 das in 5b dargestellte Substrat beim Einfügen eines Körpers in einen Träger im Querschnitt von der Seite,
7a eine Grundplatte mit Körpern in perspektivischer Darstellung,
7b die Grundplatte nach 7a im Querschnitt von der Seite,
8 die Grundplatte nach 7b mit eingegossenen Körpern im Querschnitt von der Seite,
9 das nach der Entfernung der Grundplatte und des überschüssigen Formstoffes erhaltene Substrat im Querschnitt von der Seite,
10a ein weiteres erfindungsgemäßes Bauteil (Biochip) in perspektivischer Darstellung,
10b den Biochip nach 10a im Querschnitt von der Seite,
11 a und b einen Träger und ein Substrat vor und nach dem Heraustrennen und Verbinden eines Körpers im Querschnitt von der Seite.
In 1a ist ein erfindungsgemäßes Bauteil 1 (Biochip) mit 3 × 3 mit einem Träger 5 verbundenen Körpern 3a, 3b,... schematisch dargestellt. Die Stirnfläche 4 jedes Körpers 3a, 3b,... ist mit mindestens einer Verbindung beladen, was hier nicht dargestellt ist. Die Stirnflächen 4 fluchten mit der Oberfläche 2 des Trägers 5. Das Bauteil 1 ist in 1b im Querschnitt von der Seite dargestellt. Die einzelnen Körper 3a, 3b,... in der Form von Stiften sind so in zur Ober- und Unterseite des Trägers 5 offenen Ausnehmungen 6 enthalten, daß der Träger 5 die Körper 3a, 3b,... seitlich formschlüssig umfaßt.
Der Übersicht halber ist das Bauteil hier nicht maßstabsgetreu und nur mit einer kleinen Anzahl an einzelnen Körpern dargestellt. Ein erfindungsgemäßes Bauteil weist beispielsweise die Abmessungen von 3 cm × 3 cm × 500 μm auf, wobei in den Träger 100 × 100 zylindrische Körper eines Durchmesser von 100 μm und einer Höhe von 500 μm in einem Abstand von etwa 200 μm in der Art von Zeilen und Spalten einer Matrix angeordnet sind. In diesem Beispiel bestehen der Träger und die Körper aus Polypropylen, wobei auf die obere Stirnfläche der Körper unterschiedliche Oligonukleotidsequenzen kovalent gebunden sind.
In 2a ist ein Substrat 10 in der Form einer Folie dargestellt, wobei das Substrat 10 sechs gleichartige Körper 3a umfaßt. Die gesamte Oberfläche 11 des Substrats, einschließlich der oberen Stirnflächen 4 der Körper 3a, ist mit einer Oligonukleotidsequenz beladen. Aus 2b ist ersichtlich, daß die Körper 3a seitlich formschlüssig vom Substrat 10 umfaßt sind.
In 3 ist der Schritt des Heraustrennens eines Körpers 3a aus dem Substrat 10 schematisch dargestellt. Angedeutet ist der Kopf eines Sauggreifers 12, der mit Hilfe von Unterdruck mit der Unterseite eines Körpers 3a verbunden ist. Der Sauggreifer wird nach unten bewegt, wodurch der Körper 3a aus dem randseitig gehaltenen Substrat 10 herausgezogen wird. Dadurch, daß der Sauggreifer von der Unterseite des Substrats 10 angreift, wird die mit einer Oligonukleotidsequenz beladene Stirnfläche 4 nicht beschädigt.
Das Einfügen des herausgetrennten Körpers 3a in einen Träger 5 ist in 4 schematisch dargestellt. Der Körper 3a befindet sich auf dem Kopf des Sauggreifers 12 und wird von unten in eine Ausnehmung 6 des Trägers 5 hineingedrückt. Dieser Schritt wird mit weiteren Körpern aus unterschiedlichen Substraten wiederholt, bis alle Ausnehmungen 6 des Trägers 5 einen Körper 3a, 3b,... aufweisen.
In 5a ist ein Substrat nach einer anderen Ausführungsform schematisch dargestellt. Das Substrat 15 wird von einer Folie mit säulenartigen, aus der Oberseite herausragenden Erhebungen 17 gebildet. Im Querschnitt von der Seite (5b) ist ersichtlich, daß das Substrat 15 im Bereich um die Erhebungen 17 so verjüngt ist, daß Sollbruchstellen 16 vorliegen. Zumindest die Stirnflächen 4 der durch die Erhebungen 17 gebildeten Körper 3a sind mit mindestens einer Verbindung (hier einer Oligonukleotidsequenz) beladen.
Der Schritt des Heraustrennens und Einfügens eines Körpers mit dem in 5a und 5b dargestellten Substrat 15 ist in 6 gezeigt. Das Substrat 15 ist so unterhalb des Trägers 5 positioniert, daß ein Körper 3a genau unterhalb einer Ausnehmung 6 zu liegen kommt. Mittels eines Stempels 18 wird der Körper 3a aus dem randseitig gehaltenen Substrat 15 direkt in die Ausnehmung 6 des Trägers 5 hineingedrückt. An den verjüngten Stellen (Sollbruchstellen 16) im unteren Bereich des Substrats 15 erfolgt der Abriß des nach oben gedrückten Körpers 3a vom randseitig gehaltenen Substrat 15. Anschließend wird der herausgetrennte Körper 3a so vollständig mit dem Stempel 18 in die Ausnehmung 6 des Trägers gedrückt, daß die Stirnfläche 4 des Körpers 3a mit der Trägeroberfläche 2 fluchtet. Dieser Schritt wird mit weiteren Körpern aus unterschiedlichen Substraten wiederholt, bis alle Ausnehmungen 6 des Trägers 5 einen Körper 3a, 3b,... aufweisen. Der in 6 dargestellte Schritt des Heraustrennens und Verbindens kann beispielsweise auch mit einem in 2b dargestellten Substrat durchgeführt werden.
Die 7a bis 9 stellen die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in 2a und 2b dargestellten Substrats 10 dar, das die einzelnen Körper 3a seitlich formschlüssig umfaßt. Im ersten Schritt wird eine Grundplatte 20 hergestellt, die auf ihrer Oberseite zylindrische Körper 21 aufweist. Die Herstellung erfolgt mittels Spritzguß unter Verwendung mikrotechnisch gefertigter Formeinsätze. In 7a ist die strukturierte Grundplatte 20 in Draufsicht, in 7b seitlich im Querschnitt schematisch dargestellt. Im zweiten Schritt wird die strukturierte Oberfläche der Grundplatte 20 mit einem Formstoff 22 überschichtet, der die Körper 21 zumindest seitlich bedeckt. Nach der Verfestigung des Formstoffs 22 wird im letzten Schritt die Grundplatte 20 entfernt und der über den Körpern 21 befindliche Formstoff 22 abgetragen. Das so erhaltene Substrat 10 weist eine ebene Ober- und Unterseite auf, wobei die Körper 21 seitlich formschlüssig vom Formstoff 22 umfaßt sind. Zum Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Biochips wird die gegebenenfalls vorbehandelte Oberseite des Substrats 10 mit mindestens einer Verbindung beladen.
Die 10a und 10b stellen einen Biochip 31 dar, der einen Träger 35 umfaßt, mit dessen Oberseite 32 mehrere Körper 33a, 33b,... verbunden sind. Die Stirnflächen 34 der Körper 33a, 33b,... sind mit unterschiedlichen Verbindungen beladen.
In 11 a ist ein Träger 35 und beabstandet ein Substrat 40 sowie ein Schneidwerkzeug 45 dargestellt. Nach einem Ausführungsbeispiel besteht der Träger 35 aus einer Folie einer Dicke von 500 μm, das Substrat 40 aus einer Folie einer Dicke von 100 μm und das Schneidwerkzeug 45 weist eine kreisrunde Schneide mit einem Durchmesser von 100 μm auf. Das Substrat 40 kann beispielsweise von einer Rolle zugeführt werden, wobei schon das aufgerollte Substrat mit einer Verbindung beladen ist oder erst nach dem Abrollen beladen wird.
In 11b ist der Träger 35 mit einem auf seiner Oberseite verbundenen Körper 33a dargestellt. Hierzu wurde mittels des Werkzeugs 45 der Körper 33a aus dem Substrat 40 geschnitten und gleichzeitig auf die Oberseite 32 des Trägers 35 gedrückt. Die der mit einer Verbindung beladenen Seite 41 des Substrats 40 gegenüberliegende Seite, die der Oberseite 32 des Trägers 35 zugewandt ist, weist eine hier nicht dargestellte Klebstoffschicht auf. Dieser Vorgang des Heraustrennens und Verbindens kann gleichzeitig mit mehreren nebeneinander angeordneten Trägern 35 und unterschiedlichen Substraten 40 durchgeführt werden. Es ist auch denkbar, ein Substrat in der Form einer langen Folie zu verwenden, die an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Verbindungen aufweist.

1: Biochip
2: Oberseite beladen mit unterschiedlichen Verbindungen
3a, 3b, 3c,: ... Körper, beladen mit unterschiedlichen Verbindungen
4: Stirnfläche eines Körpers
5: Träger
6: Ausnehmung
10: Substrat
11: beladene Oberfläche
12: Sauggreifer
15: Substrat
16: Sollbruchstelle
17: Erhebung
18: Stempel
20: Grundplatte
21: Körper
22: Formstoff
23: Substrat
31: Biochip
32: Oberseite
33a, 33b, 33c,...: Körper, beladen mit unterschiedlichen Verbindungen
34: Stirnfläche des Körpers
35: Träger
40: Substrat
41: beladene Oberfläche
45: Schneidwerkzeug

Claims

Bauteil (Biochip) zum Nachweis von Substanzen durch deren räumlich spezifische Anlagerung, dessen Oberfläche in räumlich voneinander getrennten Bereichen mit unterschiedlichen Verbindungen, insbesondere Biomolekülen, beladen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlich voneinander getrennten Bereiche von einzelnen Körpern (3a, 3b,..., 33a, 33b,...), deren Stirnflächen (4, 34) mit unterschiedlichen Verbindungen beladen sind, gebildet sind, wobei die einzelnen Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b,...) eine beladene Stirnfläche (4, 34) < 1 mm2 aufweisen, wobei die Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b,...) zueinander einen Abstand < 1 mm aufweisen und mit einem gemeinsamen Träger (5, 35) verbunden sind, und wobei die beladenen Stirnflächen (4, 34) der Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b,...) im Vergleich zur Oberseite (2, 32) des Trägers (5, 35) zurückstehen, überstehen oder fluchten, und wobei der Träger (5, 35) und/oder die Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b, ...) aus mindestens einem Kunststoff bestehen.
Bauteil (Biochip) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (33a, 33b,....) mit der Oberseite (32) des Trägers (35) verbunden sind.
Bauteil (Biochip) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (5) die Körper (3a, 3b,...) zumindest teilweise seitlich umfaßt.
Bauteil (Biochip) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (5, 35) ein- oder beidseitig offene Ausnehmungen (6) aufweist, in denen je ein Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b,...) enthalten ist.
Bauteil (Biochip) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen kurz-, mittel- oder langkettige Polymere von Aminosäuren, Nucleotiden oder/und deren Derivate sind.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (Biochip) zum Nachweis von Substanzen durch deren räumlich spezifische Anlagerung, dessen Oberfläche in räumlich voneinander getrennten Bereichen mit unterschiedlichen Verbindungen, insbesondere Biomolekülen beladen ist, das folgende Schritte umfaßt: a) Beladen der Oberfläche (11, 41) von mindestens einem Substrat (10, 40) mit jeweils mindestens einer Verbindung, wobei als Substrat (10, 40) eine ein- oder mehrlagige Folie einer Dicke < 1 mm oder eine Schicht, die die herauszutrennenden Körper (3a, 33a) seitlich formschlüssig umfaßt, verwendet wird, b) Heraustrennen mindestens eines Körpers (3a, 33a) aus dem Substrat (10, 40), wobei der Körper (3a, 33a) eine beladene Stirnfläche < 1 mm² aus einem Bereich der beladenen Oberfläche (11, 41) aufweist, c) Verbinden des herausgetrennten Körpers (3a, 33a) mit einem Träger (5, 35) derart, daß der herausgetrennte Körper (3a, 33a) mit der Oberseite (32) des Trägers (5, 35) verbunden wird oder in eine Ausnehmung (6) des Trägers (5, 35) eingefügt wird, wobei die beladene Stirnfläche des Körpers im Vergleich zur Oberseite des Trägers zurücksteht, übersteht oder fluchtet, wobei die Schritte b) und c) mit mit, vorzugsweise unterschiedlichen, Verbindungen beladenen Substraten wiederholt werden derart, daß die Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b,...) zueinander einen Abstand < 1 mm aufweisen, wobei der Träger (5, 35) und/oder die Körper (3a, 3b,..., 33a, 33b, ...) aus mindestens einem Kunststoff bestehen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie als Substrat verwendet wird, bei der die Fläche, die der zu beladenden Seite (11, 41) gegenüber liegt, eine Klebstoffschicht trägt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat (15, 40) mit herauszutrennenden Körpern (3a, 33a) in Form von Erhebungen (17) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat (15, 40) mit im Bereich der herauszutrennenden Körper (3a, 33a) vorhandenen Sollbruchstellen (16) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat mit den seitlich formschlüssig umfaßten Körpern durch folgende Verfahrensschritte hergestellt wird: a1) Formgebung der Körper (21) auf einer Grundplatte (20), a2) Eingießen mindestens der seitlichen Flächen der Körper (21) mittels eines sich verfestigenden Formstoffs (22), a3) Entfernen der Grundplatte (20) und/oder des die Körper (21) überdeckenden Formstoffs (22).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (21) und die Grundplatte (20) gleichzeitig hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungen kurz-, mittel- oder langkettige Polymere von Aminosäuren, Nucleotiden oder/und deren Derivate verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3a, 33a) aus dem Substrat (10, 15, 40) durch Herausdrücken, -brechen, Stanzen oder/und Schneiden herausgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß beim Heraustrennen der Körper (3a, 33a) von einem Greifwerkzeug (12) oder einem Magazin erfaßt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (5, 35) mit ein- oder beidseitig offenen Ausnehmungen (6) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (6) die gleiche räumliche Anordnung wie die aus dem Substrat (10, 15) herauszutrennenden Körper (3a, 33a) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3a, 33a) mit Hilfe des Greifwerkzeugs (12) oder mit Hilfe einer Vorrichtung aus dem den Körper erfassenden Magazin in eine Ausnehmung des Trägers (5, 35) hineingedrückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3a, 33a) aus dem Substrat (10, 15, 40) herausgetrennt und gleichzeitig mit dem Träger (5, 35) verbunden wird.