DE3024288C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dünner Schichten, insbesondere dünner Gel-Schichten, bei welchem flüssiges Schichtmaterial zwischen eine erste und eine zweite, in geringem Abstand parallel zur ersten angeordnete Formfläche einer Form eingebracht wird; die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten, insbesondere dünner Gel-Schichten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Bei einem bekannten Verfahren der genannten Art wird das flüssige Schichtmaterial in eine senkrecht angeordnete fertige Gußform von oben her eingegossen. Es hat sich herausgestellt, daß dieses bekannte Verfahren ungeeignet ist zur Herstellung von blasenfreien Gel-Schichten einer Dicke von weniger als ca. 0,4 mm.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem dünne blasenfreie Schichten hergestellt v/erden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein die erste Formfläehe aufweisendes erstes Formteil und ein die zweite Formfläche aulweisendes zweites Formteil relativ zueinander parallel verschoben werden aus einer Ausgangsstellung, in der die Formflächen geringfügig überlappen und in geringem Abstand parallel zueinander angeordnet sind, in eine Endstellung, in der die Formflächen gegenüberliegen, und daß das flüssige Schichtmalerial in der Ausgangsstellung und während der Parallelverschiebung einer Mündung des zwischen den Formflächen gebildeten Zwischenraums zugeführt wird im Bereich eines zur Verschiebungsrichtunf senkrechten, der zweiten Formfläche bereits in der Ausgangsstellung gegenüberliegenden Vorderrandes der ersten Formfläche.

Durch dieses Aufeinanderschieben der Formteile unter gleichzeitiger Zuführung von flüssigem Schichtmaterial in die angegebene Mündung können in einfacher Weise sehr dünne, blasenfreie Schichten mit lediglich 0,02 mm Dicke hergestellt werden. Es können (jedoch auch dickere Schichten bis zu 1,5 mm und "darüber angefertigt werden. Das vorgeschlagene Verfahren ist äußerst einfach und auch von unerfahrenen Personen erfolgreich durchzuführen. Die Verarbeitungszeit ist kurz, so benötigt man zur Herstellung einer ,200 mm langen Gel-Schicht lediglich ca. 1 Minute. Bei den erfindungsgemäß möglichen geringen Schichtdikken ist der Kapillar-Effekt bereits so stark, daß das flüssige Schichtmaterial auch ohne spezielle Dichtungen zwischen den horizontal angeordneten Formflächen bleibt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Gel-Schichten bestimmter Eigenschaften gut reproduzierbar herstellen. Das Verfahren ist sowohl für Gel-Schichten mit hoher als auch mit niedriger Monomer-Konzentration ohne Schwierigkeiten einsetzbar. Es können auch ohne weiteres großflächige Gel-Schichten beispielsweise einer Länge von über 200 mm und einer Breite von über 20 mm hergestellt werden.

Dünne Gel-Schichten werden unter anderem bei der Zonen-Elektrophorese benötigt, vor allem für DNS-Sequenzierung (DNA sequencing), SDS Gel-Elektrophorese (SDS PAGE) und Isoelektrische Fokussierung (isoelectric focusing). Bei diesen Techniken sind besonders geringe Gel-Schichtdecken deshalb von Vorteil, weil der Temperaturgradient über die Schichtdicke gering ist, weil die Joule'sche Erwärmung pro Fläche und Einheit des elektrischen Feldes gering ist und daher hohe Feldstärken erlaubt sind, weil die zum Färben (staining) und Entfärben (de-staining) erforderliche Zeit wesentlich kurzer ist und schließlich, weil weniger Probenmaterial benötigt wird und damit die Empfindlichkeit höher ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders einfach in horizontaler Anordnung mit oberhalb des zweiten Formteils angeordnetem erstem Formteil mit horizontal verlaufender erster Formfläche durchführen, nämlich dadurch, daß das flüssige Schichtmaterial auf die zweite Formfläche im Bereich des Vorderrarides der ersten Formfläche aufgetragen, insbesondere aufgetropft, wird.

Um, im Falle eines Luftblaseneinschlusses im Zwischenraum während der Parallelverschiebung der Formteile, die Luftblase wieder entfernen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Formteile zwischenzeitlich geringfügig in Gegenrichtung verschoben werden, bis die Luftblase außerhalb des Zwischenraumes gelangt.

Auf Grund der Kapillarwirkung der beiden nahe zusammenliegenden Formflächen reicht es bei nicht

allzulangen Schichten (bei Gel-Schichten beispielsweise nicht langer als 30 cm) aus, wenn in dem Zwischenraum zwischen dem ersten Formteil einerseits und sowohl dem Hilfsteil als auch dem zweiten Formteil andererseits beidseitig ihrer zur Verschiebungsrichtung parallelen Seitenränder reibungsarme Dichtungsstreifen angeordnet sind. Für die reibungsarmen Dichtungsstreifen kommt vorzugsweise Polytetrafluoräthylen in Frage.

Bei längeren Schichten besteht die Gefahr, daß im Bereich des zum Vorderrand der ersten Formfläche parallelen, diesem nächstliegenden Vorderrand der zweiten Formfläche (des unteren zweiten Formteils) Blasen in den Zwischenraum hineingezogen werden, was dadurch verhindert werden kann, daß in dem Zwischenraum quer zur Verschiebungsrichtung im Bereich des Vorderrandes des zweiten Formteils ein reibungsarmer Dichtungsstreifen angeordnet ist.

Alternativ oder zusätzlich zum angeführten Dichtungsstreifen kann dem Bereich des Vorderrandes der zweiten Formfläche zusätzliches flüssiges Schichtmaterial zugeführt werden, so daß in diesem Bereich der Eintritt von Blasen in den Zwischenraum zuverlässig verhindert ist.

In der Anfangsstellung überlappen die Formflächen nur geringfügig, beispielsweise auf eine in Verschiebungsrichtung gemessene Länge von 5 mm, da bei größerer Überlappung nicht mehr gewährleistet ist, daß das in der Anfangsstellung an die Mündung gebrachte flüssige Schichtmaterial sich unter der Kapillarwirkung gleichmäßig und blasenfrei in den gesamten momentanen Zwischenraum verteilt. Da die Führungsschichten also in der Anfangsstellung nur wenig überlappen, ist eine Führung des ersten Formteils am zweiten Formteil, zumindest dann, wenn beide plattenförmig sind, nur schwer möglich. Es wird daher vorgeschlagen, daß das erste Formteil von einem neben dem zweiten Formteil angeordneten Hilfsteil gleicher Höhe wie das zweite Formteil auf das erste Formteil geschoben wird. Wenn das Hilfsteil am benachbarten zweiten Formteil formschlüssig anliegt, besteht die Gefahr, daß flüssiges Schichtmaterial vom Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Formteil auf Grund dieses Kapmar-Effekts abgesogen wirkt und zwischen das Hilfsteil und das erste und/oder das zweite Formteil hingelangt. Dies wird dadurch verhindert, daß, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, zwischen dem Hilfsteil und dem zweiten Formteil ein Abstand vorgesehen ist.

Die Verarbeitungsgeschwindigkeit wird erhöht und die Gefahr der Bildung von Lufteinschlüssen verringert, wenn zumindest eine der Formflächen einer Vorbehandlung unterzogen wird, die die Formfläche abweisend macht für das flüssige Schichtmaterial. Die Formfläche kann dabei wasserabstoßend gemacht werden oder mit einer Gel-abstoßenden Beschichtung versehen werden.

Andererseits ist es häufig von Vorteil, wenn ein guter Zusammenhalt zwischen den Formflächen und der Schicht besteht. Dies kann dadurch erreicht werden, daß zumindest eine der Formflächen einer Vorbehandlung unterzogen wird, die die Adhäsion des Schichtmaterials an der Formfläche verbessert. Wenn, wie vorgeschlagen, die Formfläche einer Vorbehandlung mit SiliiJumwasserstoff, insbesondere mit y-Methacryloxypropyltrimethoxy-silan unterzogen wird, ergibt sich eine kovalente Adhäsion des auspolymerisierten Gels an der Formfläche. Vorzugsweise kommt hierbei Polyacrylamid-Gel in Verbindung mit einem Formteil aus Polyester, Polystyrol oder Glas in Frage.

Um mit einer Gel-Schicht mehrere Proben im Elektrophorese-Verfahren untersuchen zu können, ist es zweckmäßig, eine Vielfachprobenzuführung, bei- ί spielsweise in kammähnlicher Form, mit einzelnen, zwischen den Kammzinken gebildeten Probenaufnahmeräumen einzusetzen, und zwar in den Zwischenraum im Bereich des Vorderrandes der ersten Formfiäche. Dies kann entweder vor der Parallelver-Schiebung in der Ausgangsstellung durchgeführt werden oder nach der Parallelverschiebung, wobei zur Erleichterung des Einsetzens der Vielfachprobenzuführung Abstandshalter vor der Parallelverschiebung zwischen die Formhälften eingesetzt werden können. Diese

(5 können nach dem Einsetzen der Vielfachprobenzuführung wieder entfernt werden.

Nach der Parallelverschitbung ist von Vorteil, wenn die Formteile (mittels Klemmvorrichtungen) aneinander gepreßt werden, wodurch der durch die Dichtungsstreifen definierte und die Schichtdicke festlegende Abstand zwischen den Formflächen genau eingestellt wird und die Anordnung aus den beiden Teilen bequem für weitere Bearbeitungsschritte gehandhabt werden kann. Ein solcher weiterer Bearbeitungsschritt kann in einer Polymerisierungsbehandlung bestehen mit vertikal oder horizontal angeordneten Formflächen. Eine solche Polymerisierungsbehandlung kommt in erster Linie bei Gel-Schichten in Frage.
Das Material für die Formteile zumindest im Bereich der Formflächen kommt vorzugsweise Kunststoffgewebe, insbesondere Polyamidfasergewebe, Zellglas, Polystyrol, Polyester oder Glas in Frage. Die angegebenen Materialien erfüllen die von einem Gel-Träger zu erfüllenden Anforderungen. Sie sind elektrisch isolierend, haben hohe thermische Leitfähigkeit, sind transparent, inert gegenüber Farbstoffen (staining dyes), resistent gegenüber Chemikalien, dimensionsstabil, erforderlichenfalls flexibel und lassen es zu, daß Teile des Gels herausgeschnitten werden. Bevorzugt wird jedoch Polyester, Polystyrol und Glas, da an diesen Materialien das polymerisierte Gel in kovalenter Bildung haftet.

Es wird vorgeschlagen, daß zumindest für eine der Formteile eine thermostatisch heizbare Platte verwendet wird. Die aus den beiden Formteilen und der inzwischen auspolymerisierten Gel-Schicht gebildete Gel-Meßplatte kann unmittelbar in eine Elektrophorese-Meßanordnung eingesetzt werden; die in unmittelbarem Kontakt mit der Gel-Schicht stehende heizbare

so Platte sorgt für die bei der Elektrophorese erforderliche hohe Temperaturkonstanz der Gel-Schicht.

Ferner wird vorgeschlagen, daß zumindest für eine der Formteile eine Platte aus Glas verwendet wird. Glasplatten lassen die Beobachtung des Gels zu und sind in der geforderten Oberflächengüte und Planizität ohne weiteres erhältlich.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten, insbesondere dünner Gel-Schichten, ist gekennzeichnet durch ein horizontal angeordnetes Auflager für das zweite Formteil und gegebenenfalls für das Hilfsteil und durch an zwei gegenüberliegenden Seiten des Auflagers an diesem angebrachte Seitenführungen, zwischen denen das erste Formteil eingepaßt und in Richtung längs der

Seitenführungen verschiebbar ist.

Es erübrigen sich gesonderte Halter für das zweite • Formteil und das Hilfsteil, wenn diese zwischen die Seitenführungen eingepaßt sind.

Es wird vorgeschlagen, daß das Auflager eine nach unten offene U-Schiene umfaßt, an deren Schenkelaußenfläche die im wesentlichen L-förmigen Seitenführungen angebracht sind und auf deren oberer, horizontalen Fläche das zweite Formteil und das Hilfsteil aufliegen. Diese Anordnung '~t robust und kostengünstig in der Herstellung.

Um die Herstellung der dünnen Schichten zu erleichtern, insbesondere dann, wenn besonders lange Gel-Schichten (langer als 200 mm) erzeugt werden sollen, ist es von großem Vorteil, einen Antrieb, vorzugsweise Spindelantrieb, zur Verschiebung der Formteile relativ zueinander einzusetzen. Der Antrieb kann dabei über ein schwenkbares Bügelelement auf das erste Formteil einwirken. Hierdurch wird das An- und Abkoppeln des Antriebs vom ersten Formteil erleichtert. Die Verbindung zwischen dem Bügelelement und dem ersten Formteil wird vorzugsweise durch eine am Formteil angebrachte Brücke hergestellt.

Zum Auffangen des während des Betriebes an den Seitenrändern der Führungsflächen gelegentlich austretenden flüssigen Schichtmaterials wird vorgeschlagen, daß an beiden Schenkeln der U-Schiene je eine zur U-Schiene parallele, seitlich hinausragende, ebenfalls U-schienenförmige, nach oben offene, Auffangschiene angebracht wird.

Um das Eintreten von Luftblasen von der Unterseite des oberen ersten Formteils her in den Zwischenraum zu verhindern (also im Bereich des Vorderrandes der zweiten Formfläche des unteren Forinteiis) wird vorgeschlagen, daß eine Zuführung von zusätzlichem Schichtmaterial in diesem Bereich, nämlich in den Spalt zwischen dem zweiten Formteil und dem Hilfsteil, vorgesehen ist. Hierbei wird vorzugsweise ein mit Austrittsbohrungen versehenes Rohr eingesetzt, welches im unmittelbaren Bereich des Vorderrandes der zweiten Formfläche angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten,

F i g. 2 eine Draufsicht der Anordnung entsprechend Fig. 1.

Fig.3 eine Detailansicht von oben der Anordnung nach den F i g. 1 und 2 bei der Zugabe von Schichtmaterial,

F i g. 4 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform,

F i g. 5 eine Draufsicht der Anordnung nach F i g. 4 und

F i g. 6 eine Schnittansicht der Anordnung nach den F i g. 4 und 5 im Schnitt entlang der Linie VI-VI.

Die in den F i g. 1 bis 3 gezeigte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten ist allgemein mit 10 bezeichnet. Sie besteht aus einem länglichen Auflager 12 mit horizontaler Oberseite 14. Auf der Oberseite 14 liegen in geringem Abstand voneinander zwei rechteckige Glasplatten, nämlich eine, in F i g. 1 linke Glasplatte 16 und eine Glasplatte gleicher Abmessungen 18. Auf beide Glasplatten 16 und 18 ist eine dritte Glasplatte 20 gelegt, die in noch zu beschreibender Weise von einer, in F i g. 3 dargestellten Ausgangsstellung über Zwischenstellungen entsprechend F i g. 1 in die in F ί g. 2 dargestellte Endstellung mit Hilfe eines Antriebs verschoben wird. Da in der Endstellung gemäß Fig.2 die beiden Glasplatten 18 und 20 einander gegenüberliegen und eine Form für das zwischen beiden Glasplatten 18 und 20 in noch zu beschriebender Weise gebrachte Schichtmaterial bilden, in welcher Form dann das Schichtmaterial (d. h. das Gel) polymerisiert wird, wird die obere Glasplatte 20 im folgenden erste Formplatte und die untere Glasplatte 18 zweite Formplatte genannt. Die in den F i g. 1 bis 3 linke untere Glasplatte 16 wird im folgenden als Hilfsplatte bezeichnet.

Sämtliche drei Platten 15, 18 und 20 sind eingepaßt zwischen Seitenführungen 22, die an den seitlichen Längsseiten des Auflagers 12 angebracht sind. Während die Hilfsplatte 16 und die zweite Formplatte 18 unverrückbar auf der Oberseite 14 des Auflagers 12 aufliegen, ist die erste Formplatte 20 zwischen den Seitenführungen in Richtung des Pfeils A in F i g. 1 (und in Gegenrichtung) beweglich. Aus der in F i g. 3 gezeigten Ausgangsstellung der ersten Formplatte 20 wird diese in ihre Endstellung gemäß Fig.2 mit Hilfe eines allgemein mit 24 bezeichneten Spindelantriebs bewegt. Der Spindelantrieb 24 besteht aus einer zur Längsrichtung des Auflagers 1.2 parallelen Gewindespindel 26, die oberhalb des Auflagers 12 verläuft und beidendig in Lagerplatten 28 drehbar gelagert ist, weiche wiederum am Auflager 12 befestigt sind. Die Gewindespindel 26 wird an ihrem in den Fig. 1 und 2 linken Ende von einem Eiektromotor 30 angetrieben. Auf der Gewindespindel 26 läuft unverdrehb-ir ein Mitnehmer 32, der starr an der Oberseite einer Brücke 34 befestigt ist, die wiederum unverrückbar auf dpr ersten Formplatte 20 ruht. Bei einer entsprechenden Drehung der Gewindespindel 26 wird folglich die Formplatte 20 über den Mitnehmer 32 und die Brücke 34 in Richtung A verschoben.

In den Fig. 1 und 2 ist noch eine allgemein mit 36 bezeichnete Zuführung 36 für zusätzliches Schichtmaterial schematisch angedeutet. Diese ist in F i g. 3 zur Vereinfachung der Darstellung jedoch weggelassen. Wie in F i g. 2 andeutungsweise zu erkennen ist, besteht die Zuführung 36 aus einer (in Fig. 1 weggelassenen) Pumpe 38 in Form einer Spritze, die über eine flexible Schlauchleitung 40 Gel-Flüssigkeit in ein mit Löchern versehenes dünnes Rohr 42 pumpt. Der Innendurchmesser eines solchen Rohres kann beispielsweise 1,5 mm betragen. Das Rohr 42 füllt einen Spalt zwischen der HilfsplaUe 16 und der zweiten Formplatte 18 aus.

Im Bereich der zur Verschiebungsrichtung A parallelen Seitenränder der Hilfsplatte 16 und der zweiten Formplatte 18 ist jeweils ein Dichtungsstreifen 44 über beide Platten 16 und 18 gelegt (s. F i g. 2 und 3). Dieser

so Dichtungsstreifen besteht aus Polytetrafluorethylen; die Dicke des Dichtungsstreifens 44 entspricht der erwünschten Dicke der herzustellenden dünnen Schicht.

Die Formplatten 18 und 20 (wie auch die Hilfsplatte 16) sind, wie bereits erwähnt, Glasplatten, die sich als Träger für Gel, vorzugsweise Polyacrylamid-Gel, besonders gut eignen. Gut geeignet sind auch Polyesterplatten. Die Platten können der im folgenden angegebenen Oberflächenbehandlung unterzogen werden, die dazu führt, daß das auspolymerisierte Gel auf Grund kovalenter Adhäsionskräfte gut anhaftet. Daneben kommt als Trägermaterial für Gel noch in Frage: Zellglas, Polystyrol und Polyamid.

Die Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Gel-Adhäsion besteht aus folgenden Verfahrensschritten:

1. Die Oberfläche wird gewaschen (Glas mit Aceton, Polyester mit Äthanol oder Isopropylalkohol) und

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dann getrocknet.

2. Es wird eine Lösung A und eine Lösung B zubereitet.
Lösung A: 3 ml H2O und 0,3 ml Essigsäure

Lösung B: 100 ml Äthanol + 0,3 ml Silan (Siliziuniwasserstoff); Lösung B muß gut gerührt werden.

3. Die Lösung A ist mit der Lösung B zu vermischen, was die Lösung C ergibt. Die Durchführung der Schritte 2 und 3 sollte nicht länger als 2 Minuten dauern; die Lösung C sollte sofort angewendet werden, da das Silan schnell hydrolisiert.

4. Die Lösung C wird auf die zu behandelnde Oberfläche aufgetragen (aufgesprüht oder mit einem flusenfreien Tuch oder Papier aufgetragen oder es wird der zu reinigende Gegenstand in die Lösung C eingetaucht). Die Lösung wird 2 Minuten lang auf der Oberfläche belassen. Anschließend wird die Oberfläche mit einem flusenfreien Tuch oder Papier getrocknet.

5. Die Oberfläche wird 15 Minuten lang erhitzt und zwar auf 100° bei Polyester und 120° bei Glas. Das Ergebnis ist eine trockene, fleckenfreie Oberfläche. Unter Umständen ist es möglich, auch ohne diesen Erhitzungsschritt auszukommen.

6. Die so behandelten Polyester- oder Glasplatten können sofort verwendet werden oder auch zu einer späteren Verwendung gelagert werden. Vor dem Einsatz ist die Platte mit einem flusenfreien Papier oder Tuch abzuwischen, welches vorher zur Entfernung überschüssigen Silans in Äthanol getaucht wurde. Sobald die Oberfläche wieder trocken ist, kann die Polyester- oder Glasplatte zur Gel-Herstellung benutzt werden.

Es hat sich in manchen Fällen als günstig erwiesen, vor dem angegebenen ersten Schritt die Polyesterplatte 10 Minuten lang in 20%ige NaOH zu tauchen, was zu einer Reduzierung der Proteinbandbreiten führen kann.

Als im angegebenen Schritt 2 einzusetzendes Silan hat sich als besonders günstig y-Methacryloxypropyltrimeihoxy-süan herausgestellt. Dieses Silan ist relativ ungefährlich und bringt die besten Ergebnisse. Bewährt haben sich handelsübliche Polyesterfolien in Verbindung mit Polyacrylamid-Gel.

Im folgenden wird die Herstellung dünner, blasenfreier Gei-Schichten einer Dicke von unter 0,4 mm mit Hilfe der in den F i g. 1 bis 3 erläuterten Vorrichtung i0 beschrieben. Ohne besonderen Schwierigkeiten lassen sich Gel-Schichten im Dickenbereich 1,5 mm bis 0,02 mm blasenfrei herstellen. Derartige dünne Gel-Schichten werden insbesondere in Elektrophorese-Meßanordnungen mit Erfolg eingesetzt, beispielsweise bei der Trennung biologischer Makromoleküle.

Nach der vorbeschriebenen Vorbehandlung der schichtseitigen Oberflächen (Formflächen) der ersten und zweiten Formplatte 18 und 20 wird die zweite Formplatte 18 neben der Hilfsplatte 16 auf das Auflager 12 der Vorrichtung 1 (s. Fig. 1) gelegt. Statt einer Glasplatte kann für die zweite Formplatte 18 auch eine thermostatisch heizbare Platte verwendet werden,die in einfacher Weise eine Heizung der Gel-Schicht, beispielsweise in der Elektrophorese-Meßanordnung erlaubt. Als Unterlage für die Gel-Schicht kann zwischen der heizbaren Platte und der Gel-Schicht oder zwischen der Gel-Schicht und der ersten Formplatte 20 eine Polyesterfolie vorgesehen werden. Im letzteren Fall behindert die Polyesterfolie die Wärmezufuhr zur Gel-Schicht von der heizbaren Platte nicht. Hierzu werden ein paar Tropfen einer 5%igen Glyzerinlösung auf die Oberfläche der heizbaren Platte oder der ersten Formplatte 20 getropft und anschließend die Polyesterfolie auf die Platte mittels einer Gummiwalze aufgerollt. Die nun frei liegende Oberfläche der Polyesterfolie wurde vorher der Oberflächenbehandlung (Verfahrensschritte 1 bis 6) unterzogen.

ίο Die Hilfsplatte 16 ist genauso dick wie die daneben im geringen Abstand liegende zweite Formplatte 18, so daß die jeweiligen nach oben weisenden Oberflächen genau in einer Ebene liegen. Nun werden die bereits erwähnten beiden Dichtungsstreifen 44 jeweils über beide Platten 16 und 18 an deren Seitenrändern parallel zur Verschiebungsrichtung A gelegt. Dann wird die erste Formplatte 20 mit ihrer vorbehandelten Fläche (der ersten Formfläche) nach unten auf die Dichtungsstreifen 44 gelegt, wobei sie zwischen die Seitenführungen 22 eingepaßt ist. In der in Fig.3 gezeigten Ausgangsstellung der ersten Formplatte 18 liegt diese (über die Dichtungsstreifen 44) zum größten Teil auf der Hilfsplatte 16 auf, steht jedoch um eine Überlappungslänge a von ca. 5 mm (s. F i g. 3) geringfügig über die

zweite Formplatte 18 über. Die Überlappungslänge a ist der Abstand zwischen den einander nächstliegenden, quer zur Verschiebungsrichtung A verlaufenden Rändern der Platten, nämlich dem Vorderrand 48 der oberen ersten Formplatte 20 und dem Vorderrand 50 der unten liegenden zweiten Formplatte 18.

In F i g. 3 ist eine kammähnlich geformte Vielfachprobenzuführung 52 angedeutet, mit Zinken 54, deren freie Enden unter den Vorderrand 48 der ersten Formplatte 20 geschoben sind. Die Zinken gehen von einem Halter 56 aus, der, wie in Fig. 1 angedeutet, nach oben abgewinkelt ist. Da die Zinken 54 nur auf einen Teil ihrer Länge unter den Vorderrand 58 geschoben sind, bleibt zwischen benachbarten Zinken jeweils ein nach oben offener Raum 58 frei, der, gegebenenfalls mit Gel gefüllt, die Zugabe von Probenmaterial von oben her erlaubt.

Die Vielfachprobenzuführung 52 kann, wie im gezeigten Beispiel, bereits in der Ausgangsstellung hinzugefügt werden, oder aber auch in der Endstellung am Schluß der Schichtherstellung. Im letzteren Falle können noch zusätzliche schmale Dichtungsstreifen nach außen versetzt neben dem Dichtungsstreifen 44 eingelegt werden, wobei deren Dicke ca. 0,1 mm größer ist als die erwünschte Gel-Dicke, also um 0,1 mm dicker als die Dicke der Dichtungsstreifen 44. Durch dieses geringfügige Übermaß wird das Einführen der Zinken 54 der Vielfachprobenzuführung 52 in der Endstellung der ersten Formplatte 20 (s. Fig. 2) erleichtert, da die Dicke der Zinken 54 genau der Dicke der Dichtungsstreifen 44 entspricht. Sobald die Zinken 54 eingeschoben sind, können die zusätzlichen schmalen Dichtungsstreifen wieder entfernt werden.

Mit der in Fig.3 angedeuteten Spritze 60 wird nun flüssiges Schichtmateria! 62, nämlich eine Gel-Lösung, auf die untere zweite Formplatte 18 im Bereich des Vorderrands 48 der oberen ersten Formplatte gespritzt. Hierbei wird ca. zwei Drittel der vorbereiteten Lösung aufgetragen. Die Menge der vorbereiteten Lösung entspricht etwa dem Dreifachen der zur Ausfüllung des Zwischenraums zwischen den Formplatten 18 und 20 theoretisch ausreichenden Lösungsmenge

Der Zwischenraum zwischen den Formplatten 18 und 20 in der in Fig.3 gezeigten Ausgangsstellung, der entsprechend der Überlappungslänge a ca. 5 mm breit

ist, wird von der aufgespritzten Gel-Lösung 62 augenblicklich ausgefüllt, auf Grund der zwischen den nur 0,02 bis 1,5 mm weit auseinander liegenden Formplatten 18 und 20 auftretenden Kapillarkräfte. Anschließend wird die erste Formplatte 20 langsam in ^r, Verschiebungsrichtung A bewegt, sei es per Hand oder mit dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Spindelantrieb 24. Hierzu muß vorher noch die Brücke 34 auf die erste Formplatte 20 aufgesetzt werden und der Mitnehmer 32 an der Brücke 34 verankert werden. Während der Verschiebung wird bei Bedarf weiterer Gel-Lösung 62 mittels der Spritze 60 vor die erste Formplatte 20 auf die zweite Formplatte 18 aufgespritzt. Auf diese Weise wird die Mündung des Zwischenraums zwischen den Formplatten 18 und 20 im Bereich des Vorderrandes 54 der oberen ersten Formplatte 20 ständig mit neuer Gel-Lösung versorgt. Die Kapillarkräfte zwischen den Formplatten sorgen dafür, daß der Zwischenraum stets vollständig mit Gel-Lösung ausgefüllt ist. An der Mündung des Zwischenraums im Bereich des Vorderrandes 50 der Unteren zweiten Formplatte 18 könnte es bei nicht ausreichenden Kapillarkräften oder zu großer Bewegungsgeschwindigkeit zum Eintreten von Luftblasen in den Zwischenraum kommen, da von der in Richtung A bewegten ersten Formplatte 20 reibungsbedingt Gel-Lösung in Richtung A mitbewegt wird. Um nun 'as Eindringen von Luftblasen im Bereich des Vorderrandes 50 zu verhindern, wird dort durch die beschriebene Zuführung 36 zusätzliche Gel-Lösung zugeführt. Sollten jo ,dennoch Luftblasen eingeschlossen werden, sei es im Bereich des oberen Vorderrandes 48 oder des unteren Vorderrandes 50, so genügt es, wenn die erste Formplatte 20 solange in entgegengesetzter Richtung bewegt wird, bis die eingeschlossenen Luftblasen wieder frei werden. Sie können dann mit Hilfe eines dünnen rostfreien Stahlbändchens von der jeweiligen Mündung wegbewegt werden, wenn sie nicht von selbst in der Atmosphäre verschwinden.

Auf diese Weise wird die erste Formplatte 20 über die in F i g. I gezeigte Zwischenstellung kontinuierlich in die Endstellung der Fig. 2 verschoben. Die Herstellung einer quadratischen Gel-Schicht mit 200 mm Seitenlänge dauert etwa eine Minute. Die Bewegungsgeschwindigkeit soll dabei möglichst konstant sein. Da mit zunehmender Überlappung größere Verschiebungskräfte aufgewandt werden müssen, ist der Einsatz des Spindelanlriebs 24 vor allem bei längeren Gel-Schichten (länger als 200 mm) angeraten. Der Spindelantrieb 24 kann derart gesteuert werden, daß sich die Gewindespindel 26 auch bei wechselnder Last mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht.

Zur Verminderung des Reibungswiderstandes und um die Gefahr der Einschließung von Luftblasen zu verringern, ist eine der schichtseitigen Oberflächen (Formflächen) der Formplatten 18 und 20 einer Vorbehandlung unterzogen, in der diese wasserabstoßend (hydrophob) gemacht wurde.

In der in Fig.3 gezeigten Endstellung der ersten Formplatte 20 werden die Formplatten 18 und 20 mittels klammerartiger Klemmvorrichtungen 64 aneinanderfixiert. Da die Breite des Auflagers 12 geringer ist als die Breite der Formplatten 18 und 20 und auch die Seitenführungen 22 voneinander beabstandet sind, können die Klemmvorrichtungen 64 bequem an die Formplatten 18 und 20 angesetzt werden. Die derart gebildete Baueinheit aus den Formplatten 18 und 20 mit zwischenliegender Gel-Schicht, die Gel-Meßplatte, wird anschließend einer Polymerisierungsbehandlung unterzogen, wobei sie weiterhin horizontal angeordnet ist. Die Gel-Meßplatte ist dann fertiggestellt und kann in einer Elektrophorese-Meßapparatur eingesetzt werden. Die einzelnen Proben können dann beispielsweise mittels dünnwandiger Glas-Kapillare, wie diese auch zur Rönlgenanalyse verwendet werden, zwischen die Zinken 54 getropft werden.

In den Fig.4 bis 6 ist eine zweite mit 110 bezeichnete Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten in Einzelheiten dargestellt. Bauteile der Vorrichtung 110, die ihrer Funktion nach Bauteilen der Vorrichtung 10 gemäß den F i g. 1 bis 3 entsprechen, sind mit denselben Bezugsziffern, jeweils vermehrt um die Zahl 100, bezeichnet.

Das Auflager 112 wird von c.- τ r.;;cii ---mt offenen U-Schiene gebildet (s. F i g. 6). An deren Schenkcm M'j und 172 sind jeweils zwei Auffangschienen 174 durch nicht dargestellte Schraubverbindungen befestigt. Die Auffangschienen sind nach oben offene U-förmige Schienen, die, wie F i g. 6 zeigt, seitlich über das \vfh.?pr 12 hinausragen. Sie können daher Gel-Lösung auffangen, welche im Bereich der Seitenränder der Platten 116,118 und 120 nach unten tropft.

Beidendig am in F i g. 6 rechten Schenkel 162 sowie an der entsprechenden Auffangschiene 174 sind die Lagerplatten 128 befestigt, an denen die Gewindespindel 126 beidendig gelagert ist. Die Gewindespindel 126 wird vom Elektromotor 130 angetrieben, der an der in den F i g. 4 und 5 rechten Lagerplatte 128 befestigt ist.

Die Verbindung zur ersten Formplatte 120 wird über die Brücke 134 und einen Federbügel 176 hergestellt, der wiederum an einer Spindelmutter 178 mittels zweier Schrauben 180 starr befestigt ist. Die Brücke 134 ist mittels einer lösbaren Schraubverbindung 186 mit dem Federbügel 176 verbunden. Hierbei greift die Schraubverbindung 186 in einen am freien Ende des Federbiigels 176 ausgestanzten Schlitz 182. Die Brücke 134 ist starr aber lösbar mit der ersten Formplatte 120 verbunden, beispielsweise mittels doppelseitig wirkender Klebstreifen 188. Bei einer Drehung der Gewindespindel 126 wird demnach die erste Formplatte 120 mitgenommen. Die Verbindung zwischen der ersten Formplatte und dem Spindelantrieb 124 kann in einfacher Weise wieder dadurch gelöst werden, daß die Schraubverbindung 126 gelöst und der Federbügel 126 in Pfeilrichtung B in F i g, 6 weggeschwenkt wird.

In Fig.4 ist die Ausgangsstellung der ersten Formplatte 120 gezeigt. Aus dieser Ausgangsstellung wird, wie bereits an Hand der F i g. 1 bis 3 beschrieben, die erste Formplatte 120 in Richtung des Pfeils A bewegt, wobei die Seitenführungen 122 zur Führung an den Seitenrändern der ersten Formplatte 120 anliegen. Um das Einfädeln zu erleichtern, sind die Seitenführungen mit abgeschrägten Kanten 190 ausgebildet.

In Fig. 5 ist die erste Formplatte 120 in ihrer Endstellung dargestellt. Sie ist bereits mit Hilfe der Klemmvorrichtung 164 an der zweiten Formplatte 118 fixiert. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die Vielfachprobenzuführung im Bereich des Vorderrandes 148 der ersten Formplatte 120 weggelassen.

Wie bereits erwähnt, besteht bei längeren Gel-Schichten die Gefahr, daß an der Mündung des Zwischenraums im Bereich des Vorderrandes 150 der unteren zweiten Formplatte 118(s.insbesondere Fig.4) Luftblasen in den Zwischenraum eintreten können. In der Ausführungsform 10 entsprechend den F i g. 1 und 2 wird dies dadurch verhindert, daß im Bereich des

Vorderrandes 150 standig zusätzliche Gel-Losung von unten zugeführt wird. Man kann jedoch an Steile dieser relativ aufwendigen Maßnahme lediglich einen zusätzlichen Dichtungsstreifen 192 einsetzen und zwzr gemäß F i g. 5 quer zur Verschiebungsrichtung A auf der zweiten Formplatte 18 im Bereich des Vorderrandes 150. Hierdurch wird der Zwischenraum zwischen den Formplatten 118 und 120 in diesem Bereich abgedichtet, so daß hier auch keine Luftblasen eintreten können. Der Dichtungsstreifen 192 wird nach der .Schichtherstellung wieder entfernt, damit die Elektrophorese-Messungen durchgeführt werden können.

Durch einfaches Aufschieben der ersten Formplatte

120 auf die zweite Formplatte 118 unter ständiger Zuführung von Gel-Lösung im Bereich des Vorderrandes 148 der bewegten Formplatte 120 können sehr dünne Gel-Schichten blasenfrei hergestellt werden. Die beschriebene Vorrichtung mit der dies durchgeführt werden kann, ist einfach aufgebaut und auch von unerfahrenen Hilfskräften bedienbar. Es können mehrere Gel-Schichten pro Stunde hergestellt werden, da für eine Gel-Schicht mit einer Länge von 200 mm und einer Breite von 200 mm lediglich eine Minute benötigt wird. Es können Gel-Schichten einer Dicke zwischen 0,02 und 1.5 mm hergestellt werden mit einer Lange, die 200 mm überschreiten kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (32)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung dünner Schichten, insbesondere dünner Gel-Schichten, bei welchem flüssiges Schichtmaterial zwischen eine erste und eine zweite in geringem Abstand parallel zueinander angeordnete Formflächen einer Form eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein die erste Formfläche aufweisendes erstes Formteil und ι υ ein die zweite Formfläche aufweisendes zweites Formteil relativ zueinander parallel verschoben werden aus einer Ausgangsstellung, in der die Formflächen geringfügig überlappen und in geringem Abstand parallel zueinander angeordnet sind, in eine Endstellung, in der die Formfiächen gegenüberliegen, und daß das flüssige Schichtmaterial in der Ausgangsstellung und während der Parailelverschiebung einer Mündung des zwischen den Formflächen gebildeten Zwischenraums zugeführt wird im Bereich eines zur Verschiebungsrichtung senkrechten, der zweiten Formfläche bereits in der Ausgangsstellung gegenüberliegenden Vorderrandes der ersten Formfläche.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Schichtmaterial auf die zweite Formfläche vor dem Vorderrand der ersten Formfläche aufgetragen, insbesondere aufgetropft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Parallelverschiebung zusätzliches flüssiges Schichtmaterial der Mündung des Zwischenraums im Bereich eines zum Vorderrand der ersten Formfläche parallelen, diesem nächstgelegenen Vorderrandes der zweiten Formfläche zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Formteil von einem neben dem zweiten Formteil angeordneten Hilfsteil gleicher Höhe wie das zweite Formteil auf das zweite Formteil geschoben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Formfläche einer Vorbehandlung unterzogen wird, die die Formfläche abweisend macht für das flüssige Schichtmaterial.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formhälfte durch die Vorbehandlung wasserabstoßend (hydrophob) gemacht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn- so zeichnet, daß die Formfläche mit einer gelabstoßenden Beschichtung versehen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Formflächen einer Vorbehandlung unterzogen wird, die die Adhäsion des Schichtmaterials an der Formfläche verbessert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche einer Vorbehandlung mit einem Siliziumwasserstoff, insbesondere y-Methacryloxypropyltrimethoxy-silan unterzogen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Parallelverschiebung in den Zwischenraum im Bereich des Vorderrandes der ersten Formfläche eine insbesondere kammähnlich geformte Vielfachprobenzuführung eingesetzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß nach der Purallelverschiebung in den Zwischenraum im Bereich des Vorderrandes des ersten Formteils eine insbesondere kammähnlich geformte Vielfachprobenzuführung eingesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Parallelverschiebung die Formteile aneinander gepreßt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß nach der Parallelverschiebung das Schichtmaterial, insbescndere die Gel-Lösung, einer Po!>meri';ierungsbehand!ung bei vertikal oder horizontal angeordneten Formflächen unterzogen wild.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Formteile, zumindest im Bereich der Formfiächen, Kunststoffgewebe, insbesondere Polyamidfasergewebe, Zellglas, Polystyrol, Polyester oder Glas verwendet wird, jedoch vorzugsweise Polyester oder Glas.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für eine der Formteile eine thermostatisch heizbare Platte aus Kunststoff verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für eine der Formteile eine Platte aus Glas verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte auf der Schichtseite mit einem Polyesterüberzug, insbesondere einer Polyesterfolie, versehen wird.

18. Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten, insbesondere dünner Gelschichten, nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein horizontal angeordnetes Auflager (12; 112) für das zweite Formteil (18; 118) und gegebenenfalls für das Hilfsteil (16; 116) und durch an zwei gegenüberliegenden Seiten des Auflagers (12; 112) an diesem angebrachte Seitenführungen (22; 122), zwischen denen das erste Formteil (20; 120) eingepaßt und in Richtung längs der Seitenführungen (22; 122) verschiebbar ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Seitenführungen (22,122) auch das zweite Formteil (18; 118) und das Hilfsteil (16; 116) eingepaßt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflager (112) eine nach unten offene U-Schiene umfaßt, an deren Schenkelaußenflächen die im wesentlichen L-förmigen Seitenführungen (122) angebracht sind und auf deren oberer horizontalen Fläche das zweite Formteil (118) und das Hilfsteil (116) aufliegen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch einen Antrieb, vorzugsweise Spindelantrieb (24; 124) zur Verschiebung der Formteile (18 und 20; 118 und 120) relativ zueinander.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (124) über ein schwenkbares Bügelelement (176) auf das erste Formteil (120) einwirkt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Bügelelement (176) an einer Brücke (134) angreift, die auf dem plattenförmigen ersten Formteil (120) angebracht ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23,

dadurch gekennzeichnet, daß das Bügelelemeni (176) an einer Spindelmutter (178) der in Verschiebungsrichtung angeordneten Spindel (126) des Spir ielantriebs (124) befestigt ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis ί

24, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Schenkeln (170, 172) der U-Schiene (112) je eine zur U-Schiene (112) parallele seitlich hinausragende, ebenfalls U-schienenförmige, nach oben offene Auffangschiene (174) angebracht ist. iu

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis

25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuführung (36) für zusätzliche¹, Schichtmalerial in einen Spalt zwischen dem zweiten Formteil (18) und dem Hilfsteil(16) vorgesehen ist. ιί

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (36) ein mit Austrittslöchern versehenes Rohr (42) umfaßt, welches in unmittelbaren Bereich des Vorderrandes des zweiten Formteils (18) angeordnet ist,

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis

27, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum zwischen dem ersten Formteil (20; 120) einerseits und sowohl dem Hilfsteil (16; 116) als auch dem zweiten Formteil (18; 118) andererseits beidseitig ihrer zur Verschiebungsrichtung parallelen Seitenränder reibungsarme Dichtungsstreifen (44; 144) angeordnet sind.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis

28, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischen- m raum quer zur Verschiebungsrichtung im Bereich des Vorderrandes des zweiten Formteils (118) ein reibungsarmer Dichtungsstreifen (192) angeordnet ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsstreifen (44; 144,192) aus Polytetrafluoräthylen bestehen.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis

30, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Hilfsteil (16; 116) die gleiche Dicke aufweist wie das plattenförmige zweite Formteil (18; 118).

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis

31, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hilfsteil (16; 116) und dem zweiten Formteil (18; 118) ein Abstand ve jsehen äst.