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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Anzeigegerät. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein Anzeigegerät, dass chemische und/oder
biologische Reaktionen zur Erzeugung von Lichtstrahlung ausbeutet.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Anzeigegerät bereitzustellen,
welches dazu fähig
ist, selektive, gesteuerte und hocheffiziente Lichtabstrahlung zu
erzeugen. Im Speziellen ist die Erfindung auf ein Lichtabstrahlungsgerät gerichtet,
das beispielsweise aus
EP-A-1
550 826 bekannt ist, welches i) eine Mikroreaktionskammer,
welche mit einem Einlass verbunden ist, um eine Flüssigkeit
zu empfangen, ii) einen Befüllungsmikrokanal,
der mit dem Einlass verbunden ist, iii) ein poröses Substrat, welches auf der
Innenseite der Mikroreaktionskammer angebracht ist, und iv) ein
chemisches Element, welches auf dem porösen Substrat immobilisiert
ist und dazu fähig
ist, Lichtabstrahlung zu erzeugen, umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird dieses Ziel durch die Lösung erreicht, welche speziell
in den beigefügten
Ansprüchen
noch einmal benannt wird. Die Ansprüche bilden einen ganzheitlichen
Teil der technischen Anweisungen, welche hier in Bezug auf die Erfindung
zur Verfügung
gestellt werden.
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Die
Erfindung betrifft ein Anzeigegerät, welches eine Reihe von Mikroreaktionskammern
umfasst, die als Pixel dienen und in welchen die Reaktion, welche
die Lichtabstrahlung erzeugt, stattfindet.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Anzeigegerät eine miniaturisierte
Plattform, in welcher sich Mikrokammern befinden, die poröse Substrate
enthalten, in deren Poren biologische/chemische Elemente immobili siert
sind, die geeignet sind, die Reaktionen, die die gesteuerte Lichtabstrahlung
erzeugen, in bestimmten Punkten zu veranlassen.
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Um
die Lösung,
welche für
die luminöse
Reaktion benötigt
wird, abzugeben, bietet das Gerät eine
strukturierte Organisation von Befüll- und Abführmikrokanälen. Die Befüllmikrokanäle verteilen das
Folgende zu allen beteiligten Zonen: a) den Katalysator oder Biomediator
(beispielsweise das biologische Element) und b) die Reaktionslösungen.
Die Abführmikrokanäle führen die
Funktion des Beseitigens der Reaktionsprodukte aus den Mikroreaktionskammern
aus, welche, falls das Akkumulieren gestattet würde, einen negativen Einfluss
auf die Effizienz haben könnten
und die Kinetik der Reaktionen selbst negativ beeinflussen könnten.
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In
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung könnte
Lichtabstrahlung durch Mikroventile und Prismen (optische Bauteile
aus einem homogenen strahlungstransparenten Material) gesteuert
werden. Die Mikroventile (in mikrometrischen Abmessungen) regulieren
die Öffnung
und das Schließen
der Mikroreaktionskammern und regulieren den Fluss der beteiligten
Lösungen,
die Prismen – angrenzend
an die Mikroreaktionskammern – brechen
den Lichtstrahl in bevorzugte Richtungen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Gerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein System von Mikropumpen, das die Flüssigkeit bewegt. Diese Lösung ist
geeignet, Viskositätsprobleme
und Reibungsprobleme in den Mikrokanälen zu lösen, in welchen die Reaktionslösungen fließen.
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Die
Erfindung wird nun im Detail beschrieben, als ein einfaches Beispiel
ohne beschränkende Absicht,
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, in welchen:
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1 ein
Diagramm zeigt, welches die Struktur einer Ausführungsform des Geräts gemäß der vorliegenden
Erfindung im Aufriss veranschaulicht;
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2 und 3 ein
Diagramm der Struktur – in
Aufriss – von
zwei Ausführungsformen
des Geräts
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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Dank
seiner besonderen strukturellen Eigenschaften zeigt das Gerät gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Anzahl von Vorteilen: 1) es ist ein miniaturisiertes
Anzeigegerät
mit den Abmessungen in der Größenordnung
von Millimeter bis Mikrometern; 2) es ist ein Niedrigkostensystem;
3) es ist ein Gerät,
das wiederverwendet werden kann, da Waschzyklen das Gerät zur Wiederbenutzung
für nachfolgende
Anwendung befähigt;
4) es ist ein System mit einem niedrigen Grad an technologischer
Komplexität,
da es bekannte Technologien benutzt, die einfach zu realisieren
sind.
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Mit
Bezug auf 1, 2 und 3 umfasst
das Anzeigegerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine miniaturisierte Plattform, in welcher sich Mikroreaktionskammern
befinden, welche ein poröses
Substrat 2a enthalten, in dessen Poren biologische/chemische
Elemente 22, die zur Katalysierung von Reaktionen, welche
Lichtabstrahlung erzeugen, geeignet sind, immobilisiert sind.
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Das
Gerät 1 präsentiert
eine strukturierte Organisation von bestimmten Befüllmikrokanälen 3 und Abführmikrokanälen 4,
die die Reaktionslösung
zu den Mikroreaktionskammern verteilen. Die Abführmikrokanäle 4 erfüllen die
Funktion des Entfernens der Reaktionsprodukte aus den Mikroreaktionskammern 2.
Mindestens ein Befüllungskanal 3 und
ein Abführkanal 4 ist
für jede
Mikroreaktionskammer 2 bereitgestellt.
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Die
Mikroreaktionskammer 2, die bevorzugt aus Glas oder Silikon
hergestellt ist, kann variable Geometrien annehmen und kann dadurch
gekennzeichnet sein, dass stromauf eine Mischkammer 7 für die Reagenzien
angeordnet ist. Die Anordnung solcher Mikrokammern 7 befähigt die
Reaktionsreagenzien, sich uniform zu vermischen.
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Vom
Standpunkt ihrer Realisierung können die
Mikroreaktionskammern 2 in zwei Halbmikrokammern unterteilt
sein: einer Basisstruktur 20 und einer bedeckenden Struktur 10.
Im Wesentlichen ist es möglich,
die zwei Halbmikroreaktionskammern separat voneinander zu konstruieren
und sie z. B. mit Techniken des Festkörper-Diffusionsbondings zusammenzusetzen.
Die Basisstrukturen 20 und die bedeckenden Strukturen 10 weisen
einen oder mehrere Füll-
und Abführkanäle auf und
sind verbunden, um die Mikrokanäle 3 und 4 zu
bilden. Als eine Alternative und um den Herstellungsprozess weiter
zu vereinfachen, können
die Mikrokammern und die Mikrokanäle nur auf einem einzelnen
Substrat betrieben werden und das zweite Substrat intakt lassen, um
als bedeckende Struktur zu dienen.
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In
den Ausführungsformen,
welche in den 1 bis 3 dargestellt
sind, ist das Gerät 1 mit Mikroventilen 5 auf
den Befüllungsmikrokanälen 3 und
den Prismen 6, wo die Mikroventile (von mikrometrischen
Abmessungen) das Öffnen
und Schließen
der Mikroreaktionskammern 2 und des Flusses von Reaktionslösungen steuern
und die Prismen 6 den Lichtstrahl in bevorzugte Richtungen
reflektieren, ausgestattet.
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Die
Geometrie und Anordnung der Mikroreaktionskammern 2, der
Mischkammern 7 und der Mikrokanäle 3 und 4 kann
abhängig
von den Anforderungen variieren; für ihre Realisierung können beispielsweise
fotolithografische Prozesse angewandt werden, welche die Strukturen
befähigen,
mit der gewünschten
Geometrie auf geeignete Materialien gezeichnet zu werden, z. B.
auf Glas. Solche Strukturen werden von den darauffolgenden Prozessen
des chemischen Abtragens (Ätzen)
geschützt,
welche fähig
sind, die Mikroumgebung oder Mikrogebiete zu erschaffen.
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Das
poröse
Substrat
2a, welches sich in den Mikroreaktionskammern
2 befindet,
besteht z. B. aus eloxiertem porösem
Aluminium mit durchgängigen Poren.
Die Realisierung des Substrats in porösem Aluminium sowie die Vorteile
seiner Verwendung wurden bereits in den Patentanmeldungen
TO 2003A000409 ,
EP-A-1 484 599 und US-A-2005/0019799
im Namen des hiesigen Anmelders beschrieben.
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Ein
poröses
Aluminiumsubstrat 2a wird, ausgehend von einem metallischen
Aluminium, durch einen elektrochemischen Prozess, bekannt als "Anodisieren" verwirklicht. Wenn
eine hochgradig regelmäßige Struktur
erwünscht
wird, welche bevorzugte Wachstumsgebiete hat, müssen aufeinanderfolgende Anodisierungsprozesse
durchgeführt
werden, welche von einer Phase gefolgt werden, in welcher die auf
diese Weise geformte unregelmäßige poröse Aluminiumschicht
durch einen chemischen Korrosionsprozess (Ätzen) mit säurehaltigen Lösungen reduziert
wird. Die Abmessungen und Anzahl von Poren kann durch das Variieren
der Eloxierbedingungen (elektrolytische Lösung, physikalische und chemische
Parameter) auf dem metallischen Aluminium gesteuert werden. Im Allgemeinen
variiert der Durchmesser der Poren zwischen 50 und 500 nm, wobei ihre
Tiefe ungefähr
zwischen 1 und 200 Mikrometern beträgt.
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Die
Wahl von metallischem Aluminium als Startmaterial, um das poröse Substrat 2a zu
realisieren, stellt einen signifikanten Vorteil dar: Aluminium kann
auf irgendeiner Oberfläche
durch Aufdampftechniken abgelagert und dann eloxiert werden. Im Falle
des vorhanden Anzeigegeräts 1 kann
das metallische Aluminium in einer Halbreaktionskammer in der Basisstruktur 20 abgelagert
und eloxiert werden, bevor diese mit ihrer entsprechenden abdeckenden Struktur 10 zusammengesetzt
wird. Weiterhin selektiert der Durchmesser der Poren, welcher ungefähr gleich
zu der Wellenlänge
des sichtbaren Lichts ist, die übertragbare
Wellenlänge
(die durch die Reaktion in der Mikroreaktionskammer 2 erzeugt
wurde) und hemmt längere
Wellenlängen
einschließlich
der Wellenlänge
IR.
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Ein
mögliches
Mittel, um das Öffnen
und Schließen
der Befüllungsmikrokanäle
3 und/oder
Abführmikrokanäle
4 zu
regulieren, ist durch Mikroventile
5, welche in SMA- oder
polymermagnetischen Materialien umgesetzt sind, die temperaturveränderungsempfindlich
sind. Ein Signal thermischer Art ist in der Tat dazu fähig, eine
Erhitzung des Materials, aus welchem die Mikroventile hergestellt
sind, zu veranlassen und so das Öffnen/Schließen der
Kanäle
zu regulieren. Für
eine detaillierte Beschreibung wird auf die Patentanmeldungen
TO 2003A000390 und
EP-A-1 481 705 des
hiesigen Anmelders verwiesen.
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Die
Poren des porösen
Substrats 2a können so
funktionalisiert werden, wie es z. B. gemacht wird, um die Bindung
mit dem chemischen Element oder die Immobilisation des Biomediators,
der die "luminöse" Reaktion in der
Mikroreaktionskammer 2 katalysiert, zu verbessern. Als
ein einfaches Beispiel, ohne beschränkende Absicht, könnte das
Enzym "Luciferase" vorteilhaft als
Biomediator im Bereich des Anzeigegeräts 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzt werden.
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Es
gibt eine Anzahl von Techniken, um ein biologisches Molekül auf einem
porösen
Substrat zu immobilisieren: z. B. ist es möglich, eine kovalente oder
nicht kovalente Bindungen (z. B. Wasserstoffbindungen, van der Waals-Bindungen)
zwischen dem Biomediator und dem porösen Substrat oder einem biofunktionalen
chemischen Gemisch, welches zur Bindung zu dem porösen Substrat
auf der einen Seite und zu dem beteiligten Biomediator, welcher verwendet
werden kann, herzustellen. Techniken, welche die Verwendung nicht
kovalenter Bindungen nach sich ziehen, um den Biomediator zu immobilisieren,
sind vorzuziehen, da sie keine chemische Modifizierung des Biomediators
selbst benötigen.
Als ein einfaches Beispiel können
die Poren des eloxierten porösen
Aluminiums mit Poly-L-Lysin (PLL) funktionalisiert werden. PLL ist
auf der hydrophilen Oberfläche
der Poren des Substrats absorbiert und aufgrund des Vorhandenseins
von -NH2-Gruppen an seiner Seitenkette ist
es geeignet, sich mit den hydrophilen Gruppen des Biomediators anzuordnen
und Wasserstoff und/oder van der Waals-Bindungenen verursachen.
Ein zweites Beispiel unseres Gemisches, welches fähig ist,
die Haftung des Biomediators zum Aluminiumsubstrat zu erhöhen, ist
Polyprenylphosphat. Die Phosphatgruppe dient als ein Anker, welcher
geeignet ist, in die Poren der Matrix absorbiert zu werden und das
Prenyl-Ende – welches die
Oberfläche
des Aluminiums hydrophober macht – begünstigt die Bildung nicht kovalenter
Bindungen zwi schen dem Substrat, welches auf diese Weise funktionalisiert
wird, und dem Biomediator.
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Der
Biomediator in gelöster
Form wird durch die Befüllungsmikrokanäle 3 zu
dem Mikroreaktionskammern 2 verteilt, um seine Bindung
zu dem porösen
Substrat 2a in den Poren zu ermöglichen. Durch wiederholte
Waschzyklen wird ungebundener Biomediator durch die Abführmikrokanäle entfernt.
Nachdem der Biomediator, der die Reaktion katalysiert, immobilisiert
wurde, werden die Reaktionsreagenzien in die Mikroreaktionskammern 2 eingeführt.
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Angrenzend
an die Mikroreaktionskammern 2 können sich ein oder mehrere
Prismen befinden, deren Funktion die totale oder teilweise Brechung zum
Zweck der Verringerung seitlicher Dispersionen der Lichtabstrahlung
ist, welche in den Mikroreaktionskammern erzeugt wird. Insbesondere
wenn ein Strahl einfallenden Lichts die Oberfläche des Prisma trifft, ist
dieses in der Lage, den gebrochenen Strahl in eine bevorzugte Richtung
zu lenken.