DE69918042T2

DE69918042T2 - Verfahren zur Behandlung keramischer Oberflächen

Info

Publication number: DE69918042T2
Application number: DE69918042T
Authority: DE
Inventors: Cheng-Tsin Union City Lee; Keith A. San Mateo Ferguson; Esteban V. Redwood City Herreria
Original assignee: Morgan Crucible Co PLC
Current assignee: Morgan Crucible Co PLC
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: EP1008571A2; DE69918042D1; US6652918B1; EP1008571A3; EP1008571B1; US20040072508A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Modifizierung der Oberflächen von Keramikmaterialien zur Veränderung der Grenzflächenenergie dieser Oberflächen mit Flüssigkeiten, um die Keramikmaterialien für die Verwendung als Probenhalter für die Elektrophorese und/oder isoelektrische Fokussierung geeigneter zu machen. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Vorrichtungen aus Keramik mit solchen modifizierten Oberflächen und insbesondere auf Keramikgefäße, die bei der Elektrophorese eingesetzt werden.
Die Fähigkeit einer flüssigen Phase zur Benetzung einer festen Phase steht mit der Differenz zwischen Haftungsarbeit (d. h. der für die Trennung der unmischbaren flüssigen und festen Phasen erforderlichen Arbeit) und Kohäsionsarbeit (d. h. der für die Trennung der Flüssigkeit von sich selbst erforderlichen Arbeit) in Zusammenhang. Ist die Haftungsarbeit ausreichend größer als die Kohäsionsarbeit, besitzt das Flüssigkeits-/Feststoff-System einen positiven Benetzungskoeffizienten und die Benetzung des Feststoffs durch die Flüssigkeit erfolgt spontan. Ist die Kohäsionsarbeit der Flüssigkeit größer als die Haftungsarbeit, ist der Benetzungskoeffizient negativ und die Benetzung erfolgt nicht spontan (da zusätzliche Arbeit erforderlich ist, um die Anziehung der Flüssigkeit für sich selbst zu überwinden und zu bewirken, dass sie sich über die Feststoffoberfläche verteilt). Die Bestimmung der Haftungsarbeit, der Kohäsionsarbeit und des Benetzungskoeffizienten steht mit der Oberflächenspannung und dem damit in enger Beziehung stehenden Begriff des Benetzungswinkels in Zusammenhang.
Die Oberflächenspannung kann man sich als Änderung der Gibbschen freien Energie pro Einheitsänderung der Oberfläche vorstellen. Der Benetzungswinkel wird typischerweise mittels eines optischen Komparators an einer Gas-, Feststoff-, Flüssigkeitsgrenzfläche eines ruhenden oder hängenden Tropfens einer Flüssigkeit auf einer Feststoffoberfläche gemessen. Ein größerer Benetzungswinkel θ weist auf eine verringerte Benetzung des Feststoffes durch die Flüssigkeit hin. Ein Benetzungswinkel von 0 deutet darauf hin, dass die Flüssigkeit den Feststoff vollständig benetzt (siehe Hiemenz, Principles of Colloid and Surface Chemistry, Marcel Dekker, 1977, S. 209–251).
Die isoelektrische Fokussierung (IEF) ist eine weit verbreitete Technik zur Trennung von Proteinen nach ihren unterschiedlichen isoelektrischen Punkten. Eine Probe, die zu trennende Proteine enthält, wird auf einem Gel platziert, häufig einem Einzelbahngel oder Gelstreifen mit einem pH-Gradienten (solche Gele erhält man typischerweise durch Elektrophorese von Trägerampholyten durch das Gel oder durch kovalente Inkorporation eines Gradienten saurer oder basischer Puffergruppen beim Gießen des Gelstreifens). Die Proteinmoleküle wandern in Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld an dem Gel entlang, bis sie einen Punkt in dem Gel erreichen, an dem der pH-Wert des Gels dem isoelektrischen Punkt des Proteins entspricht (d. h. der pH-Wert, bei dem die Nettoladung des Proteins Null ist). Die isoelektrische Fokussierung kann dazu eingesetzt werden, zwischen Proteinen zu unterscheiden, deren isoelektrische Punkte sich um nur 0,01 unterscheiden (siehe Styrer, Biochemistry, 4. Ausgabe, S. 46–48).
Um die Auflösung der isoelektrischen Fokussierung zu erhöhen, ist es wünschenswert, dass die Proteine vor und während der Trennung denaturiert werden. Die Denaturierung hilft dabei, eine einzelne Proteinkonfiguration für jedes Protein zu erhalten, die Wechselwirkungen zwischen Proteinmolekülen oder Aggregaten zu minimieren sowie interne ionisierbare Aminosäuren freizusetzen. Die Denaturierung und Löslichmachung des Proteins wird typischerweise dadurch erreicht, dass man das Protein vor dem Auftragen auf das Gel in eine Harnstoff und/oder ein Reinigungsmittel enthaltende Lösung legt.
Bei der SDS-PAGE (Natriumdodecylsulphat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese) werden Proteingemische nach ihren unterschiedlichen Proteinmolekulargewichten getrennt. Das Protein wird mit SDS, einem anionischen Reinigungsmittel in Kontakt gebracht. Das Reinigungsmittel denaturiert das Protein und lädt die Proteinmoleküle stark negativ auf, was die Wirkung ladungstragender Gruppen auf dem Protein selbst überdeckt und einen Mechanismus bereitstellt, gemäß dem das Protein in einem elektrischen Feld wandert. Das Proteingemisch wird typischerweise mit SDS kombiniert oder auf ein SDS-haltiges Gel aufgetragen; dann erfolgt die Elektrophorese an dem Gel entlang, so dass Proteine mit einem geringeren Molekulargewicht weiter wandern.
Die zweidimensionale (oder 2-D-) Elektrophorese ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Analyse komplexer Proteingemische, die aus Zellen, Geweben oder anderen biologischen Proben extrahiert wurden. Die Technik sortiert Proteine durch Kombination von IEF- und SDS-PAGE-Techniken in zwei separaten Schritten. In einem dieser Schritte, im Allgemeinen dem ersten Schritt, wird die IEF zur Trennung der Proteine nach ihren unterschiedlichen isoelektrischen Punkten eingesetzt. In dem anderen, im Allgemeinem zweiten Schritt werden die Proteine mittels SDS-PAGE-Gelelektrophorese nach ihrem Molekulargewicht getrennt. Die Molekulargewichtstrennung erfolgt über eine Dimension des Gels, die für die erste Dimension des Gels normal (d. h. für den pH-Gradienten normal) ist. Typischerweise erfolgt dies, indem man den bei der IEF erhaltenen Streifen auf ein SDS-haltiges Polyacrylamidgel legt und ein elektrisches Feld anlegt. Das Ergebnis ist eine zweidimensionale „Karte" aus Punkten getrennter Proteine, die jeweils einen charakteristischen pI (pI = der pH-Wert, bei dem die Nettoladung des Proteins 0 ist) und ein charakteristisches Molekulargewicht haben. Mit einem ausreichend großen Gel kann die 2 D-Elektrophorese zur Trennung einer großen Anzahl unterschiedlicher Proteine aus einer einzigen Probe verwendet werden. Sie liefert nicht nur Informationen über die isoelektrischen Punkte und die offensichtlichen Molekulargewichte dieser Proteine, sondern ermöglicht auch die Bestimmung der in der Probe vorliegenden Proteinmenge. Die 2 D-Elektrophorese ist auch für die Analyse der Zelldifferenzierung, den Nachweis von Krankheitsmarkern, die Überwachung von Therapien, die Reinigung von Proteinen sowie in der Krebs- und Arzneimittelforschung nützlich. Die für die isoelektrische Fokussierung und 2 D-Elektrophorese verwendeten Gele können in Form von Fertigstreifen geliefert werden, die dann von einem Streifenhalter getragen werden. Der Streifenhalter kann mit der Lösung zum Rehydrieren der Streifen und/oder Auftragen der Probe darauf versehen und der Streifen eingesetzt werden.
Keramikmaterialien sind zwar aufgrund ihrer hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeit, hohen Wärmeleitfähigkeit, chemischen Trägheit und geringen Kosten für die Verwendung bei Elektrophoresevorrichtungen wünschenswert, können aber aufgrund der leicht hydrophilen Natur der Keramikoberflächen bei solchen Anwendungszwecken zu Problemen führen. Insbesondere bei der Verwendung zur Herstellung von Streifenhaltern des zuvor beschriebenen Typs neigen die harnstoffhaltigen und/oder reinigungsmittelhaltigen, Proteine mit sich führenden Lösungen dazu, sich über die Wände des Streifenhalters zu saugen. Die Sauglösungen führen etwas von der Proteinprobe mit sich, was in einem Verlust an Probenmaterial und potentiell ungenauen Ergebnissen der isoelektrischen Fokussierung und 2 D-Elektrophorese resultiert.
Ähnliche Probleme treten bei Keramikmaterialien auf, die für Mikroarrays von Mehrfachvertiefungsplatten, wie sie in der kombinatorischen Chemie eingesetzt werden, verwendet werden.
Dementsprechende besteht im Stand der Technik ein Bedarf an Verfahren zur Behandlung von Keramikoberflächen, um das Saugphänomen, das für den Probenverlust und potentiell ungenaue Elektrophoreseergebnisse verantwortlich ist, zu verringern bzw. zu vermeiden, sowie an so behandelten Keramikoberflächen und daraus hergestellten Artikeln, insbesondere IEF- und Elektrophorese-Probenhaltern.
Die Erfindung stellt Verfahren zur Modifizierung von Keramikoberflächen bereit, um das Saugphänomen, das mit Probenverlust und potentiellen Ungenauigkeiten bei IEF- oder Elektrophorese-Probenhaltern in Zusammenhang steht, zu reduzieren bzw. zu vermeiden.
Insbesondere wird die Oberfläche des Keramikmaterials mittels eines Silanwärmebehandlungsverfahrens modifiziert, bei dem ein Silan mit der Keramikoberfläche in Kontakt gebracht und über einen Zeitraum und bei einer Temperatur erwärmt wird, die ausreichen, um die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche zu verringern (und das Silan wird, so glaubt man, kovalent mit den Hydroxylkomponenten auf der Keramikoberfläche umgesetzt).
Darüber hinaus kann die Oberfläche des Keramikmaterials, die mit wässrigen Lösungen in Kontakt kommt, mit einem Schleifmaterial mechanisch poliert werden, bis die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche durch die wässrige Lösung reduziert ist. Diese Reduzierung reicht aus, um die Saugwirkung zu verringern bzw. zu verhindern.
In einer bestimmten Ausführungsform dieses Verfahrens ist die Keramikoberfläche die Oberfläche eines IEF- oder Gelelektrophorese-Probenhalters oder eine zur Verwendung in der kombinatorischen Chemie eingesetzte Mikroarrayplatte.
Man glaubt, dass die beanspruchten Verfahren die Oberflächeneigenschaften des Keramikmaterials in einer Weise modifizieren, dass die Fähigkeit zur Haftung an wässrigen Lösungen, einschließlich wässrigen Lösungen biologischer Moleküle wie z. B. harnstoffhaltigen oder reinigungsmittelhaltigen Elektrophoreselösungen verringert wird. Diese verringerte Haftung (d. h. erhöhte Hydrophobie) zwischen dem Keramikmaterial und den wässrigen Lösungen führt zu einer verringerten Benetzbarkeit, wie durch eine Vergrößerung des Benetzungswinkels gemessen. Das entstandene Keramikmaterial eignet sich für die Verwendung bei Artikeln, die eine verringerte Benetzbarkeit erfordern, und insbesondere für Gel- oder Gelstreifenhalter, die bei der IEF oder 2 D-Elektrophorese eingesetzt werden, sowie für Mikroarrays oder Mikrovertiefungsplatten des in der kombinatorischen Chemie verwendeten Typs. Bei Einsatz für diese Anwendungszwecke verringert bzw. vermeidet das erfindungsgemäß hergestellte Keramikmaterial den Verlust an Probenmaterial, der durch die Saugwirkung der Probenlösungen aus dem Keramikbehälter entstanden ist. Dadurch, dass ein Verlust an Probenmaterial vermieden wird, wird die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der bei der Probe durchgeführten IEF-, SDS-PAGE-, kombinatorischen oder anderen analytischen Verfahren erhöht.
Das Polieren kann nach mehreren Standardverfahren erfolgen; diese Verfahren schließen Läppen, Trommeln und Schwingmahlen ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Diese Verfahren können mit einem ein oder mehrere Schleifmittel enthaltenden Schlamm durchgeführt werden. Es kann auch ein Kontakt mit einem das Schleifmittel enthaltenden rotierenden Polierrad erfolgen. Die verwendeten Schleifmittel können jede Form und Teilchengröße aufweisen, die die gewünschten Ergebnisse liefern. Diamantteilchen haben sich als geeignet erwiesen, insbesondere Diamantteilchen mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 3 bis etwa 9 Mikrometer und einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 6 Mikrometer. Siliziumcarbidteilchen können ebenfalls eingesetzt werden, insbesondere diejenigen mit einem ähnlichen Teilchengrößenbereich und einer ähnlichen durchschnittlichen Teilchengröße.
Das Polieren ist im Allgemeinen abgeschlossen, wenn die Keramikoberfläche sichtbar reflektiv gemacht worden ist. Insbesondere kann die Oberflächenschicht nach dem Polieren überprüft werden, um zu bestimmen, ob sie ausreichend poliert worden ist (d. h. die Polierzeit ausreichend war). Das Polieren kann im Allgemeinen beendet werden, wenn die Oberflächenschicht von etwa 2 × 10^–5 cm bis etwa 4 × 10^–5 cm (etwa 8 bis etwa 15 Mikroinch) reicht. Typischerweise erfordert dies eine Polierzeit von etwa 10 bis etwa 20 Sekunden pro Quadratzentimeter Oberfläche.
Nach dem Polieren wird die Keramikoberfläche gereinigt, um verbleibende Schleifmittelteilchen und/oder abgeriebene Stückchen Keramikmaterial zu entfernen. Die Oberfläche kann beispielsweise mit einem Papierhandtuch abgewischt, mit einer Wasserlösung mit Spülmittel (z. B. Dawn^TM) in Kontakt gebracht oder mit warmem Leitungswasser sprühgespült werden. Dies kann je nach Bedarf mehrmals wiederholt werden. Dann kann ein letztes Spülen mit entionisiertem Wasser und Trocknen mit z. B. einem Papierhandtuch erfolgen.
Wie zuvor beschrieben, wird die Benetzbarkeit von Keramikoberflächen durch eine erfindungsgemäße Silanwärmebehandlung modifiziert; diese Modifizierung verringert die Fähigkeit wässriger Lösungen wie z. B. Denaturierungsmittel enthaltender Proteinlösungen, sich über die Keramikoberfläche zu verteilen oder zu saugen. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, glaubt man, dass diese verringerte Benetzung zumindest teilweise dadurch zustande kommt, dass die Reaktion des Silans mit isolierten Hydroxylkomponenten auf der Keramikoberfläche de facto die hydrophile Natur dieser Komponenten mit hydrophoben, alkylhaltigen Silangruppen entfernt. Diese isolierten Hydroxylkomponenten kann man sich als chemisch gebundenes Wasser vorstellen, das nicht leicht von der Oberfläche des Keramikmaterials entfernt werden kann. Normalerweise werden die Hydroxylkomponenten nur unter großen Schwierigkeiten entfernt, wobei eine sehr hohe Temperatureinwirkung (z. B. eine Temperatureinwirkung von etwa 800°C bis etwa 1200°C) erforderlich ist. Nach dieser Theorie umfasst das Verfahren zur Modifizierung einer Keramikoberfläche

(a) das Kontaktieren der Oberfläche mit einem alkylhaltigen Silan; und
(b) das Erwärmen der Oberfläche und des alkylhaltigen Silans unter Bedingungen, die ausreichen, zumindest einen Teil der Hydroxylgruppen auf der Keramikoberfläche mit dem alkylhaltigen Silan umzusetzen.

Man glaubt, dass die Reaktion wie in Gleichung (1) dargestellt abläuft: Y-OH + Si(X)_n(Alkyl)_4–n ⇔ Y-O-Si(X)_n–1(Alkyl)_4–n + HX (1)in der n eine ganze Zahl zwischen 1 und 3 ist, Y eine anorganische Spezies ist, die sich an Hydroxylkomponenten auf der Keramikoberfläche binden kann, und X ein Halogen oder eine andere geeignete Austrittsgruppe ist. Die Reaktion von TMCS mit einem tonerdehaltigen Keramikmaterial wird in der nachfolgenden Gleichung (2) als spezifischeres Beispiel aufgeführt (der Fachmann erkennt, dass Y und Al an andere Atome in dem Keramikmaterial gebunden sind, die im Interesse der Zweckmäßigkeit nicht dargestellt sind): Al-OH + Si(Cl)(CH₃)₃ ⇔ Al-O-Si(CH₃)₃ + HCl (2).
Das Silanwärmebehandlungsverfahren kann natürlich mit anderen Techniken zur Entfernung von physikalisch gebundenem Wasser und chemisch gebundenem Wasser in Form angrenzender Hydroxylkomponenten kombiniert werden (beides kann, wie nachfolgend näher beschrieben, jeweils durch Erwärmen erfolgen).
Die zu behandelnde Keramikoberfläche kann jedes Keramikmaterial sein, das unter Bedingungen, bei denen die Benetzbarkeit verringert oder minimiert werden muss, mit wässrigen Lösungen in Kontakt kommen kann. Häufig ist die Keramikoberfläche aus Tonerde oder einem tonerdehaltigen Material.
Die Keramikoberfläche wird mit dem alkylhaltigen Silan, das mit den Oberflächenhydroxylen reagieren kann, in Kontakt gebracht. Dieses Silan kann ein methylhaltiges Silan, insbesondere ein methylhaltiges Silan mit einer Halo-Silyl-Bindung sein. Trialkylhalosilane, insbesondere Trimethylhalosilane wie z. B. Trimethylchlorsilan (TMCS), Trihaloalkylsilane, insbesondere Trihalomethylsilane wie z. B. Trichlormethylsilan und Dialkyldihalosilane, insbesondere Dimethyldihalosilane wie z. B. Dimethyldichlorsilan sind Beispiele für geeignete Silane. Das Silan kann als Lösung in einem Lösungsmittel (z. B. Ethanol) in einer Konzentration von etwa 5 bis etwa 100 Gew.-% oder rein aufgetragen werden. Die Länge der Kontaktzeit kann je nach Keramikmaterial variieren, ist aber lang genug, um verfügbare Hydroxylkomponenten ausreichend umzusetzen und die erforderliche Hydrophobie zu liefern (oder zumindest die Hydrophilie zu verringern). Typische Kontaktzeiten reichen von etwa 1 bis etwa 60 Minuten, insbesondere etwa 10 Minuten. Das in dem Kontaktierungsschritt verwendete Silan kann die Form einer Flüssigkeit oder eines Dampfes aufweisen.
Nach Verstreichen der erforderlichen Kontaktzeit wird das beschichtete Keramikmaterial erwärmt, um restliches, nicht umgesetztes Silan zu entfernen und die Reaktionsoberfläche zu stabilisieren. Die Erwärmung kann bei einer Temperatur zwischen etwa Raumtemperatur und etwa 800°C erfolgen, typischerweise jedoch bei einer Temperatur von etwa 200°C bis etwa 500°C, insbesondere etwa 200°C bis etwa 400°C. Die Erwärmung erfolgt über einen Zeitraum, der ausreicht, restliches, nicht umgesetztes Silan zu entfernen und die Oberfläche zu stabilisieren, und reicht typischerweise von etwa 10 bis etwa 90 Minuten, insbesondere etwa 30 Minuten. Die Erwärmung kann in einer inerten Umgebung (z. B. in einer Ar- oder N₂-Atmosphäre oder in einem Vakuum), in einer reduzierenden Atmosphäre (z. B. in Gegenwart von H₂ oder CO) oder in einer oxidierenden Atmosphäre (z. B. in Gegenwart von O₂, CO₂, usw.) erfolgen. Wird eine inerte Atmosphäre verwendet, ist die maximale Erwärmungstemperatur typischerweise die Zerfallstemperatur der Si-CH₃-Gruppe (eine Temperatur von etwa 800° C erzeugt SiC). Wird eine oxidierende Atmosphäre verwendet, ist die maximale Erwärmungstemperatur typischerweise die Oxidierungstemperatur der Si-O-CH₃-Gruppe, die typischerweise bei etwa 400°C liegt.
Als Beispiel für eine geeignete Kontaktierungs-/Erwärmungsanordnung kann die Silanwärmebehandlung in einer Handschuhbox unter einer Stickstoffatmosphäre erfolgen, die die Reaktion des Silans mit Feuchtigkeit in der Luft reduziert. Die Gegenwart organischer Materialien, z. B. Tygon-Schläuchen in Prozessvorrichtungen wird während des Kontaktierungs- und anschließenden Erwärmungsschrittes wünschenswerterweise vermieden, da die meisten organischen Materialien ebenfalls mit dem Silan reagieren, was die Wirksamkeit der Behandlung möglicherweise reduziert.
Wie zuvor beschrieben, kann die Silanwärmebehandlung mit anderen Verfahren zur Entfernung von physikalisch gebundenem Wasser und leichter entfernbarem chemisch gebundenem Wasser kombiniert werden; diese Verfahren werden typischerweise vor dem Silanwärmebehandlungsschritt durchgeführt. Physikalisch gebundenes Wasser (z. B. mittels Wasserstoffbindungen an Oberflächenhydroxylgruppen oder andere Oberflächenspezies gebundenes Wasser) kann beispielsweise durch Erwärmung des Keramikmaterials auf eine Temperatur im Bereich von etwa 70°C bis etwa 150°C, insbesondere etwa 110°C bis etwa 120°C über einen Zeitraum von etwa 10 bis etwa 120 Minuten, insbesondere etwa 30 bis etwa 60 Minuten entfernt werden. Andere geeignete Verfahren zur Entfernung von physikalisch gebundenem Wasser sind z. B. Vakuumbehandlung (d. h. das Keramikmaterial wird über einen Zeitraum, der ausreicht, um das physikalisch gebundene Wasser freizusetzen, unter einen Druck gesetzt, der ausreichend unterhalb des Luftdrucks liegt) und Lösungsmittelwaschen (z. B. Kontaktierung der Keramikoberfläche mit einem wassermischbaren Lösungsmittel wie Aceton). Chemisch gebundenes Wasser, das in angrenzenden Oberflächenhydroxylgruppen gebunden ist, kann durch Erwärmung des Keramikmaterials auf eine Temperatur von etwa 500°C entfernt werden.
Beispiele
Die Erfindung wird nachfolgend bezüglich eines nicht beschränkenden Beispiels, das den Umfang der Erfindung in keiner Weise beschränken soll, weiter beschrieben.
Vergleichsbeispiel – Mechanisches Oberflächenpolieren allein
Die Innenwände eines Tonerde-Elektrophorese-Streifenhalters wurden mittels eines rotierenden Polierrades und eines Schlammes, der Diamantteilchen eines mittleren Durchmessers von etwa 6 Mikrometer und folgender Teilchengrößenverteilung enthielt, poliert:
Vor dem Polieren waren die Oberflächen sichtbar matt; es wurde beobachtet, dass sich eine wässrige Harnstofflösung (eine typische Proteine mit sich führende Lösung) über die Seiten des Streifenhalters saugte. Das Polieren erfolgte über 10–20 Sekunden pro cm² Oberfläche.
Nach dem Polieren wurde die Keramikoberfläche durch Abwischen von überschüssigem Poliermaterial mit einem Papierhandtuch, wiederholtes (6 Mal) Eintauchen und Schütteln des Materials in einer 20 ml/l-Lösung von Dawn^TM-Spülmittel bei Raumtemperatur über etwa 5 Sekunden, Sprühspülen, schließlich Spülen mit entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur und Trockenwischen mit einem Papierhandtuch gereinigt.
Die Oberfläche war sichtbar reflektiv (glänzend); es wurde beobachtet, dass eine Harnstofflösung (Harnstoffkonzentration von 6–9,8 M in entionisiertem Wasser) im unteren Teil des Streifenhalters verblieb und sich nicht über die Wände des polierten Streifenhalters saugte. Der Benetzungswinkel für eine Harnstofflösung des typischerweise für die Elektrophorese von Proteinen verwendeten Typs vergrößerte sich von 15–20° vor dem Polieren auf 40–50° nach dem Polieren. Das Polieren des Keramikmaterials vergrößerte also den Harnstoffbenetzungswinkel und minimierte die Harnstoffbenetzung.
Beispiel – Silanwärmebehandlung
Ein Tonerde-Elektrophorese-Streifenhalter wurde bei 110°C 30 Minuten lang wärmebehandelt, um physikalisch angelagertes Wasser zu entfernen. Dann wurde die Tonerde 15 Minuten lang in eine Trimethylchlorsilan-Lösung (TMCS-Lösung) getaucht. Nach der Behandlung wurde die Probe in einem Ofen auf eine Temperatur (400°C) erwärmt, um die Reaktion abzuschließen und restliches Silan zu entfernen. Nach der Behandlung wurde der Benetzungswinkel zwischen Harnstoff und der behandelten Tonerdeoberfläche mittels eines optischen Komparators von OGP, Inc. gemessen. Die nach der Silanbehandlung gemessenen Werte waren 80–90°, der Benetzungswinkel für nicht behandelte Proben betrug 15–20°. Diese große Zunahme des Benetzungswinkels belegt, dass die Lösungsbenetzung durch die Silanbehandlung drastisch reduziert wurde. Nach der Behandlung wurden ebenfalls Tests durchgeführt, um die Haltbarkeit der modifizierten Oberfläche zu gewährleisten.
Es wurden zwei Reinigungstests durchgeführt:

1) 8 Stunden in einem Ultraschallbad mit 20 cm³/l Dawn^TM-Spülmittel bei 85°C;
2) 300-maliges Bürsten mit einer mittelgroßen Nylonbürste (mittlerer Druck, um sicherzustellen, dass der Kontakt der Bürstenenden mit der Oberfläche im rechten Winkel erfolgte).

In beiden Fällen schien die Oberfläche haltbar zu sein und funktionierte vor und nach den Reinigungstests gleichermaßen.
Sowohl das Polieren als auch die Silanbehandlung kann auf demselben Material erfolgen.

Claims

Verwendung eines Keramikmaterials mit erhöhter Hydrophobie für wässrige Harnstofflösungen, das man nach einer Oberflächenbehandlung eines Keramikmaterials durch Kontaktierung der Keramikoberfläche mit einem Silan und Erwärmung über eine Zeit bei einer Temperatur, die ausreichen, um die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche zu verringern und einen Benetzungswinkel mit einer wässrigen Harnstofflösung von mehr als 40° zu erzeugen, als Probenhalter für die Elektrophorese und/oder isoelektrische Fokussierung (IEF), in einem für die Elektrophorese verwendeten Keramikgefäß oder als IEF-Gelstreifenhalter, Gelträger oder Mikroarrayplatte erhält.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Keramikoberfläche Tonerde umfasst.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, die eine Oberfläche umfasst, die durch Polieren der Oberfläche mit einem Schleifmittel unter Bedingungen, die ausreichen, um die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche durch wässrige Lösungen zu verringern, behandelt wurde.
Probenhalter für die Elektrophorese und/oder isoelektrische Fokussierung, für die Elektrophorese verwendetes Keramikgefäß, IEF-Gelstreifenhalter, Gelträger oder Mikroarrayplatte aus einem Keramikmaterial, die man nach einer Oberflächenbehandlung eines Keramikmaterials durch Kontaktierung der Keramikoberfläche mit einem Silan und Erwärmung für eine Zeit bei einer Temperatur, die ausreichen, um die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche zu verringern und einen Benetzungswinkel mit einer wässrigen Harnstofflösung von mehr als 40° zu erzeugen, erhält.
Keramikartikel nach Anspruch 5, der ein IEF-Gelstreifenhalter, ein Gelträger oder eine Mikroarrayplatte ist.
Verfahren zur Modifizierung einer Keramikoberfläche, um den Keramikwerkstoff für die Verwendung: als Probenhalter für die Elektrophorese und/oder isoelektrische Fokussierung, in einem für die Elektrophorese verwendeten Keramikgefäß oder als IEF-Gelstreifenhalter, Gelträger oder Mikroarrayplatte geeignet zu machen, das die Kontaktierung der Keramikoberfläche mit einem Silan und die Erwärmung für eine Zeit bei einer Temperatur, die ausreichen, um die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche durch wässrige Lösungen zu verringern, umfasst.
Verfahren zur Modifizierung einer Keramikoberfläche nach Anspruch 6, bei dem das Silan ein alkylhaltiges Silan ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Silan ein Methylsilan, ein Halotrialkylsilan, ein Dihalodialkylsilan oder ein Trihalomethylsilan umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Halotrialkylsilan Trimethylchlorsilan, Dichlordimethylsilan oder Trichlormethylsilan umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, das weiterhin den Schritt der Entfernung von nicht umgesetztem, restlichem Silan von der Oberfläche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Entfernung mittels Erwärmung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, das weiterhin die Entfernung von mindestens einem Teil des physikalisch angelagerten Wassers auf der Keramikoberfläche vor dem Kontaktieren der Oberfläche mit dem Silan umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das physikalisch angelagerte Wasser durch Erwärmen der Oberfläche entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Oberfläche auf eine Temperatur zwischen etwa 70°C und etwa 150°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Oberfläche auf eine Temperatur zwischen etwa 110°C und etwa 120°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Oberfläche über eine Zeit von etwa 10 Minuten bis etwa 120 Minuten erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Oberfläche über eine Zeit von etwa 30 Minuten bis etwa 60 Minuten erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das physikalisch angelagerte Wasser entfernt wird, indem man die Oberfläche einem Vakuum aussetzt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das physikalisch angelagerte Wasser durch Waschen der Oberfläche mit einem Lösungsmittel entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das Lösungsmittel wassermischbar ist.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das wassermischbare Lösungsmittel Aceton ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 21, bei dem die Kontaktierung die Einwirkung eines Silans, das entweder eine reine Flüssigkeit oder eine Lösung oder ein Dampf ist, auf die Keramikoberfläche über eine Zeit im Bereich von etwa 1 Minute bis etwa 60 Minuten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Silan die Form einer Ethanollösung mit einer Silankonzentration von etwa 5 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-% hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 23, bei dem die Erwärmung über eine Zeit bei einer Temperatur, die ausreichen, um die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche durch wässrige Lösungen zu verringern, die Einwirkung einer Temperatur zwischen etwa Raumtemperatur und etwa 800°C über eine Zeit zwischen etwa 10 Minuten und etwa 90 Minuten auf die Keramikoberfläche und das Silan umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Erwärmung die Einwirkung einer Temperatur zwischen etwa 200°C und etwa 500°C auf die Keramikoberfläche und das Silan umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem die Erwärmung die Einwirkung einer Temperatur über eine Zeit von etwa 10 Minuten bis etwa 30 Minuten auf die Keramikoberfläche und das Silan umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 26, bei dem die Keramikoberfläche einen Benetzungswinkel mit einer wässrigen Lösung aufweist, der von etwa 15–20 Grad vor der Modifizierung auf etwa 80–90 Grad nach der Modifizierung steigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 27, das den Schritt des Polierens der Oberfläche mit einem Schleifmittel unter Bedingungen, die ausreichen, um die Benetzbarkeit der Keramikoberfläche durch wässrige Lösungen zu verringern, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem das Schleifmittel Teilchen einer Teilchengröße im Bereich von etwa 3 Mikrometer bis etwa 9 Mikrometer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das Schleifmittel Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 6 Mikrometer umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, bei dem die Oberfläche über etwa 10–20 Sekunden/cm² Keramikoberfläche poliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, bei dem die Oberfläche poliert wird, bis sie eine Oberflächenschicht von etwa 2 × 10^–5 cm bis etwa 4 × 10^–5 cm (8 bis etwa 15 Mikroinch) nach dem Polieren aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, bei dem die Keramikoberfläche einen Benetzungswinkel mit der wässrigen Lösung aufweist, der von etwa 15–20° vor dem Polieren auf etwa 40–50° nach dem Polieren steigt.