EP1225980A1 - Mikrostrukturierte pipetten als dosiersysteme - Google Patents

Mikrostrukturierte pipetten als dosiersysteme

Info

Publication number
EP1225980A1
EP1225980A1 EP00974490A EP00974490A EP1225980A1 EP 1225980 A1 EP1225980 A1 EP 1225980A1 EP 00974490 A EP00974490 A EP 00974490A EP 00974490 A EP00974490 A EP 00974490A EP 1225980 A1 EP1225980 A1 EP 1225980A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
poly
pipettes
elevations
pipette
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00974490A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Oles
Dierk Landwehr
Bernhard Schleich
Ralf-Peter Peters
Holger Bartos
Ying Yu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
Original Assignee
Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH filed Critical Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
Publication of EP1225980A1 publication Critical patent/EP1225980A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0275—Interchangeable or disposable dispensing tips

Definitions

  • Pipettes or similar tools are often used for the defined absorption and distribution of liquids. With the help of pipettes, defined amounts of liquid can be taken from a storage container and transferred to a second container. In practice, an accurate and reproducible delivery of the amount of liquid is carried out via disposable pipette tips.
  • the disadvantage of this method is that the pipette tip becomes contaminated when the pipette is immersed in the reaction volume. In processes that do not allow contamination, it is now necessary to change the pipette tip or to clean it using a complex procedure. These steps are very costly and time consuming. In practice, the trend today is to pipette a solution once taken up into several reaction volumes of the same consistency. This creation of so-called copies has the advantage that practically no contamination occurs.
  • the disadvantage of this method is the complex handling of the reaction plates.
  • Reaction wells (wells) is not a problem as the reaction volume is clear
  • the pipetting volumes are getting smaller and smaller, since the actual reaction volume drops here to 10 ⁇ l.
  • volumes of 10 nl to 1 ⁇ l are typically pipetted. Detaching a drop is only possible with these reaction plates still possible by immersing the pipette tip in the reaction volume. This leads to the contamination of the pipette tip or the reaction fluid already described
  • DE 28 19 440 describes a method in which liquid is supplied from a storage container located above the dispensing nozzle via a hose line to the dispensing nozzle Drops created at the opening are torn off by a pressure gas pulse. This method can also be used to tear off a liquid drop from a pipette tip and offers the advantage that the smallest drops can be applied to a surface. Disadvantages of the method are the poor reproducibility of the drops and that liquid can also be pressed out of the depressions by the pressure pulse.
  • DE 19 74 2005 describes a method with which volumes of less than 100 nL can also be pressed from a thin capillary.
  • the volume pressed out here depends on the diameter of the capillary and the pressure pulse applied.
  • the disadvantage of this method is on the one hand that complex printing technology and the poor reproducibility of the drop size.
  • DE 197 42 005 describes a further development of this method.
  • a method is also known in which the pressure is generated in a piezoelectric manner. The pressure tank is replaced by a piezo modulator mounted on the capillary.
  • the advantage of this method is the improved reproducibility of the pulses and thus the drop size as well as the simple electrical control.
  • the liquid to be pipetted is often to be introduced into already prepared solutions in the well of a well. Since both the well and the solution presented have a small volume, the use of pressure pulses for pipetting is associated with the risk that part of the reaction solution is printed out of the well.
  • the precision of the pipetted volume, ie here the drop size, still largely depends on the tear off of the drop from the pipette tip or on the drop formation itself
  • the object of the present invention was therefore to provide pipettes or pipette tips with which liquids can be taken up and distributed without residues. No liquid residues should remain on the pipette or pipette tip, which can either be carried on as contamination or reduce the volume to be pipetted.
  • structured surfaces are liquid-repellent and self-cleaning. Such surfaces and processes for their production are disclosed, for example, in DE 19 80 3787 or DE 19 91 4007. Here it is described how drops drip off structured surfaces and thereby absorb dirt can
  • structured surfaces the structures of which have a certain aspect ratio, that is to say a certain ratio between the high and mean width, improve the detachment or tearing off of liquid drops
  • the present invention therefore relates to pipettes with structured surfaces, the surfaces of the pipettes coming into contact with a liquid having elevations with an average height of 50 nm to 10 ⁇ m and an average distance of 50 nm to 10 ⁇ m as well as surface energies of less than 19 mN / m
  • the pipettes according to the invention can have completely structured surfaces or partially structured surfaces. It is important that the surfaces that come into contact with a liquid are completely or partially structured
  • the surface energy of the structured areas which is determined on the unstructured material, is below 19 mN / m, preferably from 10 to 18 mN / m, in the pipettes according to the invention
  • the structured surfaces used in the pipettes according to the invention are extremely hydrophobic and therefore highly water-repellent. They have a very high contact angle with water and promote the detachment or tearing off of liquid drops
  • the contact angle or the surface energy is advantageously determined on smooth, unstructured surfaces.
  • the material properties "hydrophobicity" is advantageously determined on smooth, unstructured surfaces.
  • Liquid repellent or “liquid wetting” are also determined by the chemical composition of the uppermost molecular layers of the surface. A higher or lower contact angle or lower or higher surface energy of a material can therefore also be achieved by coating processes
  • the hydrophobic properties of a surface can thus be defined via the surface energy, the contact angle on the smooth, ie unstructured material of various liquids being a measure of the surface energy, which is given in mN / m
  • the average height of the elevation is preferably 50 nm to 4 ⁇ m with an average distance of 50 nm to 10 ⁇ m.
  • the average height of the elevations 50 nm to 10 ⁇ m is one mean distance from 50 nm to 4 ⁇ m are particularly preferably the elevations have a height of 50 nm to 4 ⁇ m with an average distance from 50 nm to 4 ⁇ m
  • the ratio of height to width of the surveys is of great importance, as already mentioned.
  • the surveys can have aspect ratios from 0.5 to 20, preferably 1 to 10, particularly preferably 1 to 5
  • the chemical composition of the top monolayer of the material is also important.
  • radical sites are generated on the surface.
  • the structured or unstructured material can be treated by means of plasma, UV or gamma radiation and special photoinitiators. After such an activation of the surface, ie generation of free radicals Additional monomers are polymerized on. Such a process generates a chemically particularly resistant coating.
  • suitable monomers are acrylates, methacrylates and other vinyl derivatives, such as perfluorohexylethylene methacrylate
  • the surface can be shaped or structured by stamping / rolling or at the same time during macroscopic shaping of the object, such as casting, injection molding or other shaping processes.
  • the corresponding negative molds of the desired structure are required for this.
  • An injection molding process is expediently used for the production of the pipettes according to the invention
  • Negative molds for injection molding processes can be produced industrially, for example with the ligatechnology (R Wechsung in Mikroelektronik, 9, 1995, p 34 ff).
  • First, one or more masks are produced by electron beam lithography with the dimensions of the desired elevations. These masks are used for exposure of a photoresist layer by X-ray depth lithography, whereby a positive shape is obtained.
  • the gaps in the photoresist are then filled by electrodeposition of a metal.
  • the metal structure obtained in this way represents a negative shape for the desired structure
  • the elevations are arranged on a somewhat coarser superstructure.
  • the elevations have the dimensions listed above and can be applied to an superstructure with an average height of 10 ⁇ m to 1 mm and an average distance of 10 ⁇ m to 1 mm
  • the elevations of the superstructure can also be embossed, by means of lithographic processes or Shaping processes, such as casting or injection molding, can be applied
  • the elevations and the superstructure can be applied simultaneously or in succession, ie first the superstructure, then the elevations, mechanically impressed, by means of lithographic processes or by shaping processing, such as casting or injection molding
  • the shaping or structuring of the surfaces takes place in the case of surfaces with superstructure, as in the case of surfaces with elevations, expediently in one work step. Subsequent chemical modification of an already produced double-structured surface is of course also possible.
  • Mechanical methods for introducing structures on unstructured surfaces or unstructured partial areas on structured surfaces are e.g. B embossing or stamping processes with prefabricated forms or stamping (needles).
  • Pipette tips can also be structured over the entire pipette surface.
  • the structuring, i.e. H. the elevations can be applied to the inner (a in FIG. 1) or the outer surface of the pipette (b in FIG. 2). It is also possible to have the elevations only on the pipette tip, i.e. H. onto the pipette outlet (c in Fig. 3).
  • the materials used for the pipettes according to the invention must have the required values for the surface energy in the unstructured state. It can e.g. B. ö
  • Perfluoroalkoxy compounds poly (ethylene), poly (propylene), poly (isobutene), poly (isoprene), poly (4-methyl-1-pentene), poly (vinyl alkanoates) and poly (vinyl methyl ether) as homo- or copolymer and other thermoplastic processable plastics are used
  • the pipettes can be produced, for example, by an injection molding process in combination with a conventional injection molding tool manufactured by the LIGA process.
  • the LIGA process is a structuring process that is based on basic processes of X-ray imaging, electroplating and molding. The process differs from micromechanics in this way that the structures are not created by an etching process in the base material, but can be molded inexpensively using a tool.In this case, the LIGA process is used to produce the tool.After the lithographic resist exposure (radiation-sensitive polymer) and development, the lacquer structure thus produced becomes a mold used for an electroplating process in which a metal alloy is deposited in the exposed spaces. Then the lacquer structure is removed and the remaining metal structure is used for the molding tool (G Gerlach, W Dotzel "Basics the micro system technology "Carl Hanser Verlag Kunststoff, 1997, page 60f)
  • Pipette tips made of poly (propylene) with 0.5 to 10 ⁇ L pipetting volume were produced by injection molding, which had a microstructured surface at the outlet end with the aid of a tool described above (see FIG. 3).
  • the distance between the elevations was 4 ⁇ m on average
  • Pipettes made in this way can be used in automatic pipetting systems or dispensers

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Devices For Use In Laboratory Experiments (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Pipetten mit strukturierten Oberflächen, wobei die Oberflächen der Pipetten, die mit einer Flüssigkeit in Kontakt kommen, Oberflächenerhebungen mit einer mittleren Höhe von 50 nm bis 10 νm und einem mittleren Abstand von 50 nm bis 10 νm sowie Oberflächenenergien von weniger als 19 mN/m aufweisen.

Description

Mikrostrukturierte Pipetten als Dosiersysteme
Zum definierten Aufnehmen und Verteilen von Flüssigkeiten werden häufig Pipetten oder ähnliche Werkzeuge eingesetzt. Mit Hilfe von Pipetten können definierte Flussigkeitsmengen aus einem Vorratsbehälter aufgenommen und in ein zweites Behältnis überführt werden. In der Praxis wird eine genaue und reproduzierbare Abgabe der Flussigkeitsmenge über Einwegpipettenspitzen durchgeführt.
Insbesondere in der kombinatorischen Chemie und der Biotechnologie werden heute Verfahren, die eine hohe Anzahl von Pipettierschritten benotigen, eingesetzt Diese Pipettierschritte werden häufig vollautomatisch durch sogenannte Pipettierroboter ausgeführt, die ein vorgegebenes Programm abarbeiten. Mit solchen Systemen kann ein sehr hoher Probendurchsatz erzielt werden. Da man aber zunehmend eine große Anzahl von unterschiedlichen Ansätzen für ein Screening mit kleinsten Mengen einsetzt, müssen immer kleinere Probenansätze gewählt werden. Dies erfordert immer höhere Pipettiergeschwindigkeiten in immer kleineren Systemen. Als technisch äußerst schwierig stellt sich dabei die Ablösung der pipettierten Flüssigkeit von der Pipettenspitze dar, wenn die Flüssigkeitsmengen sehr gering sind. Technisch wird dieser Schritt heute durch ein Eintauchen der Pipettenspitze in das Reaktionsvolumen umgangen. Der Nachteil dieser Methode ist, daß mit dem Eintauchen der Pipette in das Reaktionsvolumen eine Verunreinigung der Pipettenspitze stattfindet. Bei Prozessen, die keine Verunreinigung erlauben, ist es nun nötig, die Pipettenspitze zu wechseln oder durch eine aufwendige Prozedur zu reinigen. Diese Schritte sind sehr kosten- und zeitintensiv. In der Praxis geht man heute dazu über, eine einmal aufgenommene Lösung in mehrere Reaktionsvolumina gleicher Konsistenz zu pipettieren. Dieses Anlegen von sogenannten Kopien hat den Vorteil, daß praktisch keine Verunreinigungen auftreten. Der Nachteil dieser Methode besteht aber in der aufwendigen Handhabung der Reaktionsplatten.
Die vorgenannten Probleme treten nicht auf, wenn sich der Tropfen selbständig von der Pipettenspitze löst. Bei den heute kommerziell erhältlichen Systemen geschieht dies typischerweise mit Tropfen in einem Bereich von einigen μl. Bei Reaktionsplatten mit 96
Reaktionsmulden (Wells) stellt dies noch kein Problem dar, da das Reaktionsvolumen deutlich über 1 ml liegt Bei Systemen mit 348 oder 1 536 Reaktionsmulden werden die Pipettiervolumina immer kleiner, da das eigentliche Reaktionsvolumen hier bis auf 10 μl abfallt In solche Ansätze werden typischerweise Volumina von 10 nl bis 1 μl pipettiert Das Ablosen eines Tropfens ist bei diesen Reaktionsplatten nur noch durch Eintauchen der Pipettenspitze in das Reaktionsvolumen möglich Dies führt zu den bereits beschriebenen Verunreinigungen der Pipettenspitze bzw. der Reaktionsflussigkeit
Aus dem Bereich der Klebetechnik und der Jet-Ink-Technologie sind Verfahren bekannt, mit denen sehr kleine Tropfen auf eine Oberfläche aufgetragen werden können DE 28 19 440 beschreibt ein Verfahren, bei dem aus einem oberhalb der Abgabeduse befindlichen Vorratsbehalter über eine Schlauchleitung Flüssigkeit zur Abgabeduse gefordert wird An der Öffnung entstehende Tropfen werden durch einen Druckgaspuls abgerissen Dieses Verfahren kann auch zum Abreißen eines Flussigkeitstropfens von einer Pipettenspitze genutzt werden und bietet den Vorteil, daß kleinste Tropfen auf eine Oberflache aufgetragen werden können. Nachteil des Verfahrens ist die schlechte Reproduzierbarkeit der Tropfen, und daß durch den Druckpuls auch Flüssigkeit aus den Vertiefungen hinausgepreßt werden kann.
In DE 19 74 2005 wird ein Verfahren beschrieben, mit denen auch Volumina von weniger als 100 nL aus einer dünnen Kapillare gepreßt werden können Das herausgepreßte Volumen ist hierbei abhangig vom Durchmesser der Kapillare und dem angelegten Druckpuls Der Nachteil dieses Verfahrens besteht zum einen in der sehr aufwendigen Drucktechnik und der schlechten Reproduzierbarkeit der Tropfengröße. In DE 197 42 005 wird eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens beschrieben. Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem der Druck auf piezoelektrischen Weg erzeugt wird. Der Überdruckbehälter wird hier durch einen an die Kapillare montierten Piezomodulator ersetzt. Der Vorteil dieser Methode ist die verbesserte Reproduzierbarkeit der Pulse und damit der Tropfengröße sowie die einfache elektrische Steuerung.
Die zu pipettierende Flüssigkeit soll häufig in bereits vorgelegte Losungen in der Vertiefung eines Wells eingebracht werden. Da sowohl die Vertiefung als auch die vorgelegte Losung ein geringes Volumen besitzen, ist der Einsatz von Druckimpulsen zur Pipettierung mit der Gefahr verbunden, daß ein Teil der Reaktionslösung aus der Vertiefung gedruckt wird. Die Präzision des pipettierten Volumens, d h hier die Tropfengroße, hangt weiterhin in großem Maße vom Abriß des Tropfens von der Pipettenspitze bzw von der Tropfenbildung an sich ab
Physikalisch ist die Tropfenbildung bisher nur unzureichend beschrieben Wenn sich ein Tropfen von einer Flüssigkeit abschnürt, versagen die hydrodynamischen Gleichungen, die das Verhalten von Flüssigkeiten normalerweise verlaßlich beschreiben S Nagel beschreibt in Physical Review Letters, Band 83, 1999, Seite 1147 ff, die Tropfenbildung genauer Kurz bevor ein Tropfen abreißt, hangt er an einem äußerst schmalen Flussigkeitsfaden, der sich rasch einschnürt Diese Einschnürung wird durch die Oberflachenspannung verursacht, die die Oberflache der stromenden Flüssigkeit so klein wie möglich machen mochte Kurz bevor der Faden reißt, verliert er die Eigenschaften einer Flüssigkeit Hier versagen schließlich die hydrodynamischen Gleichungen Nagel ist es gelungen, durch ein geeignetes Visualisierungsverfahren die Tropfenbildung sehr genau zu beschreiben Aus der Publikation von Nagel und der von J Lister in Physical Review Letters, Band 83, 1999, Seite 1151 ff, angegebenen mathematischen Beschreibung dieser Beobachtung, ist es jedoch nicht möglich, die Voraussetzungen für einen schnellen Tropfenabriß wie z B die geometrische Formgebung einer Pipettenspitze abzuleiten.
Moderne Pipetten, Pipettenspitzen oder Dispenser zum Aufnehmen oder Verteilen von Flüssigkeiten sollen die folgenden Bedingungen erfüllen.
einsetzbar auch bei Flussigkeitsmengen kleiner 1 μl keine Verwendung von Druckpulsen keine Verwendung von antimikrobiziden Materialien - keine „Verschleppung" von Reaktionsmedien bei Eintauchen von z. B Pipettenspitzen oder Kapillarspitzen in Flüssigkeiten durch Reste dieser Flüssigkeiten
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Pipetten oder Pipettenspitzen bereitzustellen, mit denen Flüssigkeiten ruckstandsfrei aufgenommen und verteilt werden können Es sollen keine Flussigkeitsreste an der Pipette oder Pipettenspitze verbleiben, die entweder als Verunreinigung weitergeschleppt werden können oder das zu pipettierende Volumen verringern. Aus einem anderen technischen Gebiet ist bekannt, das strukturierte Oberflachen flussigkeitsabweisend und selbstreinigend sind Solche Oberflachen und Verfahren zu deren Herstellung sind z B in DE 19 80 3787 oder DE 19 91 4007 offenbart Hier wird beschrieben, wie Tropfen von strukturierten Oberflachen abperlen und dabei Verschmutzungen aufnehmen können
Zwischen dem Abrißverhalten und dem Abrollverhalten eines Tropfens auf einer Oberflache gibt es signifikante Unterschiede Physikalisch wirkt beim Abrollen immer eine Komponente der Schwerkraft in die Oberflache hinein Erst wenn die Schwerkraft parallel oder sogar von der Oberflache weg zeigt, kann der Tropfen abreißen Des weiteren wird das Abrollverhalten wesentlich durch die innere Reibung der Flüssigkeit beschrieben Diese ist eine Funktion der Oberflachenspannung der Flüssigkeit und der Grenzflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und der Oberflache Bei Abreißen des Flussigkeitstropfens spielt nur die Grenzflächenspannung eine wesentliche Rolle Eine genaue physikalische Beschreibung steht allerdings noch aus (W Zhang, Physical Review Letters, Bd 83, S 1151ff, 1999)
Überraschenderweise wurde gefunden, das strukturierte Oberflachen, deren Strukturen ein bestimmtes Aspektverhaltnis, d h ein bestimmtes Verhältnis zwischen Hohe und Mittelwertbreite aufweisen, das Ablosen oder Abreißen von Flussigkeitstropfen verbessern
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Pipetten mit strukturierten Oberflachen, wobei die Oberflachen der Pipetten, die mit einer Flüssigkeit in Kontakt kommen, Erhebungen mit einer mittleren Hohe von 50 nm bis 10 μm und einem mittleren Abstand von 50 nm bis 10 μm sowie Oberflachenenergien von weniger als 19 mN/m aufweisen
Die erfindungsgemaßen Pipetten können vollständig strukturierte Oberflachen oder teilweise strukturierte Oberflachen aufweisen Wichtig ist, daß die Oberflachen, die mit einer Flüssigkeit in Berührung kommen, ganz oder teilweise strukturiert sind
Kommerziell erhaltliche Pipetten oder Pipettenspitzen sind innen und außen möglichst glatt, um ein schnelles Abfließen von Flüssigkeiten zu ermöglichen Die erfindungsgemaßen Pipetten ermöglichen durch eine entgegengesetzte Maßnahme, nämlich der Strukturierung der Oberflache, eine nahezu restlose Entleerung der Pipette und ein weitgehend spritzfreies Abreißen auch kleinster Flussigkeitsmengen
Die Oberflachenenergie der strukturierten Bereiche, die am unstrukturierten Material bestimmt wird, liegt bei den erfindungsgemaßen Pipetten unter 19 mN/m, bevorzugt bei 10 bis 18 mN/m
Die in den erfindungsgemaßen Pipetten eingesetzten strukturierten Oberflachen sind ausgesprochen hydrophob und daher stark wasserabweisend Sie besitzen gegenüber Wasser einen sehr hohen Randwinkel und begünstigen das Ablosen bzw Abreißen von Flussigkeitstropfen
Die Bestimmung des Randwinkels bzw der Oberflachenenergie erfolgt zweckmäßig an glatten unstrukturierten Oberflachen Die Materialeigenschaften "Hydrophobie",
"Flussigkeitsabweisend" oder "Flussigkeitsbenetzend" werden auch durch die chemische Zusammensetzung der obersten Molekulschichten der Oberflache mitbestimmt Ein höherer oder niedrigerer Randwinkel bzw niedrigere oder höhere Oberflachenenergie eines Materials kann daher auch durch Beschichtungsverfahren erreicht werden
Die hydrophoben Eigenschaften einer Oberflache können somit über die Oberflachenenergie definiert werden, wobei der Randwinkel am glatten, d h unstrukturierten Material von verschiedenen Flüssigkeiten ein Maß für die Oberflachenenergie ist, die in mN/m angegeben wird
Für die erfindungsgemaßen Pipetten können auch andere Dimensionen der Erhebungen zum Einsatz kommen Bevorzugt liegt die mittlere Hohe der Erhebung bei 50 nm bis 4 μm bei einem mittleren Abstand von 50 nm bis 10 μm Alternativ kann die mittlere Hohe der Erhebungen 50 nm bis 10 μm bei einem mittleren Abstand von 50 nm bis 4 μm betragen Besonders bevorzugt besitzen die Erhebungen einen Hohe von 50 nm bis 4 μm bei einem mittleren Abstand von 50 nm bis 4 μm
Das Verhältnis von Hohe zu Breite der Erhebungen, das Aspektverhältnis, ist wie schon erwähnt, von großer Bedeutung Die Erhebungen können Aspektverhaltnisse von 0,5 bis 20, bevorzugt 1 bis 10, besonders bevorzugt 1 bis 5, aufweisen
Weiterhin ist die chemische Zusammensetzung der obersten Monolage des Materials wichtig
Zur Veränderung der chemischen Oberflacheneigenschaften sind Verfahren, bei denen Radikalstellen auf der Oberflache erzeugt werden, zu nennen Das strukturierte oder unstrukturierte Material kann mittels Plasma, UV- oder Gammastrahlung sowie speziellen Photoinitiatoren behandelt werden Nach einer solchen Aktivierung der Oberflache, d h Erzeugung von freien Radikalen können zusatzlich Monomere aufpolymerisiert werden Ein solches Verfahren generiert eine chemisch besonders widerstandsfähige Beschichtung Als Monomere kommen z B Acrylate, Methacrylate und andere Vinylderivate wie z B Perfluorhexylethylenmethacrylat in Frage
Die Formgebung oder Strukturierung der Oberflache kann durch Pragen/Walzen oder gleichzeitig beim makroskopischen Formen des Gegenstandes wie z B Gießen, Spritzgießen oder anderen formgebenden Verfahren erfolgen Hierzu sind die entsprechenden Negativformen der erwünschten Struktur erforderlich Für die Herstellung der erfindungsgemaßen Pipetten wird zweckmäßig ein Spritzgußverfahren eingesetzt
Negativformen für z B. Spritzgußverfahren lassen sich industriell z B mit der Ligatechnik (R Wechsung in Mikroelektronik, 9, 1995, S 34 ff ) herstellen Hier werden zunächst eine oder mehrere Masken durch Elektronenstrahllithographie mit den Dimensionen der gewünschten Erhebungen hergestellt Diese Masken dienen zur Belichtung einer Photoresistschicht durch Rontgentiefenlithographie, wodurch eine Positivform erhalten wird Die Zwischenräume im Photoresist werden anschließend durch galvanische Abscheidung eines Metalls aufgefüllt Die so erhaltene Metallstruktur stellt eine Negativform für die gewünschte Struktur dar
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Erhebungen auf einer etwas gröberen Uberstruktur angeordnet Die Erhebungen weisen die oben aufgeführten Dimensionen auf und können auf einer Uberstruktur mit einer mittleren Hohe von 10 μm bis 1 mm und einem mittleren Abstand von 10 μm bis 1 mm aufgebracht werden Die Erhebungen der Uberstruktur können ebenfalls eingeprägt, durch lithographische Verfahren oder formgebende Verarbeitungen, wie Gießen oder Spritzgießen, aufgebracht werden Die Erhebungen und die Uberstruktur können gleichzeitig oder nacheinander, d h zunächst die Uberstruktur, dann die Erhebungen, mechanisch eingeprägt, durch lithographische Verfahren oder durch formgebende Verarbeitung, wie Gießen oder Spritzgießen, aufgebracht werden
Die Formgebung bzw Strukturierung der Oberflachen erfolgt bei Oberflachen mit Uberstruktur wie bei Oberflächen nur mit Erhebungen, zweckmäßig in einem Arbeitsgang Eine nachtragliche chemische Modifikation einer bereits erzeugten doppeltstrukturierten Oberfläche ist selbstverständlich ebenso möglich.
Mechanische Verfahren zur Einbringung von Strukturen auf unstrukturierten Oberflächen oder unstrukturierten Teilbereichen auf strukturierten Oberflachen sind z. B Präge- oder Stempelverfahren mit vorgefertigten Formen oder Stempeln (Nadeln) Lithographische Verfahren sind z. B. die Liga-Technik, die Röntgenlithographie aber auch ablative Verfahren z. B. mit Laserstrahlung.
Ebenso ist es auch möglich, eine geeignete Oberflächenenergie durch das Aufbringen von Lacken oder anderen Beschichtungsmaterialien herzustellen. Die Oberflächenenergie kann in diesem Prozeß oder auch nachträglich auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Voraussetzung für dieses Verfahren ist ein inertes Verhalten der Beschichtung gegenüber den zu pipettierenden Flüssigkeiten.
Die Strukturierung der erfindungsgemäßen Pipetten ist selbstverständlich nur dort nötig, wo die Pipetten mit einer Flüssigkeit in Berührung kommen. Für einen einfachen Produktionsprozeß von z. B. Pipettenspitzen kann auch die gesamte Pipettenoberfläche strukturiert sein.
Die Strukturierung, d. h. die Erhebungen, können auf der inneren (a in Fig 1) oder der äußeren Oberfläche der Pipette (b in Fig. 2) aufgebracht sein. Es ist auch möglich, die Erhebungen nur auf der Pipettenspitze, d. h. auf den Pipettenauslaß (c in Fig 3) aufzubringen.
Die für die erfindungsgemäßen Pipetten verwendeten Materialien müssen im unstrukturierten Zustand die geforderten Werte für die Oberflächenenergie aufweisen. Es können z. B. ö
Poly(tetrafluorethylen), Poly(trifluoethylen), Poly(vinylidenfluorid), Poly(chlortrifluorethylen), Poly(hexafluorpropylen), Poly(perfluorpropylenoxid), Poly(2,2,3,3-tetraflluoroxetan), Poly(2,2-bιs(trifluormethyl)-4,5-difluor-l,3-dιoxol), Poly(fluoralkylacrylat), Poly(fluoralkyl- methacrylat), Poly(vinylperfluoralkylether) oder andere Polymere aus
Perfluoralkoxyverbindungen, Poly(ethylen), Poly(propylen), Poly(isobuten), Poly(isopren), Poly(4-methyl-l-penten), Poly(vιnylalkanoate) und Poly(vinylmethylether) als Homo- oder Copolymer und andere thermoplastisch verarbeitbare Kunststoffe zum Einsatz kommen
Beispiel:
Die Pipetten können z B durch ein Spritzgußverfahren in Kombination mit einem durch LIGA- Verfahren hergestellten, konventionellen Spritzgußwerkzeug hergestellt werden Das LIGA- Verfahren ist ein Strukturierungsverfahren, das auf Grundprozessen der Rontgen- Llthographie, Galvanik und Abformung beruht Das Verfahren unterscheidet sich von der Mikromechanik dadurch, daß die Strukturen nicht durch ein Atzprozeß im Grundmaterial erzeugt werden, sondern über ein Werkzeug kostengünstig abgeformt werden können Im vorliegenden Fall dient das LIGA- Verfahren zur Herstellung des Werkzeugs Nach der lithografischen Resistbelichtung (strahlungsempfindliches Polymer) und Entwicklung wird die so erzeugte Lackstruktur als Form für einen Galvanikprozeß verwendet, bei dem in die freigelegten Zwischenräume eine Metallegierung abgeschieden wird Anschließend wird die Lackstruktur entfernt und die übrig gebliebene Metallstruktur wird zum Ab form Werkzeug benutzt (G Gerlach, W Dotzel "Grundlagen der Mikrostystemtechnik" Carl Hanser Verlag München, 1997, Seite 60f)
Es wurden Pipettenspitzen aus Poly(propylen) mit 0,5 bis 10 μL Pipettiervolumen durch Spritzguß hergestellt, die am Auslaßende eine mikrostrukturierte Oberflache, mit Hilfe eines oben beschriebenen Werkzeugs, aufwiesen (s Fig 3) Der Abstand der Erhebungen betrug hierbei im Mittel 4 μm, bei einer Hohe von mindestens 4 μm und einer Halbwertsbreite von 2 μm Geometrisch hatten die Strukturelemente die Form eines Kegels
Anschließend wurden die Pipettenspitzen einer UV-Strahlung von 254 nm für zwei Minuten ausgesetzt Auf die so aktivierten Oberflachen wurde thermisch Fluoralkylacrylat aufgepfropft (Grafting-from) Durch diese Vorgehensweise wurde die Oberflachenenergie von etwa 28 mN/m auf weniger als 15 mN/m reduziert Bei nicht strukturierten und nicht hydrophobierten Pipettenspitzen riß der Tropfen erst bei einem Pipettenvolumen von 1,5 mL ab Bei den erfindungsgemaßen, mikrostrukturierten und hydrophobierten Pipettenspitzen gelang dies schon bei weniger als 200 nL Dies konnte mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Oberflachenspannung und Viskosität wie z. B VE-Wasser, Hexadecan, 10 % wäßriger Albuminlosung und DMSO nachgewiesen werden
Auf diese Weise hergestellte Pipetten können bei automatischen Pipettiersystem oder Dispensern verwendet werden

Claims

Schutzansprüche:
1 Pipetten mit strukturierten Oberflachen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflachen der Pipetten, die mit einer Flüssigkeit in Kontakt kommen,
Erhebungen mit einer mittleren Hohe von 50 nm bis 10 μm und einem mittleren Abstand von 50 nm bis 10 μm sowie Oberflachenenergien von weniger als 19 mN/m aufweisen
2 Pipetten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen eine mittlere Hohe von 50 nm bis 4 μm aufweisen
3. Pipetten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abstand der Erhebungen 50 nm bis 4 μm beträgt.
4. Pipetten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen eine mittlere Höhe von 50 nm bis 4 μm und einen mittleren Abstand von 50 nm bis 4 μm aufweisen.
5. Pipetten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen ein Aspektverhältnis von 0,5 bis 20 aufweisen.
6. Pipetten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen ein Aspektverhältnis von 1 bis 10 aufweisen.
7. Pipetten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen ein Aspektverhältnis von 1 bis 5 aufweisen.
8 Pipetten nach einem der Anspuche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen auf einer Uberstruktur mit einer mittleren Hohe von 10 μm bis 1 mm und einem mittleren Abstand von 10 μm bis 1mm aufgebracht sind
9 Pipetten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen auf der inneren Oberflache der Pipetten aufgebracht sind
10 Pipetten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen auf der äußeren Oberflache der Pipetten aufgebracht sind
11. Pipetten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen auf dem Pipettenauslaß aufgebracht sind.
12. Pipetten nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pipetten ganz oder teilweise aus Poly(tetrafluorethylen), Poly(trifluoethylen),
Poly(vinylidenfluorid), Poly(chlortrifluorethylen), Poly(hexafluorpropylen), Poly(perfluor- propylenoxid), Poly(2,2,3 ,3-tetraflluoroxetan), Poly(2,2-bis(trifluormethyl)-4,5-difluor- 1,3-dioxol), Poly(fluoralkylacrylat), Poly(fluoralkylmethacrylat), Poly(vinylperfluor- alkylether) oder andere Polymere aus Perfluoralkoxyverbindungen, Poly(ethylen), Poly(propylen), Poly(isobuten), Poly(isopren), Poly(4-methyl-l-penten),
Poly(vinylalkanoate) und Poly(vinylmethylether) als Homo- oder Copolymer bestehen
EP00974490A 1999-11-05 2000-10-31 Mikrostrukturierte pipetten als dosiersysteme Withdrawn EP1225980A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE29919506U DE29919506U1 (de) 1999-11-05 1999-11-05 Mikrostruktuierte Pipetten als Dosiersysteme
DE29919506U 1999-11-05
PCT/EP2000/010705 WO2001032310A1 (de) 1999-11-05 2000-10-31 Mikrostrukturierte pipetten als dosiersysteme

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1225980A1 true EP1225980A1 (de) 2002-07-31

Family

ID=8081255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00974490A Withdrawn EP1225980A1 (de) 1999-11-05 2000-10-31 Mikrostrukturierte pipetten als dosiersysteme

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1225980A1 (de)
JP (1) JP2003523276A (de)
CA (1) CA2389656A1 (de)
DE (1) DE29919506U1 (de)
WO (1) WO2001032310A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10130218A1 (de) * 2001-06-22 2003-01-09 Infineon Technologies Ag Vorrichtung für ein Patch-Clamping von Vesikeln und Verfahren zu deren Herstellung
DE10210668A1 (de) * 2002-03-12 2003-09-25 Creavis Tech & Innovation Gmbh Vorrichtung, hergestellt durch Spritzgussverfahren, zur Aufbewahrung von Flüssigkeiten und Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung
FR2874841B1 (fr) * 2004-09-07 2006-11-03 Commissariat Energie Atomique Dispositif de transfert d'elements contenus dans un liquide
JP2007322148A (ja) * 2006-05-30 2007-12-13 Hitachi High-Tech Science Systems Corp 分注管およびそれを用いた分析装置
EP1795264B1 (de) * 2006-07-06 2012-08-22 Agilent Technologies, Inc. Flüssigkeitsabweisende Spitze
DE102009051598B4 (de) 2009-11-02 2022-10-06 Vereinigung zur Förderung des Instituts für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der Rhein.-Westf. Technischen Hochschule Aachen e.V. Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen mit Mikrostrukturen aus Kunststoff mittels Verstreckung zum Zwecke der Selbstreinigung, derartige Vorrichtungen und deren Verwendung
DE102010031240A1 (de) * 2010-07-12 2012-01-12 Hamilton Bonaduz Ag Pipettierspitze mit hydrophober Oberflächenausbildung
WO2016169678A1 (de) * 2015-04-23 2016-10-27 Aj Innuscreen Gmbh Vorrichtung und verfahren zur extraktion von nukleinsäuren
JP6174182B1 (ja) * 2016-03-22 2017-08-02 キヤノンマシナリー株式会社 分注ノズルおよび分注ノズルの製造方法
JP2018096708A (ja) * 2016-12-08 2018-06-21 キヤノンマシナリー株式会社 分注ノズルおよび分注ノズルの製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5674592A (en) * 1995-05-04 1997-10-07 Minnesota Mining And Manufacturing Company Functionalized nanostructured films

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5230864A (en) * 1991-04-10 1993-07-27 Eastman Kodak Company Gravity assisted collection device
US5872010A (en) * 1995-07-21 1999-02-16 Northeastern University Microscale fluid handling system
DE19803787A1 (de) * 1998-01-30 1999-08-05 Creavis Tech & Innovation Gmbh Strukturierte Oberflächen mit hydrophoben Eigenschaften

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5674592A (en) * 1995-05-04 1997-10-07 Minnesota Mining And Manufacturing Company Functionalized nanostructured films

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO0132310A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001032310A1 (de) 2001-05-10
JP2003523276A (ja) 2003-08-05
CA2389656A1 (en) 2001-05-10
DE29919506U1 (de) 2000-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1268284B1 (de) Behälter mit strukturierten flüssigkeitsabweisenden und flüssigkeitsbenetzenden teilbereichen der inneren oberfläche
DE69106240T2 (de) Mikropumpe und Verfahren zur Herstellung einer Mikropumpe.
DE19914007A1 (de) Strukturierte flüssigkeitsabweisende Oberflächen mit ortsdefinierten flüssigkeitsbenetzenden Teilbereichen
DE69630036T2 (de) Durchflusszelle für proben und deren verwendung
EP1171232B1 (de) Fluidhandhabungsvorrichtung mit formatumwandlung
EP2170582B1 (de) Verfahren zur herstellung eines mikrofluiden systems auf einer polymeroberfläche
DE102018110211A1 (de) Verfahren zum Erzeugen feiner Strukturen im Volumen eines Substrates aus sprödharten Material
DE10326607A1 (de) Vorrichtung zum Handhaben von Flüssigkeiten
EP1225980A1 (de) Mikrostrukturierte pipetten als dosiersysteme
EP1257416B1 (de) Ultraphobes flächengebilde mit einer vielzahl von hydrophilen bereichen
EP2492085A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum ortsaufgelösten Einbringen eines Intensitätsmusters aus elektromagnetischer Strahlung in eine photosensitive Substanz sowie Anwendungen hiervon
EP3560594A1 (de) Mikrofluidzelle und verfahren zu deren herstellung
EP2428272A2 (de) Pipettierspitze mit hydrophober Oberflächenausbildung
EP3162549A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines optischen elements mit zumindest einem funktionalen bereich, sowie verwendung der vorrichtung
DE102011079698B4 (de) Mikrofluidische Vorrichtung mit einer Kammer zur Lagerung einer Flüssigkeit
DE10162457A1 (de) Oberflächenstrukturierte Einbauten für Mehrphasentrennapparate
EP0590164B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Druckschablonen
DE102018128418B3 (de) Verwendung eines Dispenser-Aufsatzes und Dispenser-Aufsatz für eine Vorrichtung zum Schreiben von 3D-Strukturen mittels Laserlithografie
DE102008025354A1 (de) Einrichtung zur Erzeugung von mikrostrukturierten Funktionsoberflächen auf Substraten mit wenigstens einem Laser
WO2019180031A1 (de) Verfahren zur herstellung und verwendung eines substrats mit einer funktionalisierten oberfläche
DE102005024518B4 (de) Verfahren und Anordnung zum Beschichten eines Substrates
WO2010054830A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erzeugen eines tropfens einer flüssigkeit
DE202008007122U1 (de) Einrichtung zur Erzeugung von mikrostrukturierten Funktionsoberflächen auf Substraten mit wenigstens einem Laser
DE10138037A1 (de) Pipettenspitzen mit teilweise strukturierten Oberflächen mit verbesserten Pipettiereigenschaften
DE4200396C1 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20020427

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BE CH DE DK FR GB IE IT LI NL SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 20020823

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20030801