WO2003071275A1 - Ultraphobe oberfläche mit einer vielzahl reversibel erzeugbarer hydrophiler und/oder oleophiler bereiche - Google Patents

Ultraphobe oberfläche mit einer vielzahl reversibel erzeugbarer hydrophiler und/oder oleophiler bereiche Download PDF

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WO2003071275A1
WO2003071275A1 PCT/EP2003/001859 EP0301859W WO03071275A1 WO 2003071275 A1 WO2003071275 A1 WO 2003071275A1 EP 0301859 W EP0301859 W EP 0301859W WO 03071275 A1 WO03071275 A1 WO 03071275A1
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ultraphobic
flat structure
hydrophilic
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liquid
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PCT/EP2003/001859
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Joachim Engelking
Karsten Reihs
Eckhard Nordhoff
Martin Müller
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Sunyx Surface Nanotechnologies Gmbh
Scienion Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a flat structure, in particular a flat plate, with an ultraphobic surface on which hydrophilic and / or oleophilic areas can be reversibly generated. Furthermore, the present invention relates to a flat sheet-like structure with an ultraphobic surface with hydrophilic and / or oleophilic areas, each of which is completely enclosed by ultraphobic areas. The present invention further relates to methods for the reversible generation of hydrophilic and / or oleophilic regions on ultraphobic surfaces, the deposition of liquid drops on the flat structures according to the invention and the use of the flat structures according to the invention for mass spectrometric and / or optical analysis of samples.
  • microtiter plates or sample carriers are known from the prior art which, for example, have a large number of depressions at regular intervals.
  • Sample carriers are known from WO 98/45406 and DE 19628 928, the surface of which is hydrophobic and the hydrophilic recesses are incorporated into them.
  • These sample carriers have the disadvantage that the depressions are already arranged at predetermined locations, so that the sample carriers cannot be individually adjusted to the particular experiment.
  • these sample carriers have the disadvantage that the comparatively large depressions can only be incorporated into the hydrophobic surface with a relatively high outlay.
  • a sample carrier with a hydrophobic surface is known from German published patent application DE 197 54 978. Hydrophilic anchor areas are incorporated into this hydrophobic surface.
  • This prior art also has the disadvantage that the hydrophilic anchor areas cannot be adapted to the respective experiment and are comparatively complex to manufacture. It is therefore the task of providing a flat structure which does not have the disadvantages of the prior art.
  • the object is achieved according to the invention with a flat structure which has an ultraphobic surface on which hydrophilic and / or oleophilic areas can be reversibly generated.
  • a flat structure in the sense of the invention is any shaped body with an arbitrarily designed surface.
  • the fabric is preferably a plate with a flat surface, very particularly preferably a sample carrier, which, however, preferably has no indentations.
  • the fabric according to the invention is a film which has an ultraphobic surface.
  • the surface of the fabric according to the invention is preferably essentially flat; i.e. however, the topography required for an ultraphobic surface does not have any micro-volumes in which liquid can be collected.
  • the fabric has an ultraphobic surface.
  • An ultraphobic surface in the sense of the invention is characterized in that the contact angle of a drop of water and / or oil lying on the surface is more than 150 ° , preferably more than 160 ° and very particularly preferably more than 170 ° and / or the roll angle does not exceed 10 ° .
  • the roll angle is understood to be the angle of inclination of a basically flat but structured surface against the horizontal, in which a standing water and / or oil drop with a volume of 10 ⁇ l is moved due to the force of gravity when the surface is inclined.
  • ultraphobic surfaces are described, for example, in WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523, WO 99/10323, WO 00/39368, WO 00/39239, WO 00/39051, WO 00/38845 and WO 96 / 34697, which are hereby introduced as a reference and are therefore considered part of the disclosure.
  • Such an ultraphobic surface is described in international patent application WO 00/39240, which is hereby introduced as a reference and is therefore considered part of the disclosure.
  • hydrophilic and / or oleophilic areas can be reversibly generated on the ultraphobic surface.
  • Hydrophilic and / or oleophilic areas within the meaning of the invention are areas on which a drop of water or oil can be deposited; i.e. a drop of water or oil, which is brought into contact with the hydrophilic and / or oleophilic area on a pipetting system, remains attached to it and thus detaches from the pipetting system.
  • a drop of water or oil with a volume of 10 ⁇ l on the hydrophilic and / or oleophilic areas preferably has a contact angle ⁇ 120 °, preferably ⁇ 110 °, very particularly preferably ⁇ 90 ° and / or the roll angle of this drop exceeds 10 °.
  • these hydrophilic and / or oleophilic areas can be generated reversibly, so that they can be removed again easily and quickly after the respective application, for example measurement, and the corresponding flat structure can be reused and the hydrophilic and / or oleophilic areas can be redefined.
  • the hydrophilic and / or oleophilic areas can be removed, for example, by washing the ultraphobic surface with an appropriate solvent and / or heating the ultraphobic surface.
  • hydrophilic and / or oleophilic areas are preferably completely enclosed by an ultraphobic area. This embodiment makes it possible to deposit a drop of liquid at a very specific location and anchor it there comparatively firmly.
  • hydrophilic and / or oleophilic areas are preferably arranged according to a very specific pattern on the ultraphobic surface.
  • the hydrophilic and / or oleophilic areas can have any shape and size. However, they preferably have an area of 1 ⁇ m 2 - 10 mm 2 .
  • a liquid drop with a diameter of preferably 5 nm - 5 mm can be deposited on such a surface and preferably anchored in such a way that it does not detach itself from the flat structure according to the invention when it hangs downwards.
  • the hydrophilic region is preferably at least one deposit on the ultraphobic surface.
  • This deposit can be liquid or solid.
  • the deposited substance must preferably be at least slightly volatile.
  • the deposits can be generated, for example, by a corresponding temperature of the ultraphobic surface or by substances which are preferably applied in a solution and / or suspension to the ultraphobic surface, preferably in the form of drops, and in which the solvent or the liquid phase is then evaporated.
  • the ultraphobic surface must be wettable by the solvent or the liquid phase.
  • the fabric has at least one means for preferably locally cooling the ultraphobic surface.
  • This cooling is preferably carried out in such a way that the temperature on the ultraphobic surface, preferably locally limited to ⁇ -5 ° C., particularly preferably ⁇ -15 ° C., and a solidifying substance forms on the ultraphobic surface at these points.
  • the solidifying substance arises preferably by freezing at least one component of the gas phase which is in the vicinity of the ultraphobic surface.
  • the solidifying substance is preferably ice.
  • the locally limited cooling is preferably achieved in that the cooling means only directly or indirectly touches the ultraphobic surface from the underside.
  • the sheet-like structure according to the invention preferably has at least one means by which the vapor pressure of at least one component of the gas phase which is in the vicinity of the ultraphobic surface can be adjusted.
  • This component is preferably water vapor.
  • the vapor pressure can be adjusted by means of a hood which is placed over the ultraphobic surface and under which, for example, the concentration of the component to be solidified is regulated.
  • the temperature of the ultraphobic surface is raised again sufficiently, preferably to> -5 ° C, particularly preferably> 0 ° C, the surface in the hydrophilic and / or oleophilic areas becomes ultraphobic again. This temperature increase can take place either locally or over the entire area of the surface.
  • the ultraphobic surface is then cleaned, for example by tilting, in which the liquid drops roll off the ultraphobic surface.
  • the ultraphobic surface cleaned in this way can be used again.
  • the deposit is a solid or liquid substance, which is preferably applied in solution and / or suspension to the ultraphobic surface, preferably in the form of drops, and the solvent and / or liquid phase is then evaporated off.
  • This substance is then preferably present in crystalline form on the ultraphobic surface.
  • the solvent must be selected so that it wetted ultraphobic surface and that the substance to be deposited is detachable, at least suspendable therein.
  • the substance to be deposited is i.e. the hydrophilic areas a MALDI matrix for performing the so-called MALDI mass spectrometry, which is described, for example, in Nordhoff et. al. "MALDI-MS as a new method for the analysis of nucleic acid (DNA and RNA) with molecular masses up to 150,000 Dalton, Application of modern mass spectrometric methods to plant science research, Oxford University press, (1966) page 86-101 is. This publication is hereby introduced for reference and is therefore considered part of the disclosure.
  • Preferred MALDI matrices are 3-hydroxypicolinic acid, cyano-4-hydroxycinnamic acid, 2.5 dihydroxybenzoic acid, sinapic acid, 2, 4, 6 trihydroxyacetophenone nitrobenzyl alcohol, nicotinic acid, ferulic acid, caffeic acid, 2-aminobenzoic acid, picolinic acid, 3-aminobenzoic acid , 4-trihydroxyacetophenone, 6-aza-2-thiothymidine, urea, succinic acid, adipic acid, malonic acid or a mixture thereof.
  • MALDI matrices are dissolved, for example, in acetonitrile or an acetonitrile / water mixture with a mixing ratio of preferably 50:50 - 60:40, and applied as a liquid, preferably as a drop of liquid, to the ultraphobic surface and the solvent is evaporated there, so that the MALDI matrix is preferably present as a crystalline structure at certain points on the ultraphobic surface and thus represents the hydrophilic and / or oleophilic areas to which the samples to be analyzed can be dosed.
  • the samples to be analyzed which do not wet the ultraphobic surface, are generally metered as a liquid onto the preferably crystalline MALDI matrices and preferably at least partially dissolve them. As the solvent evaporates again, the MALDI matrix crystallizes again and the samples to be analyzed are built into the MALDI matrix. These samples can then be analyzed with a mass spectrometer.
  • the deposit on the ultraphobic surface is liquid, the liquid having to wet the ultraphobic surface or to be dissolved in a solvent which is the ultraphobic Surface wetted.
  • the liquid deposit is preferably at least slightly volatile, at least at room temperature.
  • This liquid is preferably also a MALDI matrix, for example glycerin, onto which the sample to be analyzed is then metered.
  • the fabric according to the invention is suitable for the analysis of any liquid, such as are known for example from active ingredient research.
  • the method according to the invention is also preferably suitable for the analysis of biomolecules and / or biological material, in particular nucleic acids, nucleic acid analogs, Spiegelmers, aptamers, ribozymes, polypeptides, peptides or proteins.
  • the method according to the invention is particularly suitable for mass-spectroscopic and / or optical analysis of biomolecules. These uses are also the subject of the present invention.
  • a biomolecule in the sense of the present invention is any molecule that is produced by any virus or single or multicellular organism in the course of the life cycle.
  • Biomolecules contain at least one oxygen, nitrogen, sulfur, and / or phosphorus atom.
  • Examples of biomolecules are: play gelers, aptamers, ribozymes, peptides, polypeptides, proteins, antibodies, nucleic acids, nucleic acid analogues, DNA, double-stranded DNA, RNA, double-stranded RNA / DNA, vitamins, carbohydrates, hormones, glycopeptides, glycoproteins, lipids, Fatty acids and cholesterol.
  • Biomaterial in the sense of the inventions contains at least one biomolecule. However, this can also involve large amounts of the same or different biomolecules. These can exist side by side unorganized or build functional units due to interactions. Examples of this are protein complexes, genomes, cell nuclei, ribosomes, cells, cell assemblies, tissues or complete organisms.
  • Another object of the present invention is a flat surface structure with an ultraphobic surface with hydrophilic and / or oleophilic areas, each of which is completely enclosed by ultraphobic areas.
  • a flat structure in the sense of the invention is any shaped body with an arbitrarily designed surface.
  • the fabric is preferably a plate with a flat surface, very particularly preferably a sample carrier.
  • the fabric according to the invention is a film which has an ultraphobic surface.
  • the surface of the fabric according to the invention is flat; i.e. however, the topography required for an ultraphobic surface does not have any micro-volumes in which liquid can be collected.
  • the fabric has an ultraphobic surface.
  • An ultraphobic surface in the sense of the invention is characterized in that the contact angle of a drop of water and / or oil lying on the surface is more than 150 ° , preferably more than 160 ° and very particularly preferably more than 170 ° and / or the roll angle does not exceed 10 ° .
  • the roll angle is understood to be the angle of inclination of a basically flat but structured surface against the horizontal, in which a standing water and / or oil drop with a volume of 10 ⁇ l is moved due to the force of gravity when the surface is inclined.
  • ultraphobic surfaces are described, for example, in WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523, WO 99/10323, WO 00/39368, WO 00/39239, WO 00/39051, WO 00/38845 and WO 96 / 34697, which are hereby introduced as a reference and are therefore considered part of the disclosure.
  • Hydrophilic and / or oleophilic areas within the meaning of the invention are areas on which a drop of water or oil can be deposited; i.e. a drop of water or oil, which is brought into contact with the hydrophilic and / or oleophilic area on a pipetting system, remains attached to it and thus detaches from the pipetting system.
  • a drop of water or oil with a volume of 10 ⁇ l on the hydrophilic and / or oleophilic areas preferably has a contact angle ⁇ 120 °, preferably ⁇ 110 °, very particularly preferably ⁇ 90 ° and / or the roll angle of this drop exceeds 10 °.
  • the hydrophilic and / or oleophilic areas are each completely enclosed by an ultraphobic area.
  • This embodiment makes it possible to deposit a drop of liquid at a very specific location and anchor it there comparatively firmly.
  • hydrophilic and / or oleophilic areas are preferably arranged according to a very specific pattern on the ultraphobic surface.
  • the hydrophilic and / or oleophilic areas can have any shape and size. However, they preferably have an area of 1 ⁇ m 2 - 10 mm 2 .
  • a liquid drop with a diameter of preferably 5 nm - 5 mm can be deposited on such a surface and preferably anchored in such a way that it does not detach itself from the fabric according to the invention when hanging downwards.
  • the hydrophilic and / or oleophilic regions are preferably produced by modifying the uppermost molecular layer of the ultraphobic surface.
  • This modification is preferably a mechanical and / or thermal ablation, in which, however, preferably only a maximum of one molecular layer of the ultraphobic surface is removed.
  • the modification is preferably carried out by the thermal or chemical change in the ultraphobic surface, but without removal, as described, for example, in DE 199 10809 A1, which is hereby introduced as a reference and is therefore considered part of the disclosure. With this modification of the ultraphobic surface, its layer thickness remains essentially unchanged.
  • the fabric according to the invention is suitable for the analysis of any liquid, such as are known for example from active ingredient research.
  • the method according to the invention is also preferably suitable for the analysis of biomolecules and / or biological material, in particular nucleic acids, nucleic acid analogs, Spiegelmers, aptamers, ribozymes, polypeptides, peptides or proteins.
  • the method according to the invention is particularly suitable for mass spectrometric and / or optical analysis of biomolecules and / or biological material. These uses are also the subject of the present invention.
  • the ultraphobic surface is designed as a disposable article.
  • a multilayer sheet with a first layer with an ultraphobic surface and a carrier layer is particularly suitable for this embodiment, the first layer being reversibly applied to the carrier layer and the maximum local deviation of the sheet from the flatness being 100 ⁇ m, particularly preferably ⁇ 20 ⁇ m ,
  • This flat structure has the advantage that the first layer with the ultraphobic surface can be detached from the carrier layer after one or more uses and can be replaced by a new first layer, so that it is impossible for this first layer to have been contaminated by previous previous experiments is.
  • the first layer with the ultraphobic surface is particularly cheap to produce as a disposable item.
  • the flatness defined according to the invention ensures that the flat structure can be used in all common mass spectrometric and / or optical analysis devices.
  • the first layer is glued to the carrier layer.
  • the preferred sheet can be used in a variety of ways, but is preferably suitable for mass spectroscopic and / or optical analyzes.
  • Another object of the present invention is a method for depositing a drop of liquid on a fabric according to the invention with an ultraphobic surface, which is cooled at least locally so that a substance is deposited at least locally on the ultraphobic surface by cooling and that the liquid drop is deposited on the surface Substance is deposited.
  • Deposition in the sense of the invention includes the manner in which the person skilled in the art applies a liquid to a corresponding flat structure.
  • a liquid for example, but not by way of limitation, pipetting and dispensing, for example with a pump, are listed.
  • the deposited substance is preferably ice, which is formed from water vapor which is in the vicinity of the ultraphobic surface.
  • This cooling is preferably carried out in such a way that the temperature on the ultraphobic surface, preferably locally limited to ⁇ -5 ° C., particularly preferably ⁇ -15 ° C., and deposits form on the ultraphobic surface due to the cooling.
  • the locally limited cooling is preferably achieved in that the cooling means only directly or indirectly touches the ultraphobic surface from the underside.
  • the vapor pressure of at least one component of the gas phase, which is located in the vicinity of the ultraphobic surface is further preferably set.
  • This component is preferably water vapor.
  • the vapor pressure can be set by a hood, which is placed over the ultraphobic surface and under which, for example, the concentration of the component to be solidified is regulated.
  • the method according to the invention is suitable for the analysis of any liquid, as is known, for example, from active substance research.
  • the method according to the invention is also preferably suitable for the analysis of biomolecules and / or biological material, in particular nucleic acids, nucleic acid analogs, Spiegelmers, aptamers, ribozymes, polypeptides, peptides or proteins.
  • the method according to the invention is particularly suitable for mass spectrometric and / or optical analysis of biomolecules and / or biological material. These uses are also the subject of the present invention.
  • the process is simple and inexpensive to carry out.
  • the fabrics can be reused. It is extremely surprising to the person skilled in the art that the droplets on the surface do not generally freeze.
  • Another object of the present invention is a method for depositing an aqueous drop of liquid on the fabric according to the invention, in which a substance in the ultraphobic surface preferably dissolved and / or suspended form, preferably metered in drops, and the liquid phase wetting the ultraphobic surface or the solvent is then evaporated. A drop of liquid that does not wet the ultraphobic surface can be deposited on the remaining hydrophilic deposit.
  • the substance to be deposited is i.e. the hydrophilic areas a MALDI matrix for performing the so-called MALDI mass spectrometry, which is described, for example, in Nordhoff et. al. "MALDI-MS as a new method for the analysis of nucleic acid (DNA and RNA) with molecular masses up to 150,000 Dalton, Application of modern mass spectrometric methods to plant science research, Oxford University press, (1996) pp. 86-101 is.
  • Preferred MALDI matrices are 3-hydroxypicolinic acid, ⁇ -cyano-4-hydroxycinnamic acid, 2.5 dihydroxybenzoic acid, sinapic acid, 2, 4, 6 trihydroxyacetophenone nitrobenzyl alcohol, nicotinic acid, ferulic acid, caffeic acid, 2-aminobenzoic acid, picolinic acid, 3-aminobenzoic acid 3,4-trihydroxyacetophenone, 6-aza-2-thiothymidine, urea, succinic acid, adipic acid, malonic acid or a mixture thereof.
  • MALDI matrices are, for example, dissolved in acetonitrile and applied as a liquid, preferably as a drop of liquid, to the ultraphobic surface and the solvent is evaporated there, so that the MALDI matrix is preferably present as a crystalline structure on the ultraphobic surface and thus the hydrophilic and / or represent oleophilic areas to which samples to be analyzed can be dosed.
  • the samples to be analyzed which do not wet the ultraphobic surface, are generally dosed as a liquid onto the crystalline MALDI matrices and preferably at least partially dissolve them. As the solvent evaporates again, the MALDI matrix crystallizes again and the samples to be analyzed are built into the MALDI matrix.
  • Another object of the present invention is a method for depositing a liquid drop on a flat structure according to the invention having an ultraphobic surface, in which a liquid wetting it is deposited on the ultraphobic surface and at least one liquid drop not wetting the ultraphobic surface is deposited thereon.
  • a liquid is preferably used as the wetting liquid which has a lower surface tension than water and which is preferably at least partially miscible with water.
  • the wetting liquid is very particularly preferably acetone, acetonitrile or alcohol, preferably isopropanol, or a mixture thereof.
  • These wetting liquids preferably have a water content of ⁇ 50% by volume, particularly preferably ⁇ 30% by volume and very particularly preferably ⁇ 10% by volume.
  • a liquid is preferably used as the wetting liquid which has a lower surface tension than oil.
  • Acetone is very particularly preferably used.
  • the wetting liquid is preferably metered as drops onto the ultraphobic surface, the number of wetting drops being ⁇ the number of drops to be deposited on the ultraphobic surface.
  • the volume of the wetting drop is 10 " 1-10 " 9 times the volume of the drop to be deposited, the ratio immediately before the drop is set being critical, especially since many liquids wetting an ultraphobic surface have a high vapor pressure at room temperature and thus evaporate quickly.
  • the ultraphobic surface can be cleaned and reused by removing all liquid components. The ultraphobic surface then no longer has any hydrophilic and / or oleophilic areas.
  • the method according to the invention is suitable for the analysis of any liquid, as is known, for example, from active substance research.
  • the method according to the invention is also preferably suitable for the analysis of biomolecules and / or biological material, in particular nucleic acids, nucleic acid analogs, Spiegelmers, aptamers, ribozymes, polypeptides, peptides or proteins.
  • the method according to the invention is particularly suitable for mass-spectroscopic and / or optical analysis of biomolecules or biological material. These uses are also the subject of the present invention.
  • Figure 1 shows an embodiment of the fabric according to the invention with cooling.
  • Figure 2 shows an embodiment of the method according to the invention with a wetting liquid.
  • Figure 3 shows the creation of a hydrophilic region by crystallization.
  • FIG. 4 shows an ultraphobic surface with a large number of hydrophilic areas.
  • FIG. 5 shows a flat structure with an ultraphobic surface as a single-use article.
  • Figure 1 shows a fabric according to the invention with cooling.
  • the fabric is a film 4 with an ultraphobic Surface on which a drop of water has a contact angle of 174 ° at room temperature and the roll angle is ⁇ 10 °.
  • the film 4 is cooled with a Peltier element 5 and a flow cooler 6.
  • the Peltier element is connected to a temperature sensor (not shown) with which the temperature of the ultraphobic surface is regulated to a value ⁇ -16 ° C. At these temperatures, a thin layer of frost 7 forms.
  • a drop of water 8 which is metered onto the ultraphobic surface at a speed of ⁇ 4 m / s, remains attached to it and does not bounce off.
  • a plurality of drops 8 are metered onto a location on the ultraphobic surface, so that a larger drop 9 is formed.
  • this drop does not freeze and has a contact angle of approx. 120 °.
  • FIG. 2a shows an embodiment of the method according to the invention with a wetting liquid.
  • the wetting liquid 1 is metered in the form of a drop onto an ultraphobic surface 4, on which a water drop, in the absence of a wetting liquid, has a contact angle of 174 ° and the roll angle is ⁇ 10 °.
  • ultraphobic surfaces have a certain topography, which is schematically symbolized with the bulges 10 and the recesses 11 lying between them.
  • the ultraphobic surface is wetted by the wetting liquid 1, in the present case acetone.
  • a drop of water 2 is then metered onto this wetted part of the ultraphobic surface 4 (see FIG. 2b), which is much larger than the drop 2 with which the ultraphobic surface was wetted.
  • FIG. 2b shows the state after some time.
  • the water has mixed with the acetone, so that the ultraphobic surface is wetted at certain points by this mixture. However, this wetting remains limited to the area originally wetted by acetone.
  • FIG. 3 shows the generation of hydrophilic and / or oleophilic areas on an ultraphobic surface by deposition.
  • a section of the flat surface 12 of a sample carrier 13 is shown in FIG. 3a.
  • the surface is ultraphobic, so that a 10 ⁇ l drop of water has a contact angle of> 174 ° and one Rolling angle of ⁇ 10 ° on it.
  • a drop of liquid 14 is placed on the ultraphobic surface, which wets it and in which a substance X is dissolved or suspended. After the drop 14 has been applied, the solvent is evaporated and the crystalline deposit 15 (FIG. 3b) is formed, which essentially consists of substance X and any residues of the solvent.
  • Substance X can be a MALDI matrix, for example.
  • the area of the deposit 15 results from the size of the drop 14 and the chosen solvent and can therefore be adjusted very precisely.
  • the ultraphobic surface will generally have a plurality of deposits 15 which are arranged at a certain lateral distance from one another and preferably in a certain grid on the ultraphobic surface.
  • the deposit 15 represents a hydrophilic and / or oleophilic area which is completely enclosed by ultraphobic areas.
  • the deposit 15 can be removed from the ultraphobic surface after the respective experiment, so that it can be reused.
  • the ultraphobic surface can be cleaned, for example, with a solvent.
  • FIG. 3 c shows the further use of the deposit 15, which represents a hydrophilic and / or oleophilic area.
  • a drop 16 which does not wet the ultraphobic surface 12 and which hangs on a pipette or on a rod, is brought into contact with the hydrophilic region 15.
  • the drop 16 has, for example, biological material. Due to the ultraphobicity of the surface 12, which completely surrounds the hydrophilic region 15, the contact angle of the drop 16 is so large that it only touches the hydrophilic region 15 and not the ultraphobic region 12.
  • This configuration has the advantage that the drop 16 is not contaminated by the ultraphobic surface 12 or substances from the drop 16 are transported to the ultraphobic surface, for example by adsorption, and are therefore no longer available for the subsequent analysis.
  • FIG. 1 shows the further use of the deposit 15, which represents a hydrophilic and / or oleophilic area.
  • 4d shows the situation after the drop 16 has been lifted off the hydrophilic area 15.
  • a small part 17 of the drop 16 remains on the hydrophilic area 15.
  • the volume of the liquid 17 that adheres to the hydrophilic region 15 depends on its respective area and is much smaller than the volume of the drop 16, so that the dosing process with a drop 16 can be repeated several times. If the area of the hydrophilic areas 15 and the same liquid 16 are identical in size, the same amount of liquid 17 always adheres to the hydrophilic areas 15, with the exception of a small error. Since the liquid 17 likewise never comes into contact with the ultraphobic area, it also becomes of the latter not contaminated or no substances are transferred from the liquid 17 to the ultraphobic surface 12.
  • the liquid 17 can then be analyzed optically and / or mass spectrometrically.
  • 17 additional reagents can be added to the liquid.
  • the liquid can also be evaporated and then analyzed optically and / or mass spectrometrically. This process is shown in Figure 3e.
  • the device according to the invention has the advantage that the samples 17 to be analyzed are not contaminated when they are analyzed, so that, for example, mass spectra or fluorescence recordings or fluorescence spectra of high quality can be recorded by the samples 17 with a low background signal.
  • FIG. 4 shows an ultraphobic surface 18 with a multiplicity of hydrophilic regions 19 which are completely enclosed by the ultraphobic regions.
  • FIG. 5 shows the flat structure 101 that consists of a first layer 201 with an ultraphobic surface 301 and a carrier layer 401.
  • the first layer 201 is fixed on the carrier layer by means of an adhesive layer 501.
  • the adhesive layer 501 need not necessarily be present.
  • the adhesive layer 501 consists of an electrically conductive material, so that there is an electrical contact between the first layer 201 and the carrier material.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flächengebilde, insbesondere eine Platte, mit einer ultraphoben Oberfläche, auf der hydrophile und/oder oleophile Bereiche reversibel erzeugbar sind. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein planes Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche mit hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen, die jeweils vollständig von ultraphoben Bereichen umschlossen sind. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind Verfahren zur reversiblen Erzeugung hydrophiler und/oder oleophiler Bereiche auf ultraphoben Oberflächen, die Ablagerung von Flüssigkeitstropfen auf den erfindungsgemässen Flächengebilden und die Verwendung der erfindungsgemässen Flächengebilde zur massenspektroskopischen und/oder optischen Analyse von wässrigen Flüssigkeiten.

Description

Ultraphobe Oberfläche mit einer Vielzahl reversibel erzeugbarer hydrophiler und/oder oleophiler Bereiche
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flächengebilde, insbesondere eine ebene Platte, mit einer ultraphoben Oberfläche, auf der hydrophile und/oder oleophile Bereiche reversibel erzeugbar sind. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein planes Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche mit hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen, die jeweils vollständig von ultraphoben Bereichen umschlossen sind. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind Verfahren zur reversiblen Erzeugung hydrophiler und/oder oleophiler Bereiche auf ultraphoben Oberflächen, die Ablagerung von Flüssigkeitstropfen auf den erfindungsgemäßen Flächengebilden und die Verwendung der erfindungsgemäßen Flächengebilde zur massenspektrometrischen und/oder optischen Analyse von Proben.
Im Bereich der Wirkstoffchemie aber auch in der biologischen Forschung und Produktion müssen heutzutage zunehmend Serienversuche durchgeführt werden. Dabei wird beispielsweise eine große Anzahl kleinster, flüssiger Proben mit unterschiedlichen Wirkstoffen versetzt, um deren Reaktion auf den jeweiligen Wirkstoff zu testen.
Für solche Versuche sind aus dem Stand der Technik sogenannte Mikrotiterplatten oder Probenträger bekannt, die beispielsweise in regelmäßigen Abständen eine Vielzahl von Vertiefungen aufweisen. Aus der WO 98/45406 und der DE 19628 928 sind Probenträger bekannt, deren Oberfläche hydrophob ist und in die hydrophile Vertiefungen eingearbeitet sind. Diese Probenträger haben den Nachteil, dass die Vertiefungen bereits an vorher festgelegten Orten angeordnet sind, so dass die Probenträger nicht individuell auf den jeweiligen Versuch einstellbar sind. Des weiteren haben diese Probenträger den Nachteil, dass die vergleichsweise großen Vertiefungen nur mit einem relativ hohen Aufwand in die hydrophobe Oberfläche eingearbeitet werden können. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 54 978 ist ein Probenträger mit einer hydrophoben Oberfläche bekannt. In diese hydrophobe Oberfläche sind hydrophile Ankerbereiche eingearbeitet. Dieser Stand der Technik hat ebenfalls den Nachteil, dass die hydrophilen Ankerbereiche nicht auf den jeweiligen Versuch anpaßbar und vergleichsweise aufwendig herzustellen sind. Es stellt sich deshalb die Aufgabe ein Flächengebilde zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Flächengebilde, das eine ultraphobe Oberfläche aufweist, auf der hydrophile und/oder oleophile Bereiche reversibel erzeugbar sind.
Ein Flächengebilde im Sinne der Erfindung ist jeder beliebige Formkörper mit einer beliebig gestalteten Oberfläche. Vorzugsweise ist das Flächengebilde jedoch eine Platte mit einer ebenen Oberfläche, ganz besonders bevorzugt ein Probenträger, der jedoch vorzugsweise keine Einbuchtungen aufweist. Am meisten bevorzugt ist das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Folie, die eine ultraphobe Oberfläche aufweist. Vorzugsweise ist die Oberfläche des erfindungsgemäßen Flächengebildes im wesentlichen plan; d.h. sie weist die für eine ultraphobe Oberfläche nötige Topographie jedoch keine Mikrovolumina auf, in denen Flüssigkeit gesammelt werden kann.
Erfindungsgemäß weist das Flächengebilde eine ultraphobe Oberfläche auf. Eine ultraphobe Oberfläche im Sinne der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kontaktwinkel eines Wasser- und/oder Oltropfens, der an der Oberfläche liegt, mehr als 150°, vorzugsweise mehr als 160° und ganz besonders bevorzugt mehr als 170° beträgt und/oder der Abrollwinkel 10° nicht überschreitet. Als Abrollwinkel wird der Neigungswinkel einer grundsätzlich planen aber strukturierten Oberfläche gegen die Horizontale verstanden, bei dem ein stehender Wasser- und/oder Öltropfen mit einem Volumen von 10 μl aufgrund der Schwerkraft bei einer Neigung der Oberfläche bewegt wird. Solche ultraphoben Oberflächen sind zum Beispiel in der WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523, WO 99/10323, WO 00/39368, WO 00/39239, WO 00/39051 , WO 00/38845 und WO 96/34697 offenbart, die hiermit als Referenz eingeführt werden und somit als Teil der Offenbarung gelten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie auf, bei der die Ortsfrequenz der einzelnen Fourrierkomponenten und deren Amplitude a (f) ausgedrückt durch das Integral S (log(f)) = a(f) . f errechnet zwischen den Integrationsgrenzen log (fi/μm"1) = -3 und log (f2/μm"1) = 3 mindestens 0,3 beträgt und die aus einem hydrophoben oder insbesondere oleophoben Material besteht oder mit einem haltbar hydrophobierten und/oder insbesondere haltbar oleophobierten Materialüberzug versehen sind. Eine solche ultraphobe Oberfläche ist in der internationalen Patentanmeldung WO 00/39240 beschrieben, die hiermit als Referenz eingeführt wird und somit als Teil der Offenbarung gilt.
Ebenfalls erfindungsgemäß sind auf der ultraphoben Oberfläche hydrophile und/oder oleophile Bereiche reversibel erzeugbar. Hydrophile und/oder oleophile Bereiche im Sinne der Erfindung sind Bereiche, auf denen ein Wasser- oder Öltropfen ablegbar ist; d.h. ein Wasser- oder Öltropfen, der an einem Pipettiersystem hängend mit dem hydrophilen und/oder oleophilen Bereich in Kontakt gebracht wird, bleibt daran hängen und löst sich somit von dem Pipettiersystem. Vorzugsweise nimmt ein Wasser- oder Öltropfen mit einem Volumen von 10 μl auf den hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen einen Randwinkel < 120°, vorzugsweise < 110°, ganz besonders bevorzugt < 90° ein und/oder der Abrollwinkel dieses Tropfens überschreitet 10°. Weiterhin erfindungsgemäß sind diese hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche reversibel erzeugbar, so dass sie nach der jeweiligen Anwendung, beispielsweise Messung, einfach und schnell wieder entfernbar sind und das entsprechende Flächengebilde wieder verwendbar ist und die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche neu festgelegt werden können. Das Entfernen der hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche kann beispielsweise durch Waschen der ultraphoben Oberfläche mit einem entsprechenden Lösungsmittel und/oder Erwärmung der ultraphoben Oberfläche erfolgen.
Es war für den Fachmann überaus erstaunlich, dass es mit dem erfindungsgemäßen Flächengebilde gelingt, ultraphobe Flächengebilde mit hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen zur Verfügung zu stellen, bei denen die hydrophilen und/oder oleophielen Bereiche mehrfach für den jeweiligen Anwendungsfall konfigurierbar sind. Die erfindungsgemäßen Flächengebilde sind besonders einfach herzustellen. Mit den erfindungsgemäßen Flächengebilden gelingt es qualitativ hochwertige massenspektrometrische und/oder optische Analysen beispielsweise von biologischem Material durchzuführen. Insbesondere störende Hintergrundsignale werden durch die erfindungsgemäßen Flächengebilde im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert.
Vorzugsweise werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche jeweils von einem ultraphoben Bereich vollständig umschlossen. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, einen Flüssigkeitstropfen an einem ganz bestimmten Ort abzulegen und dort vergleichsweise fest zu verankern.
Weiterhin bevorzugt werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche gemäß einem ganz bestimmten Muster auf der ultraphoben Oberfläche angeordnet.
Die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche können jede beliebige Form und Größe aufweisen. Vorzugsweise haben sie jedoch eine Fläche von 1 μm2 - 10 mm2. Auf einer derartigen Fläche läßt sich ein Flüssigkeitstropfen mit einem Durchmesser von vorzugsweise 5 nm - 5 mm absetzen und vorzugsweise so verankern, dass er sich selbst nach unten hängend nicht von dem erfindungsgemäßen Flächengebilde löst.
Vorzugsweise ist der hydrophile Bereich jeweils mindestens eine Ablagerung auf der ultraphoben Oberfläche. Diese Ablagerung kann flüssig oder fest sein. Im Fall einer flüssigen Ablagerung muß die abgelagerte Substanz vorzugsweise zumindest wenig flüchtig sein. Die Ablagerungen können beispielsweise durch eine entsprechende Temperatur der ultraphoben Oberfläche oder durch Substanzen, die vorzugsweise gelöst und/oder suspendiert auf die ultraphobe Oberfläche vorzugsweise tropfenförmig aufgetragen werden und bei denen dann das Lösungsmittel bzw. die flüssige Phase abgedampft wird, erzeugt werden. Die ultraphobe Oberfläche muß durch das Lösungsmittel bzw. die flüssige Phase benetzbar sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Flächengebilde mindestens ein Mittel zur vorzugsweise lokalen Kühlung der ultraphoben Oberfläche auf. Vorzugsweise erfolgt diese Kühlung so, dass die Temperatur an der ultraphoben Oberfläche, vorzugsweise lokal begrenzt < - 5°C, besonders bevorzugt < -15°C beträgt und sich an diesen Stellen eine erstarrende Substanz auf der ultraphoben Oberfläche bildet. Die erstarrende Substanz entsteht vorzugsweise durch Gefrieren mindestens einer Komponente der Gasphase, die sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet. Vorzugsweise ist die erstarrende Substanz Eis. Die lokal begrenzte Kühlung wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Mittel zur Kühlung die ultraphobe Oberfläche nur punktuell von der Unterseite direkt oder indirekt berührt.
Weiterhin bevorzugt weist das erfindungsgemäße Flächengebilde mindestens ein Mittel auf, mit dem der Dampfdruck mindestens einer Komponente der Gasphase, die sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet, eingestellt werden kann. Vorzugsweise ist diese Komponente Wasserdampf. Beispielsweise kann die Einstellung des Dampfdrucks durch eine Haube erfolgen, die über die ultraphoben Oberfläche gestülpt wird und unter der beispielsweise die Konzentration der zu erstarrenden Komponente geregelt wird.
Ein Wasser- oder Öltropfen, der auf der erstarrten Substanz, beispielsweise den Eiskristallen, plaziert wird, haftet an dieser, obwohl er in der Regel, insbesondere wenn die mit der erstarrten Substanz belegte Fläche unterhalb des Flüssigkeitstropfens sehr klein ist, vorzugsweise < 20% des Tropfendurchmessers, nicht gefriert. Sobald die Temperatur der ultraphoben Oberfläche wieder hinreichend, vorzugsweise auf > - 5°C, besonders bevorzugt > 0°C angehoben wird, wird die Oberfläche in den hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen wieder ultraphob. Dies Temperaturerhöhung kann entweder lokal oder über den gesamten Bereich der Oberfläche erfolgen. Die ultraphobe Oberfläche wird dann beispielsweise durch Schrägstellung gereinigt, in dem die Flüssigkeitstropfen von der ultraphoben Oberfläche abrollen. Die so gereinigte ultraphobe Oberfläche kann zu einer erneuten Anwendung eingesetzt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ablagerung eine feste oder flüssige Substanz, die vorzugsweise gelöst und/oder suspendiert auf die ultraphobe Oberfläche, vorzugsweise tropfenförmig aufgetragen wird und deren Lösungsmittel und/oder flüssige Phase dann abgedampft wird. Vorzugsweise liegt diese Substanz dann in kristalliner Form auf der ultraphoben Oberfläche vor. Das Lösungsmittel muß so ausgewählt werden, daß es die ultraphobe Oberfläche benetzt und daß die abzulagernde Substanz darin lösbar zumindest darin suspendierbar ist.
Vorzugsweise ist die abzulagernde Substanz d.h. die hydrophilen Bereiche eine MALDI-Matrix zur Durchführung der sogenannten MALDI-Massenspektrometrie, die beispielsweise in Nordhoff et. al. „ MALDI-MS as a new method for the analysis of nucleic acid (DNA and RNA) with molecular masses up to 150,000 Dalton, Application of modern mass spectrometric methods to plant science research, Oxford University press, (1966) Seite 86- 101 beschrieben ist. Diese Veröffentlichung wird hiermit als Referenz eingeführt wird und somit gilt als Teil der Offenbarung. Bevorzugte MALDI-Matrices sind 3-Hydroxypicolinsäure, -Cyano-4- Hydroxyzimtsäure, 2,5 Dihydroxybenzoesäure, Sinapinsäure, 2, 4, 6 Trihydroxyacetophenon Nitrobenzylalkohol, Nikotoinsäure, Ferulasäure, Kaffeesäure, 2-Aminobenzoesäure, Picolinsäure, 3-Aminobenzoesäure, 2,3,4- Trihydroxyacetophenon, 6-Aza-2-thiothymidine, Harnstoff, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Malonsäure oder deren Mischung. Diese MALDI-Matrices werden beispielsweise in Acetonitirl oder einem Acetonitril-Wasser-Gemisch mit einem Mischungsverhältnis von vorzugsweise 50:50 - 60:40, gelöst und als Flüssigkeit, vorzugsweise als Flüssigkeitstropfen auf die ultraphobe Oberfläche aufgetragen und das Lösungsmittel dort verdampft, so daß die MALDI-Matrix als vorzugsweise kristalline Struktur punktuell auf der ultraphoben Oberfläche vorliegt und somit die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche darstellen, auf die zu analysierende Proben dosiert werden können.
Die zu analysierenden, die ultraphobe Oberfläche nicht benetzenden Proben werden in der Regel als Flüssigkeit auf die vorzugsweise kristallinen MALDI-Matrices dosiert und lösen diese vorzugsweise zumindest teilweise an. Während das Lösungsmittel dann wieder abdampft, kristallisiert die MALDI-Matrix wieder und die zu analysierenden Proben werden in die MALDI-Matrix eingebaut. Diese Proben können dann mit einem Massenspektrometer analysiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ablagerung auf der ultraphoben Oberfläche flüssig, wobei die Flüssigkeit die ultraphobe Oberfläche benetzen oder in einem Lösungsmittel gelöst sein muß, das die ultraphobe Oberfläche benetzt. Vorzugsweise ist die flüssige Ablagerung zumindest bei Raumtemperatur zumindest wenig flüchtig. Diese Flüssigkeit ist vorzugsweise ebenfalls eine MALDI-Matrix, beispielsweise Glyzerin, auf das dann die zu analysierende Probe dosiert wird.
Das erfindungsgemäße Flächengebilde eignet sich zur Analyse jeglicher Flüssigkeit, wie sie beispielsweise aus der Wirkstofforschung bekannt sind. Ebenfalls bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material, insbesondere Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, Spiegelmere, Aptamere, Ribozyme, Polypeptide, Peptiden oder Proteinen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur massenspektroskopischen und/oder optischen Analyse von Biomolekülen. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Ein Biomolekül im Sinne der vorliegenden Erfindungen ist ein beliebiges Molekül das im Laufe des Lebenszyklus eines beliebigen Virus oder ein- oder mehrzelligen Organismus von diesem hergestellt wird. Biomoleküle enthalten mindestens ein Sauerstoff-, Stickstoff, Schwefel-, und/oder Phosphoratom. Beispielhaft für Biomoleküle seien genannt: Spielgelmere, Aptamere, Ribozyme, Peptide, Polypeptide, Proteine, Antikörper, Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, DNA, Doppelstrang-DNA, RNA, Doppelstrang-RNA/DNA, Vitamine, Kohlenhydate, Hormone, Glycopeptide, Glycoproteine, Lipide, Fettsäuren und Cholesterin.
Biologisches Material im Sinne der Erfindungen enthält mindestens ein Biomolekül. Hierbei kann es sich aber auch um große Mengen desselben oder verschiedener Biomoleküle handeln. Diese können unorganisiert nebeneinander vorliegen oder aufgrund von Wechselwirkungen funktionale Einheiten aufbauen. Beispiele hierfür sind Proteinkomplexe, Genome, Zellkerne, Ribosomen, Zellen, Zellverbände, Gewebe oder vollständige Organismen.
Eine optische Analyse im Sinne der vorliegenden Erfindungen ist in der beim Deutschen Patent- und Markenamt hinterlegten deutschen Parallelanmeldung mit dem internen Aktenzeichen SY0028 beschrieben, die hiermit als Referenz eingeführt wird und somit als Teil der Offenbarung gilt. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein planes Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche mit hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen, die jeweils von ultraphoben Bereichen vollständig umschlossen sind.
Ein Flächengebilde im Sinne der Erfindung ist jeder beliebige Formkörper mit einer beliebig gestalteten Oberfläche. Vorzugsweise ist das Flächengebilde jedoch eine Platte mit einer ebenen Oberfläche, ganz besonders bevorzugt ein Probenträger. Am meisten bevorzugt ist das erfindungsgemäße Flächengebilde eine Folie, die eine ultraphobe Oberfläche aufweist. Erfindungsgemäß ist die Oberfläche des erfindungsgemäßen Flächengebildes plan; d.h. sie weist die für eine ultraphobe Oberfläche nötige Topographie jedoch keine Mikrovolumina auf, in denen Flüssigkeit gesammelt werden kann.
Erfindungsgemäß weist das Flächengebilde eine ultraphobe Oberfläche auf. Eine ultraphobe Oberfläche im Sinne der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kontaktwinkel eines Wasser- und/oder Oltropfens, der an der Oberfläche liegt, mehr als 150°, vorzugsweise mehr als 160° und ganz besonders bevorzugt mehr als 170° beträgt und/oder der Abrollwinkel 10° nicht überschreitet. Als Abrollwinkel wird der Neigungswinkel einer grundsätzlich planen aber strukturierten Oberfläche gegen die Horizontale verstanden, bei dem ein stehender Wasser- und/oder Öltropfen mit einem Volumen von 10 μl aufgrund der Schwerkraft bei einer Neigung der Oberfläche bewegt wird. Solche ultraphoben Oberflächen sind zum Beispiel in der WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523, WO 99/10323, WO 00/39368, WO 00/39239, WO 00/39051 , WO 00/38845 und WO 96/34697 offenbart, die hiermit als Referenz eingeführt werden und somit als Teil der Offenbarung gelten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie auf, bei der die Ortsfrequenz der einzelnen Foyerkomponenten und deren Amplitude a (f) ausgedrückt durch das integral S (log(f)) = a(f) . f errechnet zwischen den Integrationsgrenzen log (fι/μnrϊ1) = -3 und log (f2/μm"1) = 3 mindestens 0,3 beträgt und die aus einem hydrophoben oder insbesondere oleophoben Material besteht oder mit einem haltbar hydrophobierten oder insbesondere haltbar oleophobierten Materialüberzug versehen ist. Eine solche ultraphobe Oberfläche ist in der internationalen Patentanmeldung WO 00/39240 beschrieben, die hiermit als Referenz eingeführt wird und somit als Teil der Offenbarung gilt.
Hydrophile und/oder oleophile Bereiche im Sinne der Erfindung sind Bereiche, auf denen ein Wasser- oder Öltropfen ablegbar ist; d.h. ein Wasser- oder Öltropfen, der an einem Pipettiersystem hängend mit dem hydrophilen und/oder oleophilen Bereich in Kontakt gebracht wird, bleibt daran hängen und löst sich somit von dem Pipettiersystem. Vorzugsweise nimmt ein Wasser- oder Öltropfen mit einem Volumen von 10 μl auf den hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen einen Randwinkel < 120°, vorzugsweise < 110°, ganz besonders bevorzugt < 90° ein und/oder der Abrollwinkel dieses Tropfens überschreitet 10°.
Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass es mit dem erfindungsgemäßen Flächengebilde gelingt, Flüssigkeitstropfen vergleichsweise fest auf beispielsweise einem Probenträger abzulegen. Dadurch, dass das Flächengebilde plan ist, ist es einfach herzustellen. Plane Flächen haben den Vorteil, dass die Fläche, mit der der Flüssigkeitstropfen das Flächengebilde berührt, klein ist, so dass die Verunreinigung der Flüssigkeitstropfen durch Substanzen an der Oberfläche und dadurch bedingte Meßfehler vermindert werden.
Erfindungsgemäß werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche jeweils von einem ultraphoben Bereich vollständig umschlossen. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, einen Flüssigkeitstropfen an einem ganz bestimmten Ort abzulegen und dort vergleichsweise fest zu verankern.
Weiterhin bevorzugt werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche gemäß einem ganz bestimmten Muster auf der ultraphoben Oberfläche angeordnet.
Die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche können jede beliebige Form und Größe aufweisen. Vorzugsweise haben sie jedoch eine Fläche von 1 μm2 - 10 mm2. Auf einer derartigen Fläche läßt sich ein Flüssigkeitstropfen mit einem Durchmesser von vorzugsweise 5 nm - 5 mm absetzen und vorzugsweise so verankern, dass er sich selbst nach unten hängend nicht von dem erfindungsgemäßen Flächengebilde löst.
Vorzugsweise werden die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche durch eine Modifikation der obersten Moleküllage der ultraphoben Oberfläche erzeugt. Vorzugsweise ist diese Modifikation eine mechanische und/oder thermische Ablation, bei der vorzugsweise jedoch nur maximal eine Moleküllage der ultraphoben Oberfläche abgetragen wird. Weiterhin bevorzugt erfolgt die Modifikation durch die thermische oder chemische Veränderung der ultraphoben Oberfläche jedoch ohne Abtragung, wie sie beispielsweise in der DE 199 10809 A1 beschrieben ist, die hiermit als Referenz eingeführt wird und somit als Teil der Offenbarung gilt. Bei dieser Modifikation der ultraphoben Oberfläche bleibt deren Schichtdicke im wesentlichen unverändert.
Das erfindungsgemäße Flächengebilde eignet sich zur Analyse jeglicher Flüssigkeit, wie sie beispielsweise aus der Wirkstofforschung bekannt sind. Ebenfalls bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material, insbesondere Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, Spiegelmere, Aptamere, Ribozyme, Polypeptide, Peptiden oder Proteinen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur massenspektrometrischen und/oder optischen Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
In einer bevorzugten Ausführungsform beider erfindungsgemäßer Flächengebilde wird die ultraphobe Oberfläche als Wegwerfartikel gestaltet.
Für diese Ausführungsform ist insbesondere ein mehrschichtiges Flächengebilde mit einer ersten Schicht mit einer ultraphoben Oberfläche und einer Trägerschicht geeignet, wobei die erste Schicht auf der Trägerschicht reversibel aufgebracht ist und die maximale lokale Abweichung des Flächengebildes von der Planheit 100 μm, besonders bevorzugt < 20 μm beträgt. Dieses Flächengebilde hat den Vorteil, dass die erste Schicht mit der ultraphoben Oberfläche nach einmaliger oder mehrmaliger Verwendung von der Trägerschicht abgelöst werden kann und durch eine neue erste Schicht ersetzt werden kann, so dass ausgeschlossen ist, dass diese erste Schicht durch vorherige vorhergehende Experimente kontaminiert worden ist. Die erste Schicht mit der ultraphoben Oberfläche ist als Wegwerfartikel besonders günstig herzustellen. Durch die erfindungsgemäß definierte Planheit ist sichergestellt, dass das Flächengebilde in allen gängigen massenspektrometrischen und/oder optischen Analysegeräten einsetzbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Flächengebildes ist die erste Schicht auf die Trägerschicht aufgeklebt.
Weiterhin bevorzugt besteht zwischen der ersten Schicht und der Trägerschicht ein elektrischer Kontakt. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei massenspektroskopischen Analysen von Vorteil.
Das bevorzugte Flächengebilde ist manigfaltig einsetzbar, vorzugsweise eignet es sich jedoch bei massenspektroskopischen und/oder optischen Analysen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ablagerung eines Flüssigkeitstropfens auf einem erfindungsgemäßen Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche, die zumindest lokal so abgekühlt wird, dass sich durch die Kühlung zumindest lokal auf der ultraphoben Oberfläche eine Substanz ablagert und dass der Flüssigkeitstropfen auf der abgelagerten Substanz abgelegt wird.
Ablegen im Sinne der Erfindung beinhaltet je Art und Weise, mit der der Fachmann eine Flüssigkeit auf eine entsprechendes Flächengebilde aufbringt. Beispielhaft jedoch nicht limitierend wird das Pipettieren und das Dispensieren beispielsweise mit einer Pumpe aufgeführt. Vorzugsweise werden mehrere Tropfen an einer Stelle abgelegt, so dass sich ein größerer Tropfen bildet. Vorzugsweise ist die abgelagerte Substanz Eis, das sich aus Wasserdampf bildet, der sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet.
Vorzugsweise erfolgt diese Kühlung so, dass die Temperatur an der ultraphoben Oberfläche, vorzugsweise lokal begrenzt < - 5°C, besonders bevorzugt < -15°C beträgt und sich aufgrund der Kühlung an diesen Stellen Ablagerungen auf der ultraphoben Oberfläche bilden. Die lokal begrenzte Kühlung wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Mittel zur Kühlung die ultraphobe Oberfläche nur punktuell von der Unterseite direkt oder indirekt berührt.
Weiterhin bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Dampfdruck mindestens einer Komponente der Gasphase, die sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet, eingestellt. Vorzugsweise ist diese Komponente Wasserdampf. Beispielsweise kann die Einstellung des Dampfdrucks durch eine Haube erfolgen, die über die ultraphobe Oberfläche gestülpt wird und unter der beispielsweise die Konzentration der zu erstarrenden Komponente geregelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Analyse jeglicher Flüssigkeit, wie sie beispielsweise aus der Wirkstofforschung bekannt sind. Ebenfalls bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material, insbesondere Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, Spiegelmere, Aptamere, Ribozyme, Polypeptide, Peptiden oder Proteinen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur massenspektrometrischen und/oder optischen Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren ist einfach und kostengünstig durchzuführen. Die Flächengebilde können wiederverwendet werden. Es ist für den Fachmann überaus erstaunlich, dass die Tröpfchen auf der Oberfläche in der Regel nicht gefrieren.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ablagerung eines wässrigen Flüssigkeitstropfens auf dem erfindungsgemäßen Flächengebilde, bei dem auf die ultraphobe Oberfläche eine Substanz in vorzugsweise gelöster und/oder suspendierter Form vorzugsweise tropfenförmig dosiert und die die ultraphobe Oberfläche benetzende flüssige Phase bzw. das Lösungsmittel anschließend abgedampft wird. Auf der zurückbleibenden hydrophilen Ablagerung kann ein Flüssigkeitstropfen abgesetzt werden, der die ultraphobe Oberfläche nicht benetzt.
Vorzugsweise ist die abzulagernde Substanz d.h. die hydrophilen Bereiche eine MALDI-Matrix zur Durchführung der sogenannten MALDI-Massenspektrometrie, die beispielsweise in Nordhoff et. al. „ MALDI-MS as a new method for the analysis of nucleic acid (DNA and RNA) with molecular masses up to 150,000 Dalton, Application of modern mass spectrometric methods to plant science research, Oxford University press, (1996) Seite 86- 101 beschrieben ist.
Bevorzugte MALDI-Matrices sind 3-Hydroxypicolinsäure, α-Cyano-4- Hydroxyzimtsäure, 2,5 Dihydroxybenzoesäure, Sinapinsäure, 2, 4, 6 Trihydroxyacetophenon Nitrobenzylalkohol, Nikotoinsäure, Ferulasäure, Kaffeesäure, 2-Aminobenzoesäure, Picolinsäure, 3-Aminobenzoesäure, 2,3,4- Trihydroxyacetophenon, 6-Aza-2-thiothymidine, Harnstoff, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Malonsäure oder deren Mischung. Diese MALDI-Matrices werden beispielsweise in Acetonitril gelöst und als Flüssigkeit, vorzugsweise als Flüssigkeitstropfen auf die ultraphobe Oberfläche aufgetragen und das Lösungsmittel dort verdampft, so daß die MALDI-Matrix als vorzugsweise kristalline Struktur punktuell auf der ultraphoben Oberfläche vorliegen und somit die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche darstellen, auf die zu analysierende Proben dosiert werden können.
Die zu analysierenden, die ultraphobe Oberfläche nicht benetzenden Proben werden in der Regel als Flüssigkeit auf die kristallinen MALDI-Matrices dosiert und lösen diese vorzugsweise zumindest teilweise an. Während das Lösungsmittel dann wieder abdampft, kristallisiert die MALDI-Matrix wieder und die zu analysierenden Proben werden in die MALDI-Matrix eingebaut.
Ebenfalls bevorzugt eignen sich als die abzulagernde Substanz Stoffe zur spezifischen oder unspezifischen Bindung von biologischem Material. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ablagerung eines Flüssigkeitstropfens auf ein erfindungsgemäßes Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche, bei dem auf die ultraphobe Oberfläche eine sie benetzende Flüssigkeit und bevor diese verdunstet ist darauf mindestens ein die ultraphobe Oberfläche nicht benetzender Flüssigkeitstropfen abgelegt wird.
Bei Oberflächen, bei denen ein Wassertropfen einen Randwinkel > 150° einnimmt, wird als benetzende Flüssigkeit vorzugsweise eine Flüssigkeit eingesetzt, die eine geringere Oberflächenspannung als Wasser aufweist und die vorzugsweise mit Wasser zumindest teilweise mischbar ist. Ganz besonders bevorzugt ist die benetzende Flüssigkeit Aceton, Acetonitril oder Alkohol, vorzugsweise Isopropanol, oder deren Mischung. Diese benetzenden Flüssigkeiten weisen vorzugsweise einen Wassergehalt < 50 Vol-%, besonders bevorzugt < 30 Vol-% und ganz besonders bevorzugt < 10 Vol-% auf.
Bei Oberflächen, bei denen ein Öltropfen einen Randwinkel > 150° einnimmt, wird als benetzende Flüssigkeit vorzugsweise eine Flüssigkeit eingesetzt, die eine geringere Oberflächenspannung als Öl aufweist . Ganz besonders bevorzugt wird Aceton eingesetzt.
Vorzugsweise wird die benetzende Flüssigkeit jeweils als Tropfen auf die ultraphobe Fläche dosiert, wobei die Anzahl der benetzenden Tropfen < der Anzahl der auf der ultraphoben Oberfläche abzulegenden Tropfen sein sollte. Vorzugsweise beträgt das Volumen des benetzenden Tropfens 10"1 - 10"9- fache des Volumens des abzulegenden Tropfens, wobei das Verhältnis unmittelbar vor dem Absetzen des Tropfens entscheidend ist, insbesondere, weil viele eine ultraphobe Oberfläche benetzende Flüssigkeiten bei Raumtemperatur einen hohen Dampfdruck haben und somit schnell verdunsten.
Die ultraphobe Oberfläche kann durch eine Entfernung aller Flüssigkeitsanteile gereinigt und wiederverwendet werden. Die ultraphobe Oberfläche weist dann keine hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche mehr auf. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Analyse jeglicher Flüssigkeit, wie sie beispielsweise aus der Wirkstofforschung bekannt sind. Ebenfalls bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse von Biomolekülen und/oder biologischem Material, insbesondere Nukleinsäuren, Nukleinsäureanaloga, Spiegelmere, Aptamere, Ribozyme, Polypeptide, Peptiden oder Proteinen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur massenspektroskopischen und/oder optischen Analyse von Biomolekülen oder biologischem Material. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt, einen Wassertropfen mit einem Lösemitteltropfen an einer ultraphoben Oberfläche zu immobilisieren, auch wenn das Volumen des Wassertropfens das des Lösemitteltropfens um das 101 - ιo9- fache übersteigt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 - 5 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flächengebildes mit Kühlung.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer benetzenden Flüssigkeit.
Figur 3 zeigt die Erzeugung eines hydrophilen Bereiches durch Kristallisation.
Figur 4 zeigt eine ultraphobe Oberfläche mit einer Vielzahl hydrophiler Bereiche.
Figur 5 zeigt ein Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche als Einmalartikel.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Flächengebilde mit einer Kühlung. In dem vorliegenden Fall ist das Flächengebilde eine Folie 4 mit einer ultraphoben Oberfläche, auf der ein Wassertropfen bei Raumtemperatur einen Randwinkel von 174° einnimmt und der Abrollwinkel < 10° beträgt. Die Folie 4 wird mit einem Peltierelement 5 und einem Durchflußkühler 6 gekühlt. Das Peltierelement ist mit einem Temperatursensor (nicht dargestellt) verbunden, mit dem die Temperatur der ultraphoben Oberfläche auf einen Wert < - 16°C geregelt wird. Bei diesen Temperaturen bildet sich eine dünne Reifschicht 7. Ein Wassertropfen 8, der auf die ultraphobe Oberfläche mit einer Geschwindigkeit von < 4m/s dosiert wird, bleibt an dieser hängen und prallt nicht ab. In dem vorliegenden Fall werden mehrere Tropfen 8 auf eine Stelle der ultraphoben Oberfläche dosiert, so dass sich ein größerer Tropfen 9 bildet. Bei einer dünnen Reifschicht friert dieser Tropfen nicht und weist einen Randwinkel von ca. 120° auf.
Figur 2a zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer benetzenden Flüssigkeit. Die benetzende Flüssigkeit 1 wird in Form eines Tropfens auf eine ultraphobe Oberfläche 4 dosiert, auf der ein Wassertropfen in Abwesenheit einer benetzenden Flüssigkeit einen Randwinkel von 174° einnimmt und der Abrollwinkel < 10° beträgt. Bekanntermaßen weisen ultraphobe Oberflächen eine gewisse Topographie auf, die schematisch mit den Ausbuchtungen 10 und den dazwischen liegenden Einbuchtungen 11 symbolisiert sind. Die ultraphobe Oberfläche wird durch die benetzende Flüssigkeit 1, in dem vorliegenden Fall Aceton, benetzt. Auf diesen benetzten Teil der ultraphoben Oberfläche 4 wird sodann ein Wassertropfen 2 dosiert (vgl. Figur 2b), der sehr viel größer ist als der Tropfen 2 mit dem die ultraphobe Oberfläche benetzt wurde. Der Wassertropfen ist somit fest auf der ultraphoben Oberfläche abgelagert. Die Pfeile in Figur 2b deuten die Diffusion zwischen der benetzenden Flüssigkeit 1 und dem Wassertropfen 2 an. Figur 2c zeigt den Zustand nach einiger Zeit. Das Wasser hat sich mit dem Aceton vermischt, so dass die ultraphobe Oberfläche an bestimmten Stellen durch dieses Gemisch benetzt wird. Diese Benetzung bleibt jedoch auf den ursprünglich von Aceton benetzten Bereich beschränkt.
Figur 3 zeigt die Erzeugung von hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen auf einer ultraphoben Oberfläche durch eine Ablagerung. In Figur 3a ist ein Ausschnitt der planen Oberfläche 12 eines Probenträgers 13 dargestellt. Die Oberfläche ist ultraphob, so daß ein 10 μl Wassertropfen einen Randwinkel von > 174° und einen Abrollwinkel von < 10° auf ihr einnimmt. Auf die ultraphobe Oberfläche wird ein Flüssigkeitstropfen 14 abgesetzt, der sie benetzt und in dem eine Substanz X gelöst oder suspendiert vorliegt. Nach der Auftragung des Tropfens 14 wird das Lösungsmittel verdampft und es bildet sich die kristalline Ablagerung 15 (Figur 3b), die im wesentlichen aus der Substanz X und gegebenenfalls Resten des Lösungsmittels besteht. Die Substanz X kann beispielsweise eine MALDI-Matrix sein. Die Fläche der Ablagerung 15 resultiert aus der Größe des Tropfens 14 und dem gewählten Lösungsmittel und kann dadurch sehr genau eingestellt werden. Der Fachmann erkennt, daß die ultraphobe Oberfläche in der Regel mehrere Ablagerungen 15 aufweisen wird, die in einem gewissen seitlichen Abstand zueinander und vorzugsweise in einem bestimmten Raster auf der ultraphoben Oberfläche angeordnet sind. Die Ablagerung 15 stellt einen hydrophilen und/oder oleophilen Bereich dar, der von ultraphoben Bereichen vollständig umschlossen ist. Die Ablagerung 15 kann nach dem jeweiligen Experiment von der ultraphoben Oberfläche entfernt werden, so daß diese wiederverwendet werden kann. Die Reinigung der ultraphoben Oberfläche kann beispielsweise mit einem Lösungsmittel erfolgen.
Figur 3 c zeigt die weitere Verwendung der Ablagerung 15, die einen hydrophilen und/oder oleophilen Bereich darstellt. Ein Tropfen 16, der die ultraphobe Oberfläche 12 nicht benetzt und der an einer Pipette oder an einem Stab hängt, wird mit dem hydrophilen Bereich 15 in Kontakt gebracht wird. Der Tropfen 16 weist beispielsweise biologisches Material auf. Durch die Ultraphobizität der Oberfläche 12, die den hydrophilen Bereich 15 vollständig umschließt, ist der Randwinkel des Tropfens 16 so groß, daß er nur den hydrophilen Bereich 15 und nicht den ultraphoben Bereich 12 berührt. Diese Konfiguration hat den Vorteil, daß der Tropfen 16 durch die ultraphobe Oberfläche 12 nicht kontaminiert wird oder Substanzen aus dem Tropfen 16 beispielsweise durch Adsorption an die ultraphobe Oberfläche transportiert werden und damit für die folgende Analyse nicht mehr zur Verfügung stehen. Figur 4d zeigt die Situation nachdem der Tropfen 16 von dem hydrophilen Bereich 15 abgehoben worden ist. Ein kleiner Teil 17 des Tropfens 16 bleibt an dem hydrophilen Bereich 15 hängen. Das Volumen der Flüssigkeit 17, das an dem hydrophilen Bereich 15 haftet ist abhängig von dessen jeweiliger Fläche und sehr viel kleiner als das Volumen des Tropfens 16, so daß der Dosiervorgang mit einem Tropfen 16 mehrfach wiederholt werden kann. Bei identischer Größe der Fläche der hydrophilen Bereiche 15 und derselben Flüssigkeit 16 haftet bis auf einen kleinen Fehler immer dieselbe Menge an Flüssigkeit 17 an den hydrophilen Bereichen 15. Da die Flüssigkeit 17 ebenfalls niemals mit der ultraphoben Fläche in Berührung kommt, wird sie von dieser auch nicht kontaminiert bzw. werden aus der Flüssigkeit 17 keine Stoffe an die ultraphobe Oberfläche 12 übertragen. Die Flüssigkeit 17 kann sodann optisch und/oder massenspektrometrisch analysiert werden. Dafür können der Flüssigkeit 17 weitere Reagentien zugeführt werden. Des weiteren kann die Flüssigkeit auch eingedampft und dann optisch und/oder massenspektrometrisch analysiert werden. Dieser Vorgang ist in Figur 3e dargestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß die zu analysierenden Proben 17 bei deren Analyse nicht kontaminiert werden, so daß beispielsweise Massenspektren oder Fluoreszenzaufnahmen oder Fluoreszenzspektren hoher Qualität mit einem geringen Hintergrundsignal von den Proben 17 aufgenommen werden können.
Figur 4 zeigt eine ultraphobe Oberfläche 18 mit einer Vielzahl hydrophiler Bereiche 19, die von den ultraphoben Bereichen vollständig umschlossen sind.
Figur 5 zeigt das Flächengebilde 101 , dass aus einer ersten Schicht 201 mit einer ultraphoben Oberfläche 301 und einer Trägerschicht 401 besteht. Die erste Schicht 201 ist auf der Trägerschicht mittels einer Klebschicht 501 fixiert. Der Fachmann erkennt, dass die Klebschicht 501 nicht notwendigerweise vorhanden sein muß. Die Klebschicht 501 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der ersten Schicht 201 und dem Trägermaterial besteht.

Claims

Patentansprüche:
1. Flächengebilde, insbesondere Platte, mit einer ultraphoben Oberfläche, auf der hydrophile und/oder oleophile Bereiche reversibel erzeugbar sind.
2. Flächengebilde nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen jeweils von ultraphoben Bereichen vollständig umschlossen sind.
3. Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche zumindest teilweise gemäß einem bestimmten Muster auf der Oberfläche verteilt sind.
4. Flachengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie aufweist, bei der die Ortsfrequenz f der einzelnen Fourierkomponenten und deren Amplituden a(f) ausgedrückt durch das Integral S(log (f)) = a(f) • f errechnet zwischen den Integrationsgrenzen log (fi/μm"1) = -3 und log (f2/μm"1) = 3, mindestens 0,3 beträgt und die aus ultraphoben Polymeren oder haltbar ultraphoben Materialien besteht und/oder mit einem Überzug aus einem hydrophoben und/oder oleophoben Material versehen ist.
5. Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche jeweils eine Fläche von 1 μm2 - 10 mm2 aufweisen.
6. Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrophile Bereich mindestens eine Ablagerung, vorzugsweise eine erstarrte Substanz auf der Oberfläche ist.
7. Flächengebilde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel zur vorzugsweise lokalen Kühlung der ultraphoben Oberfläche aufweist.
8. Flächengebilde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphoben Oberfläche auf Temperaturen < - 5°C, vorzugsweise < -15°C abkühlbar ist.
9. Flächengebilde nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erstarrte Substanz mindestens eine Komponente der Gasphase ist, die sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet und die auf der ultraphoben Oberfläche gefriert.
10. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erstarrende Substanz zumindest Eis, vorzugsweise Eiskristalle, und die Komponente der Gasphase zumindest Wasserdampf ist.
11. Flächengebilde nach Anspruch 6 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel zur Einstellung des Dampfdrucks mindestens einer Komponente der Gasphase, die sich in der Umgebung der ultraphoben Oberfläche befindet, aufweist.
12. Flächengebilde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagerung eine Substanz ist, die in gelöster und/oder suspendierter Form auf die ultraphobe Oberfläche dosiert und deren flüssige Phase bzw. Lösungsmittel abgedampft wurde.
13. Flächengebilde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Phase bzw. das Lösungsmittel die ultraphobe Oberfläche benetzt.
14. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 6, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erstarrte Substanz eine MALDI-Matrix und/oder biologisches Material ist.
15. Planes Flächengebilde mit einer ultraphoben Oberfläche mit hydrophilen und/oder oleophilen Bereichen, die jeweils von ultraphoben Bereichen vollständig umschlossen sind.
16. Flächengebilde nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche zumindest teilweise gemäß einem bestimmten Muster auf der Oberfläche verteilt sind.
17. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie aufweist, bei der die Ortsfrequenz f der einzelnen Fourierkomponenten und deren Amplituden a(f) ausgedrückt durch das Integral S(log (f)) = a(f) • f errechnet zwischen den Integrationsgrenzen log (fι/μm_1) = -3 und log (fi/μm"1) = 3, mindestens 0,3 beträgt und die aus ultraphoben Polymeren oder haltbar ultraphoben Materialien besteht und/oder mit einem Überzug aus einem hydrophoben und/oder oleophoben Material versehen ist.
18. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 15 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche jeweils eine Fläche von 1 μm2 - 10 mm2 aufweisen.
19. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 15 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Oberfläche im wesentlichen ultraphob ist und dass die hydrophilen und/oder oleophilen Bereiche durch eine Modifikation der obersten Moleküllage der ultraphoben Oberfläche erzeugt worden sind.
20. Flächengebilde (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche mit einer ersten Schicht (201) mit einer ultraphoben Oberfläche (301) und mit einer Trägerschicht (401), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (201) auf einer Trägerschicht (401) reversibel aufgebracht ist und die maximale lokale Abweichung des Flächengebildes von der Planheit < 100 μm beträgt.
21. Flächengebilde nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (201 ) auf die Trägerschicht (401 ) aufgeklebt ist.
22. Flächengebilde nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Schicht (201 ) und der Trägerschicht (401 ) ein elektrischer Kontakt besteht.
23. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 20 - 22, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche (3) mindestens einen hydrophilen Bereich aufweist.
24. Flächengebilde nach einem der Ansprüche 20 - 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (2) ein Wegwerfartikel ist.
25. Verfahren zur Ablagerung eines Flüssigkeitstropfens auf einem Flächengebilde gemäß einem der Absprüche 6 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche zumindest lokal so abgekühlt wird, dass durch die Kühlung zumindest lokal eine Substanz auf der ultraphoben Oberfläche erstarrt und dass der Flüssigkeitstropfen auf der erstarrten Substanz abgelegt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erstarrte Substanz Eis ist.
27. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flüssigkeitstropfen an einer Stelle abgesetzt werden und somit ein größerer Flüssigkeitstropfen erzeugt wird.
28. Verfahren zur Herstellung eines Flächengebildes gemäß einem der Absprüche 6 und 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf die ultraphobe Oberfläche eine Substanz in vorzugsweise gelöster und/oder suspendierter Form vorzugsweise tropfenförmig dosiert und die die ultraphobe Oberfläche benetzende flüssige Phase bzw. das Lösungsmittel anschließend abgedampft wird.
29. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz eine MALDI-Matrix ist.
30. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Substanz zur spezifischen oder unspezifischen Bindung von biologischem Material eignet.
31. Verfahren zur Ablagerung eines Flüssigkeitstropfens (2) auf einem Flächengebilde gemäß einem der Absprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die ultraphobe Oberfläche eine sie benetzende Flüssigkeit (1) und bevor diese verdunstet ist darauf mindestens ein die ultraphobe Oberfläche nicht benetzender Flüssigkeitstropfen (2) abgelegt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die benetzende Flüssigkeit (1) in Form eines Tropfens (3) auf der ultraphobe Oberfläche abgelegt wird.
33. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Tropfens (3) sehr viel kleiner ist als das Volumen des Tropfens (1).
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 - 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (1 ) eine geringere Oberflächenspannung als Wasser aufweist und vorzugsweise in der Flüssigkeit des Tropfens (2) lösbar ist
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 26- 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (1) Aceton, Acetonitril, Alkohol, besonders bevorzugt Isopropanol ist.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 - 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstropfen (2) biologisches Material aufweist.
37. Verwendung der Flächengebilde nach einem der Ansprüche 1 - 24 und der Verfahren 25 - 36 zur massenspektroskopischen und/oder optischen Analyse oder zur DNA Sequenzierung mit Hilfe der Methode Peptidnuceleinsäure (PNA).
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