WO2004020659A1 - Erkennungsschichten aus hydrogel auf der basis von polyacrylamid für die biosensorik - Google Patents

Erkennungsschichten aus hydrogel auf der basis von polyacrylamid für die biosensorik Download PDF

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hydrophilic
polyacrylamide
hydrophilic immobilization
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Hans-Dieter Feucht
Walter Gumbrecht
Manfred Stanzel
Heinrich Zeininger
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001—Enzyme electrodes
    • C12Q1/002—Electrode membranes

Definitions

  • the present invention relates to an immobilization layer for biosensors and their use for the production of biosensory detection layers, in particular for the production of so-called DNA chips.
  • biosensors are increasingly used in which a biological detection system is linked to a physical transducer.
  • Recognition systems are understood to be biological recognition molecules, such as antibodies, enzymes, nucleic acids and the like, which are bound to a support (transducer) via a so-called immobilization layer.
  • Transducer a support
  • immobilization layer a support
  • Mainly calorimetric, piezoelectric, optical and electrochemical principles are used as transducers.
  • the detection systems or originally the immobilization layers, are usually immobilized in approximately two-dimensional layers on the transducer systems.
  • the recognition molecules can be immobilized by 5 covalent bonds, by affinity interaction, but also by hydrophilic / hydrophobic interactions. For reasons of stability, covalent bonds are preferred, but the formation of stable complexes, such as biotin / avidin, is also successfully used.
  • a good overview of the structure of almost two-dimensional biological recognition layers is given by I. Willner, E. Katz: "Redox protein layers on conductive supports - systems for bioelectronic applications" in Angew. Chem. 2000, 112, pp. 1230-69.
  • the biological function carriers ie the recognition molecules
  • the biological function carriers are often replaced by alkoxysilanes, which are known as contain linker groups, but are also immobilized with the aid of cyanuric chloride or carbodiimide.
  • recognition molecules labeled with tiolalkyl are used, which are immobilized on the transducer surface via sulfur-gold bonds in the form of so-called self-assembly layers.
  • WO 00/43539 describes the construction of a three-dimensional DNA recognition layer by immobilizing the DNA capture probes in the form of polymer brushes.
  • Timofeev et al. describes a chemically modified, radically crosslinked polyacrylamide which can be used, for example, for immobilizing capture oligos (EN Timofeev et al., Regioselective Immobilization of Short Oligonucleotides to Acrylic Copolymer Gels, Nucleic Acids Research, 1966, Vol. 24, 16, 3142-3148).
  • amino or aldehyde groups are used as coupling groups in the hydrogel.
  • Aldehyde- or amino-functionalized scavenger oligos can be covalently immobilized on these coupling groups under reductive reaction conditions.
  • the object of the present invention is to produce a hydrophilic immobilization layer for biosensor applications based on a hydrogel and to use such immobilization layers to generate recognition layers by covalently coupling biological recognition molecules.
  • the present invention solves this problem by using free-radically crosslinked or photo-structured hydrogels as the immobilization layer.
  • hydrogels are described in the applicant's German patent applications "Radically crosslinkable composition for producing a hydrogel layer” or "Photo-structurable composition for producing a hydrogel layer” (file number not yet known).
  • the present invention accordingly relates to a hydrophilic immobilization layer for biosensors made from a free-radically crosslinked hydrogel based on polyacrylamide, the starting composition comprising acrylamide, crosslinking agents, radical initiators, at least one comonomer with reactive linker groups and optionally plasticizers and other additives.
  • the subject of the present compound is also a hydrophilic immobilization layer made of a photostructured hydrogel based on polyacrylamide, the starting composition being acrylamide, crosslinking agent, photoinitiators, at least one film former, at least one comonomer with reactive linker groups and optionally plasticizers and other additives.
  • the systems according to the invention allow the construction of sensor arrays with biological recognition molecules in a three-dimensional matrix with a high integration density.
  • compositions which ensure the miscibility of the monomers involved and the initiators.
  • Commercial additives can be used to reduce the surface tension.
  • a water-swellable hydrogel is obtained, into which biological or chemical recognition molecules for analytical or diagnostic applications are coupled in using the linker groups while maintaining their functionality can.
  • the present invention accordingly also relates to the use of the immobilization layers for the production of biosensory recognition layers by (covalent) coupling or immobilization of chemical or biological recognition molecules, the recognition molecules preferably being scavenger oligonucleotides.
  • the starting composition for generating the hydrogel layer (immobilization layer) can be applied to the suitable carrier using all modern coating technologies. However, spin coating and dispensing are preferably used.
  • the properties of the hydrogel layer to be produced with regard to hydrophilicity, crosslinking density, swellability, etc. can be varied widely by the type of starting components used, their relationship to one another and ultimately the type of layer formation.
  • the hydrogel matrix can be adapted to the biological recognition molecules used, in particular with regard to the crosslinking density.
  • the crosslinking density will be controlled by the type and concentration of the crosslinking molecules used, such as acrylic and / or methacrylic compounds, in particular methylenebis (meth) acrylamide and / or dimethacrylic acid esters, such as tetraethylene glycol dimethacrylate.
  • the hydrogel mixture can also be adapted to the coating method preferred for the specific application.
  • a polymeric film former such as polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide and / or polyhydroxymethacrylate
  • high-boiling solvents such as.
  • ethylene glycol can be used for the hydrogel mixture, which do not evaporate completely during spin coating and thus as a plasticizer in the
  • the residual solvent content can then be further reduced in a targeted manner by means of a prebake step before crosslinking, and thus the polymerization yield or the resulting layer thickness can be controlled. If necessary, additional plasticizer systems, such as di- and / or triethylene glycol, can be added.
  • the hydrogel mixture in solution is applied in drops, depending on the transducer dimensions, in sizes from a few microliters to one nanoliter.
  • the dispensing are high-boiling solvents, which have a long enough life for the drop have at the tip of the dispensing cannula used. This makes the dosing and settling of the drop reproducible.
  • the boiling point of the solvent must not be too high to allow the solvent to evaporate sufficiently quickly from the settled drop.
  • a tempering step to control the residual solvent content may be required. According to the invention, preference is given to using dimethylformamide and / or ethylene glycol for dispensing the hydrogel mixture.
  • the hydrogel mixture can be applied in layer or spot form on transducer or carrier surfaces made of metal, glass, silicon, silicon dioxide, silicon nitride or plastic.
  • Surfaces with topography which consist of different materials, such as.
  • B. Interdigital electrode arrays are coated on silicon nitride as passivation.
  • the coating of surfaces also includes the coating of inner surfaces of microchannels or nanotubes.
  • the surfaces to be coated are optionally coated with an adhesion promoter.
  • the hydrogel layer is polymerized and crosslinked by thermal or UV initiation.
  • the hydrogel layer can also be structured by contact or proximity exposure through a mask.
  • the hydrogel layer works like a negative resist. Polymerization and crosslinking take place in the irradiated area. There is no reaction in the darkened areas.
  • the hydrogel mixture found here is detached from the substrate in a development step. Auxiliary components such as polymeric film formers or plasticizers can be removed from the crosslinked hydrogel layer by extraction. Under certain circumstances, this step can take place at the same time as the actual equipment step.
  • the bioglogical or chemical detection systems are preferably made from aqueous solution, from aqueous buffer solution or applied to the immobilization layer from mixtures of polar solvents with water. It is applied by dripping on or spotting on / dispensing.
  • the solution with the biological or chemical recognition molecules can also be brought to the crosslinked hydrogel layer by transport through the fluidic system itself.
  • Cross-linked hydrogel spots which are surrounded by a protective ring, are advantageously used for the precise loading of measuring spots.
  • a tempering step may be required for the covalent coupling of the biological or chemical recognition molecules, which are provided with a coupling group that matches the linker group present in the crosslinked hydrogel.
  • a inoalkyl groups are particularly suitable for coupling to the linker groups epoxy and maleic anhydride.

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Abstract

Hydrophile Immobilisierungsschicht für Biosensoren aus einem radikalisch vernetzbaren Hydrogel auf Basis von Polyacrylamid, wobei die Ausgangszusammensetzung Acrylamid, Vernetzungsmittel, Radikalinitiator(en), wenigstens ein Comonomer mit reaktiven Linkergruppen und gegebenenfalls Weichmacher umfasst, oder aus einem fotostrukturierten Hydrogel auf Basis von Polyacrylamid, wobei die Ausgangszusammensetzung Acrylamid, Vernetzungsmittel, Fotoinitiatoren, wenigstens einen Filmbildner, wenigstens ein Comonomer mit reaktiven Linkergruppen und gegebenenfalls Weichmacher umfasst.

Description

Beschreibung
E KENNUNGSSSCHICHTEN AUS HYDROGEL AUF DER BASIS VON POLYACRYLAMID FÜR DIE BIOSENSORIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Immobilisierungsschicht für Biosensoren sowie ihre Verwendung zur Erzeugung von biosensorischen Erkennungsschichten, insbesondere zur Erzeugung von sogenannten DNA-Chips .
In der modernen biologischen Analysentechnik, aber auch in der medizinischen Diagnostik, werden in zunehmendem Maße Biosensoren eingesetzt, bei denen ein biologisches Erkennungssystem mit einem physikalischen Transducer verknüpft ist. Unter Erkennungssystemen versteht man biologische Erkennungsmo- leküle, wie Antikörper, Enzyme, Nucleinsäuren und dergleichen, welche über eine sogenannte Immobilisierungsschicht an einem Träger (Transducer) gebunden sind. Als Transducer werden hauptsächlich kalorimetrische, piezoelektrische, optische und elektrochemische Prinzipien verwendet. 0
Die Erkennungssysteme, respektive ursprünglich die Immobilisierungsschichten, werden dabei meist in annähernd zwei- di ensionalen Schichten auf den Transducersystemen immobilisiert. Die Immobilisierung der Erkennungsmoleküle kann durch 5 kovalente Bindungen, durch Affinitätswechselwirkung aber auch durch hydrophil/hydrophobe Wechselwirkungen erfolgen. Aus Stabilitätsgründen werden kovalente Bindungen bevorzugt, jedoch kommt auch die Bildung stabiler Komplexe, wie zum Beispiel Biotin/Avidin, erfolgreich zum Einsatz. Einen guten 0 Überblick über den Aufbau annähernd zwei-dimensionaler biologischer Erkennungsschichten geben I. Willner, E. Katz: "Re- doxproteinschichten auf leitenden Trägern - Systeme für bioelektronische Anwendungen" in Angew. Chem. 2000, 112, S. 1230-69. 5 Bei Transducer-Oberflächen, welche NH- oder OH-Gruppen enthalten, werden die biologischen Funktionsträger, d.h. die Erkennungsmoleküle, häufig durch Alkoxysilane, welche sogenann- te Linkergruppen enthalten, aber auch mit Hilfe von Cyanurch- lorid oder Carbodiimid immobilisiert. Zur Ausrüstung goldhaltiger Transduceroberflächen werden mit T iolalkyl gelabelte Erkennungsmoleküle eingesetzt, die über Schwefel-Gold- Bindungen in Form von sogenannten Self-Assembly-Schichten auf der Transduceroberflache immobilisiert werden. Ein interessanter Ansatz zur Immobilisierung von Nucleinsäuren auf Transduceroberflächen ist die photochemisch unterstützte Synthese von Affymetrix (Light-directed spatially addressable parallel chemical synthesis, S.P.A. Fodor et al . , Science 251, 767-773 (1991) ) .
Zur Steigerung der Empfindlichkeit von Biosensoren sowie zur Optimierung der Reproduzierbarkeit der damit erhaltenen Mess- ergebnisse ist der Einsatz dreidimensionaler Immobilisierungsschichten für die biologischen Erkennungsmoleküle sinnvoll. Die Firma Schleicher & Schüll GmbH bietet unter dem Namen FAST™ Südes DNA-Chips an, in welchen die Fänger-Oligos in einer drei-dimensionalen Nitrocellulose-Membran immobili- siert sind (BioMolecular Screening, Catalog 2001, intern. Edit. Fa. Schleicher & Schüll) .
In der WO 00/43539 ist der Aufbau einer dreidimensionalen DNA-Erkennungsschicht durch Immobilisierung der DNA-Fänger- Sonden in Form von Polymer-Brushes beschrieben.
Von Timofeev et al . wird ein chemisch modifiziertes, radikalisch vernetztes Polyacrylamid beschrieben, das zum Beispiel für die Immobilisierung von Fänger-Oligos eingesetzt werden kann (E. N. Timofeev et al . , Regioselective Immobilization of Short Oligonucleotides to Acrylic Copolymer Gels, Nucleic Acids Research, 1966, Vol.24, No . 16, 3142-3148). Hier werden als Kopplungsgruppen im Hydrogel Amino- oder Aldehydgruppen verwendet. Aldehyd- bzw. Amino-funktionalisierte Fänger- Oligos können an diese Kopplungsgruppen unter reduktiven Reaktionsbedingungen kovalent immobilisiert werden. Das bedeutet aber, dass neben der eigentlichen Kopplungsreaktion zwi- sehen A ino- und Aldehydgruppe, bzw. umgekehrt, ein zusätzlicher Reduktionsschritt unter Einsatz von Reduktionsmitteln erforderlich ist. Weitere von Timofeev et al . beschriebene Methoden zur chemischen Aktivierung des vernetzten Polyacryl- a ids erfordern ebenfalls zusätzliche Reaktionsschritte in der Polymermatrix.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erzeugung einer hydrophilen ImmobilisierungsSchicht für biosensorische Anwen- düngen auf Basis eines Hydrogels sowie die Verwendung solcher Immobilisierungsschichten zur Erzeugung von Erkennungsschichten durch kovalente Einkopplung biologischer Erkennungsmoleküle.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe unter Verwendung von radikalisch vernetzten oder fotostruktruierten Hydrogelen als Immobilisierungsschicht. Solche Hydrogele sind in den deutschen Patentanmeldungen "Radikalisch vernetzbare Zusammensetzung zur Erzeugung einer Hydrogelschicht" bzw. "Foto- strukturierbare Zusammensetzung zur Erzeugung einer Hydrogelschicht" (Aktenzeichen noch nicht bekannt) der Anmelderin beschrieben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach einmal eine hydrophile ImmobilisierungsSchicht für Biosensoren aus einem radikalisch vernetzten Hydrogel auf Basis von Polyacrylamid, wobei die AusgangsZusammensetzung Acrylamid, Vernetzungsmittel, Radikalinitiatoren, wenigstens ein Comonomer mit reaktiven Linkergruppen und gegebenenfalls Weichmacher sowie sons- tige Additive umfasst.
Gegenstand der vorliegenden Verbindung ist auch eine hydrophile Immobilisierungsschicht aus einem fotostrukturierten Hydrogel auf Basis von Polyacrylamid, wobei die Ausgangs- Zusammensetzung Acrylamid, Vernetzungsmittel, Fotoinitiatoren, wenigstens einen Filmbildner, wenigstens ein Comonomer mit reaktiven Linkergruppen und gegebenenfalls Weichmacher sowie andere Additive umfasst.
Die erfindungsgemäßen Systeme erlauben den Aufbau von Sensor- arrays mit biologischen Erkennungsmolekülen in einer dreidimensionalen Matrix in hoher Integrationsdichte.
Bevorzugte Ausführungsformen bzw. Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen hydrophilen Immobilisierungsschichten ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 10.
Den Zusammensetzungen können gegebenenfalls weitere Komponenten beigefügt werden, welche die Mischbarkeit der beteiligten Monomere und der Initiatoren gewährleisten. Zur Herabsetzung der Oberflächenspannung können handelsübliche Additive verwendet werden.
Nach Schichtherstellung auf einem Transducersystem und thermischer bzw. Fotovernetzung oder Fotopolymerisation oder Fo- tostrukturierung bzw. Polymerisationsstrukturierung wird ein mit Wasser quellbares Hydrogel erhalten, in das unter Verwendung der Linkergruppen biologische oder chemische Erkennungs- molküle für analytische oder diagnostische Anwendungen unter Erhalt ihrer Funktionsfähigkeit eingekoppelt werden können. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demzufolge auch die Verwendung der Immobilisierungsschichten zur Herstellung von biosensorischen Erkennungsschichten durch (kovalentes) Einkuppeln bzw. Immobilisieren von chemischen oder biologischen Erkennungsmolekülen, wobei die Erkennungsmoleküle vorzugswei- se Fänger-Oligonukleotide sind.
Grundsätzlich kann die AusgangsZusammensetzung zur Erzeugung der Hydrogelschicht (Immobilisierungsschicht) mit allen modernen Beschichtungstechnologien auf die geeigneten Träger aufgebracht werden. Bevorzugt werden jedoch Spin-Coating sowie Dispensieren angewendet. Die Eigenschaften der zu erzeugenden Hydrogelschicht bezüglich Hydrophile, Vernetzungsdichte, Quellbarkeit, etc. lassen sich in weiten Bereichen durch die Art der verwendeten Ausgangskomponenten, deren Verhältnis zueinander und letztend- lieh der Art der Schichtbildung variieren.
Die Hydrogelmatrix kann an die zum Einsatz kommenden biologischen Erkennungsmoleküle, insbesondere im Hinblick auf die Vernetzungsdichte, angepasst werden. Die Vernetzungsdichte wird durch Art und Konzentration der verwendeten Vernetzermoleküle, wie Acryl- und/oder MethacrylVerbindungen, insbesondere Methylenbis (meth) acrylamid und/oder Dimethacrylsäu- reester, wie Tetraethylenglycoldimethacrylat, gesteuert werden.
Die Hydrogelmischung kann auch an das für den speziellen Anwendungszweck bevorzugte Beschichtungsverfahren angepasst werden.
Für Spin-Coating kommt zum Einen die Verwendung eines polyme- ren Filmbildners, wie Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid und/oder Polyhydroxymethacrylat, in Frage. Zum anderen können hochsiedende Lösungsmittel, wie z. B. Ethylenglykol, für die Hydrogelmischung verwendet werden, die beim Spin-Coating nicht vollständig verdampfen und so als Weichmacher in der
Schicht verbleiben. Der Restlösemittelgehalt kann dann durch einen Prebake-Schritt vor der Vernetzung gezielt weiter reduziert und somit u.a. die Polymerisationsausbeute bzw. die resultierende Schichtdicke gesteuert werden. Gegebenenfalls können zusätzliche Weichmachersysteme, wie Di- und/oder Triethylenglykol, zugesetzt werden.
Bei der Schichtbildung durch Dispensieren wird die Hydrogelmischung in Lösung je nach Transducerdimensionen in Tropfen in einer Größe von einigen Mikrolitern bis zu einem Nanoliter aufgebracht. Für das Dispensieren werden hochsiedenden Lösemittel, die eine ausreichend lange Lebensdauer des Tropfens an der Spitze der Dispensierkanüle aufweisen, verwendet. Damit wird das Dosieren und Absetzen des Tropfens reproduzierbar. Andererseits darf der Siedepunkt des Lösungsmittels nicht zu hoch sein, um ein ausreichend rasches Abdampfen des Lösungsmittels aus dem abgesetzten Tropfen zu ermöglichen. Gegebenenfalls ist hier ein Temperschritt zur Steuerung des Gehalts an Restlösemittel erforderlich. Erfindungsgemäß kommen für das Dispensieren der Hydrogelmischung bevorzugt Dirnethylformamid und/oder Ethylenglykol zum Einsatz.
Die Hydrogelmischung kann in Schicht- oder Spotform auf Transducer- oder Trägeroberflächen aus Metall, Glas, Silici- um, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder Kunststoff aufgebracht werden. Es können auch Oberflächen mit Topographie, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wie z. B. In- terdigitalelektrodenarrays auf Siliciumnitrid als Passivie- rung, beschichtet werden. Die Beschichtung von Flächen schließt auch die Beschichtung innerer Oberflächen von Mikro- kanälen oder Nanotubes ein. Die zu beschichtenden Oberflächen sind gegebenenfalls mit einem Haftvermittler beschichtet.
Die Polymerisation und Vernetzung der Hydrogelschicht erfolgt durch thermische oder UV-Initiierung. Bei UV-Initiierung kann auch eine Strukturierung der Hydrogelschicht durch Kontakt- bzw. Proximitybelichtung durch eine Maske erfolgen. Die
Hydrogelschicht arbeitet hier wie ein Negativ-Resist . Im bestrahlten Bereich wird polymerisiert und vernetzt. In den abgedunkelten Bereichen findet keine Reaktion statt. Die hier befindliche Hydrogelmischung wird in einem Entwicklungs- schritt wieder vom Substrat abgelöst. Hilfskomponenten wie polymere Filmbildner oder Weichmacher können durch Extraktion aus der vernetzten Hydrogelschicht entfernt werden. Dieser Schritt kann unter Umständen zeitgleich mit dem eigentlichen Ausrüstungsschritt erfolgen.
Die bioglogischen oder chemischen Erkennungssysteme werden vorzugsweise aus wässriger Lösung, aus wässriger Pufferlösung oder aus Gemischen polarer Lösungsmittel mit Wasser auf die Immobilisierungsschicht aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt durch Auftropfen oder Aufspotten/Aufdispensieren. In Nanotu- bes oder Mikrokanäle kann das Heranbringen der Lösung mit den biologischen oder chemischen Erkennungsmolekülen an die vernetzte Hydrogelschicht auch durch den Transport durch das fluidische System selbst erfolgen. Für die zielgenaue Beladung von Messspots werden vorteilhafterweise vernetzte Hydro- gelspots verwendet, die von einem Schutzring umgeben sind.
Für das kovalente Ankoppeln der biologischen oder chemischen Erkennungsmoleküle, die mit einer zur im vernetzten Hydrogel vorhandenen Linkergruppe passenden Kopplungsgruppe versehen sind, kann je nach Reaktivität ein Temperschritt erforderlich sein. Um das Austrocknen der Hydrogelschicht während der
Kopplungsreaktion zu verhindern, kann in einer Klimakammer gearbeitet werden. Besonders geeignet für die Ankopplung an die Linkergruppen Epoxyd und Maleinsäureanhydrid sind A ino- alkylgruppen.

Claims

Patentansprüche
1.. Hydrophile Immobilisierungsschicht für Biosensoren aus einem radikalisch vernetzten Hydrogel auf Basis von Po- lyacrylamid, wobei die Ausgangszusammensetzung Acrylamid, Nernetzungsmittel, Radikalinitiator (en) , wenigstens ein Comonomer mit reaktiven Linkergruppen und gegebenenfalls Weichmacher umfasst.
2. Hydrophile Immobilisierungsschicht aus einem fotostrukturierten Hydrogel auf Basis von Polyacrylamid, wobei die AusgangsZusammensetzung Acrylamid, Vernetzungsmittel, Fotoinitiator (en) , wenigstens einen Filmbildner, wenigstens ein Comonomer mit reaktiven Linkergruppen und gegebenenfalls Weichmacher umfasst.
3. Hydrophile Immobilisierungsschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel eine Acryl- und/oder Methacrylverbindung ist.
4. Hydrophile Immobilisierungsschicht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmittel Methylenbis (meth) acrylamid und/oder Dimethacryl- säureester ist.
5. Hydrophile Immobilisierungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Comonomer mit reaktiven Linkergruppen Maleinsäurean- hydrid und/oder Glycidyl (meth) acrylat ist.
6. Hydrophile Immobilisierungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichmacher Mono-, Di- und/oder Triethylenglycol ist.
7. Hydrophile Immobilisierungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangszusammensetzung, in einem polaren, mit Wasser mischbaren Lösungsmittel vorliegt.
8. Hydrophile Immobilisierungsschicht nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel Dirnethylformamid ist.
9. Hydrophile Immobilisierungsschicht nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Filmbildner Polyvinylpyrolidon, Polyacrylamid und/oder Polyhydroxymethacrylat ist.
10. Hydrophile Immobilisierungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf Transducer- oder Trägeroberflächen aus Metall, Glas, Silicium, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Kunststoff oder auf Oberflächen mit Topographie erzeugt ist.
11. Verwendung der Immobilisierungsschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von biosensori- schen Erkennungsschichten durch (kovalentes) Einkuppeln bzw. Immobilisieren von chemischen oder biologischen Er- kennungsmolekülen.
12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsmoleküle Fänger- Oligonukleotide sind.
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JP2004531418A JP2005534942A (ja) 2002-08-08 2003-07-23 バイオセンサーテクノロジーのためのポリアクリルアミドをベースとするヒドロゲルからなる認識層
EP03790648A EP1527202A1 (de) 2002-08-08 2003-07-23 Erkennungsschichten aus hydrogel auf der basis von polyacrylamid für die biosensorik

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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060257560A1 (en) * 2004-12-30 2006-11-16 Affymetrix, Inc. Polymer surfaces for insitu synthesis of polymer arrays
US20060174385A1 (en) * 2005-02-02 2006-08-03 Lewis Gruber Method and apparatus for detecting targets
JP4689475B2 (ja) * 2006-01-11 2011-05-25 ニプロ株式会社 核酸固定用成形体および核酸固定化方法
WO2008140562A2 (en) 2006-11-03 2008-11-20 Trustees Of Tufts College Electroactive biopolymer optical and electro-optical devices and method of manufacturing the same
JP2010509645A (ja) 2006-11-03 2010-03-25 トラスティーズ オブ タフツ カレッジ ナノパターンが形成されたバイオポリマー光学デバイスおよびその製造方法
EP2101975A2 (de) * 2006-11-03 2009-09-23 Trustees of Tufts College Biopolymersensor und herstellungsverfahren dafür
WO2008118211A2 (en) 2006-11-03 2008-10-02 Trustees Of Tufts College Biopolymer photonic crystals and method of manufacturing the same
US11697793B2 (en) * 2018-10-10 2023-07-11 Washington University Compositions and methods of making and using protein-functionalized hydrogels

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5428076A (en) * 1994-03-31 1995-06-27 The Procter & Gamble Company Flexible, porous, absorbent, polymeric macrostructures and methods of making the same
US5596038A (en) * 1994-05-16 1997-01-21 Physiometrix, Inc. Hydrogel having a silicon-based crosslinker for biosensors and electrodes
US5972375A (en) * 1992-08-13 1999-10-26 Implico Bv Polyvinyl alcohol compositions prepared by crosslinking in a freezing step
WO2000031148A2 (en) * 1998-11-25 2000-06-02 Motorola, Inc. Polyacrylamide hydrogels and hydrogel arrays made from polyacrylamide reactive prepolymers
WO2000043539A2 (en) * 1999-01-25 2000-07-27 Biochip Technologies Gmbh Immobilization of molecules on surfaces via polymer brushes

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5932711A (en) * 1997-03-05 1999-08-03 Mosaic Technologies, Inc. Nucleic acid-containing polymerizable complex
US6372813B1 (en) * 1999-06-25 2002-04-16 Motorola Methods and compositions for attachment of biomolecules to solid supports, hydrogels, and hydrogel arrays

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5972375A (en) * 1992-08-13 1999-10-26 Implico Bv Polyvinyl alcohol compositions prepared by crosslinking in a freezing step
US5428076A (en) * 1994-03-31 1995-06-27 The Procter & Gamble Company Flexible, porous, absorbent, polymeric macrostructures and methods of making the same
US5596038A (en) * 1994-05-16 1997-01-21 Physiometrix, Inc. Hydrogel having a silicon-based crosslinker for biosensors and electrodes
WO2000031148A2 (en) * 1998-11-25 2000-06-02 Motorola, Inc. Polyacrylamide hydrogels and hydrogel arrays made from polyacrylamide reactive prepolymers
WO2000043539A2 (en) * 1999-01-25 2000-07-27 Biochip Technologies Gmbh Immobilization of molecules on surfaces via polymer brushes

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HEALEY B G ET AL: "FIBEROPTIC DNA SENSOR ARRAY CAPABLE OF DETECTING POINT MUTATIONS", ANALYTICAL BIOCHEMISTRY, ACADEMIC PRESS, SAN DIEGO, CA, US, vol. 251, no. 2, 5 September 1997 (1997-09-05), pages 270 - 279, XP000703841, ISSN: 0003-2697 *
TIMOFEEV E ET AL: "Binding specificity and stability of duplexes formed by modified oligonucleotides with a 4096-hexanucleotide microarray", NUCLEIC ACIDS RESEARCH, OXFORD UNIVERSITY PRESS, SURREY, GB, vol. 29, no. 12, June 2001 (2001-06-01), pages 2626 - 2634, XP002961131, ISSN: 0305-1048 *
VASILISKOV A V ET AL: "FABRICATION OF MICROARRAY OF GEL-IMMOBILIZED COMPOUNDS ON A CHIP BYCOPOLYMERIZATION", BIOTECHNIQUES, EATON PUBLISHING, NATICK, US, vol. 27, no. 3, September 1999 (1999-09-01), pages 592,594,596 - 598,600,602,604,606, XP000849476, ISSN: 0736-6205 *

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