WO2014094992A1 - Verfahren zum übertragen einer transferflüssigkeit von einer vorlagefläche in eine mehrzahl von diskreten kompartimenten auf einer zielfläche und transferfläche zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum übertragen einer transferflüssigkeit von einer vorlagefläche in eine mehrzahl von diskreten kompartimenten auf einer zielfläche und transferfläche zur durchführung des verfahrens Download PDF

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    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H10K71/13—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating using printing techniques, e.g. ink-jet printing or screen printing

Definitions

  • the invention relates to a method for transmitting a
  • Plurality of substances each located in a liquid phase, onto the surface of a substrate ⁇ .
  • An illustrative example is a printed sheet of paper with a picture, different 'dene fluids are deposited on the surface such earlier that this creates the image.
  • the liquids used for this purpose are provided with color pigments, for a color printing usually three or. four different liquids are used.
  • Another example relates to a plurality of chemical solutions with which one or more chemical reactions are carried out on a substrate.
  • a method for transferring liquids by means of a mechanically structured surface by microcontact printing is known from DE 199 ⁇ 49.9 93 C1 or EP 2 150 854 AI.
  • static elastomer stamps are used, which are at least partially chemically modified in order to permanently change the wetting suitability of the surfaces.
  • azo compounds are applied to the surface, which have a thermodynamically stable trans conformation (molecule is stretched) and a thermodynamically unstable cis conformation (molecule is collapsed), whereby they can be isomerized by irradiation.
  • Such effects are also known from the use of ceramic substrates or semiconductors where transformations from crystalline to amorphous states are performed by exposure.
  • the structured areas have different physical properties, especially other surface properties.
  • Structured substrates are often used in the printing industry, distinguishing between ink-repellent and ink-receptive areas.
  • a repellent (or attractive) first Layer is applied, which is then covered with an attractive (or repellent) second layer.
  • the second layer is then removed locally to generate an image by means of an energy input, in particular in the form of heat or radiation, whereby a pattern is formed on the surface which assumes a liquid solution, in particular a color, in accordance with the applied pattern ,
  • an ink-attracting (or color-repelling) second layer is only applied to desired partial areas of the first layer. applied.
  • the disadvantage here is that the substrate has to be coated after each application neü, since the configuration is a physi ⁇ cal coating or removal process.
  • US 200.5 / 028 698 AI describes a substrate that with. coated with a material which, depending on the temperature, is either hydrophilic or hydrophobic.
  • a material which, depending on the temperature, is either hydrophilic or hydrophobic.
  • the substrate is patterned locally with a pattern by means of radiation such that areas with a different wetting behavior arise.
  • the pattern is volatile because the thermal conductivity of the surface causes temperature gradients to disappear over time. Therefore, this arrangement is very sensitive to environmental influences, but especially to thermal loads, in particular to moisture precipitation on the surface or by the application of the liquid to be transferred.
  • WO 97/36746 Al discloses the use of initially homogeneously applied to a substrate water films, which are selectively evaporated by means of a radiation or heat source. In the exposed areas, the substrate surface has a different wetting tendency than in the unexposed areas, forming an adjustable surface pattern.
  • DE 101 32 204 AI describes the use of water films in the frozen state. The disadvantage of this is that an additional layer must be physically applied. Likewise, it is necessary to maintain the integrity of the layer in the process; the layer must be removed after transfer and reapplied. Because many applications require aqueous solutions for transfer. Such an arrangement is unsuitable because of contamination and cross-mixing effects.
  • US 4718340 A discloses a method in which a monomolecular coating is used to produce surfaces with different wetting tendency.
  • a hydrophilic (or hydrophobic) substrate is coated with a substance which ideally forms a monomolecular hydrophobic (or hydrophilic) layer.
  • the layer is then physically removed, preferably mechanically or by energy input, in particular by means of heat or radiation. Even with this method, the layer must always be renewed after an application.
  • EP 0 963 839 A1 discloses the transfer of ink via an inking roller to a target surface. Variable transfer is enabled by the surface of the inking roller being made of a material whose wettability properties are reversibly changeable between a low contact angle state and a high contact angle state, the state having a very small contact angle achieved by the action of light whose wavelength is shorter than a material-specific wavelength.
  • a method is to be provided which allows the fastest and parallel transfer, in particular of small amounts of the transfer liquid, wherein on the target surface, the density of discrete compartments, in which the transfer liquid is to be introduced, should be particularly high and it still remains excluded that
  • This object is achieved in terms of the method for transferring a transfer liquid from an original surface into one
  • a plurality of discrete compartments on a target surface are solved by the steps of claim 1 and ' with regard to the transfer surface for carrying out the method by claim 7.
  • the subclaims each describe advantageous embodiments of the invention.
  • the heart of the method according to the invention is a device referred to as a transfer surface, which is divided into individual, preferably spatially separated (discrete) compartments.
  • the surface of the compartments is made such that the wetting behavior of the surface of each compartment independent of an adjacent thereto each compartment by a so-called confi guration ⁇ means of a first energy applying, preferably by means of light from the ultraviolet spectral range rich, can be changed so that it increases so that the compartment can absorb transfer fluid, ie is opened virtually. If, on the other hand, a selected compartment is not subjected to a configuration, it remains virtually closed, ie no transfer fluid is taken up.
  • the thus configured transfer surface is then wetted with a transfer fluid which is received by the virtual geöff ⁇ Neten compartments of the transfer surface. If the transfer surface is then positioned over a target surface, the configuration of all compartments preferably by means of a second eingieich exposure, preferably by means of light from the visible Spektralbere.ich, especially from the green spectral range, or by means of a heat, area erased.
  • the compartments are so virtu ⁇ ell closed and therefore give the contained in them
  • transfusion liquid target surface
  • transfer surface transfer surface
  • template surface is defined in detail and each preferred embodiment is shown.
  • a lachrymator liquid is understood to mean any liquid which is provided for localized and spatially resolved application in the form of separate regions on a target surface. This definition does not depend done to wel ⁇ cher using the transfer, in particular whether the Liquid only temporarily, preferably for chemical reactions, or permanent, preferably for printing applications, remains on the target surface.
  • any liquid phase both a homogeneous liquid, preferably water or another inorganic or organic solvent, is suitable
  • inventive process is preferably a plurality ... used by transfer liquids which are chemically, into ⁇ particular in terms of surface tension, polarity, chemical function or reaction slope physically insbesonde ⁇ re with respect to viscosity, color, density or transmittance, or biologically, in particular with regard to substances dissolved therein, bacterial cultures, proteins or other biomolecules.
  • transfer liquids which are chemically, into ⁇ particular in terms of surface tension, polarity, chemical function or reaction slope physically insbesonde ⁇ re with respect to viscosity, color, density or transmittance, or biologically, in particular with regard to substances dissolved therein, bacterial cultures, proteins or other biomolecules.
  • transferflüs ⁇ sities each containing a different color solution.
  • a target surface is a substrate having a plurality of preparation ⁇ chen (compartments) which are respectively provided to be filled with a transfer liquid, each Kompar- timent is designed such that it is preferably spatially separated from all other compartments.
  • the target surface itself does not necessarily have to be a planar surface in the geome fresh sense, but it may be curved in three-dimensional space, in particular free-standing, preferably in the form of a thin membrane, or against an object
  • the material from which a compartment is formed must show a sufficient wetting tendency in relation to the transfer fluid used in each case. It is advantageous if the surface of the compartments has a contact angle with respect to the transfer liquid used in each case, which is less than 90 °, preferably below 30 °, particularly preferably below 5 °. In the case of water as the transfer liquid, such a surface is referred to as hydrophilic or superhydrophilic.
  • the target surface is chemically or physically selectively modified so that the transfer liquid has a lower tendency to adhere to the substrate between the compartments.
  • the contact angle against the liquid to be filled is at least greater than 90 °, preferably above 150 °, especially preferably above 170 °.
  • such surfaces are referred to as hydrophobic or superhydrophobic.
  • the individual compartments are subjected to mechanical-physical separation.
  • the individual compartments are therefore mechanically separated from each other, preferably in the form of a well system, by means of web structures or by the compartments are geometrically designed as depressions.
  • the target surface consists of a porous material, in particular of a membrane
  • a separate piece of membrane is provided for each honeycomb structure in a polymeric device having a honeycomb structure.
  • An advantageous embodiment is to introduce a web structure, which locally closes the porous material in each case, via a lithographic process in the target area. For this purpose, first the entire membrane is placed in a liquid bath of a liquid photoresist, and applied in a next step by means of lithography a honeycomb pattern. If the resist is rinsed out in a subsequent step, an efficient separation of the individual compartments is achieved due to the fact that the liquid photoresist can penetrate deep into the porous structure.
  • a further advantageous embodiment consists in an insertion of empty regions between the individual compartment types.
  • each compartment is designed as a survey which is at least 1 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m. protrudes above the substrate. In this way, a transgression of the liquids between adjacent compartments is excluded.
  • the transfer liquids filled in the individual compartments do not remain in the respective compartments, but are rinsed out of the compartments, in particular by means of a solvent, by mechanical pressure, preferably by water, gas or air pressure, by means of a microfluidic network or by capillarity.
  • an effect is used for emptying, as will be described below for the transfer surface.
  • the target area in particular by repeated. Applying different transfer fluids, chemical, physical and / or bio. logical interactions with the transfer liquid instead, preferably for analysis or synthesis. It is further envisaged that the target surface is used as a starting substrate for additional applications in which the liquids present in the individual compartments or the drying residues or reaction products formed therefrom serve as educts for further reactions.
  • a transfer surface transports a plurality of transfer liquids from an original surface, on which they are presented flat, to the target surface for filling in certain compartments. Because the transfer surface for structured application and / or structured transfer of the plurality of. Transfer fluids is used, it must be configurable. If the transfer surface were not configurable, only planar patterns would be transferred so that all compartments of the target surface would be filled.
  • the transfer area is exactly like the target area with individual ones
  • the transfer surface be subjected to a modification limited to the compartments during its production in a further step.
  • a chemical reaction by means of a chemical reaction, a physical or chemical modification of the surface or of the entire volume of the compartments is carried out, which permanently alters at least the surface of the compartments in such a way that the wetting behavior of the surface changes and, as a consequence, between a first wetting behavior and one of these different second wetting behavior can be freely configured.
  • a chemical reaction is carried out by means of a substance (solution) dissolved in a liquid, which as a result of physical application of the transfer surface, in particular by heating or high-energy irradiation, exclusively excludes a molecular structure within the compartments permanently binds to the surface of the transfer surface.
  • the separation of the individual compartments takes place by means of physical-mechanical barriers, preferably in a honeycomb structure, the solution can not penetrate into the intermediate spaces, whereby the chemical reaction in the second step is limited to the surface of the compartments.
  • the solution is removed and the transfer surface subjected to a cleaning step.
  • the first wetting behavior is permanently present.
  • second wetting behavior is referred to as second wetting behavior.
  • Transfer fluids are used to show different behaviors in di 'relative to the first and the second wetting behavior.
  • the second wetting behavior that a certain compartment is virtually opened, i. that the relevant compartment is ready with the. used to be filled fer transfer fluid.
  • the first wetting behavior complementary to the second wetting behavior must be virtually closed, i.
  • the Trans fermatikeit used can be in another compartment, which shows there second wetting behavior, do not fill.- inventions according to, it is irrelevant whether the first wetting behavior or the. second wetting behavior virtually opens the compartment or virtually closes it, it is only important that there is the difference between the two wetting behaviors.
  • a transfer of the first wetting behavior into the second wetting behavior and back is respectively limited locally to a single compartment, ie adjacent compartments can be adjusted independently of one another in their wetting behavior.
  • the transfer takes place via a physical and / or chemical effect, which is loosely kal can apply to the compartment to be transferred, preferably on locally applied heat or radiation, in particular by means of a laser scanner system or a light source from the visible or the ultraviolet spectral range. It does not matter whether the configuration is done on the back, front or through elements embedded in the transfer surface.
  • the physical dimensions of the compartments are in the range of 1 ⁇ to 100 ⁇ , preferably from 1 ⁇ to 10 ⁇ , whereby the effects used must be spatially very limited.
  • lithographic methods are suitable for this, but mechanical effects, in particular by a local application of pressure, or chemical and / or biological effects, preferably by a local application of reagents, can also be used.
  • the local conversion from the first to the second wetting behavior is referred to as configuration.
  • the transfer surface local virtual open compartments for receiving liquids from "the original surface is the second wetting behavior in a preferred embodiment, non-time stable., It goes to a latency again to the stable ground state, the first 'wetting behavior
  • this process is accelerated, in particular by a renewed energy input by means of energetic radiation or by means of heat
  • this step which is referred to as erasure, takes place in this embodiment over the whole Area of transfer area.
  • the deletion of a configuration is accelerated.
  • the virtually closed compartment elements remain closed, while the hitherto virtually opened compartments are virtually closed by the solution.
  • the transfer liquid present in the previously open compartments does not thereby remain in the compartments, which do not form a physically closed space. Rather, by changing the wetting behavior from the second wetting behavior to the first wetting behavior, the liquid present in the respective compartment is expelled. In case the contrast between the two wetting behaviors is significant, the transfer liquid will automatically push back to the surface and bead off it. When this effect occurs while the transfer surface is in close proximity to the target surface, transfer liquid is transferred from the transfer surface to the target surface.
  • the delivery of the liquid from the transfer surface to the target surface takes place in such a way that a specific compartment on the transfer surface is positioned for this moment directly above a certain compartment on the target surface. If the distance of the two surfaces is sufficiently small, the surfaces are preferably in direct contact, and if the wetting tendency of the transfer liquid on the target surface is significantly higher at this moment than on the virtually closing compartment on the transfer surface, the result is almost more complete Transfer of the transfer liquid from the transfer area to the target area.
  • the configuration of the transfer surface is initiated by a lithographic process.
  • a maskless lithography system or a scanner system is used for this purpose, wherein preferably a low wavelength, in particular in the region of the ultraviolet spectrum, is used.
  • the deleting The configuration takes place in this case by means of a planar exposure at a higher wavelength, in particular in the green spectral range, or by a planar heating of the entire transfer surface. It does not matter whether the solution is on the back, on the front or out of the volume.
  • the original surface comprises a simple polymeric, ceramic or metallic surface, which, like the target surface, does not have to be a geometrically plane which is wetted with a thin film of the selected transfer liquid.
  • a certain template surface always presents only a certain transfer liquid, the choice of transfer liquid can change according to the invention over time.
  • a template surface initially presents a first transfer liquid, after a cleaning at a later time a second transfer liquid.
  • the template surface is also equipped with compartments.
  • a second transfer surface can serve as a template surface for a first transfer surface.
  • a second target surface can be used as a template surface for a second transfer process.
  • the original surface is as opposite as possible to the selected transfer liquid has high wettability in order to achieve the most homogeneous possible Benet ⁇ tion of the original surface with a thin film of transfer liquid.
  • the wetting tendency of the original surface is not stable over time, but is temporarily changed, whereby, similar to the transition from the transfer surface to the target surface, the transfer tendency can be improved.
  • the present invention has the following advantages over the prior art. It allows the parallel transfer of liquids and is much faster in comparison, especially with spotting systems, because not every point has to be set individually. It allows the transfer of much smaller amounts of liquids, which compared to other systems a much cheaper operation is possible. Since only small amounts are transferred to liquids, also the achievable density of spots of the transfer liquid on the target surface is substantially higher, which insbeson ⁇ particular is advantageous when the present invention is used in combinatorial chemistry.
  • the present OF INVENTION ⁇ dung allows the transmission of fluid in discrete Kompartimen- It is excluded that the individual liquid points run into each other. While this effect is undesirable in printing technology, as it produces pixelated images, it represents a significant advantage for applications in the field of the present invention.
  • deletion of the configuration serves as an initiator for the transfer of the transfer liquid to the target surface, while Offset printing the deletion occurs only when the inserted pressure roller to be reconfigured must.
  • FIG. 1 Schematic representation of the structure and operation of a target surface according to the invention in a plan view
  • Fig. 2 Schematic representation of the structure and operation of a transfer surface according to the invention in a plan view
  • FIG. 3 Schematic representation of the sequence of a method according to the invention in side view.
  • Fig. 1 shows schematically the structure and operation of a target surface 101 according to the invention in plan view (top view).
  • the target surface 101 according to FIG. 1 a), has a plurality of individual compartments 102, 102 ', 102 ", which are physically separated from one another. If, as illustrated in FIG. 1b), a transfer liquid is introduced into a selected compartment 103, it is precluded that the transfer liquid passes into a compartment 104, which is arranged adjacent to the selected compartment 103.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of the structure and mode of operation of a transfer surface 201 according to the invention.
  • Transfer surface 201 as shown in FIG. 2a), likewise has a plurality of individual compartments 202, 202 ', 202 "..., which are physically separated from one another, just like target surface 101. are. Again, physical modification of the substrate ensures that a transfer fluid filled into a selected compartment does not pass into a second compartment adjacent thereto.
  • a modification of the compartments 203, 203 ', 203' ' which allows the individual compartments 203, 203', 203 '' ... by means of a Exposure and / or a thermal treatment of a stable first wetting behavior to an unstable second wetting behavior to convert.
  • all compartments 203, 203 ', 203' '... have a first wetting behavior, which is similar to that wetting behavior of the structures which separate the individual compartments from each other.
  • all Kompartimen te 203, 203 ', 203' '... not fillable with a transfer liquid; they are called virtually closed.
  • deletion of the transfer surface 20.1 is carried out by applying the entire transfer surface 201 by means of an exposure at a second wave length that is longer than the first wavelength, or by means of a thermal treatment (heating).
  • all the compartments 207, 207 ', 207''... Of the entire transfer surface 201 again display the stable first wetting behavior. From now on either selected compartments 207, 207 ', 207''... in a new method according to FIG. 2c) can be opened again virtually or the entire transfer surface 201 can be completely reconfigured according to FIG. 2a).
  • FIG. 3 shows schematically the sequence of the present inventive method.
  • a still unmodified transfer surface 201 is provided, which has a plurality of physically separated compartments 202, 202 ', 203'.
  • the compartments 203, 203 ', 203''... are modified in the second step according to FIG. 3b) so that all assume the time-stable first wetting behavior.
  • the modification must be done only once for the transfer area 201 ' ; it is not necessary to reprocess the surface after each processing. In this state, all compartments 203, 203 ', 203 "are virtually closed.
  • a configuration of selected compartments is then carried out by means of a lithographic illumination 204, 204 ', 204 ", whereby individual compartments
  • the transfer surface 201 is brought into contact with an original surface 301.
  • the surfaces in FIG. 4 3d) are drawn separately only for the sake of a better Dar ⁇ adjustability, because the transfer of the transfer liquid 302 from the original surface 301 on the
  • Transfer surface 201 is advantageously carried out by direct contact of the two surfaces.
  • the transfer surface is positioned above the target surface 101.
  • the target surface 101 has geometrically identically arranged compartments 102, 102 ', 102 ", into which the transfer liquid is transferred from the transfer surface 201.
  • the configuration is deleted on the transfer surface 201, in the embodiment of the invention described here by means of a planar exposure 206 or by the application of heat.
  • the virtually opened compartments 305, 305 ', 305 "close to the transfer surface 201 and expel the transfer liquid 304 filled therein.
  • the Transfer alloy-: ness 304 falls thereto either from the surface or, in the case that the target surface 101 and the transfer surface are in direct contact with each other 201, due to the high contrast of wetting behavior, independent in the corresponding compartment 306, 306 ', 306 '' of the target area 101 are transmitted.
  • the target area is as in
  • the Glasobj eect was provided with a web structure.
  • a second object carrier made of quartz glass (UV-transparent), separated by a frame made of a thin Teflon film with a thickness of about 50 ⁇ m, was placed on the glass slide.
  • This second slide was previously immersed in a 0.1 M solution of 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyldimethylchlorosilane in toluene for 12 h, whereby the surface became non-adhesive.
  • the gap formed between the two microscope slides was filled with a prepolymer mixture of a methacrylated perfluorinated polyether diol and 1 m% (based on the monomer) of 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone as a photoinitiator.
  • the composite was subsequently lithographically patterned by means of mask-based lithography using a chromium mask.
  • the exposure was carried out ⁇ through the quartz glass slide.
  • Using a 300 W Xe arc lamp after about 3 minutes of exposure time, a hydrophobic web structure, which was predetermined by means of the mask, was produced on the surface. After exposure, the silica glass The glass slide was rinsed thoroughly and the glass slide provided with a web structure was thoroughly rinsed with acetone.
  • the modification of the compartments of the transfer surface was carried out by providing the glass slide by means of a sol-gel process of a superhydrophilic coating.
  • the glass slide provided with a web structure was first coated with a micro-scale porous layer.
  • tetraethoxysilanes was mixed with methanol and water, the molar ratio being 1: 20: 5.
  • the mixture was ammonium fluoride (0.02 molar) as. Hydrolyseinitiat ' or mixed and the solution stirred for 3 h.
  • the freshly cleaned glass slide provided with web structures was placed in this solution and slowly pulled out of the solution;
  • the surface of said glass slide was amino-functionalized.
  • the aminofunctionalized glass slide was then placed in a solution of 10 mmol trifluoromethoxyphenylazophenyl lglutarate-NHS in DMF and submerged for over 24 hours
  • trifluoromethoxyphenylazophenol was synthesized by adding 60 mmol Trifluoromethoxyaniline with gentle warming in 20 ml of concentrated sulfuric acid and 20 ml of water. Thereafter, the solution was cooled in a water bath to about 5 ° C. Then a solution of 8 g of sodium nitrite in 50 ml of water was slowly added. This diazotization solution was then slowly added at 5 ° C into a solution of phenol (70 mml) and NaOH (5 g) in 200 ml of water. Upon addition, it was checked that the solution remains basic. After the addition, stirring was continued for 2 hours, then the solution was acidified using concentrated HCl and the precipitated orange-red solid was extracted by filtration. The filter cake was washed with 0.1 M HCl and dried in vacuo.
  • trifluoromethoxyphenylazophenylglutarate was prepared. 20 mmol of trifluoromethoxyphenylazophenol were taken up in 20 ml of dimethylfuran (DMF). Then 22 mmol of glutaric anhydride were added and the solution was stirred for 24 h at room temperature.
  • DMF dimethylfuran
  • the photoisomerizable azo component trifluoromethoxyphenylazophenylglutarate
  • the glass slide thus obtained was exposed to UV light for 30 minutes (-365 nm, 300 W Xe ⁇ arc lamp) while being placed 10 cm away from the light source.
  • the surface changed during this time from superhydrophobic to superhydrophilic ( ⁇ 10 °).
  • the changeover to the superhydrophobic state performance ⁇ te by for about 3 hours with light in the visible spectrum (>. 420 nm) was exposed to light of the slides.
  • the wetting angle increased again to approx. 165 °.
  • Glasobj ektesques was demonstrably photoswitchable.
  • the glass slide which had been switched to superhydrophilic (first wetting behavior), was wetted for liquid transfer by means of pipetting with water as the transfer liquid.
  • the wetted surface was now placed over a filter membrane as the target surface and illuminated on the backside with light in the visible spectrum (> 420 nm).
  • a filter membrane as the target surface and illuminated on the backside with light in the visible spectrum (> 420 nm).
  • Embodiment 2 differs only from Embodiment 1 in that it has been used as a hydrophilic substrate, a cellulosic membrane.
  • This membrane was cleaned by rinsing with bidistilled water and ethanol, followed by drying in the nitrogen flow. To activate the surface, the membrane was treated for about 15 minutes with a corona plasma provided by a commercially available hand corona source. After that was the surface is sufficiently hydrophilic to ensure the production of an amino function by silanization. Further processing was carried out identically to the procedure described in Example 1. Care had to be taken to ensure that the membrane was uniformly soaked with the photopolymerizable prepolymer.
  • Embodiment 3 Contacting the transfer liquid
  • Embodiment 3 differs from exemplary embodiment 1 in that the liquid transfer took place by means of contact with a liquid film, that is to say the free surface of a vessel filled with the transfer liquid.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen einer Transferflüssigkeit von einer Vorlagefläche (301) in eine Mehrzahl von diskreten Kompartimenten (102, 102', 102''...) auf einer Zielfläche (101). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Transferfläche (201), die eine Mehrzahl von diskreten Kompartimenten (202, 202', 202''...) aufweist, wobei jedes Kompartiment umschaltbar ist zwischen einem in Bezug auf die Transferflüssigkeit gegebenen ersten Benetzungsverhalten und einem hiervon verschiedenen zweiten Benetzungsverhalten. Zunächst werden alle Kompartimente (203, 203', 203''...) auf der Transferfläche (201) auf das erste Benetzungsverhalten eingestellt, bevor anschließend ausgewählte Kompartimente (205, 205', 205'') zum zweiten Benetzungsverhalten konfiguriert werden. Dann wird die Transferfläche (201) mit der Vorlagefläche (301) in Kontakt gebracht, wodurch die ausgewählten Kompartiente (205, 205', 205 '') Transferflüssigkeit ( 302 ) von der Vorlageläche (301) aufnehmen. Nach dem Entfernen der Transferfläche (201) von der Vorlagefläche (301) wird die Transferfläche (201) oberhalb der Zielfläche (101) positioniert. Nach Löschen der Konfigurierung der ausgewählten Kompartimente (303, 303', 303'') tritt die Transferflüssigkeit (302) aus den ausgewählten Kompartimenten (303, 303', 303") der Transferfläche (201) aus und wird so auf die Kompartimente (102, 102', 102'') der Zielfläche (101) übertragen.

Description

Verfahren zum Übertragen einer Transferflüssigkeit von einer Vorlagefläche in eine Mehrzahl von diskreten Kompartimenten auf einer Zielfläche und Transferfläche zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen einer
Transferflüssigkeit von einer Vorlagefläche in eine Mehrzahl von vorzugsweise räumlich voneinander getrennten (diskreten) Kompartimenten auf einer Zielfläche und eine Vorrichtung
(Transferfläche) zur Durchführung des Verfahrens.
In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich, eine
Mehrzahl von Substanzen,, die sich jeweils in einer flüssigen Phase befinden, auf die Oberfläche■ eines Substrates aufzubringen. Ein anschauliches Beispiel hierfür ist ein mit einem Bild bedrucktes Blatt Papier, auf dessen Oberfläche zuvor verschie-' dene Flüssigkeiten derart abgesetzt werden, dass hierdurch das Bild entsteht. Die hierfür eingesetzten Flüssigkeiten sind mit Farbpigmenten versehen, wobei für einen Farbdruck in der Regel drei oder. vier voneinander verschiedene Flüssigkeiten eingesetzt werden. Ein anderes Beispiel betrifft eine Mehrzahl von chemischen Lösungen, mit denen auf einem Substrat ein oder mehrere chemische Reaktionen durchgeführt werden.
Ein Verfahren zur Übertragung von Flüssigkeiten mittels einer mechanisch strukturierten Oberfläche durch Mikrokontaktdrucken (engl, micro contact printing) ist aus der DE 199· 49.9 93 Cl oder der EP 2 150 854 AI bekannt. Hierfür werden statische Elastomerstempel eingesetzt, die zumindest teilweise derart chemisch modifiziert sind, um die Benetzungseignung der Oberflächen permanent zu verändern.
Ein weiteres Verfahren zur Übertragung von Flüssigkeiten durch eine Steuerung von BenetZungseigenschaften, insbesondere durch Elektrobenetzung (engl, electro Wetting) , ist aus der US. 2007/ 243110 Äl bekannt. Nachteilig hieran ist, dass hierfür hohe elektrische Felder erforderlich sind und die eingesetzten Elektroden größere Flüssigkeitsvolumina erfordern. Eine als freie Fläche ausgeführt Vorrichtung ist aus der. DE 10· 2006 004 887 B4 bekannt. Nachteilig hieran ist, dass sich hiermit keine diskrete Flüssigkeitskompartimente erzeugen lassen.
Eine Änderung von BenetZungseigenschaften mittels Licht ist aus H.. S. Lim, J.T. Han, D. Kwak, M. Jin und Kilwori Cho, . Photoreversibly Switchable Superhydrophobic Surface with .Erasable and Rewritable Pattern, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14458-
14459, unter der Bezeichnung opto .Wetting bekannt. Hierin ist beschrieben, wie auf vorbehandelten Oberflächen eine Änderung im Benetzungsverhalten gegen Wasser von superhydrophil., d.h. Kontaktwinkel ' < 10°, zu superhydrophob, d.h. Kontaktwinkel > 170°, erreicht wird. Hierzu sind auf der Oberfläche Azo-Ver- bindungen aufgebracht, die eine thermodynamisch stabile trans- Konformation (Molekül ist gestreckt) und eine thermodynamisch instabile cis-Konformation (Molekül ist eingeklappt) besitzen, wobei sie sich mittels Bestrahlung isomerisieren lassen.
Derartige Effekte sind auch aus dem Einsatz von keramischen Substraten oder Halbleitern bekannt, wo durch eine Belichtung Umwandlungen von kristallinen zu amorphen Zuständen durchgeführt werden. Die strukturierten Bereiche besitzen andere phy- sikalische Eigenschaften, insbesondere andere Oberflächen-
(
leitwerte, -Spannungen oder -rauheiten, die die strukturierten Bereiche in ihrem Benetzungsverhalten gegenüber den nicht strukturierten Bereichen verändern. Die DE 2 Iii" 561 C2 offenbart ein solches Verfahren für Ralb- leiterschichten, die Tellur enthalten. Auch Zirkonkeramiken eignen sich für ein solches Verfahren. Diese Materialien sind in unbehandeltem Zustand hydrophil und werden nach der Belichtung hydrophober, wobei die Änderungen des Kontaktwinkels ge- ring sind. So beschreibt die EP 0 769 372 AI eine Erhöhung des Kontaktwinkels gegen Wasser in der Größenordnung von ca. 20°. Auch Zink- und Titanoxidkeramiken eignen sich für solche Anwendungen, wie aus der EP 0 911 155 AI bekannt ist.. Die EP 0 903 223 AI offenbart hierbei Kontaktwinkeländerungen bis zu · 70°. Nachteilig hieran ist, dass die eingesetzten Substrate hohe Strahlungsintensitäten erfordern, obwohl sich damit nur geringe Kontraste im Benet zungsverhalten erzielen lassen.
Strukturierte Substrate werden häufig in der Druckindustrie eingesetzt, wobei zwischen farbabweisenden und farbanziehenden Bereichen unterschieden wird. Zu deren Herstellung dienen, wie in der WO 03/070461 AI offenbart, Verfahren, bei denen eine abweisende (bzw. anziehende) erste. Schicht aufgebracht , wird, die anschließend mit einer anziehenden (bzw. abweisenden) zweiten Schicht überschichtet wird. Die zweite Schicht wird zur Erzeugung eines Bildes dann mittels eines Energieeintrags, insbesondere in Form von Wärme oder Strahlung, lokal wieder abgetragen, wodurch sich auf der Oberfläche ein Muster ausbildet, das eine flüssige Lösung, insbesondere eine Farbe, ent- sprechend dem aufgebrachten Muster annimmt.
Alternativ. wird, wie in der EP 0 522 804 AI beschrieben, eine farbanziehende (bzw. farbabweisende) zweite Schicht nur auf gewünschten Teilbereichen .der ersten Schicht . aufgebracht .
Nachteilig hierbei ist, dass das Substrat nach jeder Anwendung neü beschichtet werden muss, da die Konfigurierung ein physi¬ kalischer Beschichtungs- bzw. Abtragprozess ist.
Ein Verfahren zur selektiven . Strukturierung einer Oberfläche mittels einer Wärme- oder Strahlenquelle wird in der DE 196
12 927 AI beschrieben. Hier wird eine auf ein Substrat aufge¬ brachte Polymerbeschichtung mittels Strahlung strukturiert, wodurch sie ihre Oberflächeneigenschaft von. hydrophil auf hyd¬ rophob ändert, wodurch eine strukturierte Oberfläche, die sich zum selektiven Flüssigkeitstransfer, eignet, entsteht. Hierbei ist der Effekt in der Regel unumkehrbar, da die eingebrachte Strahlung zu einer irreversiblen Änderung der Materialeigenschaften führt. Diesem Nachteil wird durch eine Vorrichtung begegnet, die in der Lage ist, eine einmal struktu- rierte Schicht wieder vom Substrat zu entfernen, um dieses für einen erneuten . Transfervorgang erneut zu beschichten.
Die US 200.5 / 028 698 AI beschreibt ein Substrat, das mit . einem Material beschichtet ist, das je nach Temperatur entweder hy- droph.il oder hydrophob ist. Dabei wird zunächst die gesamte Oberfläche, in einen der beiden Zustände überführt, wobei vorzugsweise derjenige Zustand ausgewählt wird, der bei der niedrigeren Temperatur vorliegt. Anschließend wird das Substrat mit einem Muster mittels Strahlung lokal derart strukturiert, dass Bereiche mit einem anderen Benetzungsverhalten entstehen. Das Muster ist flüchtig, da die thermische Leitfähigkeit der Oberfläche Temperaturgradienten über die Zeit verschwinden lässt. Daher ist diese Anordnung sehr empfindlich auf Umgebungseinflüsse, vor allem aber auf thermische Lasten, insbe- sondere auf Feuchtigkeitsniederschlag auf der Oberfläche oder durch das Aufbringen der zu übertragenden Flüssigkeit.
Die WO 97/36746 AI offenbart die Verwendung von zunächst homogen auf einem Substrat aufgebrachten Wasserfilmen, die mittels einer Strahlungs- oder Wärmequelle selektiv verdampft werden. In den freigelegten Bereichen weist die Substrat-Oberfläche eine andere Benetzungsneigung auf als in den nicht freigelegten Bereichen, wodurch sich ein einstellbares Oberflächenmuster ausbildet. Weiterhin beschreibt die DE 101 32 204 AI die Verwendung von Wasserfilmen im gefrorenen Zustand. Nachteilig hieran ist, dass eine zusätzliche Schicht physikalisch aufgebracht werden muss. Ebenso ist es erforderlich, die Integrität der Schicht im Verfahren zu wahren; die Schicht muss nach der Übertragung entfernt und erneut aufgebracht werden. Da bei vielen Anwendungen wässrige Lösungen zur Übertragung einge- setzt werden, ist eine solche Anordnung aufgrund von Kontam.i- nations- und Quervermischungseffekten ungeeignet.
Die US 4718340 A offenbart ein Verfahren, bei dem zur Erzeugung von Oberflächen mit unterschiedlicher Benetzungsneigung eine monomolekulare Beschichtung zum Einsatz kommt. Auch hierbei wird ein hydrophiles (bzw. hydrophobes) Substrat mit einer Substanz beschichtet, die im Idealfall eine monomolekulare hydrophobe (bzw. hydrophile) Schicht ausbildet. Die Schicht wird anschließend physikalisch entfernt, vorzugsweise mechanisch oder durch Energieeintrag insbesondere mittels Wärme oder Strahlung. Auch bei diesem Verfahren muss die Schicht nach einer Anwendung stets erneuert werden.
Die EP 0 963 839 AI offenbart die Übertragung von Farbe über eine Farbwalze auf eine Zielfläche. Eine variable Übertragung wird dadurch ermöglicht, dass die Oberfläche der Farbwalze aus einem Material besteht, dessen BenetZungseigenschaften reversibel zwischen einem Zustand mit einem geringen Kontaktwinkel und einem Zustand mit einem hohen Kontaktwinkel veränderlich sind, wobei der Zustand mit einem sehr kleinen Kontaktwinkel durch Einwirkung von Licht erreicht wird, dessen Wellenlänge kürzer als eine materialspezifische Wellenlänge ist.
Aus der Druckindustrie bekannte Verfahren sehen vor, dass eine geschlossene Fläche auch im fertigen Druckbild als geschlossene Fläche erscheinen soll. Um ein pixeliges Bild zu vermeiden, ist ein Ineinanderfließen von benachbart angeordneten Flüssigkeiten ein durchaus sehr gewünschter Effekt. Weiterhin sollen die Kontraste im Benetzungsverhalten nicht zu groß sein, um ein vollständiges Übertragen der Transferflüssigkeit auf die Zielfläche zu vermeiden, da eine konfigurierte und mit Farbe benetzte Druckwalze eine möglichst große Anzahl an Replikaten erzeugen soll. Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Übertragen einer Transferflüssigkeit von einer Vorlagefläche in eine Mehrzahl von vorzugsweise räumlich voneinander getrennten (diskrete) Kompartimenten auf . einer Zielfläche sowie eine Vorrichtung (Transferfläche) zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, die die bekannten Nachteile und. Einschränkungen des Stands. der Technik überwinden.
Insbesondere soll ein Verfahren bereitgestellt werden, das ein möglichst schnelles und paralleles Übertragen insbesondere von geringen Mengen an der Transferflüssigkeit erlaubt, wobei auf der Zielfläche die Dichte an diskreten Kompartimenten, in die die Transferflüssigkeit eingebracht werden soll, besonders hoch sein soll und es dennoch ausgeschlossen bleibt, dass
Transferflüssigkeit aus -zueinander benachbarten . diskreten Kompartimenten ineinander läuft.
Diese Aufgabe wird im Hinblick das Verfahren zum Übertragen einer Transferflüssigkeit von einer Vorlagefläche in eine
Mehrzahl von diskreten Kompartimenten auf einer Zielfläche durch die Schritte des Anspruchs 1 und' im Hinblick auf die Transferfläche zur Durchführung des Verfahrens durch den Anspruch 7 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das Herzstück des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine als Transferfläche bezeichnete Vorrichtung, die in. einzelne, vorzugsweise räumlich voneinander getrennte (diskrete) Komparti- mente unterteilt ist. Die Oberfläche der Kompartimente ist dabei so ausgeführt, dass sich das Benetzungsverhalten der Oberfläche eines jeden Kompartiments unabhängig von einem jeweils hierzu benachbarten Kompartiment durch eine so genannte Konfi¬ gurierung mittels einer ersten energiereichen Beaufschlagung, vorzugsweise mittels Licht aus dem ultravioletten Spektralbe- reich, so verändern lässt, dass es derart zunimmt, dass das Kompartiment Transferflüssigkeit aufnehmen kann, d.h. virtuell geöffnet wird. Wird dagegen ein .ausgewähltes Kompartiment kei- ner Konfigurierung unterzogen, so bleibt es virtuell ver- schlössen, d.h. keine Transferflüssigkeit wird aufgenommen.
Die derart konfigurierte Transferfläche wird anschließend mit einer Transferflüssigkeit benetzt, die von den virtuell, geöff¬ neten Kompartimenten der Transferfläche aufgenommen wird. Wird die Transferfläche dann über einer Zielfläche positioniert, wird die Konfigurierung bevorzugt aller Kompartimente mittels einer zweiten einergiereichen Beaufschlagung, vorzugsweise mittels Licht aus dem sichtbaren Spektralbere.ich, insbesondere aus dem grünen Spektralbereich, oder mittels einer Wärmeeinwirkung, flächig gelöscht . Die Kompartimente werden so virtu¬ ell verschlossen und geben daher die in ihnen enthaltene
Transferflüssigkeit wieder frei, die so auf eine unterhalb der Transferfläche befindliche Zielfläche übertragen wird.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren mehrfach hintereinander mit jeweils unterschiedlichen Transferflüssigkeiten, die die¬ selben BenetZungseigenschaften wie die zuerst eingesetzte Transferflüssigkeit besitzt, durchgeführt, lassen sich auf diese Weise auf der Zielfläche hochdichte Muster, die aus ver¬ schiedenen Transferflüssigkeiten gebildet sind, erzeugen.
Im Folgenden werden die Begriffe Transfe flüssigkeit, Zielfläche, Transf rfläche und Vorlagefläche im Einzelnen genau definiert und jeweils bevorzugte Ausgestaltungen aufgezeigt.
Unter einer Tränsferflüssigkeit wird jede Flüssigkeit verstanden, die zum ortsbestimmten und ortsaufgelösten Auftragen in Form von voneinander getrennten Bereichen auf einer Zielfläche vorgesehen ist. Diese Definition ist unabhängig davon, zu wel¬ cher Verwendung der Transfer erfolgt, insbesondere ob die Flüssigkeit nur temporär, vorzugsweise für chemische Reaktionen, oder permanent, bevorzugt für Druckanwendungen, auf der Zielfläche verbleibt.
Als Transferflüssigkeit eignet sich jede flüssige Phase, sowohl eine homogene Flüssigkeit, bevorzugt Wasser oder ein anderes anorganisches oder organisches Lösungsmittel, eine
Schmelze eines Feststoffs oder ein verflüssigtes Gas, als auch eine physikalische Mischung oder eine chemische Lösung einer homogenen Flüssigkeit, die mindestens einen Feststoff und/oder mindestens eine weitere Flüssigkeit und/oder mindestens ein Gas enthält. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften der flüssigen Phase, insbesondere ihre Oberflächenspannung, Polarität und Viskosität, hängen dabei in aller Regel von Art und Grad des zugefügten Bestandteils ab. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es entscheidend, dass alle eingesetzten Transferflüssigkeiten ..dieselbe Art der Benetzung bewirken. Wässrige Lösungen müssen daher entweder einen hydrophilen Charakter oder einen hydrophoben Charakter aufweisen; Transferflüssigkeiten, die einen amphiphilen Charakter besitzen, sind ungeeignet.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt eine Mehrzahl ... von Transferflüssigkeiten eingesetzt, die sich chemisch, ins¬ besondere in Bezug auf Oberflächenspannung, Polarität, chemische Funktion oder Reaktionsneigung, physikalisch, insbesonde¬ re in Bezug auf Viskosität, Farbe, Dichte oder Transmission, oder biologisch, insbesondere in Bezug auf darin gelöste Stoffe, Bakterienkulturen, Proteine oder andere Biomoleküle, unterscheiden. Ein einfaches Beispiel hierfür sind Transferflüs¬ sigkeiten, die jeweils eine verschiedene Farblosung, enthalten.
Eine Zielfläche ist ein Substrat, das eine Mehrzahl von Berei¬ chen ( Kompartimenten) aufweist, die jeweils zur Befüllung mit einer Transferflüssigkeit vorgesehen sind, wobei jedes Kompar- timent derart ausgestaltet ist, dass es von allen anderen Kom partimenten vorzugsweise räumlich getrennt, ist. Die Zielfläch selbst muss nicht notwendigerweise eine ebene Fläche im geome frischen Sinne sein, sie kann vielmehr gekrümmt im dreidimensionalen Raum vorliegen, insbesondere freistehend, bevorzugt in Form einer dünnen Membran, oder gegen ein Objekt anliegend
Das Material, aus dem ein Kompartiment gebildet ist, muss gegenüber der jeweils eingesetzten Transferflüssigkeit eine aus reichend gute Benetzungsneigung zeigen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche der Kompartimente einen Kontaktwinkel gegenüber der jeweils eingesetzten Transferflüssigkeit aufweist, der geringer ist 90°, bevorzugt unterhalb von 30°, besonders bevorzugt unterhalb von 5°. Im Fall von Wasser als Transferflüssigkeit wird eine derartige Oberfläche als hydrophil bzw. als superhydrophil bezeichnet.
Um die oben genannte Bedingung der räumliehen Trennung der einzelnen Kompartimente zu erfüllen, ist dürch eine geeignete Ausgestaltung der Oberfläche sowohl der Kompartimente als auch des Substrats der Zielfläche sicherzustellen, dass eine Transferflüssigkeit aus einem ersten Kompartiment dann nicht in ein anderes Kompartiment überläuft, insbesondere nicht durch einen Effekt wie Kapillarität, wenn ein erstes Kompartiment zumindest teilweise mit einer Transferflüssigkeit befüllt ist.
Hierbei ist zu beachten, dass bei einer höheren Benetzungsneigung der Kompartimente höhere Anforderungen an eine Trennung der einzelnen Kompartimente voneinander gestellt werden.
In einer einfachen Ausgestaltung wird die Zielfläche chemisch oder physikalisch derart selektiv modifiziert, dass die Transferflüssigkeit eine geringere Neigung besitzt,■ sich auf dem Substrat zwischen den Kompartimenten anzuhaften. Hierzu ist der Kontaktwinkel gegen die .zu befüllende Flüssigkeit mindestens größer 90°, bevorzugt oberhalb von 150°, besonders be- vorzugt oberhalb von 170°. Im Fall von Wasser als Transferflüssigkeit werden derartige Oberflächen als hydrophob bzw. als superhydrophob bezeichnet.
Da eine derartige Ausgestaltung der Zielfläche auf zugängliche Bereiche beschränkt ist, wird dadurch nicht in jedem Fall eine vollständige Trennung der Kompartimente voneinander gewährleistet. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden daher die einzelnen Kompartimente auf mechanisch-physikalische Art einer Trennung unterzogen. In einer besonderen Ausgestaltung werden die einzelnen Kompartimente daher mechanisch voneinander getrennt, bevorzugt in Form eines Wellsystems, mittels Stegstrukturen oder indem die Kompartimente geometrisch als Vertiefungen ausgeführt sind.
Besteht die Zielfläche aus einem porösen Material, insbesondere aus einer Membran, so ist es vorteilhaft, die Membran, physikalisch zu zerteilen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist hierzu in einer polymeren Vorrichtung, die eine Wabenstruktur aufweist, für jede Wabenstruktur ein gesondertes Stück Membran vorgesehen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, über ein lithographisches Verfahren eine Stegstruktur, die das poröse Material jeweils lokal verschließt, in die Zielfläche einzubringen. Hierzu wird zunächst die gesamte Membran in ein flüssiges Bad eines flüssigen Photoresists eingelegt, und in einem nächsten Schritt mittels Lithographie ein Wabenmuster aufgebracht. Wird der Resist in einem nachfolgenden Schritt ausgespült, so wird, dadurch bedingt, dass der flüssige Photo- resist tief in die poröse Struktur vordringen kann, eine effiziente Trennung der einzelnen Kompartimente erreicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht in einer Einfügung .von Leerbereichen zwischen den einzelnen Kompartimen- ten. Hierzu wird jedes Kompartiment als Erhebung ausgeführt, die mindestens 1 pm bis 500 μπι, bevorzugt 1 pm bis 10 μιη, ge- genüber dem Substrat hervorsteht. Auf diese Weise ist ein Übertreten der Flüssigkeiten zwischen benachbarten Komparti- menten ausgeschlossen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Zielfläche verbleiben die in den einzelnen Kompartimente eingefüllten Transferflüssigkeiten nicht in den jeweiligen Kompartimenten, sondern werden aus den Kompartimenten ausgespült, insbesondere mittels eines Lösungsmittels, durch mechanischem Druck, bevorzugt durch Wasser-, Gas- oder Luftdruck, mittels eines mikrofluidischen Netzwerks oder mittels Kapillarität. In einer weiteren Ausgestaltung wird zur Entleerung ein Effekt eingesetzt, wie er im Folgenden für die Transferfläche beschrieben wird. .
In einer weiteren Ausgestaltung finden auf der Zielfläche, insbesondere durch wiederholtes. Auftrage unterschiedlicher Transferflüssigkeiten, chemische, physikalische und/oder bio- . logische Wechselwirkungen mit der Transferflüssigkeit statt, vorzugsweise zur Analyse oder zur Synthese. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Zielfläche als Ausgangssubstrat für zusätzliche Anwendungen eingesetzt wird, bei denen die in den einzelnen Kompartimenten vorliegenden Flüssigkeiten oder hieraus gebildeten Trocknungsreste oder Reaktionsprodukte als Edu- kte für weitere Reaktionen dienen.
Eine Transferfläche transportiert eine Mehrzahl von Transfer- flüssigkeiten von einer Vorlagefläche, auf der sie flächig vorgelegt werden, auf die Zielfläche zur Einfüllung in bestimmte Kompartimente. Da die Transferfläche zur strukturierten Aufbringung und/oder strukturierten Übertragung der Mehrzahl von . Transferflüssigkeiten dient, muss sie konfigurierbar sein. Wäre die Transferfläche nicht konfigurierbar, würden nur flächige Muster derart übertragen, dass alle Kompartimente der Zielfläche befüllt würden. Die Transferfläche ist genau wie die Zielfläche mit einzelnen
Kompartimenten versehen, die sich auf einem Substrat befinden. Die Ausgestaltung sowohl des Substrats' als auch 'die der Kom- partimente sowie der erste Schritt der Herstellung der Kompar- timente erfolgt in gleicher Weise wie bei der Zielfläche. Insoweit wird auf die zugehörigen Ausführungen verwiesen.
Für die vorliegende Erfindung ist es jedoch erforderlich, dass die Transferfläche während ihrer Herstellung in einem weiteren Schritt einer Modifikation, die beschränkt ist auf die Kompartimente, unterzogen wird. Hierzu wird mittels einer chemischen Reaktion eine physikalische oder chemische Modifikation der Oberfläche oder des gesamten Volumens der Kompartimente vorgenommen, die zumindest die Oberfläche der Kompartimente dauerhaft derart verändert, dass sich das Benetzungsverhalten der Oberfläche verändert und in Folge zwischen einem ersten Benet- zungsverhalten und einem hiervon verschiedenen zweiten Benet- zungsverhalten frei konfigurieren lässt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird zur Modifikation der einzelnen Kompartimente in einem zweiten Schritt eine chemische Reaktion mittels einer in einer Flüssigkeit gelösten Substanz (Lösung) durchgeführt, die als Folge einer physikalischen Beaufschlagung der Transferfläche, insbesondere durch Erwärmung oder durch energiereiche Bestrahlung, eine Molekülstruktur ausschließlich innerhalb der Kompartimente dauerhaft an die Oberfläche der Transferfläche bindet. Erfolgt im ersten Schritt die Abgrenzung der einzelnen Kompartimente mittels physikalisch-mechanischer Barrieren, bevorzugt in einer Wabenstruktur, kann die Lösung nicht in die Zwischenräume eindringen, wodurch die chemische Reaktion im zweiten Schritt auf die Oberfläche der Kompartimente beschränkt bleibt. Nach erfolgter Reaktion wird die Lösung entfernt und die Transferfläche einem Reinigungsschritt unterzogen." Als Folge der Modifizierung . der Kompartimente existiert ein zeitstabiler Grundzustand, der als erstes Benetzungsverhalten bezeichnet wird und der sich dadurch auszeichnet, dass, solan ge keine Konfigurierung der Transferfläche erfolgt, das erste Benetzungsverhalten permanent vorliegt. In einem weiteren Schritt ist es möglich, die Benetzungsneigung der Oberfläche innerhalb der Kompartimente temporär in. einen zweiten Zustand zu überführen, der als zweites Benetzungsverhalten bezeichnet wird. Entscheidend für die Funktionsweise der vorliegenden Er findung ist, dass Transferflüssigkeiten eingesetzt werden, di unterschiedliche Verhaltensweisen in' Bezug auf das erste und auf das zweite Benetzungsverhalten zeigen.
Erfindungsgemäß führt bei Einsatz einer ausgewählten Transfer flüssigkeit das zweite Benetzungsverhalten dazu, dass ein bestimmtes Kompartiment virtuell geöffnet ist, d.h. dass das be treffende Kompartiment bereit ist, mit der . eingesetzten Trans ferflüssigkeit befüllt zu werden. In diesem Fall muss das zum zweiten Benetzungsverhalten komplementäre erste Benetzungs.ver halten virtuell verschlossen sein, d.h. die eingesetzte Trans ferflüssigkeit lässt sich in ein anderes Kompartiment, das da zweite Benetzungsverhalten zeigt, nicht einfüllen.- Erfindungs gemäß ist es jedoch unerheblich, ob das erste Benetzungsverhalten oder das . zweite Benetzungsverhalten das Kompartiment virtuell öffnet oder es virtuell schließt, es ist lediglich von Bedeutung, dass es den dargelegten Unterschied zwischen den beiden Benetzungsverhalten gibt.
Für die vorliegende Erfindung ist es weiterhin entscheidend, dass eine Überführung, des ersten Benetzüngsverhaltens in das zweite Benetzungsverhalten und zurück jeweils lokal auf ein einzelnes Kompartiment beschränkt bleibt, d.h. benachbarte Kompartimente lassen sich in ihrem Benetzungsverhalten unabhängig voneinander einstellen. Die Überführung erfolgt über einen physikalischen und/oder chemischen Effekt, der sich lo- kal auf das zu überführende Kompartiment aufbringen lässt, vorzugsweise über lokal aufgebrachte Wärme oder Strahlung, insbesondere mittels eines Laserscannersystems oder einer Lichtquelle aus dem sichtbaren oder dem ultravioletten Spektralbereich. Es ist dabei nicht von Belang, ob die Konfigurierung rückseitig, vorderseitig oder durch in die Transferfläche eingebettete Elemente hindurch erfolgt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung liegen die physikalischen Dimensionen der Kompartimente im Bereich von 1 μπι bis 100 μιη, bevorzugt von 1 μιτι bis 10 μιη, wodurch die eingesetzten Effekte räumlich sehr stark begrenzbar sein müssen. Hierzu eignen sich insbesondere lithographische Verfahren, allerdings lassen sich auch mechanische Effekte, vor allem durch ein lokales Aufbringen von Druck, oder chemische und/ oder biologische Effekte, bevorzugt durch eine lokale Aufbringung von Reagenzien, einsetzen.
Die lokale Umwandlung vom ersten in das zweite Benetzungsver- halten wird als Konfigurierung bezeichnet. Nach der Konfigurierung weist die Transferfläche lokal- virtuell geöffnete Kompartimente zur Aufnahme von Flüssigkeiten von "der Vorlagefläche auf. Ist das zweite Benetzungsverhalten in einer bevorzugten Ausführung nicht zeitstabil, geht es nach einer Latenzzeit wieder in den stabilen Grundzustand, der als erstes' Benet- zungsverhalten bezeichnet wird, zurück. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird dieser Vorgang beschleunigt, insbesondere durch einen erneuten Energieeintrag mittels energetischer Strahlung oder mittels Wärme. Im Gegensatz zur Konfigurierung erfolgt dieser Schritt, der als Löschung bezeichnet wird, in dieser Ausgestaltung. auf der gesamten Fläche der Transferfläche.
In der besonderen Ausgestaltung wird die Löschung einer Konfiguration beschleunigt. Die virtuell verschlossenen Komparti- mente bleiben verschlossen, während die bisher virtuell geöff neten Kompartimente durch die Lösung virtuell verschlossen werden. Dabei ist zu beachten, dass die in den bisher jeweils geöffneten Kompartimenten vorliegende Transferflüssigkeit dadurch nicht in den Kompartimenten verbleibt, die ja keinen physikalisch abgeschlossenen Raum ausbilden. Vielmehr wird durch die Änderung des BenetZungsverhaltens vom zweiten Benet zungsverhalten zum ersten Benetzungsverhalten die im jeweiligen Kompartiment vorliegende Flüssigkeit ausgetrieben. Im. Fal le, dass der Kontrast zwischen den beiden Benetzungsverhalten erheblich ist, wird die Transferflüssigkeit selbstständig zurück an die Oberfläche drängen und davon abperlen. Tritt dieser Effekt auf, während sich die Transferfläche in unmittelbarer Nähe zur Zielfläche befindet, wird Transferflüssigkeit von der Transferfläche auf die Zielfläche übertragen.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung erfolgt die Abgabe der Flüssigkeit von der Transferfläche auf die Zielfläch derart, dass ein bestimmtes Kompartiment auf der Transferfläche hierzu in diesem Moment direkt oberhalb eines bestimmten Kompartiments auf der Zielfläche positioniert wird. Ist der Abstand der beiden Flächen- ausreichend klein, bevorzugt sind die Flächen in unmittelbarer Berührung, und ist die Benet- zungsneigung der Transferflüssigkeit auf der Zielfläche in diesem Moment signifikant höher als- auf dem sich virtuell schließenden Kompartiment auf der Transferfläche, erfolgt ein nahezu vollständiger Übertrag der Transferflüssigkeit von der Transferfläche auf die Zielfläche.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Konfigurierung der Transferfläche durch ein lithographisches Verfahren eingeleitet . Vorzugsweise kommt hierfür ein maskenloses Lithographiesystem oder ein Scannersystem zum Ein satz, wobei bevorzugt eine niedrige Wellenlänge, insbesondere im Bereich des ultravioletten Spektrums, dient. Das Löschen der Konfiguration erfolgt in diesem Fall mittels einer flächigen Belichtung bei einer höheren Wellenlänge, insbesondere im grünen Spektralbereich, oder durch ein flächiges Beheizen der gesamten Transferfläche. Hierbei ist nicht von Belang, ob die Lösung rückseitig, vorderseitig oder aus dem Volumen der.
Transferfläche erfolgt.
Als Vorlagefläche wird jede physikalische Form der Vorhaltung für eine bestimmte Transferflüssigkeit bezeichnet. Für das er- findungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Vorlagefläche nur eine ausgewählte Transferflüssigkeit vorliegt. Im Unterschied zur Transferfläche und zur Zielfläche ist es nicht erforderlich, dass die Vorlägetlache mit Kompartimenten ausgestattet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorlagefläche eine einfache polymere, keramische oder metallische Fläche,, die, wie die Zielfläche, keine geometrisch plane Ebene sein muss, die mit einem dünnen Film der ausgewählten Transferflüs- sigkeit benetzt ist. Dabei ist nicht ausschlaggebend, dass eine bestimmte Vorlagefläche stets nur eine bestimmte Transferflüssigkeit, vorlegt, die Wahl der Transferflüssigkeit kann sich erfindungsgemäß über die Zeit ändern. In einer besonderen Ausgestaltung legt eine Vorlagefläche zunächst eine erste Transferflüssigkeit vor, nach einer Reinigung zu einem späteren Zeitpunkt eine zweite Transferflüssigkeit.
In einer besonderen Ausgestaltung ist auch die Vorlagefläche mit Kompartimenten ausgestattet. Damit kann eine zweite Trans- ferfläche als Vorlagefläche für eine erste Transferfläche dienen. Ebenso lässt sich eine zweite Zielfläche als Vorlagefläche für einen zweiten Transfervorgang einsetzen.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Vorlagefläche ge- genüber der ausgewählten Transferflüssigkeit eine möglichst hohe Benetzbarkeit aufweist, um eine möglichst homogene Benet¬ zung der Vorlagefläche mit einem dünnen Film an Transferflüssigkeit zu erreichen. In einer besonderen Ausgestaltung ist die Benet zungsneigung der Vorlagefläche über die Zeit jedoch nicht beständig, sondern wird temporär verändert, wodurch sich, ähnlich wie beim Übergang von der Transferfläche auf die Zielfläche, die Übertragungsneigung verbessern lässt.
Neben dem Vorlegen der Transferflüssigkeit mittels Übertragung eines dünnen Films von der Vorlagefläche auf die Transferfläche sind weitere Möglichkeiten zur Aufbringung der Transfer¬ flüssigkeiten auf die Transferfläche möglich. Hierzu eignen sich insbesondere Aufdampfen, Spotten, Schleudern, Spin Coat- ing, Rakeln, Walzentransfer und andere bekannte Verfahren, die zum Übertragen von Flüssigkeiten und Pasten eingesetzt werden. Als einfachste Ausgestaltung ist eine freie Oberfläche■ eines Reservoirs mit Transferflüssigkeit möglich, wobei die Transferflüssigkeit dadurch übertragen wird, dass die Transferfläche mit der freien Oberfläche in Berührung gebracht wird.
Die vorliegende Erfindung weist vor allem folgende Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Sie erlaubt das parallele Übertragen von Flüssigkeiten und ist im Vergleich insbesondere mit Spotting-Systemen wesentlich schneller, weil nicht jeder Punkt einzeln gesetzt werden muss. Sie erlaubt das Übertragen wesentlich kleinerer Mengen an Flüssigkeiten, wodurch im Vergleich zu anderen Systemen ein wesentlich günstiger Betrieb möglich wird. Da nur kleine Mengen an Flüssigkeiten übertragen werden, ist auch die erreichbare Dichte an Spots von Transferflüssigkeit auf der Zielfläche wesentlich höher, was insbeson¬ dere dann vorteilhaft ist, wenn die vorliegende Erfindung in der kombinatorischen Chemie eingesetzt wird.
Im Unterschied zum Offsetdruck erlaubt die vorliegende Erfin¬ dung die Übertragung von Flüssigkeit in diskreten Kompartimen- ten, d.h. es wird ausgeschlossen, dass die einzelnen Flüssigkeitspunkte ineinander laufen. Während dieser Effekt in der Drucktechnik unerwünscht ist, da hierdurch pixelige Bilder entstehen, stellt er für Anwendungen im Bereich der vorliegen- den Erfindung einen wesentlichen Vorteil dar. Schließlich dient eine Löschung der Konfigurierung als Initiator für die Übertragung der Transferflüssigkeit auf die Zielfläche, während im Offsetdruck die Löschung nur dann erfolgt, wenn die eingesetzte Druckwalze neu konfiguriert werden, muss.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Zielfläche in Aufsicht; Fig. 2 Schematische Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Transferfläche in Aufsicht;
Fig. 3 Schematische Darstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Seitenansicht.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Zielfläche 101 in Aufsicht (Draufsicht). Die Zielfläche 101 weist gemäß Fig. la) eine Mehrzahl von einzelnen Kompartimente 102, 102', 102'' auf, die physikalisch voneinander getrennt sind. Wird, wie in Fig. lb) dargestellt, eine Transferflüssigkeit in ein ausgewähltes Kompartiment 103 eingefüllt, so ist es ausgeschlossen, däss die Transferflüssigkeit in ein Kompartiment 104 übertritt, das in Bezug zum ausgewählten Kompartiment 103 benachbart angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Transferfläche 201 in Aufsicht. Die
Transferfläche 201 weist gemäß Fig. 2a) genauso wie die Ziel- fäche 101 ebenfalls eine Mehrzahl von einzelne Kompartimenten 202, 202', 202'' ... auf, die physikalisch voneinander getrennt . sind. Auch hier stellt eine physikalische Modifizierung des Substrats sicher, dass eine in ein ausgewähltes Kompartiment eingefüllte Transferflüssigkeit nicht in ein hierzu benachbartes zweites Kompartiment übertritt.
Im Unterschied zur Zielfläche 101 erfolgt vor der Befüllung von Kompartimenten der Transferfläche 201 in einem zweiten Schritt eine Modifizierung der Kompartimente 203, 203', 203'' die es ermöglicht, die einzelnen Kompartimente 203, 203', 203' ' ... mittels einer Belichtung und/oder einer thermischen Behandlung von einem stabilen ersten Benetzungsverhalten auf ein instabiles zweites Benetzungsverhalten umzuwandeln. In Fig. 2b) weisen alle Kompartimente 203, 203', 203'' ... ein erstes Benetzungsverhalten auf, das demjenigen Benetzungsverhal ten der Strukturen, die die einzelnen Kompartimente voneinander trennen, gleicht. In diesem Zustand sind alle Kompartimen te 203, 203', 203'' ... nicht mit einer Transferflüssigkeit be- füllbar; sie werden als virtuell verschlossen bezeichnet.
Durch eine Belichtung ausgewählter Kompartimente 204, 204', 204''.... gemäß Fig. 2c) mit Licht einer kurzen Wellenlänge wir das Benetzungsverhalten der jeweils bestrahlten Kompartimente. 204, 204', 204'' ... geändert. In Fig. 2d) zeigen die belichteten Kompartimente.205 , 205', 205'' ... jetzt das zweite Benetzungsverhalten. Damit ist es jetzt möglich, jeweils Transf.er- flüssigkeit in die Kompartimente 205, 205', 205'' ... einzufül len. Die ausgewählten Kompartimente 205, 205', 205'' ... liegen jetzt in einem virtuell geöffneten Zustand vor. In diesem Zustand kann die Transferfläche 201 von der Vorlagefläche 301. Transferflüssigkeit 302 empfangen, die ausschließlich in die virtuell geöffneten Kompartimente 205, 205' , 205' ' ... eintritt.
Wie . in Fig. 2e) dargestellt, erfolgt eine Löschung der Transferfläche 20.1 durch eine Beaufschlagung der gesamten Transfer fläche 201 mittels einer Belichtung bei einer zweiten Wellen- länge, die länger als die erste Wellenlänge ist, oder mittels einer thermischen Behandlung (Erwärmung) . Als Folge dieser Beaufschlagung weisen, wie Fig. 2f) zeigt, alle Kompartimente 207, 207', 207'' ... der gesamten Transferfläche 201 wieder das stabile erste Benetzungsverhalten auf. Ab jetzt lassen sich entweder ausgewählte Kompartimente 207, 207', 207'' ... in einem neuen Verfahren gemäß Fig. 2c) wieder neu virtuell öffnen oder die gesamte Transferfläche 201 kann gemäß Fig. 2a) wieder vollständig neu konfiguriert werden.
Fig. 3 stellt schematisch den Ablauf des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens vor. Gemäß Fig. 3a) wird eine noch un- modifizierte Transferfläche 201 bereitgestellt, die eine Mehrzahl von physikalisch voneinander abgetrennten Kompartimente 202, 202', 203' aufweist. Die Kompartimente 203, 203', 203'' ... werden im zweiten Schritt gemäß Fig. 3b) so modifiziert, dass alle das zeitstabile erste Benetzungsverhalten einnehmen. Die Modifizierung muss für die Transferfläche 201' nur einmal ausgeführt werden; es ist nicht notwendig, die Fläche nach jeder Bearbeitung neu zu präparieren. In diesem Zustand sind alle Kompartimente 203, 203' , 203'' ... virtuell verschlossen.
Gemäß Fig. 3c) erfolgt anschließend eine Konfigurierung ausgewählter Kompartimente mittels einer lithographischen Be- leuchtung 204, 204', 204'', wodurch einzelne Kompartimente
205, 205', 205'' geöffnet werden.
In einem nächsten Schritt wird gemäß Fig. 3d) die Transferfläche 201 mit einer Vorlagefläche 301 in Kontakt gebracht. Die Flächen in Fig4 3d) sind nur aus Gründen der besseren Dar¬ stellbarkeit getrennt gezeichnet, denn die Übertragung der Transferflüssigkeit 302 von der Vorlagefläche 301 auf die
Transferfläche 201 erfolgt vorteilhaft durch unmittelbaren Kontakt der beiden Flächen. Die virtuell geöffneten Kompartimente 303, 303', 303'' nehmen, wie Fig. 3e) zeigt, Transfer- flüssigkeit auf, während die virtuell verschlossenen, d.h. die während der Konfigurierung nicht umgeschalteten Kompartimente, keine Transferflüssigkeit aufnehmen können und daher während dieses Schrittes auch nicht aufnehmen.
Anschließend wird, wie in Fig. 3f) dargestellt, die Transferfläche oberhalb der Zielfläche 101 positioniert. Die Zielfläche 101 weist in dieser besonders bevorzugten Ausführung geometrisch identisch angeordnete Kompartimente 102, 102', 102'' ... auf, in die die Transferflüssigkeit von der Transferfläche 201 übertragen wird. Hierzu wird auf der Transferfläche 201 die Konfigurierung gelöscht, in der hier beschriebenen Ausführung der Erfindung mittels einer flächiger Belichtung 206 oder durch das Aufbringen von Wärme .
Infolge der in Fig. 3f) dargestellten Löschung schließen sich, wie Fig. 3g) zeigt, die virtuell geöffneten Kompartimente 305, 305' , 305' ' der Transferfläche 201 und treiben dort die darin eingefüllte Transferflüssigkeit 304 aus. Die Transferflüssig-: keit 304 fällt hierzu entweder von der Oberfläche ab oder wird im Fall, dass die Zielfläche 101 und die Transferfläche 201 in unmittelbarem Kontakt zueinander stehen, bedingt durch den hohen Kontrast an Benetzungsverhalten, selbstständig in das zugehörige Kompartiment 306, 306', 306'' der Zielfläche 101 übertragen werden. Abschließend liegt die Zielfläche wie in
Fig. 3h) jetzt mit einer Mehrzahl von selektiv befüllten Kom- partimenten 306, 306', 306'' vor.
Das hier beschriebene Verfahren lässt sich nun, bevorzugt nach einem zwischenzeitlich durchgeführten Reinigungsschritt an der Transferfläche 201, wiederholen, wobei vorzugsweise eine weitere Transferflüssigkeit von der Vorlägetläche 301 über die Transferfläche 201 auf die Zielfläche 101 übertragen wird. Ausführungsbeispiel 1: Herstellung einer mit Komparti ente versehene Transferfläche mit Modifikation einer superhydrophilen Oberfläche mittels einer Azo-Verbindung. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde in einem ersten Verfahrensschritt eine Transferfläche mit einer Mehrzahl von Kompartimenten bereitgestellt. Zur Herstellung dieser Transferfläche und deren Kompartimente wurde zunächst, als Substrat ein Glasobjektträger vorbereitet und gereinigt. Hierfür wurde dieser mit destilliertem Wasser gespült, mit Aceton nachgewaschen und im Stickstofffluss getrocknet. Dann wurde er für 12 h in eine Lösung aus Methanol und rauchender Salzsäure (Volumenverhältnis 1:1, genannt.„saures Methanol") eingelegt. Nach dem Einlegen wurde der Glasobjektträger erneut ausgiebig mit destilliertem Wasser gereinigt, mit Aceton nachgespült und im Stickstofffluss getrocknet.
Anschließend wurde der Glasobj ektträger mit einer Stegstruktur versehen. Dafür wurde auf den Glasobjektträger ein zweiter Ob- jektträger aus Quarzglas (UV-transparent), getrennt durch einen Rahmen aus einer dünnen Teflonfolie mit einer Dicke von ca. 50 μηα, platziert. Dieser zweite Objektträger wurde zuvor für 12 h in einer 0,1 M Lösung 1H, 1.H, 2H, 2H-Perfluorooctyldi- methylchlorosilan in Toluol eingelegt, wodurch die Oberfläche nicht-adhäsiv wurde. Der zwischen den beiden Objektträgern entstehende Spalt wurde mit einer Präpolymermischung aus einem methacrylierten perfluorierten Polyetherdiol und 1 m% (bezogen auf das Monomer) 2 , 2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon als Photd- initiator gefüllt. Der Verbund wurde anschließend lithogra- phisch strukturiert mittels maskenbasierter Lithographie unter Verwendung einer Chrommaske. Die Belichtung erfolgte dabei ■ durch den Quarzglasobjektträger. Unter Verwendung einer 300 W Xe-Bogenlampe wurde nach ca. 3 Minuten Belichtungszeit eine, mittels der Maske vorgegebene, hydrophobe Stegstruktur auf der Oberfläche erzeugt. Nach der Belichtung wurde der Quarzglasob- jektträger abgenommen und der mit einer Stegstruktur versehene Glasobjektträger gründlich mit Aceton gespült.
In einem zweiten Verfahrensschritt wurde die Modifikation der Kompartimente der Transferfläche durchgeführt, indem der Glasobjektträger mittels eines Sol-Gel-Prozesses einer superhydrophilen Beschichtung versehen wurde. Dafür wurde zunächst der mit einer Stegstruktur versehene Glasobjektträger mit einer mikroskalig porösen Schicht überzogen. Daraufhin wurde Tetra- ethoxysilane mit Methanol und Wasser gemischt, wobei das molare Verhältnis hierbei bei 1:20:5 lag. Anschließend wurde der Mischung Ammoniumflüorid (0.02 molar) als . Hydrolyseinitiat'or beigemischt und die Lösung 3 h gerührt. Dann wurde der frisch gereinigte mit Stegstrukturen versehene Glasobjektträger in diese Lösung eingelegt und langsam aus der Lösung gezogen;
dieser wurde, danach 6 Stunden an Luft getrocknet und schließlich für 2 h bei 220 °C ausgebacken. Im Anschluss wurde er intensiv mit destilliertem Wasser gespült, mit Aceton nachgespült und im Stickstofffluss getrocknet. Die Oberfläche war daraufhin schwach opak und superhydrophil (Kontaktwinkel < 5°), was dem ersten Benetzungsverhalten entsprach.
In einem dritten Verfahrensschritt wurde die Oberfläche des genannten Glasobjektträgers amino-funktionalisiert . Dafür wur- de der genannte Glasobjektträger im getrockneten Zustand für
12 h in saurem Methanol aktiviert und anschließend mit destilliertem Wasser gespült,, mit Aceton nachgespült und im Stickstofffluss getrocknet. Nach der Aktivierung wurde er in eine 1 vol%-Lösung von Aminopropyltriethoxysilan in Toluol gelegt. Nach Entnahme des Glasobjektträgers aus der Lösung wurde' er intensiv mit Toluol, dann mit Aceton gespült und im Stickstofffluss getrocknet.
Anschließend wurde der aminofunktionalisierte Glasobjektträger in eine Lösung von 10 mmol Trifluoromethoxyphenylazophey- lglutarat-NHS in DMF eingelegt und über 24 Stunden unter
Schutzgas inkubiert. Dann wurde der Glasobjektträger gründlich ■ mit DMF und Aceton gewaschen. Die Oberfläche war daraufhin superhydrophob (Kontaktwinkel > 170°), was dem zweiten Benet- zungsverhalten entsprach.
Die Herstellung der photoisomerisierbaren Azo-Komponente Trif- luoromethoxyphenylazopheylglutarat-NHS erfolgte in 3 Syntheseschritten
- zunächst wurde Trifluoromethoxyphenylazophenol synthetisiert, indem 60 mmol Trifluoromethoxyaniline unter leichter Erwärmung in 20 ml konzentrierter Schwefelsäure und 20 ml Wasser aufgenommen wurden. Danach wurde die Lösung im Wasserbad auf ca. 5°C gekühlt. Daraufhin wurde eine Lösung von 8 g Nat- riumnitrid in 50 ml Wasser langsam zugegeben. Diese Diazotie- rungslösung wurde anschließend bei 5°C langsam in eine Lösung von Phenol (70 mml) und NaOH (5 g) in 200 ml Wasser gegeben. Nach Zugabe wurde überprüft, dass die Lösung basisch bleibt. Nach erfolgter Zugabe wurde 2 Stunden weitergerührt, die Lö- sung dann mittels konzentrierter HCl angesäuert und der aus- - fallende orange-rote Feststoff mittels Filtration extrahiert. Der Filterkuchen wurde mit 0.1 M HCl gewaschen und in vacuo getrocknet.
- in einem zweiten Syntheseschritt wurde Trifluoromethoxyphe- nylazophenylglutarat hergestellt. 20 mmol Trifluoromethoxyphenylazophenol wurden in 20 ml Dimethylfuran (DMF) aufgenommen. Dann wurden 22 mmol Glutarsäureanhydrid zugeben und die Lösung 24 h bei Raumtemperatur gerührt.
- in einem dritten Syntheseschritt wurde die photoisomerisier- bare Azo-Komponente Trifluoromethoxyphenylazophenylglutarat-
NHS hergestellt. Dazu wurden der vorliegende Lösung aus Trif- luoromethoxyphenylazophenylglutarat in DMF 22 mmol Dicyclohe- xylcarbodiimid und 30 mmol N-Hydroxysuccinimide (NHS) zugefügt und das Produkt bei Raumtemperatur für 12 h gerührt. Dabei · fiel Dicyclohexylharnstoff als Feststoff aus. Nach 12 h- wurde die Lösung gefiltert.
Der somit erhaltene Glasobjektträger wurde für 30 Minuten mit UV belichtet (-365 nm, 300 W Xe^-Bogenlampe ) und dabei 10 cm von der Lichtquelle entfernt platziert. Die Oberfläche wechselte in dieser Zeit von superhydrophob auf superhydrophil (< 10°). Die Umschaltung auf den superhydrophoben Zustand erfolg¬ te, indem der Objektträger für ca. 3 Stunden mit Licht im sichtbaren Spektrum (> .420 nm) belichtet wurde. Der Benet- zungswinkel erhöhte sich dabei wieder auf ca. 165°. Die Oberfläche des somit erhaltenen . Glasobj ektträgers war nachweislich photoschaltbar .
In einem weiteren Verfahrensschritt wurde der auf superhydro- phil (erstes Benetzungsverhalten) geschaltete Glasobjektträger, zum Flüssigkeitstransfer mittels Pipettieren mit Wasser als Transferflüssigkeit benetzt. Die benetzte Oberfläche wurde nun über eine Filtermembran als Zielfläche platziert und rückseitig mit Licht im sichtbaren Spektrum (> 420 nm) belichtet. Infolge des Umschaltens der Transferfläche vom ersten zum zweiten BenetZungsverhaltens kam es zu einem Einschnüren und letztlich zu einem Abfallen des benetzen Wasserfilms. Schließlich wurde die mit Wasser gefüllte Zielfläche entnommen. Ausführungsbeispiel 2: Verwendung eines Substrats auf Cellulo- sebasis
Das Ausführungsbeispiel 2 unterscheidet sich nur von dem Ausführungsbeispiel 1 dadurch, dass als hydrophiles Substrat, ei- , ne Cellulosemembran eingesetzt, wurde. Bei dieser Membran erfolgte die Reinigung durch Spülen mit bidestilliertem Wasser und Ethanol, gefolgt von einer Trocknung im Stickstofffluss . Zur Aktivierung der Oberfläche wurde die Membran für ca. 15 Minuten einem Corona-Plasma, bereitgestellt durch eine kommer- ziell erhältliche Handcoronaquelle, behandelt. Danach wurde die Oberfläche ausreichend hydrophil, um die Erzeugung einer Aminofunktion mittels Silanisierung zu gewährleisten. Die weitere Aufbereitung erfolgte identisch zum beschriebenen Vorgehen im Ausführungsbespiel 1. Dabei musste darauf geachtet, dass die Membran gleichmäßig mit dem photopolymerisierbaren Präpolymer getränkt wurde.
Ausführungsbeispiel 3: Inkontaktbringen der Transferflüssig- keit
Das Ausführungsbeispiel 3 unterscheidet sich von Ausführungsbeispiel 1 dadurch, dass der Flüssigkeitstransfer mittels Kontakt mit einem Flüssigkeitsfilm sprich der freien Oberfläche eines mit der Transferflüssigkeit gefüllten Gefäßes erfolgte.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Übertragen einer Transferflüssigkeit von einer Vorlagefläche (301) in eine Mehrzahl von diskreten Kompartimenten (102, 102', 102'' ...) auf einer Zielfläche
(101), die derart ausgestaltet ist, dass die mindestens eine Transferflüssigkeit eine Neigung besitzt, sich eher auf den Kompartimenten als auf dem Substrat zwischen den Kompartimenten anzuhaften, mit den Schritten in der angegebenen Reihenfolge:
(a) Bereitstellen einer Transferfläche (201) , die eine
Mehrzahl von diskreten Kompartimenten (202, 202', 202'' ...) aufweist, wobei jedes Kompartiment unabhängig von allen anderen Kompartimenten umschaltbar ist zwischen einem in Bezug auf die Transferflüssigkeit gegebenen ersten Benetzungsverhalten und einem zweiten Benetzungsverhalten, das einen in Bezug auf das erste Benetzungsverhalten verschiedenen Benetzungsgrad aufweist;
(b) Einstellen aller Kompartimente (203, 203', 203''...) auf der Transferfläche (201) auf das erste Benetzungsverhalten;
(c) Konfigurieren von ausgewählten Kompartimenten (205,
205', 205") auf der Transferfläche (201) mittels einer ersten energiereichen Beaufschlagung (204) zum zweiten Benetzungsverhalten, so dass die ausgewählten Kompartimente (205, 205', 205'') eine Konfigurierung tragen;
(d) Inkontaktbringen der Transferfläche (201) mit der Vorlagefläche (301), wodurch die ausgewählten Kompartimente (205, 205', 205'') zumindest einen Teil der Transferflüssigkeit von der auf der Vorlagefläche (301) aufgebrachten Transferflüssigkeit (302) aufnehmen,
(e) Entfernen de'.r Transferfläche (201) von der Vorlagefläche (301) , wobei die ausgewählten Kompartimente (303, 303', 303") mit der Transferflüssigkeit (302)
.gefüllt bleiben;
(f) Positionieren der Transferfläche (201) derart oberhalb der Zielfläche (101), dass die Kompartimente (303, . 303', 303") der Transferfläche (201) über. den Kompar- timenten (102, 102', 102'') der Zielfläche (101) zu liegen kommen;
(g) Löschen der Konfigurierung zumindest der ausgewählten Kompartimente (303, 303', 303'') durch Zeitablauf oder mittels einer zweiten energiereichen Beaufschlagung (206) der Transferfläche (201), wodurch die Transferflüssigkeit aus den ausgewählten Kompartimenten (303, 303', 303") der. Transferfläche (201) austritt und auf die Kompartimente (102, 102', 10.2") der Zielfläche (101) übertragen wird; und
(h) Entnehmen der Zielfläche (101), auf der die Kompartimente (306, 306', 306") def Zielfläche (101) zumindest teilweise mit . der Transferflüssigkeit gefüllt sind.
2·. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Anschluss an Schritt (h) die Schritte (b) bis (h) oder die Schritte (d) bis (h) mindestens ein weiteres Mal in dieser Reihenfolge mit jeweils einer weiteren Transferflüssigkeit, die dieselben Be- netZungseigenschaften wie die zuerst eingesetzte Transferflüssigkeit besitzt, durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Transferflüssigkeit eingesetzt wird, die eine flüssige Phase umfasst, die eine homogene Flüssigkeit oder eine Schmelze eines Feststoffs oder ein verflüssigtes Gas oder eine physika- lische Mischung oder eine chemische Lösung einer homogenen
Flüssigkeit aufweist, wobei die Mischung oder die Lösung mindestens einen Feststoff und/oder mindestens eine weitere Flüssigkeit und/oder mindestens ein Gas enthält.
1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine
Zielfläche (101) eingesetzt wird, auf dessen Substrat der Kontaktwinkel gegen die Transferflüssigkeit einen Wert aufweist, der oberhalb von 90°, bevorzugt oberhalb von 150°, besonders bevorzugt oberhalb von 170°, liegt, während der Kontaktwinkel gegen die Transferflüssigkeit auf' der Oberfläche der Kompartimente (102, 102', 102'' ...) einen Wert aufweist, der unterhalb von 90°, bevorzugt unterhalb von 30°, besonders bevorzugt unterhalb von 5°, liegt'.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Zielfläche (101) eingesetzt wird, auf der die Kompartimente (102, 102', 102''...) mechanisch voneinander getrennt sind, bevorzugt in Form eines Wellsystems, mittels Stegstrukturen und/oder indem die Kompartimente (102, 102', 102''...) geometrisch als Vertiefungen ausgeführt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Konfigurierung der Transferfläche (201.) durch ein lithographisches Verfahren mit einer ersten Wellenlänge, insbesondere aus dem ultravioletten Spektralbereich, erfolgt, während das Löschen der Konfiguration mittels- einer flächigen Belichtung bei einer zweiten Wellenlänge, die länger ist als die erste Wellenlänge, insbesondere aus dem grünen Spektralbereich, oder mittels eines flächigen Beheizens der Transferfläche (201) erfolgt.
Transferfläche (201) , die eine Mehrzahl von diskreten, auf einem Substrat angeordneten Kompartimenten (202, 202', 202''...) aufweist, wobei jedes Kompartiment unabhängig von allen anderen Kompartimenten umschaltbar ist zwischen einem in Bezug auf die mindestens eine Transferflüssigkeit gegebenen ersten Benetzungsverhalten und einem zweiten Benet- zungsverhalten, das in Bezug auf das erste Benetzungsverhalten einen verschiedenen Benetzungsgrad aufweist.
8. Transferfläche (201) nach Anspruch 7, wobei die Mehrzahl der Kompartimente (202, 202', 202''...) zwischen dem ersten Benetzungsverhalten und dem zweiten Benetzungsverhalten umschaltbar ist durch eine Konfigurierung der Oberflächen der Mehrzahl der Kompartimente. (202, 202', 202''...) mittels einer ersten energiereichen Beaufschlagung (204), insbesondere durch Licht aus dem sichtbaren und/oder ultravioletten Spektralbereich.
9. Transferfläche (201) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Substrat der Transferfläche (201) einen Kontaktwinkel gegen die mindestens eine Transferflüssigkeit mit einem Wert aufweist, der oberhalb von 90°, bevorzugt oberhalb von 150°, besonders bevorzugt oberhalb von 170°, liegt, während die Oberfläche der Kompartimente (202, 202', 202'' ...) einen Kontaktwinkel gegen die mindestens eine Transferflüssigkeit mit einem Wert aufweist, der unterhalb von 90°, bevorzugt unterhalb von 30°, besonders bevorzugt unterhalb von 5°, liegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die
Kompartimente (102, 102', 102''...) auf mechanische Weise räumlich voneinander getrennt sind, bevorzugt in Form eines
. Wellsystems, mittels Stegstrukturen und/oder indem die Kompartimente (102, 102', 102''...) geometrisch als Vertiefungen ausgeführt sind.
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