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DE10224568A1 - Microarray device - Google Patents

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DE10224568A1
DE10224568A1 DE10224568A DE10224568A DE10224568A1 DE 10224568 A1 DE10224568 A1 DE 10224568A1 DE 10224568 A DE10224568 A DE 10224568A DE 10224568 A DE10224568 A DE 10224568A DE 10224568 A1 DE10224568 A1 DE 10224568A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zones
porous
membrane
microarray device
microporous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10224568A
Other languages
German (de)
Inventor
Stefan Dr. Fischer-Frühholz
Eric Jallerat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sartorius Stedim Biotech GmbH
Original Assignee
Sartorius AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10206152A external-priority patent/DE10206152A1/en
Application filed by Sartorius AG filed Critical Sartorius AG
Priority to DE10224568A priority Critical patent/DE10224568A1/en
Priority to AU2002360941A priority patent/AU2002360941A1/en
Priority to EP02795070A priority patent/EP1490175A2/en
Priority to PCT/EP2002/013109 priority patent/WO2003049851A2/en
Priority to US10/493,333 priority patent/US20040240137A1/en
Priority to DE20218984U priority patent/DE20218984U1/en
Publication of DE10224568A1 publication Critical patent/DE10224568A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikroarray-Vorrichtung auf Basis eines porösen Materials, vorzugsweise einer mikroporösen, polymeren Membran, die eine Vielzahl von nach einem vorbestimmten Muster in hoher Dichte angeordneten porösen Bereichen (Zonen) aufweist, die einzeln angesteuert werden können, wobei zwischen den porösen Bereichen, je nach Anforderung ein Stoffaustausch möglich oder nicht möglich ist.The present invention relates to a microarray device based on a porous material, preferably a microporous, polymeric membrane, which has a multiplicity of porous regions (zones) arranged in a high density according to a predetermined pattern, which can be controlled individually, between the porous ones Areas, depending on the requirement, a material exchange is possible or not possible.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikroarray-Vorrichtung. Genauer betrifft die Erfindung eine Mikroarray-Vorrichtung auf Basis eines porösen Materials, beispielsweise einer mikroporösen, polymeren Membran, die eine Vielzahl von nach einem vorbestimmten Muster in hoher Dichte angeordneten porösen bzw. mikroporösen Bereichen (Zonen) aufweist, die einzeln angesteuert werden können, wobei zwischen den porösen bzw. mikroporösen Bereichen, je nach Anforderung ein Stoffaustausch möglich oder nicht. möglich ist.The invention relates to a microarray device. More specifically, the invention relates to a microarray device based a porous Material, for example a microporous, polymeric membrane, the a variety of high density according to a predetermined pattern arranged porous or microporous Has areas (zones) that can be controlled individually, wherein between the porous or microporous Areas, depending on requirements, a mass transfer possible or Not. possible is.

Mikroarrays sind ein ausgezeichnetes Hilfsmittel, eine große Anzahl verschiedener Moleküle gegen eine unbekannte Substanz zu testen.Microarrays are excellent Aids, a great one Number of different molecules to test against an unknown substance.

Ein Mikroarray besteht im allgemeinen aus einer kleinen, spezifischen Fläche, welche bereits von Anfang an in zahlreiche noch kleinere Flächen im Bereich von 1000 bis 100 000 dieser Flächen pro cm2 unterteilt ist bzw. später unterteilt werden kann. Diese etwa 1 000 bis etwa 100 000 noch kleineren Flächen (Zonen), d.h. spezifischen Punkte auf dem 1 cm2 großen Mikroarray können einzeln und unabhängig voneinander angesteuert bzw. angesprochen werden. Bei normalem Einsatz bedeutet dies, daß auf jedem dieser spezifischen Punkte eine kleine Menge an Flüssigkeit, welche ein oder mehrere Reagenzien enthalten kann, abgeschieden bzw. aufgebracht werden kann. Das Reagens bzw. die Reagenzien in jeder der kleinen Flüssigkeitsmengen kann bzw. können alle verschieden sein und es sollte unter normalen Umständen kein Stoff- oder Informationsaustausch von einem Punkt zum anderen stattfinden. Auf diese Weise kann jeder Punkt ein auf seine Oberfläche gebundenes spezifisches Reagens aufweisen. Eine Reaktion kann dann auf dem gesamten Mikroarray durchgeführt werden. Diese Reaktion kann aufgrund der unterschiedlichen Reagenzien auf den Oberflächen der einzelnen Punkte zu unterschiedlichen Ergebnissen auf diesen Punkten führen und die so erzeugten Ergebnisse bzw.A microarray generally consists of a small, specific area, which is divided from the beginning into numerous even smaller areas in the range from 1000 to 100,000 of these areas per cm 2 or can be divided later. These approximately 1,000 to approximately 100,000 even smaller areas (zones), ie specific points on the 1 cm 2 microarray, can be controlled or addressed individually and independently of one another. In normal use, this means that a small amount of liquid, which can contain one or more reagents, can be deposited or applied to each of these specific points. The reagent (s) in each of the small amounts of liquid can all be different and under normal circumstances there should be no exchange of material or information from one point to another. In this way, each point can have a specific reagent bound to its surface. A reaction can then be carried out on the entire microarray. Due to the different reagents on the surfaces of the individual points, this reaction can lead to different results on these points and the results or

Signale können von jedem einzelnen Punkt unabhängig voneinander abgegeben werden.Signals can be sent from any single point independently be delivered.

Die derzeit im Einsatz befindlichen Mikroarrays sind auf Basis von Glas oder Siliziumdioxid hergestellt. Beispielsweise werden Nukleinsäure-Arrays, wie DNA-Arrays (oder Biochips) derart hergestellt, daß die Nukleinsäure-Oligomere, wie DNA-Oligomere und RNA-Oligomere entweder photochemisch (Affymetrix) auf einer Festphasenmatrix positioniert oder mechanisch angeordnet werden. Die Plazierung in Mikromengen auf dem Target erfolgt beispielsweise mit Hilfe von Kontaktdruckern, wie Typendrucker oder Nadeldrucker oder Tintenstrahldrucker, die piezoelektrisch arbeiten oder in Solenoidtechnik. Das Target kann beispielsweise ein Glassubstrat sein.The ones currently in use Microarrays are made on the basis of glass or silicon dioxide. For example, nucleic acid arrays such as DNA arrays (or Biochips) produced in such a way that the nucleic acid oligomers, such as DNA oligomers and RNA oligomers either photochemically (Affymetrix) positioned on a solid phase matrix or mechanically arranged become. The placement in microns on the target is done for example with the help of contact printers, such as type printers or dot matrix printers or inkjet printers that work piezoelectrically or in solenoid technology. The target can be a glass substrate, for example.

Typische, derzeit aufgebrachte bzw. abgeschiedene Substanzen sind Nukleinsäuren (wie Oligonukleotide, sogenannte ESTs, d.h. Expressed Sequence Tags, cDNAs), Proteine oder Peptide, Zellen oder Zellfragmente, Gewebe etc., d.h. annähernd alle Arten von biologischen Molekülen oder Zellen, es können aber auch andere Chemikalien, z.B. für Testverfahren für den Umweltschutz, abgeschieden werden.Typical, currently applied or deposited substances are nucleic acids (such as oligonucleotides, so-called ESTs, i.e. Expressed sequence tags, cDNAs), proteins or peptides, cells or cell fragments, tissues etc., i.e. almost everyone Types of biological molecules or cells, it can but also other chemicals, e.g. for test procedures for environmental protection, be deposited.

Analysen mit Hilfe von Mikroarrays sind beispielsweise in Ross et al. (2000) Nature Genet. 24, 227-235, und Weinstein et al. (1997) Science 275, 343-349, beschrieben. In diesen Untersuchungen wurden ESTs (expressed sequence tags), d.h. kurze cDNA-Abschnitte, zur Identifizierung von cDNA-Bibliotheken bzw. genomische Sequence Tags zur Charakterisierung von komplexen Genen bzw. von Genhomologen anderer Spezies als Arrays aufgetragen. Im nächsten Schritt erfolgte das Aufbringen von mRNA-Proben von einer Zellinie oder von einer Krebszellprobe. Generell können mit diesem Verfahren mRNA-Fragmente im großen Maßstab verglichen werden. Außerdem können viele Proben gleichzeitig untersucht werden.Analyzes using microarrays are described, for example, in Ross et al. (2000) Nature Genet. 24, 227-235, and Weinstein et al. (1997) Science 275, 343-349. In These studies were followed by ESTs (expressed sequence tags), i.e. short sections of cDNA to identify cDNA libraries or genomic sequence tags to characterize complex Genes or applied by gene homologists of other species as arrays. in the next Step was the application of mRNA samples from a cell line or from a cancer cell sample. In general, mRNA fragments can be made with this method in the large scale be compared. Moreover can many samples are examined at the same time.

Bei der physikalischen Ablagerung bzw. Abscheidung der Ziel- oder Targetmoleküle auf dem Substrat ist es wichtig, daß die Substanzen (Ziel- oder Targetmoleküle) als einzelne Punkte auf dem Substrat ausgebildet werden. Dies wird typischerweise durch Auswahl eines geeigneten Abstands zwischen den abgeschiedenen Punkten auf der Oberfläche erreicht.With physical deposition or deposition of the target or target molecules on the substrate important that the Substances (target or target molecules) as individual points the substrate are formed. This is typically done by Selection of a suitable distance between the separated points on the surface reached.

Für die Größe des Punkts auf der Oberfläche sind die Oberflächenspannung und die Natur der abzuscheidenden bzw. abzulagernden Lösung von wesentlicher Bedeutung. Wenn die Oberflächenspannung niedrig und das Substrat hydrophil ist, breitet sich selbst eine Menge an Lösung von 1 nl zu einem Punkt mit einem Durchmesser von mehr als 200 μm aus. Um daher die Ausbildung von großflächigen Punkten zu verhindern und um einen Mikroarray mit hoher Dichte zu erhalten, wird die Oberfläche derart optimiert, beispielsweise durch Silanisierung, daß sie hydrophobe Eigenschaften besitzt. Insbesondere Oligonukleotide werden auf silanisiertem Glas abgeschieden, um Mikroarrays mit hoher Dichte zu erzeugen. In der nachfolgend erwähnten 1 ist beispielhaft ein auf einer hydrophoben Oberfläche abgeschiedener Tropfen dargestellt, der nach dem Trocknen einen Punkt mit einem Durchmesser, der kleiner als 100 μm sein kann, ergibt. In der nachfolgend erwähnten 2 ist schematisch dargestellt, daß ein Lösungstropfen, der auf einer hydrophilen Oberfläche abgeschieden ist, zu einem getrockneten Punkt mit einem Durchmesser von sehr viel größer als 200 μm führen kann.For the size of the point on the surface, the surface tension and the nature of the solution to be deposited or deposited are of essential importance. If the surface tension is low and the substrate is hydrophilic, a quantity of solution of 1 nl will spread to a point with a diameter of more than 200 μm. In order to prevent the formation of large-area dots and to obtain a high density microarray, the surface is optimized, for example by silanization, so that it has hydrophobic properties. Oligonucleotides in particular are deposited on silanized glass to produce high density microarrays. In the below mentioned 1 a drop deposited on a hydrophobic surface is shown as an example, which after drying results in a point with a diameter that can be less than 100 μm. In the below mentioned 2 is shown schematically that a drop of solution that is deposited on a hydrophilic surface can lead to a dried spot with a diameter of much larger than 200 microns.

Beim Trocknen sammelt sich die das Reagens enthaltende Probe am äußeren Rand des Punktes. Dies resultiert später, wenn größere Mengen einer weiteren Substanz auf diesem Punkt abgeschieden werden sollen, zu einem Sensitivitätsproblem, da sich das Reagens der Probe praktisch nur am Rand des Punktes, aber nicht bzw. kaum in der Mitte des Punktes befindet. Aufgrund dieses Dichte- bzw. Konzentrationsproblems wählt man typischerweise ein silanisiertes Glas als Target für Nukleinsäure-Mikroarrays, wie z.B. DNA-Mikroarrays.When drying, the sample containing the reagent collects at the outer edge of the point. This results later when larger amounts of another substance are fired at this point should become a sensitivity problem, since the reagent of the sample is practically only at the edge of the point, but not or hardly at all in the middle of the point. Because of this density or concentration problem, a silanized glass is typically chosen as the target for nucleic acid microarrays, such as DNA microarrays.

Allerdings ist es mit herkömmlichen Mikroarrays, wenn überhaupt, nur sehr schwer möglich, eine höhere Konzentration eines Reagens mit Hilfe von abgeschiedenen Lösungströpfchen so auf einem Punkt des Mikroarrays abzuscheiden, daß das Reagens gleichmäßig über den gesamten Punkt verteilt ist und ohne daß zwischen den Lösungströpfchen ein Stofftransport stattfindet bzw. die Tröpfchen zumindest teilweise zusammenlaufen. Aus diesem Grund werden u.a. poröse Membranen zwar als Material für die Mikroarray-Oberfläche verwendet, jedoch ist es hiermit praktisch nicht möglich, Mikroarrays mit einem Tröpfchen- bzw. Spotabstand von unter 200 μm zu schaffen, da poröse Membranen die Eigenschaft besitzen, Flüssigkeiten aufzusaugen, so daß bisher keine enge, flächenmäßige Abgrenzung erzielt werden konnte.However, it is with conventional ones Microarrays, if any, very difficult possible a higher one Concentration of a reagent with the help of separated solution droplets at a point on the microarray that the reagent is evenly distributed over the entire point is distributed and without a mass transfer between the solution droplets takes place or the droplets at least partially converge. For this reason, i.a. porous Membranes as material for the Microarray surface used, however, it is practically not possible to use microarrays with a droplet or spot distance of less than 200 μm create because porous Membranes have the property of absorbing liquids, so that so far none narrow, geographical delimitation could be achieved.

Im Ergebnis war es bisher nicht möglich, eine rasterförmig gestaltete Oberfläche zu schaffen, wie es z.B. mit Glas als Substrat möglich ist, um ein Reagenshaltiges Tröpfchen auf einer sehr kleinen Oberfläche abzuscheiden. Ferner ist bisher die Menge der abgeschiedenen Reagensmenge sehr begrenzt.As a result, it was previously not possible to design a grid surface to create, e.g. with glass as a substrate is possible to make a reagent droplet on a very small surface deposit. Furthermore, the amount of the amount of reagent deposited is so far very limited.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mikroarray-Vorrichtung bereitzustellen, die eine Vielzahl von nach einem vorbestimmten Muster angeordneten, einzeln ansteuerbaren Punkten aufweist, wobei die Punkte eine möglichst hohe Konzentration einer gewünschten Substanz aufnehmen können und wobei ein Stoff- bzw. Informationsaustausch zwischen den einzelnen Punkten nicht stattfindet oder, wenn gewünscht, die Möglichkeit eines Austauschs zwischen einzelnen Punkten vorgesehen werden kann.It is therefore an object of the present invention a microarray device to provide a variety of according to a predetermined pattern arranged, individually controllable points, the Points one if possible high concentration of a desired Can absorb substance and whereby an exchange of material or information between the individual Points does not take place or, if desired, the possibility an exchange between individual points can be provided.

Diese Aufgabe wird durch den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand gelöst. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß eine Mikroarray-Vorrichtung mit den in der Aufgabenstellung genannten Eigenschaften dadurch bereitgestellt werden kann, daß ein poröses Material, z.B. eine mikroporöse polymere Membran, derart behandelt wird, daß die Porenstruktur des porösen Materials an vorbestimmten Stellen, beispielsweise ein vorbestimmtes Rastermuster aus sich kreuzenden Linien, so verändert wird, daß keine Poren mehr zwischen den nicht-behandelten Bereichen (Zonen) des porösen Materials existieren oder, sofern gewünscht, die Porosität an den behandelten, vorbestimmten Stellen gegenüber den nicht-behandelten Bereichen um ein gewünschtes Maß herabgesetzt wird.This task is carried out by the in the claims marked object solved. The The invention is based on the knowledge that a microarray device with the properties mentioned in the task can be provided that a porous Material, e.g. a microporous polymeric membrane, is treated such that the pore structure of the porous material at predetermined locations, for example a predetermined grid pattern from intersecting lines, is changed so that none More pores between the untreated areas (zones) of the porous material exist or, if desired, the porosity at the treated, predetermined locations relative to the untreated areas a desired one Dimension reduced becomes.

Das poröse Material kann selbsttragend sein oder auf einen Träger aufgebracht werden. Es kann auch auf einem Träger gebildet werden, indem beispielsweise eine Polymergießlösung auf eine Kunststofffolie oder -platte oder auf einen anorganischen Träger, wie eine Glas- oder Keramikplatte beschichtet und danach eine poröse Membran aus der Gießlösung in an sich bekannter Weise, z.B. mit Hilfe des Verdunstungsverfahrens oder des Fällbadvertahrens, hergestellt wird.The porous material can be self-supporting be or on a carrier be applied. It can also be formed on a support by for example a polymer casting solution a plastic film or plate or on an inorganic support, such as coated a glass or ceramic plate and then a porous membrane from the casting solution in in a manner known per se, e.g. with the help of the evaporation process or the precipitation bath process, will be produced.

Als selbsttragendes poröses Material sei als Beispiel eine asymmetrische polymere Membran erwähnt, die eine Porenstruktur aufweist, bei der sich Poren von einer Oberfläche durch die Membran bis zur anderen Oberfläche erstrecken, wobei sich der Durchmesser der Poren von der einen Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche verringert, so daß auf dieser gegenüberliegenden Oberfläche nur noch Poren mit einem wesentlich kleineren Durchmesser oder überhaupt keine Poren mehr vorhanden sind. Im letzteren Fall kann die Mikroarray-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung dadurch hergestellt werden, daß die nur bis zu einer bestimmten Tiefe in der Membran vorhandene Porenstruktur an den vorbestimmten Stellen so verändert wird, daß keine Verbindungskanäle zwischen den nicht-behandelten Bereichen mehr existieren oder zumindest die Porosität in gewünschtem Maß herabgesetzt ist. Dabei fungiert der keine Poren aufweisende Teil der Membran praktisch als Träger für die gebildeten, voneinander getrennten porösen Bereiche (Zonen). Bei einer Membran mit durchgehenden Poren sind die auf der gegenüberliegenden Seite vorhandenen Poren mit kleinerem Durchmesser bis zu einer gewünschten Tiefe in geeigneter Weise zu verschließen.As a self-supporting porous material an asymmetric polymeric membrane may be mentioned as an example has a pore structure in which pores penetrate from a surface extend the membrane to the other surface, with the diameter of the pores from one surface to the opposite surface decreased so that on this opposite surface only pores with a much smaller diameter or at all there are no more pores. In the latter case, the microarray device of the present invention are made by the only Pore structure present in the membrane to a certain depth is changed at the predetermined points so that none connecting channels between the untreated areas exist more or at least the porosity in desired Dimension reduced is. The part of the membrane which does not have pores functions here practical as a carrier for the formed, separate porous areas (zones). At a Continuous pore membranes are on the opposite Side existing pores with a smaller diameter to a desired one Seal depth appropriately.

Die Behandlung des porösen Materials zur Änderung der Porenstruktur an den vorbestimmten Stellen kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden, z.B. durch Anbringen von feinen Schnittlinien, durch Fräsen, Gravieren, Stanzen, durch Zerstören der Porenstruktur durch Anwendung von Prägung oder Druck etc. Zur Ausbildung sehr feiner und exakter Strukturen ist die Anwendung eines Lasers besonders geeignet. Mit Hilfe eines Laserstrahls können feinste nicht-poröse Linien und Bereiche durch Schmelzen (im Falle von thermoplastischem Material) oder Wegbrennen (im Falle von sowohl thermoplastischem als auch nicht schmelzbarem Material) in dem porösen Material erzeugt werden. Dadurch kann ein vorbestimmtes Muster in das poröse Material so eingebrannt werden, daß die Porenstruktur in den durch den Laserstrahl getroffenen Bereichen zerstört wird, wobei sich eine dem vorbestimmten Muster entsprechende, nicht-poröse, flachere Linienstruktur ausbildet bzw. eine Struktur, bei der an den betreffenden Stellen kein ursprünglich poröses Material mehr vorhanden ist.Treatment of the porous material to change The pore structure at the predetermined locations can be different Way to be done e.g. by applying fine cutting lines, by milling, engraving, Punching, by destroying the pore structure by using embossing or printing etc. For training the use of a laser is particularly fine and exact structures suitable. With the help of a laser beam, the finest non-porous lines can be created and areas by melting (in the case of thermoplastic material) or burning away (in the case of both thermoplastic and not fusible material) are generated in the porous material. This allows a predetermined pattern to be burned into the porous material be that the Pore structure in the areas hit by the laser beam gets destroyed, a non-porous, flatter one corresponding to the predetermined pattern Forms line structure or a structure in which the relevant Don't pose originally porous Material is more available.

Damit kann es sich beispielsweise bei einem "nicht-porösen" Bereich um einen Bereich handeln, aus dem das ursprünglich poröse Material vollständig entfernt worden ist. Ein solcher Zustand ist beispielsweise erreichbar, wenn ein poröses Material auf einem Träger aufgebracht worden ist und dann das poröse Material an den vorbestimmten Stellen vollständig, d.h. bis auf den darunterliegenden Träger, entfernt worden ist, so daß völlig voneinander getrennte Bereiche aus porösem Material auf dem Träger zurückbleiben.Thus, for example, a “non-porous” area can be an area from which the originally porous material is made entirely has been removed. Such a state can be achieved, for example, if a porous material has been applied to a support and then the porous material has been completely removed at the predetermined locations, ie down to the underlying support, so that completely separate areas of porous material on the Carrier stay behind.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem porösen Material zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtungen um ein mikroporöses Material, vorzugsweise eine mikroporöse Membran auf Polymerbasis.It is preferably the porous Material for the production of the microarray devices according to the invention a microporous Material, preferably a microporous polymer-based membrane.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff "Mikroarray-Vorrichtung" eine Vorrichtung zu verstehen, die pro 1 cm2 Fläche ca. 5 bis ca. 1.000.000, vorzugsweise ca. 20 bis ca. 100 000 poröse Zonen aufweist, die voneinander durch. nicht-poröse Bereiche oder Bereiche mit verminderter Porosität getrennt sind.In the context of the present invention, the term “microarray device” is understood to mean a device which has about 5 to about 1,000,000, preferably about 20 to about 100,000, porous zones per 1 cm 2 area, which are separated from one another by. non-porous areas or areas with reduced porosity are separated.

Ferner ist unter dem Begriff "mikroporöses Material" bzw. "mikroporöse Membran" ein Material bzw. eine Membran zu verstehen, das bzw. die Poren mit einem mittleren Durchmesser von ca. 0,001 bis ca. 100 μm, vorzugsweise von ca. 0,01 bis ca. 30 μm aufweist .Furthermore, the term "microporous material" or "microporous Membrane "to understand a material or membrane that Pores with an average diameter of approximately 0.001 to approximately 100 μm, preferably from approx. 0.01 to approx. 30 μm ,

Die Separierung der porösen bzw. mikroporösen Strukturen bietet die Möglichkeit der selektiven Aktivierung von porösen bzw. mikroporösen Abschnitten. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Mikroarrays aufgrund der großen Oberfläche auch als Lagerorte für Probenbibliotheken verwendet werden. Ferner können die porösen Strukturen als Matrize für Mikroarrays auf unstrukturierten Membranen eingesetzt werden.The separation of the porous or microporous Structures offers the possibility the selective activation of porous or microporous sections. Can continue the microarrays according to the invention because of the big Surface also as Storage locations for Sample libraries can be used. Furthermore, the porous structures as a matrix for Microarrays can be used on unstructured membranes.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren und das Beispiel genauer beschrieben. Dabei zeigen:The invention is described below Reference to the figures and the example described in more detail. Show:

1: abgeschiedener Tropfen einer Lösung auf einem hydrophoben Substrat 1 : deposited drop of a solution on a hydrophobic substrate

2: abgeschiedener Tropfen einer Lösung auf einem hydrophilen Substrat 2 : deposited drop of a solution on a hydrophilic substrate

3: Beispiel einer Oberfläche einer erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtung mit einer beispielsweise durch einen Laser eingebrannten rasterförmigen Linienstruktur (Draufsicht und Seitenansicht) 3 Example of a surface of a microarray device according to the invention with a raster-shaped line structure, for example burned in by a laser (top view and side view)

4: schematische dreidimensionale Ansicht von einzelnen, durch beispielsweise Brennen mit einem Laser erhaltenen säulenartigen Punkten der Oberfläche der erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtung 4 : schematic three-dimensional view of individual column-like points of the surface of the microarray device according to the invention obtained by, for example, burning with a laser

5: schematische Darstellung der Ansteuerung einzelner Punkte der Oberfläche der erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtung mit einem ein Reagens enthaltenden Lösungstropfen 5 : schematic representation of the control of individual points on the surface of the microarray device according to the invention with a solution drop containing a reagent

6: beispielhafte Dimensionen eines beispielsweise durch Brennen mit einem Laser aus einer mikroporösen Membran erhaltenen Punkts der Oberfläche der erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtung 6 Example dimensions of a point on the surface of the microarray device according to the invention obtained, for example, by burning with a laser from a microporous membrane

7: Beispiel einer Gestaltung und Anordnung von Punkten in der Oberfläche der erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtung 7 : Example of a design and arrangement of points in the surface of the microarray device according to the invention

8: Beispiel der Aufbringung einer Testprobe auf die Punkte einer erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtung. 8th Example of applying a test sample to the points of a microarray device according to the invention.

Die erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtungen weisen zahlreiche Zonen mit einer sich darauf befindlichen porösen oder mikroporösen Struktur auf, die voneinander durch das beispielsweise mit dem Laser erzeugte Linienmuster getrennt sind. Die Zonen können dabei jede gewünschte geometrische Form aufweisen, z.B. eine quadratische, rechteckige, runde, ovale, dreieckige etc., wobei auch mehr als eine geometrische Form auf dem Mikroarray vorhanden sein kann. Dadurch wird es möglich, jede gewünschte Anordnung von Zonen auf dem Mikroarray zu verwirklichen, z.B. eine wie in den 7 und 8 gezeigte Anordnung von Dreiecksflächen 1, 2 und 3 in enger Nachbarschaft, die eine wie in 8 gezeigte Aufbringung einer Testprobe an den in nächster Nähe zueinander gelegenen Spitzen der Dreiecksflächen gestattet. Normalerweise werden die Zonen durch beispielsweise die Laserbehandlung der mikroporösen Membran so voneinander getrennt, daß kein Stoff- oder Informationsaustausch (sogenannter Cross-Talk) zwischen ihnen stattfindet. Es kann jedoch auch durch geeignete Steuerung des Laserstrahls bewirkt werden, daß Zonen nicht völlig voneinander getrennt werden, sondern ein begrenzter Stoffaustausch zwischen verbleibenden Poren, die nicht durch Schmelzen bzw. Wegbrennen des Membranmaterials beseitigt wurden, stattfinden kann.The microarray devices according to the invention have numerous zones with a porous or microporous structure thereon, which are separated from one another by the line pattern generated, for example, with the laser. The zones can have any desired geometric shape, for example a square, rectangular, round, oval, triangular, etc., and more than one geometric shape can also be present on the microarray. This makes it possible to implement any desired arrangement of zones on the microarray, for example one as in FIGS 7 and 8th shown arrangement of triangular surfaces 1 . 2 and 3 in close proximity, the one like in 8th shown application of a test sample on the closest points of the triangular areas allowed. Normally, the zones are separated from one another, for example by laser treatment of the microporous membrane, in such a way that there is no exchange of material or information (so-called cross talk) between them. However, it can also be achieved by suitable control of the laser beam that zones are not completely separated from one another, but rather a limited mass transfer between the remaining pores, which have not been eliminated by melting or burning away the membrane material, can take place.

Die Ausbildung der nicht-porösen Bereiche bzw. Bereiche mit verminderter Porosität, mit Hilfe deren die porösen Zonen voneinander getrennt werden, kann auf vielfältige Weise geschehen und ist nicht besonders beschränkt. Vielmehr ist sie insbesondere abhängig von der Art und den Dimensionen der gewünschten nicht-porösen Bereiche bzw. Bereiche mit verminderter Porosität und von der Art des verwendeten porösen Materials.The formation of the non-porous areas or Areas with reduced porosity, with the help of which the porous zones can be separated from each other in a variety of ways and is not particularly limited. Rather, it is particularly dependent on the type and dimensions of the desired nonporous Areas or areas with reduced porosity and of the type used porous Material.

Die nicht-porösen Bereiche bzw. Bereiche mit verminderter Porosität können beispielsweise mechanisch durch Anbringen von Schnittlinien, durch Fräsen, Gravieren, Stanzen, durch Zusammenpressen, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur, durch Stanzen etc. erzeugt werden. Das poröse Material kann jedoch auch auf physikalischem Wege, beispielsweise durch Schmelzen des Materials an den vorbestimmten Stellen oder auf chemischem Wege, beispielsweise durch Ätzen oder durch gezielte chemische Reaktion, gegebenenfalls durch Zugabe von Stoffen, die mit dem Matrixmaterial reagieren können, so verändert werden, daß keine Poren mehr zurückbleiben oder die Porosität vermindert wird.The non-porous areas or areas with reduced porosity can for example mechanically by applying cutting lines, by milling, engraving, Punching, by pressing together, if necessary at elevated temperature, be produced by punching etc. However, the porous material can also by physical means, for example by melting the material at the predetermined locations or by chemical means, for example by etching or by targeted chemical reaction, if necessary by adding of substances that can react with the matrix material, so changed be that none Pores remain behind or the porosity is reduced.

Insbesondere zur Herstellung feiner und komplexer Strukturen hat sich die Anwendung der Lasertechnik als vorteilhaft erwiesen.Especially for the production of fine and complex structures has become the application of laser technology proven to be advantageous.

Die erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtungen weisen eine poröse oder mikroporöse Oberfläche auf, die durch entsprechende Behandlung, z.B. durch eine Laserbehandlung in winzige, dreidimensionale, poröse oder mikroporöse Zonen unterteilt wurde. Eine mikroporöse Membran z. B. besitzt ein sehr großes Verhältnis zwischen innerer und äußerer Oberfläche. Eine typische, in der Mikrofiltration eingesetzte Membran weist eine innere Oberfläche, d.h. eine Oberfläche der Wandungen der Poren, von etwa 100 bis 400 cm2, bezogen auf einen Quadratzentimeter äußere Oberfläche der Membran auf. Dies bedeutet, daß eine Membran im Vergleich mit einer glatten Oberfläche (z.B. eines Glassubstrats, einer Kunststofffolie oder einer Siliziumdioxidobertläche) ein Vielfaches an spezifischem Reagens an ihrer Oberfläche binden kann. Damit können erfindungsgemäß wesentlich höhere Konzentrationen an spezifischen Reagenzien bzw. größere Mengen an z.B. Peptid, Protein oder DNA pro Oberflächeneinheit des Mikroarrays bereitgestellt werden, wobei das Reagens zudem gleichmäßig über die gesamte mikroporöse Struktur verteilt ist und somit an jeder Stelle der Zone für eine Reaktion zur Verfügung steht.The microarray devices according to the invention have a porous or microporous surface which has been divided into tiny, three-dimensional, porous or microporous zones by appropriate treatment, for example by laser treatment. A microporous membrane e.g. B. has a very large ratio between the inner and outer surface. A typical membrane used in microfiltration has an inner surface, ie a surface of the walls of the pores, of approximately 100 to 400 cm 2 , based on a square centimeter of the outer surface of the membrane. This means that a membrane can bind many times more specific reagent on its surface than a smooth surface (eg a glass substrate, a plastic film or a silicon dioxide surface). Thus, according to the invention, significantly higher concentrations of specific reagents or larger amounts of, for example, peptide, protein or DNA per surface unit of the microarray can be provided, the reagent also being uniformly distributed over the entire microporous structure and thus at any point in the zone for a reaction Available.

Mit den erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtungen können nun auch solche bereitgestellt werden, die eine Reihe von chemisch unterschiedlichen Oberflächen aufweisen, wie z.B. Oberflächen mit Ionenaustauschgruppen oder funktionellen Gruppen, wie basische und/oder saure Gruppen, die eine spezifische Adsorption oder Ausbildung kovalenter Bindungen an verschiedenste Biomoleküle gestatten. Aufgrund der vorzugsweise mikroporösen Struktur der Zonen der erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtungen absorbieren diese eine abzuscheidende Substanz bereitwillig, ohne daß hydrophile Gruppen in das Target eingebracht werden müssen. Es wird außerdem gewährleistet, daß kein Cross-Talk zwischen den Zonen stattfindet, auch wenn die Zonen in hoher Dichte auf dem Mikroarray angeordnet sind.With the microarray devices according to the invention can now those are also provided that have a range of chemical different surfaces have, such as Surfaces with Ion exchange groups or functional groups, such as basic and / or acidic groups that have specific adsorption or formation of covalent bonds to various biomolecules allow. Because of the preferably microporous structure of the zones of the Microarray devices according to the invention readily absorb this one substance to be deposited without that hydrophilic groups must be introduced into the target. It also ensures that no Cross talk takes place between the zones, even if the zones are in high density are arranged on the microarray.

Da größere Mengen an Substanz auf den erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtungen abgeschieden werden können, wird deren Erfassung mit beispielsweise CCD-Kamerasystemen (charged coupled device-camera systems) erleichtert. Durch die erhöhte Konzentration an Zielsubstanz, die sich aus der größeren aufnehmbaren Menge ergibt, erhält man ein besseres Signal- Rauschverhältnis zwischen dem Signal und dem Hintergrund bzw. dem Signal und dem Rauschen.Because larger amounts of substance on deposited the microarray devices according to the invention can be is their detection with, for example, CCD camera systems (charged coupled device-camera systems). Because of the increased concentration of target substance resulting from the larger amount that can be absorbed, you get a better signal-to-noise ratio between the Signal and background or signal and noise.

Mit Hilfe einer exakten Steuerung des Laserstrahls oder mit einer photographischen Maske kann jedes gewünschte Muster in die Membran eingebrannt werden, z.B. ein wie in 3 gezeigtes regelmäßiges Muster von Quadraten oder Rechtecken. Somit können auch komplizierteste Strukturen und Muster in einem Arbeitsschritt auf der Oberfläche des Mikroarrays verwirklicht werden.With the help of precise control of the laser beam or with a photographic mask, any desired pattern can be burned into the membrane, for example as in 3 shown regular pattern of squares or rectangles. This means that even the most complicated structures and patterns can be realized on the surface of the microarray in one step.

Es kann dabei so vorgegangen werden, daß zunächst das vorbestimmte Muster mit dem Laser in die mikroporöse Membran eingebrannt wird und danach die Substanzen) auf den einzelnen Zonen abgeschieden bzw. abgelagert wird bzw. werden. Es kann aber auch in umgekehrter Reihenfolge gearbeitet werden oder das Einbrennen des Musters und das Abscheiden der Substanzen erfolgen gleichzeitig bzw. in paralleler Arbeitsweise.It can be done as follows that first that predetermined patterns with the laser in the microporous membrane is burned in and then the substances) on the individual zones is or will be deposited. But it can also work in reverse order or branding the pattern and the separation of the substances take place simultaneously or working in parallel.

Mit den erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtungen können mikroporöse Zonen realisiert werden, die Flüssigkeitsproben im Nanoliter- bis Mikroliterbereich aufnehmen können, wobei mikroporöse Zonen mit einer Grundfläche im Mikrometer-Bereich, beispielsweise einer quadratischen Grundfläche von 80 μm Seitenlänge erzeugt werden können. Der Abstand zwischen den Zonen kann dabei noch geringer sein, z.B. 40 μm. Bei Verwendung von z.B. mikroporösen Membranen mit einer Dicke im Bereich von 10 μm bis zu 500 μm lassen sich entsprechende Dicken der Zonen nach der Laserbehandlung erzielen, wobei die Grundfläche naturgemäß in einem sinnvollen Verhältnis zur Dicke der Zonen entstehen sollte. So wird bei mikroporösen Membranen eine Mindestseitenlänge der Zonen von etwa einem Drittel der Membrandicke angenommen. Bei einer quadratischen Grundfläche von 80 μm Seitenlänge der Zone ist beispielsweise eine Dicke von 140 μm ohne weiteres realisierbar, wie dies in 6 dargestellt ist. Sofern die erfindungsgemäße Mikroarray-Vorrichtung einen Träger aufweist, liegt die Dicke der Gesamtvorrichtung, bestehend aus dem porösen bzw. mikroporösen Material und dem Träger, im Bereich von 100 μm bis 4 mm, vorzugsweise 200 μm bis 3 mm und mehr bevorzugt 300 μm bis 2 mm.The microarray devices according to the invention can be used to implement microporous zones which can take up liquid samples in the nanoliter to microliter range, microporous zones with a base area in the micrometer range, for example a square base area of 80 μm side length, being able to be produced. The distance between the zones can be even smaller, for example 40 μm. When using, for example, microporous membranes with a thickness in the range from 10 μm to 500 μm, corresponding thicknesses of the zones can be achieved after the laser treatment, whereby the base area should naturally arise in a reasonable ratio to the thickness of the zones. For microporous membranes, a minimum side length of the zones of approximately one third of the membrane thickness is assumed. With a square base area of 80 μm side length of the zone, for example, a thickness of 140 μm can easily be realized, as shown in 6 is shown. If the microarray device according to the invention has a carrier, the thickness of the overall device, consisting of the porous or microporous material and the carrier, is in the range from 100 μm to 4 mm, preferably 200 μm to 3 mm and more preferably 300 μm to 2 mm.

Als poröse oder mikroporöse Membranen, die für die Herstellung der Mikroarray-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, kommen grundsätzlich alle polymeren, porösen oder mikroporösen Membranen in Frage, beispielsweise Membranen auf Basis von Polyamiden (wie Nylon), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyethersulfonen (PES), Polysulfonen (PS), Polycarbonaten, Polypropylen (PP), Zelluloseacetat, Zellulosenitrat, regenerierte Zellulose mit chemisch modifizierter Oberfläche etc. oder Gemischen davon, wobei Membranen auf Basis von Zelluloseacetat, Zellulosenitrat oder regenerierter Zellulose mit chemisch modifizierter Oberfläche bevorzugt sind.As porous or microporous membranes that for the Manufacture of the microarray device In principle, all of the present invention can be used polymeric, porous or microporous Membranes in question, for example membranes based on polyamides (such as nylon), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyether sulfones (PES), Polysulfones (PS), polycarbonates, polypropylene (PP), cellulose acetate, Cellulose nitrate, regenerated cellulose with chemically modified Surface etc. or mixtures thereof, membranes based on cellulose acetate, Cellulose nitrate or regenerated cellulose with chemically modified surface are preferred.

Als Beispiele für die vorstehend genannten chemisch modifizierten Membranen können regenierte Zellulosemembranen genannt werden, in die gezielt funktionelle Gruppen, wie Aldehyd-, Epoxy-, Sulfonsäure-, Carbonsäure-, quarternäre Ammonium- und/oder Diethylammoniumgruppen, eingeführt werden. Aufgrund der funktionellen Gruppen bzw. den eingeführten ionischen Ladungen werden Peptide, Proteine oder Nukleinsäuren, z.B. DNA, reversibel oder kovalent (z.B. bei Aldehyd- und Epoxy-modifizierten Membranen) gebunden. Durch eine weitere Voraktivierung lassen sich auch selektive partielle reaktive Gruppen erzeugen, indem beispielsweise eine regenerierte Zellulosemembran nach der Strukturierung durch oxidative Agentien (z.B. I2) zum entsprechenden Aldehyd oxidiert wird.Regenerated cellulose membranes can be mentioned as examples of the above-mentioned chemically modified membranes, into which functional groups such as aldehyde, epoxy, sulfonic acid, carboxylic acid, quaternary ammonium and / or diethylammonium groups are introduced. Due to the functional groups or the introduced ionic charges, peptides, proteins or nucleic acids, for example DNA, are bound reversibly or covalently (for example in the case of aldehyde and epoxy-modified membranes). A further preactivation also allows selective partial re Generate active groups by, for example, oxidizing a regenerated cellulose membrane after structuring by oxidative agents (eg I 2 ) to the corresponding aldehyde.

Die erfindungsgemäßen Mikroarray-Vorrichtungen können beispielsweise auf folgende Weise hergestellt werden.The microarray devices according to the invention can can be produced in the following manner, for example.

Eine bereits vorgefertigte mikroporöse Membran wird entweder als solche verwendet oder auf einen anorganischen oder organischen Träger laminiert. Als organische Träger können grundsätzlich alle polymeren Filme verwendet werden. Vorzugsweise ist der Träger als eine Platte, insbesondere aus PVC, ausgebildet. Danach wird beispielsweise mit einem Laser das vorbestimmte gewünschte Muster an Linien oder Flächen in die mikroporöse Membran eingebrannt. Dabei kann die Intensität des Laserstrahls so eingestellt werden, daß der Laserstrahl die mikroporöse Struktur der Membran an den vom Laserstrahl getroffenen Stellen vollständig zerstört, wodurch nur hydrophobe, geschwärzte Bahnen bis hinunter auf die molekulare Ebene zurückbleiben, die jeglichen Flüssigkeitstransport zwischen den entstehenden Zonen verhindern. Die Intensität des Laserstrahls und/oder die Bestrahlungsdauer kann jedoch auch so eingestellt werden, daß die mikroporöse Struktur der Membran nur bis zu einer gewissen Tiefe zerstört wird, so daß einer Verbindung der gebildeten Zonen noch in vorbestimmter, eingeschränkter Weise für einen Stofftransport aufrechterhalten bleibt.A pre-made microporous membrane is used either as such or on an inorganic or organic carrier laminated. As an organic carrier can basically all polymeric films can be used. Preferably the carrier is as a plate, in particular made of PVC. After that, for example with a laser the predetermined desired pattern of lines or surfaces into the microporous Branded membrane. The intensity of the laser beam can be adjusted in this way be that the Laser beam the microporous Structure of the membrane at the points hit by the laser beam Completely destroyed, whereby only hydrophobic, blackened Lanes remain down to the molecular level, which is any liquid transport prevent between the emerging zones. The intensity of the laser beam and / or the irradiation time can also be set that the microporous structure the membrane is only destroyed to a certain depth, so that one Connection of the zones formed in a predetermined, restricted manner for one Mass transport is maintained.

Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel weiter erläutert.The invention is illustrated by the following example explained further.

Beispielexample

Eine mikroporöse Membran (Nitrozellulose, Porengröße 0,2 μm) mit einer Dicke von etwa 140 μm wird auf einen Trägerfilm (PVC) laminiert. Anschließend wird mit einem Laser (Nd YAG) ein vorbestimmtes Muster (array) aus quadratischen Punkten mit einer Seitenlänge von 80 μm so eingebrannt, daß zwischen den Punkten Linien mit einer Breite von 40 μm entstehen. Die erhaltene Mikroarray-Vorrichtung weist ca. 6900 voneinander völlig getrennte quadratische mikroporöse Punkte (Teilzonen) auf mit einer Grundfläche von jeweils ca. 6400 μm2 und einer Dicke von etwa 140 μm.A microporous membrane (nitrocellulose, pore size 0.2 μm) with a thickness of approximately 140 μm is laminated on a carrier film (PVC). Then a laser (Nd YAG) is used to burn in a predetermined pattern (array) of square dots with a side length of 80 μm in such a way that lines with a width of 40 μm are formed between the dots. The microarray device obtained has approximately 6900 completely separate square microporous points (partial zones) with a base area of approximately 6400 μm 2 and a thickness of approximately 140 μm.

Claims (26)

Mikroarray-Vorrichtung, umfassend Zonen aus einem porösen Material, die nach einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, wobei die Zonen durch nicht-poröse Bereiche oder Bereiche mit verminderter Porosität voneinander getrennt sind.Microarray device comprising zones made of a porous material, which are arranged according to a predetermined pattern, the zones through non-porous Areas or areas with reduced porosity are separated from one another. Mikroarray-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zonen aus einem porösen Material auf einen Träger aufgebracht sind.The microarray device of claim 1, wherein the zones are out a porous Material on a support are upset. Mikroarray-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Träger ein Kunststofffilm, eine Kunststofffolie oder eine Kunststoffplatte ist.The microarray device of claim 2, wherein the carrier is a Plastic film, a plastic film or a plastic plate is. Mikroarray-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zonen aus einem mikroporösen Material gebildet sind.Microarray device according to one of claims 1 to 3, wherein the zones from a microporous Material are formed. Mikroarray-Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zonen aus einer Membran gebildet sind.Microarray device according to one or more of claims 1 to 4, the zones being formed from a membrane. Mikroarray-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Membran eine mikroporöse Membran ist.The microarray device of claim 5, wherein the membrane is a microporous Membrane is. Mikroarray-Vorrichtung nach 6, wobei die mikroporöse Membran eine mikroporöse Polymermembran ist.Microarray device according to 6, wherein the microporous membrane a microporous Is polymer membrane. Mikroarray-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Membran auf Basis von Polyamiden, Polyvinylidenfluorid, Polyethersulfonen, Polysulfonen, Polycarbonaten, Polypropylen, Zelluloseacetat, Zellulosenitrat oder regenerierter Zellulose mit chemisch modifizierter Oberfläche oder Gemischen davon gebildet ist.The microarray device of claim 7, wherein the membrane is on Based on polyamides, polyvinylidene fluoride, polyether sulfones, polysulfones, Polycarbonates, polypropylene, cellulose acetate, cellulose nitrate or regenerated cellulose with a chemically modified surface or Mixtures of it is formed. Mikroarray-Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, wobei die porösen Zonen eine Seitenlänge im Bereich von etwa 40 μm bis etwa 100 μm aufweisen.Microarray device according to one or more of claims 1 to 8, the porous Zones one side length in the range of approximately 40 μm up to about 100 μm exhibit. Mikroarray-Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei die porösen Zonen einen Abstand von etwa 20 μm bis etwa 60 μm voneinander haben.Microarray device according to one or more of claims 1 to 9, the porous zones a distance of about 20 μm up to about 60 μm from each other to have. Mikroarray-Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, wobei die porösen Zonen durch nicht-poröse Bereiche voneinander getrennt sind.Microarray device according to one or more of claims 1 to 10, the porous zones through non-porous Areas are separated from each other. Mikroarray-Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Mikroarray-Vorrichtung eine Dicke von etwa 10 μm bis etwa 500 μm aufweist.Microarray device according to one or more of claims 1 to 11, wherein the microarray device has a thickness of approximately 10 μm to approximately 500 μm. Mikroarray-Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12, wobei der Träger als eine Platte, vorzugsweise aus PVC, ausgebildet ist.Microarray device according to one or more of claims 2 to 12, with the carrier as a plate, preferably made of PVC, is formed. Verfahren zur Herstellung einer Mikroarray-Vorrichtung, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines porösen Materials, und – Ausbilden von Zonen in dem porösen Material, die durch nicht-poröse Bereiche oder Bereiche mit verminderter Porosität voneinander getrennt sind.A method of manufacturing a microarray device, comprising the steps of: - providing a porous material, and - forming zones in the porous material which are separated by non-porous regions or regions with ver reduced porosity. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das poröse Material vor oder nach dem Ausbilden der Zonen, die durch nicht-poröse Bereiche oder Bereiche mit verminderte Porosität voneinander getrennt sind, auf einen Träger aufgebracht wird.The method of claim 14, wherein the porous material before or after the Form the zones by using non-porous areas or areas reduced porosity are separated from each other, is applied to a carrier. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Träger ein Kunststofffilm, eine Kunststofffolie oder eine Kunststoffplatte ist.The method of claim 15, wherein the carrier is a plastic film, a plastic film or is a plastic plate. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Ausbilden der voneinander getrennten Zonen mit einem Laser erfolgt.A method according to any one of claims 14 to 16, wherein the forming the separated zones is done with a laser. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, wobei das poröse Material ein mikroporöses Material ist.A method according to one or more of claims 14 to 17, wherein the porous material a microporous Material is. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, wobei das poröse Material eine Membran ist.A method according to one or more of claims 14 to 18, wherein the porous material is a membrane. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Membran eine mikroporöse Membran ist.Method according to one or more of claims 14 to 19, wherein the membrane a microporous Membrane is. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die mikroporöse Membran eine mikroporöse Polymermembran ist.The method of claim 20, wherein the microporous membrane a microporous Is polymer membrane. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die mikroporöse Polymermembran durch Aufbringen einer Polymer-Gießlösung auf einen Träger und Ausbilden der Membran aus der Gießlösung im Verdunstungsverfahren oder Fällbadverfahren erzeugt wurde.22. The method of claim 21, wherein the microporous polymer membrane by applying a polymer casting solution to a support and Form the membrane from the casting solution in the evaporation process or precipitation bath process was generated. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die mikroporöse Membran auf Basis von Polyamiden, Polyvinylidenfluorid, Polyethersulfonen, Polysulfonen, Polycarbonaten, Polypropylen, Zelluloseacetat, Zellulosenitrat oder regenerierter Zellulose mit chemisch modifizierter Oberfläche oder Gemischen davon gebildet wurde.The method of claim 22, wherein the microporous membrane based on polyamides, polyvinylidene fluoride, polyether sulfones, Polysulfones, polycarbonates, polypropylene, cellulose acetate, cellulose nitrate or regenerated cellulose with a chemically modified surface or Mixtures of it were formed. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 23, wobei die Zonen in dem porösen Material so gebildet werden, daß sie eine Seitenlänge im Bereich von etwa 40 μm bis etwa 100 μm aufweisen.Method according to one or more of claims 14 to 23, wherein the zones in the porous material are formed so that they one side length in the range of approximately 40 μm up to about 100 μm exhibit. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 24, wobei die nicht-porösen Bereiche oder die Bereiche mit verminderter Porosität so ausgebildet werden, daß die Zonen in dem porösen Material so voneinander getrennt sind, daß der Abstand im Bereich von etwa 20 μm bis etwa 60 μm liegt.The method according to one or more of claims 14 to 24, wherein the non-porous areas or the areas with reduced porosity are formed so that the zones in the porous Material are separated from each other so that the distance is in the range of about 20 μm up to about 60 μm lies. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 25, wobei die Ausbildung der Zonen in dem porösen Material derart durchgeführt wird, daß die Zonen durch nicht-poröse Bereiche vollständig voneinander getrennt sind.Method according to one or more of claims 14 to 25, wherein the training of the zones in the porous Material carried out in this way is that the Zones by non-porous Areas completely are separated from each other.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE202011005455U1 (en) 2010-06-07 2011-06-29 Sartorius Stedim Biotech GmbH, 37079 Liquid transport and analytical test device
EP2170582B1 (en) * 2007-07-03 2015-08-26 Roche Diagnostics GmbH Method for manufacturing a microfluid system on a polymer surface

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2170582B1 (en) * 2007-07-03 2015-08-26 Roche Diagnostics GmbH Method for manufacturing a microfluid system on a polymer surface
DE202011005455U1 (en) 2010-06-07 2011-06-29 Sartorius Stedim Biotech GmbH, 37079 Liquid transport and analytical test device
DE102010022836A1 (en) 2010-06-07 2011-12-08 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Liquid transport and analytical test device
WO2011154090A1 (en) 2010-06-07 2011-12-15 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Liquid transporting and analytical testing device
US9017995B2 (en) 2010-06-07 2015-04-28 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Liquid-transport and analytical test device

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