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WO2004077054A1 - Quality control of binding measurements on microarrays - Google Patents

Quality control of binding measurements on microarrays Download PDF

Info

Publication number
WO2004077054A1
WO2004077054A1 PCT/EP2004/001643 EP2004001643W WO2004077054A1 WO 2004077054 A1 WO2004077054 A1 WO 2004077054A1 EP 2004001643 W EP2004001643 W EP 2004001643W WO 2004077054 A1 WO2004077054 A1 WO 2004077054A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control
ligands
binding
microarray
ligand
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2004/001643
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Schnepf
Harald Rau
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.)
GRAFFINITY PHARMACEUTICALS AG
Original Assignee
GRAFFINITY PHARMACEUTICALS 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
Application filed by GRAFFINITY PHARMACEUTICALS AG filed Critical GRAFFINITY PHARMACEUTICALS AG
Publication of WO2004077054A1 publication Critical patent/WO2004077054A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C279/00Derivatives of guanidine, i.e. compounds containing the group, the singly-bound nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C279/18Derivatives of guanidine, i.e. compounds containing the group, the singly-bound nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups having nitrogen atoms of guanidine groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals

Definitions

  • the present invention relates to methods for quality control of binding measurements on microarrays, microarrays with control ligands and control ligands themselves for carrying out methods for quality control and methods for finding such control ligands.
  • Microarrays have become increasingly important in recent times. They enable the presentation of an enormous variety of chemical or biological materials for the most diverse areas of application.
  • Polynucleotide e.g. DNA or RNA
  • oligonucleotide arrays are the most common. These are often based on a glass support, which, chemically modified, enables the synthetic structure or the connection of the desired sample. Sometimes such modified carriers are also called chips or biochips. These can then include can be used for hybridization purposes.
  • Microarrays with immobilized proteins have carried out a comparable development. However, there is a certain incompatibility with at least some proteins with the solid support, so that, for example, signs of denaturation can be observed. Chemical microarrays are less commonly described in the literature, i.e.
  • Microarrays on which organic molecules mostly with a low molecular weight are immobilized. This is due to the very different physical and chemical properties of the compounds of this heterogeneous class of substances, which must be taken into account in the synthesis of the samples and the production of the microarrays.
  • microarrays lie in their easy handling, their potential for miniaturization and the possible automation in the manufacture and use in instruments, such as measuring devices. On the one hand, this is due to microsystem technology, which enables structuring down to the nanometer range, for example. On the other hand, the progressive allow Developments in the handling of liquids with the help of micropipettes or pins (pins) the depositing of ever smaller amounts of liquid drops on the microarrays, trying to reduce the variance of the volumes from drop to drop.
  • Arrayscreening proves to be faster and more cost-effective than traditional high-throughput (HTS) screening, which often works with microtiter plates (in soluble form).
  • the quality control of the microarrays is of great importance for all areas of application. Numerous controls relating to the quality and success of certain processes are generally known and are also used in chip or microarray technology. This includes, for example, making several copies, for example duplicates, both of samples on an array and of the array itself. In addition, so-called positive and negative controls are used.
  • WO 01/6236 A1 describes a surface plasmon resonance (SPR) chip on which individual control spots are intended to serve as positive or negative controls.
  • SPR surface plasmon resonance
  • Such QC controls are intended to ensure that the chip production (in particular spotting) as a whole and the assay for which the chip can be used, for example, have worked as such. This is based on the assumption that a certain number of control samples, which are placed evenly on the chip, can be predicted when the expected result occurs (signal detection of the positive control or missing or a signal comparable to the background noise in a negative control) and after statistical evaluation a statement regarding the Allow the test to be successful for all sensor fields.
  • WO 01/6236 A1 does not disclose anything about the property and chemical structure of such positive or negative controls.
  • DE 102 45 651.8 discloses the use of control ligands on sensor fields of a microarray, which serve to check how completely a sensor field is occupied by a ligand.
  • the specific bond between this control ligand and a mobile interaction partner known per se is used here.
  • An interaction of the control ligand with the mobile interaction partner actually to be examined for the ligands is not used for (quality) control purposes.
  • control ligands on microarrays which enable control of binding measurements between ligands and their mobile interaction partners (also called targets).
  • the object is accordingly achieved by a method according to the invention for checking binding measurements on microarrays, the steps comprising (a) providing a microarray for ligands to be tested on sensor fields;
  • control ligand Measuring the binding at least between the control ligand and a mobile binding partner for the ligands to be tested, at least one control ligand being a non-specific universal binder.
  • the term “universal binder” is to be understood as a chemical compound which, owing to its chemical structure, is capable of binding to numerous targets in a measurable manner. In this case, the binding must be demonstrably reproducible within the usual error tolerances.
  • Such a universal binder preferably binds to at least 10 different targets, which differ as much as possible in size, hydrophobicity and isoelectric point.
  • non-specific or “non-specific binding” is understood to mean a non-covalent interaction between ligand and target. This should not be based on the known principles of molecular recognition, such as the binding of the control ligand as a substrate in a binding pocket of a protein as a target, hybridization, etc.
  • target is to be understood as a mobile binding partner or a potential mobile binding partner for children. Targets can represent, for example, RNA, DNA, and natural or synthetic proteins.
  • mobile means that the binding partner is not fixed in any way on the microarray.
  • sample is applied to molecules which the person skilled in the art would consider as potential binding partners for such a target due to their spatial and / or electronic structure.
  • the term “ligand” encompasses any sample that can be immobilized, for example, adsorptively, ionically, complex-chemically or preferably covalently on a sensor field, or any sample fragment of a biological, chemical or other nature.
  • the term “ligand” determines the partner that is to be present on the array.
  • the other partner (s) is / are referred to as a "mobile binding partner”.
  • a microarray for use in the method according to the invention preferably carries at least two different types of ligands.
  • there are one or more control ligands the structure of which has been optimized with regard to non-specific binding with the ligand.
  • a reference to several or to different control ligands or ligands to be tested within the scope of the present invention is to be understood in such a way that not only individual ligands of the respective structure are applied to the array, but that different types of ligands in each case in multiples Copies are available on the array.
  • microarray encompasses any objective configuration which has at least one surface on which sensor fields are present. There are no restrictions on the Shape or dimensions of a microarray or the shape, number or dimensions of the sensor fields or the density of the sensor fields on a microarray. The suffix "micro” only serves to clarify that miniaturization is preferred wherever possible.
  • Different measurements can be compared with one another using the control method according to the invention.
  • the comparison of the measured value of a control ligand can include with a previous measured value of this control ligand and / or with the measured value of the control ligand at another point in the microarray and / or with the measured value of the control ligand on another microarray and / or with another control ligand on the same and / or another array and / or with ligands on the same and / or a different array.
  • control ligand Use of the same control ligand was obtained. These measurements can be carried out spatially and / or chronologically on one or more arrays. Due to the "universal binding" property of the control ligand, values can be compared that were obtained with identical targets (e.g. with multiple targets)
  • control ligand in combination with changing ligands to be tested with the same target
  • values that were obtained with different targets e.g. when using a control ligand in combination with constant ligands to be tested with different targets.
  • the comparison used for the control can also be carried out with information on the binding ability, which the person skilled in the art e.g. are known from patent and technical literature for such ligands that can be used as universal binders.
  • a qualitative control statement is possible, for example, in which it is checked whether a certain control ligand shows a signal on a microarray (and thus a measurement value which should not be regarded as noise) and whether this signal can also be detected on a duplicate of the array is.
  • Different microarrays can therefore be compared with each other (array to array control) on which the same ligands are present (checking or scaling of duplicates).
  • Different microarrays, each with different ligands can also be compared with one another.
  • the method can also be used for scaling or a semi-quantitative comparison of signals (measured values) from ligands using the control ligand.
  • measuring devices for binding measurement via the control ligands can also be compared with one another. If one or more control ligands are occupied multiple times on a microarray, homogeneity checks of the array (field to field control) can be carried out.
  • the success of the binding measurement (s) can be checked on a microarray using the control method.
  • causes of the failure of the experiment can be found, for example, in the microarray production, the method for applying the ligands / control ligands, the state of the target or in the measuring device.
  • control ligands are used on one or more sensor fields on a microarray. It is particularly preferred that there are exactly two control ligands. It is also advantageous if these control ligands are charged positively and negatively. Such control ligands preferably each have additional hydrophobic regions, for example aromatics.
  • charged is to be understood as the electronic state of a connection which allows the formation of a positive or negative, localized or delocalized charge under the conditions of the bond measurement. This also includes, for example, compounds that are not present in the charged state over the entire pH range, but that take on a charge by taking up or releasing protons.
  • control ligands Due to the influence of the charge on the property of the control ligands as non-specific universal binders, dyes or their derivatives are particularly suitable as control ligands, since these are often capable of forming charges
  • Eosin and its derivatives are particularly preferred as control ligands.
  • the connection to the sensor array of the microarray can take place, for example, via the carboxyl function.
  • the nonspecific binding of eosin to proteins is known and is used to determine protein concentrations photometrically (A. Waheed et al., Anal. Biochem. 287, 2000, 73-79).
  • Preferred eosin derivatives are compounds of the general formula (I)
  • a 1 to A 4 each independently of one another are H or halogen, preferably Br or I, and Ar is a phenyl group substituted by a carboxyl group, which may optionally be substituted by 1 to 4 halogen atoms.
  • control ligands are erythrosin, rose bengal, phloxin, cyanosin, daphinin, eosin B, eosin Y, eosin G or acid red 51.
  • control ligands include, for example, naphthol blue, black and Coomassie, which are known to be used for staining protein gels.
  • eosin or eosin derivatives as control ligands to control binding measurements on microarrays is also in accordance with the invention.
  • control ligand is a compound which comprises several i.e. contains at least two, preferably at least three, more preferably at least four structural motifs, which is responsible for the non-specific binding to numerous targets.
  • These are preferably structural motifs which allow the formation of a positive or negative, localized or delocalized charge on the ligand. This makes it possible to increase the strength of the non-specific binding and thus to use the control ligand more universally. This is surprising insofar as one had to assume that, due to the spatial proximity of the structural motifs, these mutually hinder each other from forming bonds to the ligand and the effect of signal amplification is therefore absent.
  • These structural motifs can be the same or different within a ligand. It has proven to be particularly advantageous to incorporate a single structural motif into the control ligands at least twice, preferably at least three times, more preferably at least four times.
  • the preferred structural motif in this context is the guanidinium group.
  • it is preferably covalently linked to a hydrophobic group, for example an arylene radical, in particular a phenylene radical.
  • Guanidiniumphenylalanine (GuaPhe) or a guanidiniumphenylalanine residue is preferred here Use, particularly preferably the guanidino group should be in the para position.
  • the guanidiniumphenylalanine residue can be coupled to a framework structure via the carboxyl function of the phenylalanine. This scaffold bears the other structural motifs and, together with them, forms the control ligand.
  • Other structural motifs that tend to bind proteins unspecifically are derivatives of 2,6-diiodophenol and 2,6-dibromophenol.
  • Such structural motifs are preferably linked by a framework, for example a natural amino acid such as lysine or a peptide consisting of natural amino acids such as lysine.
  • a framework for example a natural amino acid such as lysine or a peptide consisting of natural amino acids such as lysine.
  • two, three or more amino acid units connected via peptide bonds can be used.
  • the amino residues which are alpha and / or omega-stable to the carboxylic acid group can be used to attach the GuaPhe.
  • Three lysine units, which are linked to each other via amide bonds, can thus be linked with one, two, three or four structural motifs.
  • Compounds with three or more functional groups, such as diaminocarboxylic acids, dicarboxyamines or glycols are generally to be mentioned as further examples of suitable framework structures.
  • X -OH, -NH 2 , -NHA, where A is alkyl or acyl, or a bond for direct or indirect attachment to a solid phase, and their tautomers, isomers, enatiomers, mixtures or salts.
  • alkyl means a linear or branched alkyl chain radical of the length given in each case, which can be saturated or unsaturated and in which up to five CH 2 groups can be replaced by oxygen, sulfur or nitrogen atoms.
  • the heteroatoms are separated from one another by at least two carbon atoms, for example d- 4 -alkyl means, for example, methyl, hydroxymethyl, ethyl, hydroxyethyl, vinyl, 1-propyl, 2-propyl, allyl, 2-methyl-2-propyl, 2-methyl-l-propyl, 1-butyl, l-but-2-enyl, 2-butyl, C 1-6 alkyl e.g.
  • C 1-4 alkyl pentyl, 1-pentyl, 2-pentyl , 3-pentyl, 1-hexyl, 2-hexyl, 3-hexyl, 4-methyl-l-pentyl or 3,3-dimethyl-butyl.
  • C ⁇ -8 -alkyl in addition to the indicated z for C ⁇ alkyl radicals
  • B. C 1-4 alkyl, heptyl, 2- (2-methoxyethoxy) ethyl or octyl.
  • acyl in the context of the present compound means a radical -C (O) - alkyl.
  • Sensor fields and microarrays can be created in different ways.
  • the microarray can be in one or more pieces and, for example, comprise several layers.
  • a large number of sensor fields can be located on a surface of the microarray.
  • the sensor fields can be separated from one another by intermediate sensor field regions which differ chemically, physically or in some other way from the sensor fields.
  • the fixation, attachment or immobilization of the ligands or control ligands can be achieved in various ways directly or indirectly on the sensor field.
  • (Control) ligands can be directly adsorptively, ionically, complex-chemically, covalently or otherwise attached to the surface of the sensor field.
  • a binding matrix of mostly organic nature can be used for the indirect connection.
  • Each sensor field can contain an organic layer as a binding matrix. The binding matrix serves for the adsorptive, ionic, complex chemical, covalent or other connection of the ligand or the control ligand to the sensor field.
  • Suitable materials e.g. are permeable substances such as cellulose or impermeable substances such as plastics, glasses, metals, metal oxides or alloys.
  • a carrier as part of the microarray can have a planar surface on which there is a uniform binding matrix, for example for covalent attachment of the ligand.
  • the sensor fields then only arise when the ligands are applied, for example by spotting. The position and the shape of the sensor fields are then determined by the spotting device.
  • the intermediate sensor field areas differ chemically from those Sensor fields due to the lack of ligands. However, these areas also have a binding matrix.
  • structured microarrays are preferred.
  • the structuring can be carried out, for example, chemically by photostructuring treatment of a binding matrix applied to a planar carrier.
  • the sensor fields are thus defined by the nature or modification of the binding matrix.
  • the sensor fields differ only chemically from the sensor field intermediate regions.
  • this distinction is recognizable before the ligands are immobilized and the sensor field position is thus determined before they are applied.
  • An example of such an array is given in WO 00/67028 A1.
  • the structuring can also be achieved by means of elevations or depressions.
  • a microtiter plate can serve as an example of a one-piece microarray.
  • the cavity floors (recesses) and walls can represent the sensor fields and the plate body can represent the intermediate sensor field areas.
  • a binding matrix can only extend over the sensor fields or over the entire surface.
  • US-A-6,063,338 discloses a microtiter plate which contains a cycloolefin for spectroscopic purposes and is said to be suitable for solid phase synthesis.
  • a microarray can also be constructed from several layers.
  • the microarray comprises a structuring layer on a planar carrier on its surface facing the sensor surfaces.
  • the structuring layer can, for example, be applied to the carrier with the aid of a mask. The locations at which no layer was applied then represent the sensor fields.
  • the carrier or a further intermediate layer can additionally have depressions at these locations, as a result of which the cavities formed are designed to be deeper.
  • the microarray can further preferably contain a metal layer, in particular a gold layer, on the structuring layer and / or on the carrier. The gold layer would be advantageous on both Sensor fields that are formed by the exposed carrier surface, as well as the structuring layer that covers the carrier.
  • the binding matrix can also be located only in the area of the sensor fields or over the entire array on the metal layer to the outside.
  • the carrier of such a multilayer microarray particularly preferably consists of a light-permeable material (such as glass) and the structuring layer additionally has suitable optical properties which form a microarray as a surface plasmon resonance (SPR) sensor, as described in WO 01/92883 A1 is.
  • SPR surface plasmon resonance
  • the sensor field density is advantageously more than 50, preferably more than 100 sensor fields per cm 2 .
  • the microarray preferably contains at least 96, more preferably at least 4608 and most preferably at least 9216 sensor fields.
  • the sensor fields are preferably present in a number adapted to commercially available microtiter plate formats (same number or an integral multiple thereof).
  • the sensor fields can be round, elliptical, rectangular or square or have another shape. Preferred sensor fields are round and have a diameter of at most 700 ⁇ m, preferably 40 ⁇ m.
  • the sensor fields used in the method according to the invention for checking binding measurements preferably contain a binding matrix.
  • This binding matrix serves to bind a ligand preferably (chemically) covalently.
  • the binding matrix can be created, for example, as a result of the modification of existing parts of the microarray or by adding additional parts.
  • a solid support on one of its surfaces can be exposed to chemicals that release reactive chemical groups, which then make it possible to bind the ligand.
  • the alkaline treatment of glass surfaces sets Si-OH groups free, which can enable a covalent bond.
  • the surface treated in this way is understood in the context of the present invention as a binding matrix.
  • the ligand / control ligand is preferably not immobilized directly on a solid support, but an additional organic layer is applied, which is bound to the support, for example, via the chemical modification mentioned above.
  • the organic layer functioning as a binding matrix does not have to be covalently bound to a solid support. Rather, an ionic, adsorptive, or complex chemical or other type of connection is also possible. Bioorganic systems that combine hydrophobic interactions with hydrogen bonds and ionic interactions can also ensure the binding of the ligand.
  • the binding matrix comprises a self-assembling monolayer (SAM) as an organic layer.
  • SAM self-assembling monolayer
  • the self-assembly of a SAM to form a dense film usually takes place through the hydrophobic interaction of long-chain hydrocarbons at one end of which there is a functional group which enables attachment to the support and at the other end of which a functional group enables the ligand to be immobilized.
  • Compounds that comprise these functional building blocks (head group, foot group, hydrophobic part) are also called anchors or anchor molecules.
  • the anchor can have a spacer portion, which preferably contains ethylene glycol units.
  • Thinner molecules are applied to the support surface in order to structure the self-assembling monolayer in a suitable manner and to control the concentration of the binding sites on the surface.
  • Thinner molecules are structurally adapted to the anchor molecules, but they do not have a head group for the attachment of the ligand. It must also be ensured that the control ligand does not bind to the diluent molecules.
  • SAMs can be generated by chemisorption of alkylthiols on a metal surface (eg gold).
  • a metal surface eg gold
  • the long-chain molecules pack up as SAM on the solid phase, whereby the gold atoms are complexed by the sulfur functions.
  • a further example is the silanization of glass or silicon with reactive silanes containing epoxy or amino groups and the subsequent acylation of the amino groups, for example with nucleoside derivatives (Maskos and Southern, Nucl. Acids Res. 20 (1992) 1679-84).
  • An anchor molecule of the general formula Z-R-Y is preferred.
  • Z is an atom or an atomic grouping, which guarantees the connection to a solid support.
  • the choice of group Z depends on the chemical nature of the solid support. Suitable functional groups or reactive compounds are known to the person skilled in the art and can easily be determined once the carrier is known.
  • Z is particularly preferably an element of V. or VI. Main group, whereby combinations of identical or different elements can also be used. Combinations such as -S-Se- or -Se-Se- are advantageous here. It is also advantageous, depending on the nature of the surface, to use groups that are ionized at neutral pH, such as sulfonate.
  • Sulfur is preferably used as Z, for example in the form of the disulfide function (-SS-), the thiol function (-SH) or the sulfide function (-S-).
  • the elements used are characterized by the fact that they either have a high affinity for metals, in particular noble metals (gold, silver etc.), and thus enable immobilization of the anchor molecules, for example on a gold, silver or platinum surface, or if so is an ionic group, can bind to a metal oxide surface such as Al 2 O 3 . If Z has two free valences, both can be connected to the same or different residues - RY.
  • the radical R represents a branched or unbranched hydrocarbon chain of more than 10 atoms in length, optionally interrupted by heteroatoms such as S, N or O, amide or ester bonds.
  • Y enables the ligands to be covalently bound directly or indirectly with or without prior modification of the ligands. Suitable functional groups or reactive compounds are known to the person skilled in the art and can easily be determined with knowledge of the ligands.
  • Y particularly preferred for Y are acetals, ketals, acylals, acyl halides, alcohols, aldehydes, alkenes, halides, alkynes, allenes, amides, amidines, aminals, amines, anhydrides, azides, azines, aziridines, azo compounds, boranes, carbamates, carbodiimides, carboxylic acids , Carboxylic acid esters, cyanamides, cyanates, diazo compounds, diazonium salts, epoxies, ethers, hydrazides, hydrazines, hydrazones, hydroxamic acids, hydroxamic acid esters, hydroxylamines, imides, imines, inorganic esters, isocyanates, isocyanides, isothiocyanates, ketenes, ketones, nitriles, nitro compounds, , Oximes, phenols, phosphines, phosphon
  • reactive head groups which in principle enable an almost quantitative (> 99%) reaction of group Y with the ligand.
  • An example is the addition of thiols to a maleimidyl group. Further examples are described in WO 01/92883 A2, the full disclosure of which is hereby incorporated by reference.
  • the organic layer can comprise polymeric molecules such as biomolecules or synthetic macromolecules.
  • polymeric molecules such as biomolecules or synthetic macromolecules.
  • examples include hydrogels as disclosed in WO 90/5303 A1. These form a three-dimensional framework that allows the ligands to be immobilized in three dimensions if necessary.
  • the method for quality control according to the invention can also be used for arrays with such modified surfaces.
  • the binding matrix extends over the entire microarray surface on the sensor field side.
  • Proteins, peptides, oligonucleotides, carbohydrates (glycosides), isoprenoids, enzymes, lipid structures and organic molecules (chemical microarrays) can preferably be used as ligands.
  • Organic molecules can preferably be used as control ligands.
  • small organic molecules small molecules or small molecular weight molecules or small organic molecule
  • the molecular weight usually provides the basis for the definition of such small molecules WO 89/03041 and WO 89/03042 describe molecules with molecular weights of up to 7000 g / mol as small molecules. Usually, however, molecular weights between 50 and 3000 g / mol are given, but more often between 75 and 2000 g / mol and mostly in the range between 100-1000 g / mol.
  • organic molecules with a molecular weight below 3000, preferably below 1000, most preferably below 750 g / mol are small organic molecules.
  • chemical functional groups present in the ligand can be used to immobilize the ligands and control ligands on the binding matrix (eg N-terminal amino groups of peptides).
  • Existing functional groups can also be chemically modified (eg cleavage of disulfide bridges to thiols in proteins).
  • additional linker molecules additional molecules or “tag” which, on the one hand, enable binding to the ligand / control ligand and, on the other hand, immobilization on the binding matrix and thereby perform an additional spacer function.
  • Ligands and control ligands use the same linker molecule, which makes the ligands “more chemically similar”.
  • Usable linker molecules ("ligand tag") are described in PCT / EP 02/01184, the content of which is hereby incorporated by reference.
  • the contacting of the control ligand with the binding matrix — if present — preferably takes place under conditions under which a preferably covalent attachment of the control ligand to the binding matrix is possible. In general, even if no binding matrix is present, a liquid containing the control ligand is applied directly to the binding matrix or the sensor field.
  • control ligand can be applied to the sensor fields as such or in liquid by spotting or by incubating the entire microarray surface on the sensor field or by incubating the entire microarray.
  • the mobile interaction partner is preferably applied over the entire surface to the surface of the microarray on the sensor field in a suitable solution (e.g. buffer solution).
  • a suitable solution e.g. buffer solution.
  • concentration of the mobile binding partner should be chosen so that sufficient interaction is possible at least with the control ligand.
  • the binding measurement can be carried out sequentially from sensor field to sensor field or sensor field row to sensor field row, or preferably in parallel, in that all fields are measured simultaneously.
  • the measuring method is advantageously based on a radioactive, optical or electrical method.
  • radioactive fluorescence or luminescence based detection e.g. RIA, ELISA, etc.
  • the measurement is preferably carried out without any markings, since this simplifies implementation.
  • an optical reflection method such as SPR spectroscopy, is particularly preferred.
  • control ligand being a compound which contains a structural motif several times.
  • control ligand the same statements apply as for the control method according to the invention.
  • microarray for binding measurements of ligands on sensor fields with at least one positively charged and at least one negatively charged control ligand on at least one sensor field.
  • control ligands preferably each have additional hydrophobic regions, for example aromatics.
  • control ligands as non-specific universal binders, comprising the steps
  • the method according to the invention for finding control ligands can comprise a further step (d) chemically linking a plurality of control ligands to form a control ligand with a plurality of structural motifs.
  • targets mobile interaction partners
  • the targets are preferably selected from the group consisting of RNA, DNA and natural or synthetic proteins, which differ as far as possible in their size as well as their charge and hydrophobicity properties.
  • the resin was then washed once with N, N-dimethyiformamide (DMF), once with 5% water in DMF, four times with DMF, three times with dichloromethane and twice with hexane and dried in vacuo.
  • the resin was loaded with N- (N 5 -Fmoc-5-aminopentyl) -11-mercaptoundecanamide determined by Fmoc analysis (GB Fields, RL Noble, Int. J. Peptide Protein Res. 1990, 35, 161-214) to 0.35 mmol / g (yield 60% of theory).
  • Fmoc-8-amino-3,6-dioxa-octanoic acid was coupled again to 500 mg of resin from b) (0.175 mmol) as described under b) and the Fmoc protective group was then cleaved off as described under b). Then the free amino groups acetylated by incubating the resin for 30 min with 10 ml 1/1/2 (v / v / v) acetic anhydride / pyridine / DMF. Then the resin was washed 5 times with DMF and 3 times with dichloromethane.
  • Example 3 Production of a microarray (gold chip) with a binding matrix
  • a sensor plate (40 nm gold, 2 nm titanium as adhesion promoter,
  • 01/63256 A1 is described.
  • the structuring of the sensor plate was done with Ormocer ® carried out, the graphite was mixed, so that there were 4608 almost circular sensor fields with a sensor field diameter of about 700 microns.
  • the binding matrix is composed of the anchor from example 2 and the thinner from example 1.
  • stock solutions of the individual components are prepared by dissolving the solids in ethylene glycol / 1% TFA with the desired molarity, as described in the Ellman test (GL Ellman, Arch. Biochem. Biophys. 82 (1959), 70-77) or via the extinction coefficient 295 nm is checked. Subsequently, the stock solutions of anchor and thinner are mixed in the desired ratio (e.g. 1/24, v / v) and the entire surface of the gold is incubated with this 100 ⁇ M to 1 mM solution for 1 h at room temperature, then with methanol / 0.1% TFA and several times washed with water / acetic acid (2ppm) and dried in a stream of nitrogen.
  • desired ratio e.g. 1/24, v / v
  • Eosin and compound 1 which have a carboxyl group, serve as control ligands.
  • the control ligands are reacted with a "tag" to introduce a thiol group which can then react in an addition reaction with the maleimide unit of the anchor head group.
  • the tag is linked to the carboxyl function of the ligand via an amide bond.
  • the resulting control ligand-tag conjugate has the formula HS- (CH 2 ) 2 -NH-C (O) -CH 2 -O- (CH 2 ) 2 -O-CH 2 -C (O) -NH- ( CH 2 ) 2 -O- (CH 2 ) 2 -O- (CH 2 ) 2 -NH-CO control ligand (for synthesis see WO-A-02/063299).
  • the product is mixed with 20.3 mg (34.4 ⁇ mol) Fmoc-Lys (Fmoc), 13 mg (34.4 ⁇ mol) O- (7-azabenzotriazol-1 -yl) -N, N, N, N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HATU) and 12 ⁇ l (68.8 ⁇ mol) ethyl-diisopropylamine (DIEA) shaken in 100 ⁇ l DMF for 2 h and then washed 6 times with DMF. To remove the Fmoc protective group, the resin is carefully stirred in 1 ml 1/3 (v / v) piperidine / DMF for 10 min and then washed 6 times with DMF.
  • Fmoc Fmoc-Lys
  • DIEA ethyl-diisopropylamine
  • the binding between the control ligand and the mobile binding partner was carried out with the aid of an SPR sensor arrangement as described in WO 01/63256 A1 (cf. Example 3a).
  • SPR shift SPR shift
  • control ligands were examined with a selection of proteins which were characterized by different properties with regard to size (molecular weight, MW), charge (isoelectric point, pl) and hydrophobicity (GRAVY, Kyte, J .; J. Mol. Biol. 157, 1982, 105- 132) are characterized.
  • the SPR results show that the control ligands investigated bind very frequently and are characterized by complementary binding behavior. Proteins that are strongly positively charged under the measurement conditions, such as lysozyme and avidin, tend to bind to the negatively charged eosin control ligand. Proteins with a negative charge (fibrinogen, thrombin) bind more strongly to the guanidiniumphenylalanine derivative.
  • Example 9 Array to array and field to field control
  • the array to array control is carried out by comparing the averaged measurement signals of the control ligands examined.
  • the data show that the mean values only deviate from each other by a maximum of 0.2 nm, which is within the measurement accuracy.
  • the results obtained in the various measurements on the various arrays can thus be compared without restriction.
  • the comparison of the measurement signals of the control ligands within a row provides a measure of the homogeneity of the measurement conditions across a single array.
  • the control ligand eosin is not informative in this measurement because it does not interact sufficiently with the target. At GuaPhe, fluctuations of 15% around the mean can be observed.
  • the data presented can be used to infer homogeneous measuring conditions.
  • a higher sensitivity can be achieved, for example, if the control ligands are present in a higher number of copies on the array.

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Abstract

The present invention relates to methods for controlling the quality of binding measurements on microarrays, microarrays with control ligands and control ligands per se for carrying out said methods of quality control and methods for detecting said type of control ligands.

Description

Qualitätskontrolle von Bindungsmessungen auf Mikroarrays Quality control of binding measurements on microarrays

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Qualitätskontrolle von Bindungsmessungen auf Mikroarrays, Mikroarrays mit Kontrollliganden sowie Kontrollliganden selbst zur Durchführung von Verfahren zur Qualitätskontrolle sowie Verfahren zum Auffinden solcher Kontrollliganden.The present invention relates to methods for quality control of binding measurements on microarrays, microarrays with control ligands and control ligands themselves for carrying out methods for quality control and methods for finding such control ligands.

Mikroarrays haben in der letzten Zeit immer mehr an Bedeutung gewonnen. Sie ermöglichen die Präsentation einer enormen Vielzahl von chemischen oder biologischen Materialien für die vielfältigsten Anwendungsgebiete.Microarrays have become increasingly important in recent times. They enable the presentation of an enormous variety of chemical or biological materials for the most diverse areas of application.

Hierbei sind Polynukieotid- (z.B. DNA- oder RNA-) oder Oligonukleotidarrays die am weitesten verbreiteten. Diese basieren häufig auf einem Glasträger, der, chemisch modifiziert, den synthetischen Aufbau oder die Anbindung der gewünschten Probe ermöglicht. Zuweilen werden derart modifizierte Träger auch Chip oder Biochip genannt. Diese können dann u.a. für Hybridisierungszwecke eingesetzt werden. Eine vergleichbare Entwicklung haben Mikroarrays mit immobilisierten Proteinen vollzogen. Jedoch zeigt sich hier eine gewisse Unverträglichkeit zumindest einiger Proteine mit dem festen Träger, so daß beispielsweise Denaturierungserscheinungen zu beobachten sind. Seltener werden in der Literatur chemische Mikroarrays beschrieben, d.h. Mikroarrays, auf denen organische Moleküle meist mit geringem Molekulargewicht (sogenannte "kleine organische Moleküle"; im Englischen auch "small molecuies" oder "small organic molecuies") immobilisiert sind. Dies liegt an den stark unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften der Verbindungen dieser heterogenen Stoffklasse, die bei der Synthese der Proben und der Herstellung der Mikroarrays berücksichtigt werden müssen.Polynucleotide (e.g. DNA or RNA) or oligonucleotide arrays are the most common. These are often based on a glass support, which, chemically modified, enables the synthetic structure or the connection of the desired sample. Sometimes such modified carriers are also called chips or biochips. These can then include can be used for hybridization purposes. Microarrays with immobilized proteins have carried out a comparable development. However, there is a certain incompatibility with at least some proteins with the solid support, so that, for example, signs of denaturation can be observed. Chemical microarrays are less commonly described in the literature, i.e. Microarrays on which organic molecules mostly with a low molecular weight (so-called "small organic molecules"; in English also "small molecules" or "small organic molecules") are immobilized. This is due to the very different physical and chemical properties of the compounds of this heterogeneous class of substances, which must be taken into account in the synthesis of the samples and the production of the microarrays.

Die Vorteile solcher Mikroarrays liegen in deren leichten Handhabbarkeit sowie ihrem Potenzial zur Miniaturisierung und der möglichen Automatisierung bei der Herstellung und dem Einsatz in Instrumenten, wie Messgeräten. Dies liegt zum einen in der Mikrosystemtechnik begründet, die beispielsweise Strukturierungen bis in den Nanometerbereich ermöglicht. Zum anderen erlauben die fortschreitenden Entwicklungen in der Handhabung von Flüssigkeiten mit Hilfe von Mikropipetten oder Stiften (Pins) das Absetzen immer kleinerer Mengen von Flüssigkeitstropfen auf den Mikroarrays, wobei versucht wird, die Varianz der Volumina von Tropfen zu Tropfen zu verringern.The advantages of such microarrays lie in their easy handling, their potential for miniaturization and the possible automation in the manufacture and use in instruments, such as measuring devices. On the one hand, this is due to microsystem technology, which enables structuring down to the nanometer range, for example. On the other hand, the progressive allow Developments in the handling of liquids with the help of micropipettes or pins (pins) the depositing of ever smaller amounts of liquid drops on the microarrays, trying to reduce the variance of the volumes from drop to drop.

Ein bedeutender Anwendungsbereich insbesondere für chemische Mikroarrays ist die Wirkstoffforschung, wobei die oben genannten Vorteile deutlich zu Tage treten. Hierbei wird eine Vielzahl unterschiedlicher Verbindungen nahezu gleichzeitig mit einem Zielmolekül, beispielsweise einem Protein das in Zusammenhang mit einer Krankheit oder einem therapeutischen Anwendungsgebiet steht, in Kontakt gebracht und die Wechselwirkung zwischen immobilisierter Verbindung und Zielmolekül, z.B. als Bindungsassay, detektiert (Screening). Die hieraus gewonnenen Informationen dienen dann zur Weiterentwicklung interessanter Strukturen bis hin zum Wirkstoff. Dabei erweist sich das Arrayscreening als schneller und kostengünstiger gegenüber dem klassischen, häufig mit Mikrotiterplatten (im Löslichen) arbeitenden Hochdurchsatzscreening (HTS).An important area of application, in particular for chemical microarrays, is drug discovery, the advantages mentioned above being clearly evident. Here, a large number of different compounds are brought into contact almost simultaneously with a target molecule, for example a protein which is associated with a disease or a therapeutic area of application, and the interaction between the immobilized compound and the target molecule, e.g. as a binding assay, detected (screening). The information obtained from this then serves to further develop interesting structures up to the active ingredient. Arrayscreening proves to be faster and more cost-effective than traditional high-throughput (HTS) screening, which often works with microtiter plates (in soluble form).

Für alle Anwendungsbereiche ist die Qualitätskontrolle der Mikroarrays von großer Bedeutung. Zahlreiche Kontrollen, die die Qualität und den Erfolg bestimmter Vorgänge betreffen, sind allgemein bekannt und werden auch in der Chip- bzw. Mikroarraytechnologie eingesetzt. Hierzu gehören beispielsweise das Anfertigen mehrerer Kopien, beispielsweise von Duplikaten, sowohl von Proben auf einem Array als auch des Arrays selbst. Darüber hinaus werden sogenannte Positiv- und Negativkontroilen eingesetzt.The quality control of the microarrays is of great importance for all areas of application. Numerous controls relating to the quality and success of certain processes are generally known and are also used in chip or microarray technology. This includes, for example, making several copies, for example duplicates, both of samples on an array and of the array itself. In addition, so-called positive and negative controls are used.

So beschreibt WO 01/6236 A1 einen Oberflächenplasmonen Resonanz (SPR) Chip, auf dem einzelne Kontrollspots als positive oder negative Kontrolle dienen sollen. Mit Hilfe solcher QC-Kontrollen soll sichergestellt werden, daß die Chipproduktion (insbesondere das Spotting) als Ganzes und der Assay, für den der Chip beispielsweise eingesetzt werden kann, als solcher funktioniert haben. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass eine gewisse Anzahl an Kontrollproben, die gleichmässig über den Chip plaziert werden, bei Eintreten des erwarteten Ergebnisses (Signalerkennung der Positivkontrolle bzw. fehlendes oder ein dem Untergrundrauschen vergleichbares Signal bei einer Negativkontrolle) prognostiziert werden können und nach statistischer Bewertung eine Aussage hinsichtlich des Gelingens des Versuchs für alle Sensorfelder erlauben. In WO 01/6236 A1 wird jedoch nichts über Eigenschaft und chemische Struktur solcher Positiv- oder Negativkontrollen offenbart.For example, WO 01/6236 A1 describes a surface plasmon resonance (SPR) chip on which individual control spots are intended to serve as positive or negative controls. Such QC controls are intended to ensure that the chip production (in particular spotting) as a whole and the assay for which the chip can be used, for example, have worked as such. This is based on the assumption that a certain number of control samples, which are placed evenly on the chip, can be predicted when the expected result occurs (signal detection of the positive control or missing or a signal comparable to the background noise in a negative control) and after statistical evaluation a statement regarding the Allow the test to be successful for all sensor fields. However, WO 01/6236 A1 does not disclose anything about the property and chemical structure of such positive or negative controls.

DE 102 45 651.8 offenbart die Verwendung von Kontrollliganden auf Sensorfeldern eines Mikroarrays, die dazu dienen zu überprüfen, wie vollständig ein Sensorfeld mit einem Liganden belegt ist. Hierbei wird die spezifische Bindung zwischen diesem Kontrollliganden und einem für diesen an sich bekannten mobilen Interaktionspartner ausgenutzt. Eine Wechselwirkung des Kontrollliganden mit dem eigentlich für die Liganden zu untersuchenden mobilen Interaktionspartner wird zu (Qualitäts-) Kontrollzwecken nicht herangezogen.DE 102 45 651.8 discloses the use of control ligands on sensor fields of a microarray, which serve to check how completely a sensor field is occupied by a ligand. The specific bond between this control ligand and a mobile interaction partner known per se is used here. An interaction of the control ligand with the mobile interaction partner actually to be examined for the ligands is not used for (quality) control purposes.

MacBeath et al. beschreiben in J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7967-7968 die Herstellung von Microarrays und die Detektion der Protein-Ligand Interaktion. Hierbei werden als Referenzpunkte mehrere Sensorfelder mit einem Derivat von Tetramethylrhodamin belegt und diese fluoreszenzaktive Verbindung mit Hilfe eines Fluoreszenzscanners nachgewiesen. Hierdurch kann nachgewiesen werden, daß der Immobilisierungsschritt der Liganden erfolgreich war. Es ist jedoch nicht möglich, Aussagen über den generellen Erfolg (in Form einer Qualitätskontrolle) der eigentlichen Protein-Ligand Interaktion zu treffen.MacBeath et al. describe in J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7967-7968 the production of microarrays and the detection of the protein-ligand interaction. Several sensor fields are covered with a derivative of tetramethylrhodamine as reference points and this fluorescence-active compound is detected with the aid of a fluorescence scanner. This can be used to demonstrate that the ligand immobilization step was successful. However, it is not possible to make statements about the general success (in the form of a quality control) of the actual protein-ligand interaction.

Es besteht jedoch in der Fachwelt ein Bedürfnis, Kontrollliganden auf Mikroarrays einzusetzen, die eine Kontrolle von Bindungsmessungen zwischen Liganden und deren mobilen Interaktionspartnern (auch Targets genannt) ermöglichen.However, there is a need in the art to use control ligands on microarrays which enable control of binding measurements between ligands and their mobile interaction partners (also called targets).

Es wurde nun gefunden, daß eine solche Kontrolle möglich ist, wenn als Kontrolliganden unspezifisch bindende Universalbinder eingesetzt werden, die mit ausreichender Reproduzierbarkeit die Bindung mit zahlreichen Targets zeigen.. Diese Eigenschaften erlauben es, solche Universalbinder für eine Vielzahl unterschiedlicher Targets einzusetzen. Damit muss nicht für jedes Target ein spezieller Kontrollligand eingesetzt werden, der spezifisch an das Target bindet. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass trotz der unspezifischen Wechselwirkung der Universalbinder Aussagen zur Qualitätskontrolle möglich sind. Weiterhin wurde überraschenderweise gefunden, daß bei Einsatz mindestens zweier entgegengesetzt geladener Kontrollliganden auf Mikroarrays die Zahl der verwendbaren Targets für die Bindungsmessung mit Liganden nochmals stark anwächst. So konnten bislang von den Erfindern keine Targets gefunden werden, bei denen solche entgegengesetzt geladenen Kontrollliganden nicht anwendbar waren.It has now been found that such a control is possible if non-specific binding universal binders are used as control ligands, which bind with numerous targets with sufficient reproducibility. These properties make it possible to use such universal binders for a large number of different targets. This means that a special control ligand that specifically binds to the target does not have to be used for each target. Surprisingly, it has been shown that, despite the non-specific interaction of the universal binders, statements about quality control are possible. Furthermore, it was surprisingly found that when at least two oppositely charged control ligands are used on microarrays, the number of targets which can be used for binding measurement with ligands increases again strongly. So far, the inventors have not been able to find targets in which such oppositely charged control ligands were not applicable.

Ebenso wurde überraschenderweise gefunden, daß es möglich ist, die Bindungsfähigkeit eines Universalbinders mit einer Vielzahl von Targets zu steigern, indem ein oder mehrere besonders geeignete Strukturmotive (zum Beispiel ladungstragende oder ladungsstabilisierende) mehrfach in einen Universalbinder eingebaut werden, der als Kontrollligand eingesetzt wird.It has also surprisingly been found that it is possible to increase the binding capacity of a universal binder with a large number of targets by repeatedly incorporating one or more particularly suitable structural motifs (for example charge-carrying or charge-stabilizing) into a universal binder which is used as a control ligand.

Die Aufgabe wird dem zufolge gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kontrolle von Bindungsmessungen auf Mikroarrays, die Schritte umfassend (a) Bereitstellen eines Mikroarrays für zu testende Liganden auf Sensorfeldern;The object is accordingly achieved by a method according to the invention for checking binding measurements on microarrays, the steps comprising (a) providing a microarray for ligands to be tested on sensor fields;

(b) Aufbringen mindestens eines Kontrollliganden auf mindestens einem Sensorfeld;(b) applying at least one control ligand to at least one sensor field;

(c) Messung der Bindung zumindest zwischen Kontrollligand und einem mobilen Bindungspartner für die zu testenden Liganden, wobei mindestens ein Kontrollligand ein unspezifischer Universalbinder ist.(c) Measuring the binding at least between the control ligand and a mobile binding partner for the ligands to be tested, at least one control ligand being a non-specific universal binder.

Vorteilhafte Merkmale des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous features of the method are specified in the subclaims.

Unter dem Begriff "Universalbinder" ist im Rahmen der Erfindung eine chemische Verbindung zu verstehen, die aufgrund ihrer chemischen Struktur in der Lage ist, an zahlreiche Targets in messbarer Weise zu binden. Hierbei muß die Bindung reproduzierbar im Rahmen üblicher Fehlertoleranzen nachweisbar sein. Vorzugsweise bindet ein solcher Universalbinder an mindestens 10 verschiedene Targets, die sich in ihrer Größe, Hydrophobizität und isoelektrischem Punkt möglichst stark unterscheiden.In the context of the invention, the term “universal binder” is to be understood as a chemical compound which, owing to its chemical structure, is capable of binding to numerous targets in a measurable manner. In this case, the binding must be demonstrably reproducible within the usual error tolerances. Such a universal binder preferably binds to at least 10 different targets, which differ as much as possible in size, hydrophobicity and isoelectric point.

Unter dem Begriff "unspezifisch" oder "unspezifische Bindung" ist im Rahmen der vorliegender Erfindung eine nicht-kovalente Wechselwirkung zwischen Ligand und Target zu verstehen. Diese sollte nicht auf den bekannten Prinzipien molekularer Erkennung beruhen, wie z.B. der Bindung des Kontrollliganden als Substrat in einer Bindungstasche eines Proteins als Target, einer Hybridisierung, etc. Unter dem Begriff "Target" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein mobiler Bindungspartner oder ein potentieller mobiler Bindunngspartner für Üganden zu verstehen. Targets können beispielsweise RNA, DNA, und natürliche oder synthetische Proteine darstellen. Hierbei bedeutet "mobil", daß der Bindungspartner nicht in irgend einer Weise auf dem Mikroarray fixiert ist.In the context of the present invention, the term “non-specific” or “non-specific binding” is understood to mean a non-covalent interaction between ligand and target. This should not be based on the known principles of molecular recognition, such as the binding of the control ligand as a substrate in a binding pocket of a protein as a target, hybridization, etc. In the context of the present invention, the term “target” is to be understood as a mobile binding partner or a potential mobile binding partner for children. Targets can represent, for example, RNA, DNA, and natural or synthetic proteins. Here, "mobile" means that the binding partner is not fixed in any way on the microarray.

Der Begriff „Probe" wird in der vorliegenden Erfindung auf Moleküle angewandt, die der Fachmann aufgrund ihrer räumlichen und/oder elektronischen Struktur als potentielle Bindungspartner für ein solches Target in Betracht ziehen würde.In the present invention, the term “sample” is applied to molecules which the person skilled in the art would consider as potential binding partners for such a target due to their spatial and / or electronic structure.

Der Begriff "Ligand" umfaßt im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede Probe, die auf einem Sensorfeld beispielsweise adsorptiv, ionisch, komplexchemisch oder bevorzugt kovalent immobilisiert werden kann oder jedes Probenfragment biologischer, chemischer oder anderer Natur. Im Zusammenhang mit der molekularen Wechselwirkung von Bindungspartnern bestimmt der Begriff "Ligand" den Partner, der auf dem Array vorliegen soll. Der/die andere/n Partner wird/werden als "mobile/r Bindungspartner" bezeichnet.In the context of the present invention, the term “ligand” encompasses any sample that can be immobilized, for example, adsorptively, ionically, complex-chemically or preferably covalently on a sensor field, or any sample fragment of a biological, chemical or other nature. In connection with the molecular interaction of binding partners, the term "ligand" determines the partner that is to be present on the array. The other partner (s) is / are referred to as a "mobile binding partner".

Ein Mikroarray zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren trägt bevorzugt mindestens zwei unterschiedliche Typen von Liganden. Zum einen sind dies ein oder mehrere Kontrollliganden, deren Struktur im Hinblick auf eine unspezifische Bindung mit dem Liganden optimiert wurde. Zum anderen handelt es sich um zu testende Liganden, deren Fähigkeit zu einer, bevorzugt spezifischen, Wechselwirkung mit dem Target überprüft werden soll.A microarray for use in the method according to the invention preferably carries at least two different types of ligands. On the one hand, there are one or more control ligands, the structure of which has been optimized with regard to non-specific binding with the ligand. On the other hand, there are ligands to be tested, whose ability to interact, preferably specifically, with the target is to be checked.

Soweit nicht gesondert angegeben, ist eine Bezugnahme auf mehrere oder auf unterschiedliche Kontrollliganden oder zu testende Liganden im Rahmen der vorliegenden Erfindung so zu verstehen, dass nicht nur einzelne Liganden der jeweiligen Struktur auf dem Array aufgebracht sind, sondern dass unterschiedliche Typen von Liganden jeweils in mehrfacher Ausfertigung auf dem Array vorliegen.Unless otherwise specified, a reference to several or to different control ligands or ligands to be tested within the scope of the present invention is to be understood in such a way that not only individual ligands of the respective structure are applied to the array, but that different types of ligands in each case in multiples Copies are available on the array.

Der Begriff "Mikroarray" umfaßt im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede gegenständliche Ausgestaltung, die mindestens eine Oberfläche aufweist, auf der Sensorfelder vorhanden sind. Es bestehen keine Beschränkungen in Bezug auf die Form oder Dimensionen eines Mikroarrays oder der Form, Anzahl oder Dimensionen der Sensorfelder oder der Dichte der Sensorfelder auf einem Mikroarray. Das Suffix "Mikro" dient lediglich der Verdeutlichung, daß eine Miniaturisierung -soweit möglichbevorzugt ist.In the context of the present invention, the term “microarray” encompasses any objective configuration which has at least one surface on which sensor fields are present. There are no restrictions on the Shape or dimensions of a microarray or the shape, number or dimensions of the sensor fields or the density of the sensor fields on a microarray. The suffix "micro" only serves to clarify that miniaturization is preferred wherever possible.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens können verschiedene Messungen miteinander verglichen werden. Der Vergleich des Meßwertes eines Kontrollliganden kann u.a. mit einem früheren Meßwert dieses Kontrollliganden erfolgen und/oder mit dem Meßwert des Kontrollliganden an anderer Stelle des Mikroarrays und/oder mit dem Meßwert des Kontrollliganden auf einem anderen Mikroarray und/oder mit einem anderen Kontrollliganden auf demselben und/oder einem anderen Array und/oder mit Liganden auf demselben und/oder einem anderen Array.Different measurements can be compared with one another using the control method according to the invention. The comparison of the measured value of a control ligand can include with a previous measured value of this control ligand and / or with the measured value of the control ligand at another point in the microarray and / or with the measured value of the control ligand on another microarray and / or with another control ligand on the same and / or another array and / or with ligands on the same and / or a different array.

Der Charakter des erfindungsgemäßen Verfahrens als Kontrollmessung ergibt sich daher in der Regel aus einem Vergleich der erhaltenen Bindungswerte für denThe character of the method according to the invention as a control measurement therefore generally results from a comparison of the binding values obtained for the

Kontrollliganden mit Werten, die bei einem weiteren, d.h. früheren und/oder parallelenControl ligands with values that are in a further, i.e. previous and / or parallel

Einsatz des gleichen Kontrollliganden erhalten wurden. Diese Messungen können räumlich und/oder zeitlich getrennt auf einem oder mehreren Arrays erfolgen. Aufgrund der „universalbindenden" Eigenschaft des Kontrollliganden können sowohl Werte verglichen werden, die mit identischen Targets erhalten wurden (z.B. bei mehrfachemUse of the same control ligand was obtained. These measurements can be carried out spatially and / or chronologically on one or more arrays. Due to the "universal binding" property of the control ligand, values can be compared that were obtained with identical targets (e.g. with multiple targets)

Einsatz eines Kontrollliganden in Kombination mit wechselnden zu testenden Liganden bei gleichem Target), aber auch Werte, die mit unterschiedlichen Targets erhalten wurden (z.B. bei mehrfachem Einsatz eines Kontrolliganden in Kombination mit gleichbleibenden zu testenden Liganden bei unterschiedlichen Targets). Natürlich kann der zur Kontrolle herangezogene Vergleich auch mit Angaben zur Bindungsfähigkeit erfolgen, die dem Fachmann z.B. aus Patent- und Fachliteratur für solche Liganden geläufig sind, die als Universalbinder Verwendung finden können.Use of a control ligand in combination with changing ligands to be tested with the same target), but also values that were obtained with different targets (e.g. when using a control ligand in combination with constant ligands to be tested with different targets). Of course, the comparison used for the control can also be carried out with information on the binding ability, which the person skilled in the art e.g. are known from patent and technical literature for such ligands that can be used as universal binders.

Anhand dieses Vergleiches sind Aussagen in qualitativer, semi-quantitativer oder quantitativer Hinsicht z. B. zu Kalibrierungszwecken möglich. Bei einer qualitativen Aussage ergibt sich als Qualitätsnachweis eine "Ja-Nein-Aussage". Hierbei wird beispielsweise die Tatsache, daß der Kontrollligand ein Signal zeigt und somit ein Messwert ermittelt werden kann, herangezogen, um das Gelingen der Bindungsmessung als solcher festzustellen. Hier erfolgt der (qualitative) Vergleich mit früheren Meßwerten für den Kontrollliganden, die das Auftreten einer Bindung anzeigten. In einer anderen Ausführungsform ist eine qualitative Kontrollaussage beispielsweise möglich, in dem überprüft wird, ob ein bestimmter Kontrollligand auf einem Mikroarray ein Signal (und damit ein Meßwert, der nicht als Rauschen anzusehen ist) zeigt und ob dieses Signal ebenso auf einem Duplikat des Arrays nachzuweisen ist.Based on this comparison, statements in qualitative, semi-quantitative or quantitative terms are, for. B. possible for calibration purposes. In the case of a qualitative statement, a "yes-no statement" results as proof of quality. Here, for example, the fact that the control ligand shows a signal and thus a measured value can be determined is used to determine the success of the binding measurement as such. This is where the (qualitative) comparison is made with previous measured values for the control ligand, which indicate the occurrence of binding anzeigten. In another embodiment, a qualitative control statement is possible, for example, in which it is checked whether a certain control ligand shows a signal on a microarray (and thus a measurement value which should not be regarded as noise) and whether this signal can also be detected on a duplicate of the array is.

Es können also verschiedene Mikroarrays miteinander verglichen werden (Array zu Array Kontrolle), auf denen die gleichen Liganden vorhanden sind (Überprüfung oder Skalierung von Duplikaten). Es können auch verschiedene Mikroarrays mit jeweils unterschiedlichen Liganden miteinander verglichen werden. Generell kann das Verfahren auch zur Skalierung oder einem semi-quantitativen Vergleich von Signalen (Meßwerten) von Liganden mit Hilfe des Kontrollliganden herangezogen werden. Es können aber auch Meßgeräte zur Bindungsmessung über die Kontrollliganden miteinander verglichen werden. Bei Mehrfachbelegung eines oder mehrerer Kontrollliganden auf einem Mikroarray können Homogenitätskontrollen des Arrays (Feld zu Feld Kontrolle) durchgeführt werden.Different microarrays can therefore be compared with each other (array to array control) on which the same ligands are present (checking or scaling of duplicates). Different microarrays, each with different ligands, can also be compared with one another. In general, the method can also be used for scaling or a semi-quantitative comparison of signals (measured values) from ligands using the control ligand. However, measuring devices for binding measurement via the control ligands can also be compared with one another. If one or more control ligands are occupied multiple times on a microarray, homogeneity checks of the array (field to field control) can be carried out.

Für den Fachmann ergeben sich offensichtlich eine Reihe weiterer Möglichkeiten, anhand deren die gewonnenen Einzeldaten (Messwerte) zu Qualitätskontrollzwecken verarbeitet werden können.For the person skilled in the art there are obviously a number of further possibilities by means of which the individual data (measured values) obtained can be processed for quality control purposes.

Generell kann mit Hilfe des Kontrollverfahrens der Erfolg der Bindungsmessung(en) auf einem Mikroarray überprüft werden. Ursachen für ein Nichtgelingen des Versuches können beispielsweise bei der Mikroarrayproduktion, dem Verfahren zum Aufbringen der Liganden/Kontrollliganden, dem Zustand des Targets oder beim Meßgerät zu finden sein.In general, the success of the binding measurement (s) can be checked on a microarray using the control method. Causes of the failure of the experiment can be found, for example, in the microarray production, the method for applying the ligands / control ligands, the state of the target or in the measuring device.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Kontrollverfahrens werden auf einem Mikroarray mindestens zwei unterschiedliche Kontrollliganden auf einem oder mehreren Sensorfeldern eingesetzt. Besonders bevorzugt handelt es sich um genau zwei Kontrollliganden. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn diese Kontrollliganden jeweils positiv und negativ geladen sind. Vorzugsweise besitzen solche Kontrollliganden jeweils zusätzlich hydrophobe Bereiche, beispielsweise Aromaten. Unter dem Begriff "geladen" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung derjenige elektronische Zustand einer Verbindung zu verstehen, der die Ausbildung einer positiven oder negativen, lokalisierten oder delokalisierten Ladung unter den Bedingungen der Bindungsmessung erlaubt. Dies schließt beispielsweise auch Verbindungen ein, die nicht über den gesamten pH-Bereich in geladenem Zustand vorliegen, sondern die durch Aufnahme oder Abgabe von Protonen eine Ladung annehmen.In a preferred embodiment of the control method, at least two different control ligands are used on one or more sensor fields on a microarray. It is particularly preferred that there are exactly two control ligands. It is also advantageous if these control ligands are charged positively and negatively. Such control ligands preferably each have additional hydrophobic regions, for example aromatics. In the context of the present invention, the term “charged” is to be understood as the electronic state of a connection which allows the formation of a positive or negative, localized or delocalized charge under the conditions of the bond measurement. This also includes, for example, compounds that are not present in the charged state over the entire pH range, but that take on a charge by taking up or releasing protons.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß trotz unspezifischer Wechselwirkung mit zahlreichen Targets die Bindung gleichgesinnt geladener Kontrollliganden und Target zu einem vergleichsweise geringeren Signal führen kann. Die Kombination komplementär geladener Kontrollliganden führt daher dazu, daß nahezu alle Targets mit Hilfe dieser Kontrollligandkombination adressiert werden können.It has been shown that despite unspecific interaction with numerous targets, the binding of like-loaded control ligands and targets can lead to a comparatively lower signal. The combination of complementarily loaded control ligands therefore means that almost all targets can be addressed using this control ligand combination.

Aufgrund des Einflusses der Ladung auf die Eigenschaft der Kontrollliganden als unspezifische Universalbinder eignen sich Farbstoffe oder deren Derivate besonders als Kontrollliganden, da diese häufig zur Ladungsausbildung fähig sindDue to the influence of the charge on the property of the control ligands as non-specific universal binders, dyes or their derivatives are particularly suitable as control ligands, since these are often capable of forming charges

Unter "Derivate" sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verbindungen zu verstehen, die durch formale Substitution, Addition oder Eliminierung aus der ursprünglichen Verbindung hervorgehen.In the context of the present invention, “derivatives” are to be understood as compounds which result from the original compound by formal substitution, addition or elimination.

Besonders bevorzugt als Kontrollligand ist Eosin und seine Derivate. Die Anbindung an das Sensorfeld des Mikroarrays kann beispielsweise über die Carboxylfunktion erfolgen. Die unspezifische Bindung des Eosins an Proteine ist bekannt und wird ausgenutzt, um Proteinkonzentrationen photometrisch zu bestimmen (A. Waheed et al., Anal. Biochem. 287, 2000, 73-79).Eosin and its derivatives are particularly preferred as control ligands. The connection to the sensor array of the microarray can take place, for example, via the carboxyl function. The nonspecific binding of eosin to proteins is known and is used to determine protein concentrations photometrically (A. Waheed et al., Anal. Biochem. 287, 2000, 73-79).

Bevorzugte Eosinderivate sind Verbindungen der allgemeinen Formel (I)Preferred eosin derivatives are compounds of the general formula (I)

Figure imgf000010_0001
wobei A1 bis A4 jeweils unabhängig voneinander H oder Halogen, vorzugsweise Br oder I, und Ar eine durch eine Carboxylgruppe substituierte Phenylgruppe, die gegebenenfalls durch 1 bis 4 Halogenatome substituiert sein kann, ist.
Figure imgf000010_0001
where A 1 to A 4 each independently of one another are H or halogen, preferably Br or I, and Ar is a phenyl group substituted by a carboxyl group, which may optionally be substituted by 1 to 4 halogen atoms.

In diesem Zusammenhang als besonders geeignete Kontrollliganden sind zu nennen Erythrosin, Rose bengale, Phloxin, Cyanosin, Daphinin, Eosin B, Eosin Y, Eosin G oder Acid Red 51.In this context, particularly suitable control ligands are erythrosin, rose bengal, phloxin, cyanosin, daphinin, eosin B, eosin Y, eosin G or acid red 51.

Als weitere geeignete Kontrollliganden wären zum Beispiel Naphtol Blau, Schwarz und Coomassie zu nennen, die bekanntermaßen zur Färbung von Proteingelen eingesetzt werden.Other suitable control ligands include, for example, naphthol blue, black and Coomassie, which are known to be used for staining protein gels.

Erfindungsgemäß ist auch die Verwendung von Eosin oder Eosinderivaten als Kontrollliganden zur Kontrolle von Bindungsmessungen auf Mikroarrays.The use of eosin or eosin derivatives as control ligands to control binding measurements on microarrays is also in accordance with the invention.

In einerweiteren besonders bevorzugten Ausführungsform stellt der Kontrollligand eine Verbindung dar, die mehrere d.h. mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, stärker bevorzugt mindestens vier Strukturmotive, enthält, die für die unspezifische Bindung an zahlreiche Targets verantwortlich ist. Bevorzugt handelt es sich dabei um Strukturmotive, die die Ausbildung einer positiven oder negativen, lokalisierten oder delokalisierten Ladung am Liganden erlauben. Dadurch ist es möglich, die Stärke der unspezifischen Bindung zu steigern und somit den Kontrollliganden universeller einzusetzen. Dies ist insofern überraschend, als man annehmen mußte, daß aufgrund der räumlichen Nähe der Strukturmotive diese sich gegenseitig bei der Ausbildung von Bindungen zum Liganden behindern und der Effekt der Signalverstärkung somit ausbleibt. Innerhalb eines Liganden können diese Strukturmotive gleich oder unterschiedlich sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, ein einziges Strukturmotiv mindestens zweifach, bevorzugt mindestens dreifach, stärker bevorzugt mindestens vierfach in den Kontrolliganden einzubauen.In a further particularly preferred embodiment the control ligand is a compound which comprises several i.e. contains at least two, preferably at least three, more preferably at least four structural motifs, which is responsible for the non-specific binding to numerous targets. These are preferably structural motifs which allow the formation of a positive or negative, localized or delocalized charge on the ligand. This makes it possible to increase the strength of the non-specific binding and thus to use the control ligand more universally. This is surprising insofar as one had to assume that, due to the spatial proximity of the structural motifs, these mutually hinder each other from forming bonds to the ligand and the effect of signal amplification is therefore absent. These structural motifs can be the same or different within a ligand. It has proven to be particularly advantageous to incorporate a single structural motif into the control ligands at least twice, preferably at least three times, more preferably at least four times.

Ein. bevorzugtes Strukturmotiv ist in diesem Zusammenhang die Guanidiniumgruppe. Um ihre Fähigkeit zur Ausbildung einer unspezifschen Bindung weiter zu steigern, wird sie bevorzugt kovalent mit einer hydrophoben Gruppierung, z.B. einen Arylenrest, insbesondere einem Phenylenrest, verbunden. Bevorzugt kommt hier Guanidiniumphenylalanin (GuaPhe) bzw. ein Guanidiniumphenylalaninrest zum Einsatz, besonders bevorzugt sollte die Guanidino-Gruppe in para Stellung stehen. Der Guanidiniumphenylalaninrest kann über die Carboxylfunktion des Phenylalanins mit einer Gerüststruktur gekoppelt sein. Dieses Gerüst trägt die weiteren Strukturmotive, und bildet gemeinsam mit ihnen den Kontrollliganden. Weitere Strukturmotive, die erfahrungsgemäß zur unspezifischen Bindung von Proteinen neigen, sind Derivate des 2,6-Diiodophenols und 2,6-Dibromophenols.On. the preferred structural motif in this context is the guanidinium group. In order to further increase its ability to form an unspecific bond, it is preferably covalently linked to a hydrophobic group, for example an arylene radical, in particular a phenylene radical. Guanidiniumphenylalanine (GuaPhe) or a guanidiniumphenylalanine residue is preferred here Use, particularly preferably the guanidino group should be in the para position. The guanidiniumphenylalanine residue can be coupled to a framework structure via the carboxyl function of the phenylalanine. This scaffold bears the other structural motifs and, together with them, forms the control ligand. Other structural motifs that tend to bind proteins unspecifically are derivatives of 2,6-diiodophenol and 2,6-dibromophenol.

Vorzugsweise sind solche Strukturmotive durch ein Gerüst, beispielsweise eine natürliche Aminosäure, wie Lysin oder ein Peptid, bestehend aus natürlichen Aminosäuren wie Lysin, verknüpft. So ist es beispielsweise möglich, eine oder beide Aminofunktϊonen des Lysins jeweils mit einem GuaPhe-Rest mit Hilfe einer Peptidbindung zu verknüpfen. Daneben können zwei, drei oder mehr über Peptidbindungen verbundene Aminosäureeinheiten verwendet werden. Im Falle des Lysins können die zur Carbonsäuregruppe alpha- und/oder omegaständigen Aminoreste zur Anknüpfung des GuaPhe verwendet werden. Drei Lysineinheiten, die untereinander jeweils über Amidbindungen verknüpft sind, können somit mit einem, zwei, drei oder vier Strukturmotiven verknüpft werden. Als weitere Beispiele für geeignete Gerüststrukturen sind aligemein Verbindungen mit drei oder mehr funktionellen Gruppen zu nennen, wie Diaminocarbonsäuren, Dicarboxyamine oder Glycole.Such structural motifs are preferably linked by a framework, for example a natural amino acid such as lysine or a peptide consisting of natural amino acids such as lysine. For example, it is possible to link one or both of the lysine amino functions to a GuaPhe residue using a peptide bond. In addition, two, three or more amino acid units connected via peptide bonds can be used. In the case of lysine, the amino residues which are alpha and / or omega-stable to the carboxylic acid group can be used to attach the GuaPhe. Three lysine units, which are linked to each other via amide bonds, can thus be linked with one, two, three or four structural motifs. Compounds with three or more functional groups, such as diaminocarboxylic acids, dicarboxyamines or glycols, are generally to be mentioned as further examples of suitable framework structures.

Insbesondere bevorzugt kommen als Kontrollliganden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verbindungen der folgenden Struktur zum Einsatz In the context of the present invention, particular preference is given to using compounds of the following structure as control ligands

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wobei X = -OH, -NH2, -NHA, wobei A Alkyl oder Acyl ist, oder eine Bindung zur direkten oder indirekten Anbindung an eine feste Phase ist, sowie deren Tautomere, Isomere, Enatiomere, Gemische oder Salze.where X = -OH, -NH 2 , -NHA, where A is alkyl or acyl, or a bond for direct or indirect attachment to a solid phase, and their tautomers, isomers, enatiomers, mixtures or salts.

Der Term „Alkyl" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein lineares oder verzweigtes Alkylketten-Radikal der jeweils angegebenen Länge, das gesättigt oder ungesättigt sein kann und worin bis zu fünf CH2-Gruppen durch Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffatome ersetzt sein können. Dabei sind die Heteroatome mindestens durch zwei Kohlenstpffatome voneinander getrennt. So bedeutet d-4-Alkyl z. B. Methyl, Hydoxymethyl, Ethyl, Hydroxyethyl, Vinyl, 1-Propyl, 2-Propyl, Allyl, 2-Methyl-2- propyl, 2-Methyl-l-propyl, 1-Butyl, l-But-2-enyl, 2-Butyl, C1-6-Alkyl z. B. C1-4-Alkyl, Pentyl, 1-Pentyl, 2-Pentyl, 3-Pentyl, 1-Hexyl, 2-Hexyl, 3-Hexyl, 4-Methyl-l-pentyl oder 3,3- Dimethyl-butyl. Cι-8-Alkyl bedeutet zusätzlich zu den für C^-Alkyl angegebenen Resten z. B. C^-Alkyl, Heptyl, 2-(2-Methoxyethoxy)-ethyl oder Octyl.In the context of the present invention, the term “alkyl” means a linear or branched alkyl chain radical of the length given in each case, which can be saturated or unsaturated and in which up to five CH 2 groups can be replaced by oxygen, sulfur or nitrogen atoms. The heteroatoms are separated from one another by at least two carbon atoms, for example d- 4 -alkyl means, for example, methyl, hydroxymethyl, ethyl, hydroxyethyl, vinyl, 1-propyl, 2-propyl, allyl, 2-methyl-2-propyl, 2-methyl-l-propyl, 1-butyl, l-but-2-enyl, 2-butyl, C 1-6 alkyl e.g. C 1-4 alkyl, pentyl, 1-pentyl, 2-pentyl , 3-pentyl, 1-hexyl, 2-hexyl, 3-hexyl, 4-methyl-l-pentyl or 3,3-dimethyl-butyl. Cι -8 -alkyl in addition to the indicated z for C ^ alkyl radicals B. C 1-4 alkyl, heptyl, 2- (2-methoxyethoxy) ethyl or octyl.

Der Term "Acyl" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Verbindung ein Radikal -C(O)- Alkyl. Sensorfelder und Mikroarrays können verschiedenartig erzeugt werden. So kann der Mikroarray ein- oder mehrstückig sein und beispielsweise mehrere Schichten umfassen. Dabei können sich eine Vielzahl von Sensorfeldern auf einer Oberfläche des Mikroarrays befinden. Die Sensorfelder können voneinander durch Sensorfeldzwischenbereiche getrennt sein, die sich chemisch, physikalisch oder andersartig von den Sensorfeldern unterscheiden.The term "acyl" in the context of the present compound means a radical -C (O) - alkyl. Sensor fields and microarrays can be created in different ways. For example, the microarray can be in one or more pieces and, for example, comprise several layers. A large number of sensor fields can be located on a surface of the microarray. The sensor fields can be separated from one another by intermediate sensor field regions which differ chemically, physically or in some other way from the sensor fields.

Die Fixierung, Anbindung oder Immobilisierung der Liganden bzw. Kontrollliganden kann auf vielfältige Weise direkt oder indirekt auf dem Sensorfeld erreicht werden. (Kontroll-) Liganden können direkt adsorptiv, ionisch, komplexchemisch, kovalent oder andersartig mit der Oberfläche des Sensorfeldes angebracht werden. Bei der indirekten Anbindung kann eine Bindematrix meist organischer Natur eingesetzt werden. Dabei kann jedes Sensorfeld eine organische Schicht als Bindematrix enthalten. Die Bindematrix dient zur adsorptiven, ionischen, komplexchemischen, kovalenten oder andersartigen Anbindung des Liganden bzw. des Kontrollliganden an das Sensorfeld.The fixation, attachment or immobilization of the ligands or control ligands can be achieved in various ways directly or indirectly on the sensor field. (Control) ligands can be directly adsorptively, ionically, complex-chemically, covalently or otherwise attached to the surface of the sensor field. A binding matrix of mostly organic nature can be used for the indirect connection. Each sensor field can contain an organic layer as a binding matrix. The binding matrix serves for the adsorptive, ionic, complex chemical, covalent or other connection of the ligand or the control ligand to the sensor field.

Die Materialien, die ein Mikroarray beinhaltet, können vielfältiger Natur sein und hängen u.a. von der Natur der Liganden und der für das erfindungsgemäße Verfahren notwendige Messmethode ab. Geeignete Materialien z.B. sind permeable Stoffe, wie Cellulose oder undurchlässige Stoffe, wie Kunststoffe, Gläser, Metalle, Metalloxide oder Legierungen.The materials that a microarray contains can be of many different types and depend, among other things. on the nature of the ligands and the measurement method necessary for the method according to the invention. Suitable materials e.g. are permeable substances such as cellulose or impermeable substances such as plastics, glasses, metals, metal oxides or alloys.

Der Mikroarray kann auf der sensorfeldseitigen Oberfläche strukturiert oder unstrukturiert seinThe microarray can be structured or unstructured on the surface on the sensor field side

Beispielsweise kann ein Träger als Teil des Mikroarrays eine planare Oberfläche besitzen, auf der sich eine einheitliche Bindematrix beispielsweise zur kovalenten Anknüpfung des Liganden befindet. Die Sensorfelder entstehen dann erst beim Aufbringen der Liganden, beispielsweise durch Spotting. Die Position sowie die Form der Sensorfelder werden dann durch die Spotting-Vorrichtung bestimmt. Für die Messfelderkennung existieren im Stand der Technik zahlreiche, meist softwarebasierte Methoden, die dem betreffenden Fachmann geläufig sind. Die Sensorfeldzwischenbereiche unterscheiden sich in diesem Fall chemisch von den Sensorfeldern durch das Fehlen von Liganden. Diese Bereiche weisen jedoch ebenfalls eine Bindematrix auf.For example, a carrier as part of the microarray can have a planar surface on which there is a uniform binding matrix, for example for covalent attachment of the ligand. The sensor fields then only arise when the ligands are applied, for example by spotting. The position and the shape of the sensor fields are then determined by the spotting device. There are numerous, mostly software-based methods for measuring field detection in the prior art which are familiar to the person skilled in the art. In this case, the intermediate sensor field areas differ chemically from those Sensor fields due to the lack of ligands. However, these areas also have a binding matrix.

Bevorzugt sind jedoch strukturierte Mikroarrays. Die Strukturierung kann beispielsweise chemisch durch photostrukturierende Behandlung einer auf einem planaren Träger aufgebrachten Bindematrix erfolgen. Die Sensorfelder werden somit durch die Beschaffenheit bzw. die Modifizierung der Bindematrix definiert. Hierbei , unterscheiden sich, wie im Fall eines unstrukturierten Mikroarrays, die Sensorfelder von den Sensorfeldzwischenbereichen nur chemisch. Jedoch ist diese Unterscheidung bereits vor Immobilisierung der Liganden erkennbar und die Sensorfeldposition somit vor deren Aufbringen festgelegt. Ein Beispiel eines solchen Arrays ist in WO 00/67028 A1 gegeben.However, structured microarrays are preferred. The structuring can be carried out, for example, chemically by photostructuring treatment of a binding matrix applied to a planar carrier. The sensor fields are thus defined by the nature or modification of the binding matrix. Here, as in the case of an unstructured microarray, the sensor fields differ only chemically from the sensor field intermediate regions. However, this distinction is recognizable before the ligands are immobilized and the sensor field position is thus determined before they are applied. An example of such an array is given in WO 00/67028 A1.

Weiterhin kann die Strukturierung durch Erhebungen oder Vertiefungen erzielt werden. Als Beispiel eines einstückigen Mikroarrays kann eine Mikrotiterplatte dienen. Hierbei können die Kavitätenböden (Vertiefungen) und -wandungen die Sensorfelder darstellen und der Plattenkörper die Sensorfeldzwischenbereiche. In einem solchen Fall kann eine Bindematrix sich nur über die Sensorfelder oder über die gesamte Oberfläche erstrecken. Die US-A-6,063,338 offenbart beispielsweise eine Mikrotiterplatte, die ein Cycloolefin für spektroskopische Zwecke enthält und für die Festphasensynthese geeignet sein soll. Hierbei wird unter anderem vorgeschlagen, daß die Kavitäteninnenwände und -böden funktionalisiert werden, um Komponenten für die Festphasensynthese zu immobilisieren.The structuring can also be achieved by means of elevations or depressions. A microtiter plate can serve as an example of a one-piece microarray. The cavity floors (recesses) and walls can represent the sensor fields and the plate body can represent the intermediate sensor field areas. In such a case, a binding matrix can only extend over the sensor fields or over the entire surface. For example, US-A-6,063,338 discloses a microtiter plate which contains a cycloolefin for spectroscopic purposes and is said to be suitable for solid phase synthesis. Among other things, it is proposed that the interior walls and floors of the cavities be functionalized in order to immobilize components for solid phase synthesis.

Ebenso kann ein Mikroarray aus mehreren Schichten aufgebaut sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, daß der Mikroarray auf seiner den Sensorflächen zugewandten Oberfläche eine strukturierende Schicht auf einem planaren Träger umfaßt. Die strukturierende Schicht kann beispielsweise mit Hilfe einer Maske auf den Träger aufgebracht werden. Die Stellen, an denen keine Schicht aufgebracht wurde, stellen dann die Sensorfelder dar. Ebenso kann der Träger oder eine weitere Zwischenschicht zusätzlich Vertiefungen an diesen Stellen aufweisen, wodurch die gebildeten Kavitäten tiefer ausgestaltet sind. Weiterhin bevorzugt kann der Mikroarray eine Metallschicht, insbesondere eine Goldschicht, auf der strukturierenden Schicht und/oder auf dem Träger enthalten. Vorteilhaft wäre die Goldschicht sowohl auf den Sensorfeldern, die durch die freigelassene Trägeroberfläche gebildet werden, als auch der strukturierenden Schicht, die den Träger bedeckt. Dabei kann sich die Bindematrix ebenfalls nur im Bereich der Sensorfelder oder über den gesamten Array auf der Metallschicht nach außen hin befinden. Solche mehrschichtigen Mikroarrays sind in WO 01/92883 A2 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich vollständig Bezug genommen wird.A microarray can also be constructed from several layers. In the context of the present invention, it is preferred that the microarray comprises a structuring layer on a planar carrier on its surface facing the sensor surfaces. The structuring layer can, for example, be applied to the carrier with the aid of a mask. The locations at which no layer was applied then represent the sensor fields. Likewise, the carrier or a further intermediate layer can additionally have depressions at these locations, as a result of which the cavities formed are designed to be deeper. The microarray can further preferably contain a metal layer, in particular a gold layer, on the structuring layer and / or on the carrier. The gold layer would be advantageous on both Sensor fields that are formed by the exposed carrier surface, as well as the structuring layer that covers the carrier. The binding matrix can also be located only in the area of the sensor fields or over the entire array on the metal layer to the outside. Such multilayer microarrays are described in WO 01/92883 A2, the disclosure content of which is fully referred to in this regard.

Besonders bevorzugt besteht der Träger eines solchen mehrschichtigen Mikroarrays aus einem lichtdurchlässigen Material (wie z.B. Glas) und die strukturierende Schicht besitzt zusätzlich geeignete optische Eigenschaften, die einen Mikroarray als Oberflächen Plasmonenresonanz (SPR) Sensor bilden, wie er in der WO 01/92883 A1 beschrieben ist. Auf den diesbezüglichen Offenbarungsgehalt der WO 01/92883 A1 wird hiermit vollinhaltlich Bezug genommen.The carrier of such a multilayer microarray particularly preferably consists of a light-permeable material (such as glass) and the structuring layer additionally has suitable optical properties which form a microarray as a surface plasmon resonance (SPR) sensor, as described in WO 01/92883 A1 is. Reference is hereby made in full to the disclosure content of WO 01/92883 A1 in this regard.

Für die Abmessungen des Mikroarrays bestehen keine Beschränkungen. Ein häufig verwendetes Maß entspricht dem eines handelsüblichen Objektträgers für die Mikroskopie mit den Maßen 76 x 26 mm. Aber auch andere Abmessungen, wie 125 x 83 mm sind denkbar. Die Sensorfeiddichte beträgt vorteilhafterweise mehr als 50, bevorzugt mehr als 100 Sensorfelder pro cm2. Bevorzugt enthält der Mikroarray mindestens 96, stärker bevorzugt mindestens 4608 und am meisten bevorzugt mindestens 9216 Sensorfelder. Die Sensorfelder liegen hierbei bevorzugt in einer an handelsübliche Mikrotiterplattenformate angepaßten Anzahl (gleiche Anzahl oder ein ganzzahliges Vielfaches davon) vor. Die Sensorfelder können rund, elliptisch, rechteckig oder quadratisch sein oder eine andere Form besitzen. Bevorzugte Sensorfelder sind rund und haben einen Durchmesser von höchstens 700 μm, bevorzugt 40Öμm.There are no restrictions on the dimensions of the microarray. A commonly used dimension corresponds to that of a commercially available microscope slide with the dimensions 76 x 26 mm. Other dimensions, such as 125 x 83 mm, are also conceivable. The sensor field density is advantageously more than 50, preferably more than 100 sensor fields per cm 2 . The microarray preferably contains at least 96, more preferably at least 4608 and most preferably at least 9216 sensor fields. The sensor fields are preferably present in a number adapted to commercially available microtiter plate formats (same number or an integral multiple thereof). The sensor fields can be round, elliptical, rectangular or square or have another shape. Preferred sensor fields are round and have a diameter of at most 700 μm, preferably 40 μm.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kontrolle von Bindungsmessungen verwendeten Sensorfelder beinhalten bevorzugt eine Bindematrix. Diese Bindematrix dient dazu, einen Liganden vorzugsweise (chemisch) kovalent zu binden. Die Bindematrix kann beispielsweise als Ergebnis der Modifizierung vorhandener Teile des Mikroarrays oder durch Hinzufügen zusätzlicher Teile entstehen. So kann ein fester Träger auf einer seiner Oberflächen Chemikalien ausgesetzt werden, die reaktive chemische Gruppen freisetzen, die dann die Anbindung des Liganden ermöglichen. Beispielsweise setzt die alkalische Behandlung von Glasoberflächen Si-OH Gruppen frei, die eine kovalente Bindung ermöglichen können. Die so behandelte Oberfläche wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Bindematrix verstanden.The sensor fields used in the method according to the invention for checking binding measurements preferably contain a binding matrix. This binding matrix serves to bind a ligand preferably (chemically) covalently. The binding matrix can be created, for example, as a result of the modification of existing parts of the microarray or by adding additional parts. For example, a solid support on one of its surfaces can be exposed to chemicals that release reactive chemical groups, which then make it possible to bind the ligand. For example, the alkaline treatment of glass surfaces sets Si-OH groups free, which can enable a covalent bond. The surface treated in this way is understood in the context of the present invention as a binding matrix.

Bevorzugt wird jedoch der Ligand/Kontrollligand nicht direkt an einen festen Träger immobilisiert, sondern es wird eine zusätzliche organische Schicht aufgebracht, die beispielsweise über die oben genannte chemische Modifikation an den Träger gebunden wird. Die als Bindematrix fungierende organische Schicht muß jedoch nicht kovalent an einen festen Träger gebunden sein. Vielmehr ist auch eine ionische, adsorptive, oder komplexchemische oder andersartige Anbindung möglich. Auch bioorganische Systeme, die hydrophobe Wechselwirkungen mit Wasserstoffbrücken und ionischen Wechselwirkungen kombinieren, können die Anbindung des Liganden gewährleisten.However, the ligand / control ligand is preferably not immobilized directly on a solid support, but an additional organic layer is applied, which is bound to the support, for example, via the chemical modification mentioned above. However, the organic layer functioning as a binding matrix does not have to be covalently bound to a solid support. Rather, an ionic, adsorptive, or complex chemical or other type of connection is also possible. Bioorganic systems that combine hydrophobic interactions with hydrogen bonds and ionic interactions can also ensure the binding of the ligand.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Bindematrix eine selbstassemblierende Monolage (SAM) als organische Schicht. Die Selbstorganisation eines SAM zu einem dichten Film erfolgt normalerweise durch hydrophobe Wechselwirkung langkettiger Kohlenwasserstoffe an deren einem Ende eine funktioneile Gruppe vorhanden ist, die die Anbindung an den Träger ermöglicht und an deren anderen Ende eine funktionelle Gruppe die Immobilisierung des Liganden ermöglicht. Verbindungen, die diese funktioneilen Bausteine umfassen (Kopf-, Fußgruppe, hydrophober Teil), werden auch Anker oder Ankermoleküle genannt. Weiterhin kann der Anker einen Spaceranteil besitzen, der bevorzugt Ethylenglykoleinheiten enthält.In a particularly preferred embodiment, the binding matrix comprises a self-assembling monolayer (SAM) as an organic layer. The self-assembly of a SAM to form a dense film usually takes place through the hydrophobic interaction of long-chain hydrocarbons at one end of which there is a functional group which enables attachment to the support and at the other end of which a functional group enables the ligand to be immobilized. Compounds that comprise these functional building blocks (head group, foot group, hydrophobic part) are also called anchors or anchor molecules. Furthermore, the anchor can have a spacer portion, which preferably contains ethylene glycol units.

Vorteihafterweise werden zusammen mit den erwähnten Ankermolekülen sogenannteAdvantageously, together with the anchor molecules mentioned, so-called

Verdünnermoleküle auf die Trägeroberfläche aufgebracht, um die selbstassemblierende Monolage geeignet zu strukturieren und die Konzentration der Bindungsstellen auf der Oberfläche zu steuern. Eine zu dichteThinner molecules are applied to the support surface in order to structure the self-assembling monolayer in a suitable manner and to control the concentration of the binding sites on the surface. One too dense

Oberflächenkonzentration kann durch sterische Hinderung nachteilig sein. Verdünnermoleküle sind strukturell den Ankermolekülen angepaßt, jedoch besitzen Sie keine Kopfgruppe für die Anbindung des Liganden. Ebenso muß gewährleistet werden, daß der Kontrolligand nicht an die Verdünnermoleküle bindet.Surface concentration can be disadvantageous due to steric hindrance. Thinner molecules are structurally adapted to the anchor molecules, but they do not have a head group for the attachment of the ligand. It must also be ensured that the control ligand does not bind to the diluent molecules.

Beispielsweise können SAMs durch Chemisorption von Alkylthiolen auf einer Metalloberfläche (z.B. Gold) erzeugt werden. Die langkettigen Moleküle packen sich als SAM auf die Festphase, wobei die Goldatome von den Schwefelfunktionen komplexiert werden. Ein weiteres Beispiel ist die Silanisierung von Glas oder Silizium mit reaktiven Epoxid- oder Aminogruppen-haltigen Silanen und die anschließende Acylierung der Aminogruppen, beispielsweise mit Nukleosidderivaten (Maskos und Southern, Nucl. Acids Res. 20 (1992) 1679-84).For example, SAMs can be generated by chemisorption of alkylthiols on a metal surface (eg gold). The long-chain molecules pack up as SAM on the solid phase, whereby the gold atoms are complexed by the sulfur functions. A further example is the silanization of glass or silicon with reactive silanes containing epoxy or amino groups and the subsequent acylation of the amino groups, for example with nucleoside derivatives (Maskos and Southern, Nucl. Acids Res. 20 (1992) 1679-84).

Zur Synthese und zu bevorzugten chemischen Strukturen von Anker und Verdünnermolekülen sei auf WO 00/73796 A2 und WO 01/92883 A2 verwiesen, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.For the synthesis and preferred chemical structures of anchors and diluent molecules, reference is made to WO 00/73796 A2 and WO 01/92883 A2, the contents of which are hereby incorporated by reference.

Bevorzugt ist ein Ankermolekül der allgemeinen Formel Z-R-Y.An anchor molecule of the general formula Z-R-Y is preferred.

Dabei ist Z ein Atom oder eine Atomgruppierung, die die Anbindung an einen festen Träger gewährleistet. Die Wahl der Gruppe Z hängt von der chemischen Natur des festen Trägers ab. Geeignete funktionelle Gruppen oder reaktive Verbindungen sind dem Fachmann bekannt und können leicht bei Kenntnis des Trägers ermittelt werden. Besonders bevorzugt ist Z ein Element der V. oder VI. Hauptgruppe, wobei auch Kombinationen von identischen oder verschiedenen Elementen verwendet werden können. Vorteilhaft sind hier Kombinationen wie -S-Se- oder -Se-Se-. Ebenfalls vorteilhaft ist, je nach Oberflächenbeschaffenheit die Verwendung von bei neutralem pH ionisiert vorliegenden Gruppen, wie z.B. Sulfonat. Bevorzugt eingesetzt wird als Z Schwefel, z.B. in Form der Disulfidfunktion (-S-S-), der Thiolfunktion (-SH) oder der Sulfidfunktion (-S-). Die verwendeten Elemente zeichnen sich dadurch aus, daß sie entweder eine hohe Affinität zu Metallen, insbesondere Edelmetallen (Gold, Silber etc.), aufweisen und somit eine Immobilisierung der Ankermoleküle z.B. auf einer Gold- , Silber oder Platinoberfläche ermöglichen, oder aber, wenn es sich um eine ionische Gruppe handelt, an eine Metalloxidoberfläche wie z.B. Al2O3 binden können. Weist Z zwei freie Valenzen auf, so können beide mit gleichen oder unterschiedlichen Resten - R-Y verbunden sein.Z is an atom or an atomic grouping, which guarantees the connection to a solid support. The choice of group Z depends on the chemical nature of the solid support. Suitable functional groups or reactive compounds are known to the person skilled in the art and can easily be determined once the carrier is known. Z is particularly preferably an element of V. or VI. Main group, whereby combinations of identical or different elements can also be used. Combinations such as -S-Se- or -Se-Se- are advantageous here. It is also advantageous, depending on the nature of the surface, to use groups that are ionized at neutral pH, such as sulfonate. Sulfur is preferably used as Z, for example in the form of the disulfide function (-SS-), the thiol function (-SH) or the sulfide function (-S-). The elements used are characterized by the fact that they either have a high affinity for metals, in particular noble metals (gold, silver etc.), and thus enable immobilization of the anchor molecules, for example on a gold, silver or platinum surface, or if so is an ionic group, can bind to a metal oxide surface such as Al 2 O 3 . If Z has two free valences, both can be connected to the same or different residues - RY.

Der Rest R stellt eine verzweigte oder unverzweigte, gegebenenfalls durch Heteroatome wie beispielsweise S, N oder O, Amid- oder Esterbindungen unterbrochene Kohlenwasserstoffkette von mehr als 10 Atomen Länge dar. Y ermöglicht die kovalente Anbindung der Liganden direkt oder indirekt mit oder, ohne vorheriger Modifizierung der Liganden. Geeignete funktionelle Gruppen oder reaktive Verbindungen sind dem Fachmann bekannt und können leicht bei Kenntnis der Liganden ermittelt werden. Besonders bevorzugt für Y sind Acetale, Ketale, Acylale, Acylhalogenide, Alkohole, Aldehyde, Alkene, Halogenide, Alkine, Allene, Amide, Amidine, Aminale, Amine, Anhydride, Azide, Azine, Aziridine, Azoverbindungen, Borane, Carbamate, Carbodiimide, Carbonsäuren, Carbonsäureester, Cyanamide, Cyanate, Diazoverbindungen, Diazoniumsalze, Epoxide, Ether, Hydrazide, Hydrazine, Hydrazone, Hydroxamsäuren, Hydroxamsäureester, Hydroxylamine, Imide, Imine, Anorganische Ester, Isocyanate, Isocyanide, Isothiocyanate, Ketene, Ketone, Nitrile, Nitroverbindungen, Nitrosoverbindungen,. Oxime, Phenole, Phosphine, Phosphonate, Ammoniumsalze, Phosphoniumsalze, Sulfonamide, Sulfone, Sulfonsäuren, Sulfonester, Sulfoniumsalze, Sulfonylazide, Sulfonylhalogenide, Sulfoxide, Thioamide, Thiocarbamate, Thiocyanate, Triazene, Harnstoffe oder Isoharnstoffe.The radical R represents a branched or unbranched hydrocarbon chain of more than 10 atoms in length, optionally interrupted by heteroatoms such as S, N or O, amide or ester bonds. Y enables the ligands to be covalently bound directly or indirectly with or without prior modification of the ligands. Suitable functional groups or reactive compounds are known to the person skilled in the art and can easily be determined with knowledge of the ligands. Particularly preferred for Y are acetals, ketals, acylals, acyl halides, alcohols, aldehydes, alkenes, halides, alkynes, allenes, amides, amidines, aminals, amines, anhydrides, azides, azines, aziridines, azo compounds, boranes, carbamates, carbodiimides, carboxylic acids , Carboxylic acid esters, cyanamides, cyanates, diazo compounds, diazonium salts, epoxies, ethers, hydrazides, hydrazines, hydrazones, hydroxamic acids, hydroxamic acid esters, hydroxylamines, imides, imines, inorganic esters, isocyanates, isocyanides, isothiocyanates, ketenes, ketones, nitriles, nitro compounds, , Oximes, phenols, phosphines, phosphonates, ammonium salts, phosphonium salts, sulfonamides, sulfones, sulfonic acids, sulfonic esters, sulfonium salts, sulfonyl azides, sulfonyl halides, sulfoxides, thioamides, thiocarbamates, thiocyanates, triazenes, ureas or isoureas.

Am meisten bevorzugt sind reaktive Kopfgruppen, die prinzipiell eine nahezu quantitative (> 99%) Umsetzung der Gruppe Y mit dem Liganden ermöglicht. Als Beispiel sei die Addition von Thiolen an eine Maleimidylgruppe genannt. Weitere Beispiele sind in WO 01/92883 A2 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.Most preferred are reactive head groups, which in principle enable an almost quantitative (> 99%) reaction of group Y with the ligand. An example is the addition of thiols to a maleimidyl group. Further examples are described in WO 01/92883 A2, the full disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Weiterhin kann die organische Schicht polymere Moleküle wie Biomoleküle oder synthetische Makromoleküle umfassen. Beispielhaft seien Hydrogele, wie sie in WO 90/5303 A1 offenbart sind, genannt. Diese bilden ein dreidimensionales Gerüst, das eine Immobilisierung der Liganden gegebenenfalls auch in drei Dimensionen erlaubt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Qualitätskontrolle ist auch für Arrays mit derartig modifizierten Oberflächen einsetzbar.Furthermore, the organic layer can comprise polymeric molecules such as biomolecules or synthetic macromolecules. Examples include hydrogels as disclosed in WO 90/5303 A1. These form a three-dimensional framework that allows the ligands to be immobilized in three dimensions if necessary. The method for quality control according to the invention can also be used for arrays with such modified surfaces.

Die Verwendung der Begriffe Schicht, Oberfläche oder Oberflächenkonzentration u.a. sind nicht dahin gehend einschränkend zu interpretieren, daß eine Zweidimensionalität der Präsentation der zur Anbindung der Liganden bzw. Kontrollliganden vorhandenen Stellen eines Mikroarrays Voraussetzung wären.The use of the terms layer, surface or surface concentration etc. are not to be interpreted restrictively to the effect that a two-dimensionality of the presentation of the locations of a microarray present for the connection of the ligands or control ligands would be a prerequisite.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Bindematrix über die gesamte sensorfeldseitige Mikroarrayoberfläche. Bevorzugt können als Liganden Proteine, Peptide, Oiigonucleotide, Kohlenhydrate (Glycoside), Isoprenoide, Enzyme, Lipidstrukturen und organische Moleküle (Chemische Mikroarrays) eingesetzt werden.In a preferred embodiment, the binding matrix extends over the entire microarray surface on the sensor field side. Proteins, peptides, oligonucleotides, carbohydrates (glycosides), isoprenoids, enzymes, lipid structures and organic molecules (chemical microarrays) can preferably be used as ligands.

Bevorzugt können als Kontrollliganden organische Moleküle eingesetzt werden.Organic molecules can preferably be used as control ligands.

Insbesondere sind kleine organische Moleküle (small molecuies oder small molecular weight molecuies oder small organic molecule) für die Liganden und die Kontrollliganden oder deren Strukturmotive, die einfach oder mehrfach in Kontrollliganden vorkommen, bevorzugt In der Literatur stellt zumeist das Molekulargewicht die Definitionsgrundlage für solche kleinen Moleküle dar. In WO 89/03041 und WO 89/03042 werden Moleküle mit Molekülmassen von bis 7000 g/mol als kleine Moleküle beschrieben. Üblicherweise werden jedoch Molekülmassen zwischen 50 und 3000 g/mol, häufiger aber zwischen 75 und 2000 g/mol und meistens im Bereich zwischen 100-1000 g/mol angegeben. Als Beispiele sei auf die Schriften WO 86/02736, WO 97/31269, US-A-5928868, US-A-5242902, US-A-5468651 , US-A- 5547853, US-A-5616562, US-A-5641690, US-A-4956303 und US-A-5928643 verwiesen.In particular, small organic molecules (small molecules or small molecular weight molecules or small organic molecule) are preferred for the ligands and the control ligands or their structural motifs, which occur once or more than once in control ligands, in the literature. The molecular weight usually provides the basis for the definition of such small molecules WO 89/03041 and WO 89/03042 describe molecules with molecular weights of up to 7000 g / mol as small molecules. Usually, however, molecular weights between 50 and 3000 g / mol are given, but more often between 75 and 2000 g / mol and mostly in the range between 100-1000 g / mol. Examples are the documents WO 86/02736, WO 97/31269, US-A-5928868, US-A-5242902, US-A-5468651, US-A-5547853, US-A-5616562, US-A- 5641690, US-A-4956303 and US-A-5928643.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gelten organische Moleküle mit einem Molekulargewicht unter 3000, bevorzugt unter 1000 am meisten bevorzugt unter 750 g/mol als kleine organische Moleküle.In the context of the present invention, organic molecules with a molecular weight below 3000, preferably below 1000, most preferably below 750 g / mol are small organic molecules.

Falls eine Bindematrix eingesetzt wird, können zur Immobilisierung der Liganden und Kontrollliganden an die Bindematrix vorhandene chemische funktionelle Gruppen im Liganden eingesetzt werden (z.B. N-terminale Aminogruppen von Peptiden). Es können auch vorhandene funktionelle Gruppen chemisch modifiziert werden (z.B. Spaltung von Disulfidbrücken zu Thiolen in Proteinen). Bevorzugt ist bei der Herstellung chemischer Mikroarrays die Verwendung von zusätzlichen Linkermolekülen (Zusatzmoleküle oder „Tag"), die zum einen die Anbindung an den Liganden/Kontrollliganden und zum anderen die Immobilisierung an die Bindematrix ermöglichen und dabei eine zusätzliche Spacerfunktion erfüllen. Bevorzugt wird für alle Liganden und Kontrollliganden das gleiche Linkermolekül verwendet, wodurch die Liganden chemisch "ähnlicher werden". Einsetzbare Linkermoleküle ("Ligand Tag") sind in PCT/EP 02/01184 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich bezug genommen wird.If a binding matrix is used, chemical functional groups present in the ligand can be used to immobilize the ligands and control ligands on the binding matrix (eg N-terminal amino groups of peptides). Existing functional groups can also be chemically modified (eg cleavage of disulfide bridges to thiols in proteins). In the production of chemical microarrays, preference is given to the use of additional linker molecules (additional molecules or “tag”) which, on the one hand, enable binding to the ligand / control ligand and, on the other hand, immobilization on the binding matrix and thereby perform an additional spacer function. Preferred for everyone Ligands and control ligands use the same linker molecule, which makes the ligands "more chemically similar". Usable linker molecules ("ligand tag") are described in PCT / EP 02/01184, the content of which is hereby incorporated by reference.

Bevorzugt erfolgt das in Kontakt bringen des Kontrollliganden mit der Bindematrix -falls vorhanden- unter Bedingungen, unter denen eine bevorzugt kovalente Anbindung des Kontrolliganden an die Bindematrix möglich ist. Im allgemeinen, also auch wenn keine Bindematrix vorhanden ist, wird eine Flüssigkeit, die den Kontrollliganden enthält, auf die Bindematrix oder das Sensorfeld direkt aufgebracht.The contacting of the control ligand with the binding matrix — if present — preferably takes place under conditions under which a preferably covalent attachment of the control ligand to the binding matrix is possible. In general, even if no binding matrix is present, a liquid containing the control ligand is applied directly to the binding matrix or the sensor field.

Der Kontrollligand kann als solcher oder in Flüssigkeit durch Tüpfeln oder durch Inkubation der gesamten sensorfeldseitigen Mikroarrayfläche oder durch Inkubation des gesamten Mikroarrays auf die Sensorfelder gebracht werden.The control ligand can be applied to the sensor fields as such or in liquid by spotting or by incubating the entire microarray surface on the sensor field or by incubating the entire microarray.

Bevorzugt wird der mobile Interaktionspartner ganzflächig auf die sensorfeldseitigen Fläche des Mikroarrays in geeigneter Lösung (z.B. Pufferlösung) aufgebracht. Die Konzentration des mobilen Bindungspartners sollte so gewählt werden, daß eine ausreichende Interaktion zumindest mit dem Kontrollliganden möglich ist.The mobile interaction partner is preferably applied over the entire surface to the surface of the microarray on the sensor field in a suitable solution (e.g. buffer solution). The concentration of the mobile binding partner should be chosen so that sufficient interaction is possible at least with the control ligand.

Die Bindungsmessung kann sequentiell von Sensorfeld zu Sensorfeld bzw. Sensorfeldreihe zu Sensorfeldreihe erfolgen oder aber bevorzugt parallel, indem alle Felder gleichzeitig gemessen werden. Vorteilhaft beruht das Meßverfahren auf einem radioaktiven, optischen oder elektrischen Verfahren. So sind beispielsweise radioaktiv- fluoreszenz- oder lumineszenzbasierte Detektion (z.B. RIA, ELISA, etc.) möglich. Bevorzugt erfolgt die Messung jedoch markierungsfrei, da hierdurch die Durchführung erleichtert wird. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines reflexionsoptischen Verfahrens, wie der SPR-Spektroskopie.The binding measurement can be carried out sequentially from sensor field to sensor field or sensor field row to sensor field row, or preferably in parallel, in that all fields are measured simultaneously. The measuring method is advantageously based on a radioactive, optical or electrical method. For example, radioactive fluorescence or luminescence based detection (e.g. RIA, ELISA, etc.) are possible. However, the measurement is preferably carried out without any markings, since this simplifies implementation. The use of an optical reflection method, such as SPR spectroscopy, is particularly preferred.

Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Mikroarray für Bindungsmessungen von Liganden auf Sensorfeldern mit mindestens einem Kontrollligand auf mindestens einem Sensorfeld, wobei der Kontrollligand eine Verbindung darstellt, die mehrfach ein Strukturmotiv enthält. Hinsichtlich des Kontrolliganden gelten die gleichen Ausführungen wie für das erfindungsgemäße Kontrollverfahren.According to the invention there is also a microarray for binding measurements of ligands on sensor fields with at least one control ligand on at least one sensor field, the control ligand being a compound which contains a structural motif several times. With regard to the control ligand, the same statements apply as for the control method according to the invention.

Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Mikroarray für Bindungsmessungen von Liganden auf Sensorfeldern mit mindestens einem positiv geladenen und mindestens einem negativ geladenen Kontrollligand auf jeweils mindestens einem Sensorfeld. Vorzugsweise besitzen solche Kontrollliganden jeweils zusätzlich hydrophobe Bereiche, beispielsweise Aromaten.According to the invention there is also a microarray for binding measurements of ligands on sensor fields with at least one positively charged and at least one negatively charged control ligand on at least one sensor field. Such control ligands preferably each have additional hydrophobic regions, for example aromatics.

Ebenfalls erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Auffinden von Kontrollliganden als unspezifische Unversalbinder, die Schritte umfassendAlso according to the invention is a method for finding control ligands as non-specific universal binders, comprising the steps

(a) Bereitstellen von potenziellen Kontrollliganden auf Sensorfeldern;(a) providing potential control ligands on sensor fields;

(b) Messung der Bindung zwischen den potenziellen Kontrollliganden und mehreren mobilen Bindungspartnern; (c) Auswahl von Kontrollliganden anhand ihrer Bindungswerte (Meßwerte).(b) measuring the binding between the potential control ligands and several mobile binding partners; (c) Selection of control ligands based on their binding values (measured values).

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Auffinden von Kontrollliganden einen weiteren Schritt (d) die chemische Verknüpfung mehrerer Kontrollliganden zu einem Kontrollliganden mit mehreren Strukturmotiven umfassen.Furthermore, the method according to the invention for finding control ligands can comprise a further step (d) chemically linking a plurality of control ligands to form a control ligand with a plurality of structural motifs.

Vorzugsweise werden hierfür mindestens 10 Targets (mobile Interaktionspartner) getestet. Die Targets sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus RNA, DNA und natürliche oder synthetische Proteine, die sich möglichst in ihrer Größe sowie ihren Ladungs- und Hydrophobizitätseigenschaften unterscheiden. For this purpose, preferably at least 10 targets (mobile interaction partners) are tested. The targets are preferably selected from the group consisting of RNA, DNA and natural or synthetic proteins, which differ as far as possible in their size as well as their charge and hydrophobicity properties.

BeispieleExamples

Herstellung eines chemischen MikroarraysManufacture of a chemical microarray

Beispiel 1 Synthese eines Verdünners ("Verdünnermolekül")Example 1 Synthesis of a Diluent ("Diluent Molecule")

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a) Immobilisierung von N-(N5-Fmoc-5-aminopentyl)-11-mercaptoundecanamid an Chlortrityl-Harza) Immobilization of N- (N 5 -Fmoc-5-aminopentyl) -11-mercaptoundecanamide on chlortrityl resin

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600 mg (1,15 mmol) N-(N5-Fmoc-aminopentyl)-11-mercaptoundecanamid, erhältlich aus S-geschütztem 11-Mercaptoundecanamid und Fmoc-1,5- diaminopentanhydrochlorid, wurden in 15 ml DMF gelöst und mit 2 g Methoxytrityl- chlorid-Harz (1,6 mmol) (Novabiochem) versetzt. Die Suspension wurde 1 h vorsichtig geschüttelt. Anschließend wurden 500 μl Pyridin zugegeben und die Suspension weitere 3 h geschüttelt. Das Harz wurde anschließend 1 x mal mit N,N- Dimethyiformamid (DMF), 1 x mit 5% Wasser in DMF, 4 x mit DMF, 3 x mit Dichlormethan und 2 x mit Hexan gewaschen und im Vakuum getrocknet. Die Beladung des Harzes mit N-(N5-Fmoc-5-aminopentyl)-11-mercaptoundecanamid wurde über Fmoc-Analytik (G.B. Fields, R.L Noble, Int. J. Peptide Protein Res. 1990, 35, 161- 214) zu 0,35 mmol/g bestimmt (Ausbeute 60 % d.Th.).600 mg (1.15 mmol) of N- (N 5 -Fmoc-aminopentyl) -11-mercaptoundecanamide, obtainable from S-protected 11-mercaptoundecanamide and Fmoc-1,5-diaminopentane hydrochloride, were dissolved in 15 ml of DMF and mixed with 2 g Methoxytrityl chloride resin (1.6 mmol) (Novabiochem) added. The suspension was shaken gently for 1 hour. 500 μl of pyridine were then added and the suspension was shaken for a further 3 h. The resin was then washed once with N, N-dimethyiformamide (DMF), once with 5% water in DMF, four times with DMF, three times with dichloromethane and twice with hexane and dried in vacuo. The resin was loaded with N- (N 5 -Fmoc-5-aminopentyl) -11-mercaptoundecanamide determined by Fmoc analysis (GB Fields, RL Noble, Int. J. Peptide Protein Res. 1990, 35, 161-214) to 0.35 mmol / g (yield 60% of theory).

b) Allgemeine Vorschrift für die Kupplung von Fmoc-8-Amino-3,6-dioxa-octansäure (Fmoc-Ado)b) General instructions for the coupling of Fmoc-8-amino-3,6-dioxa-octanoic acid (Fmoc-Ado)

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Für die Abspaltung der Fmoc-Schutzgruppe wurde 1 g des beladenen Harzes (0,35 mmol) 20 min in 15 ml 1/3 (v/v) Piperidin/DMF vorsichtig gerührt und anschließend 6 mal mit DMF gewaschen. Die Kupplung von Fmoc-8-amino-3,6-dioxa-octansäure erfolgte durch 4 h Inkubation des Harzes mit einer Lösung von 270 mg (0,70 mmol) Fmoc-8-amino-3,6-dioxa-octansäure, 270 mg (0,71 mmol) O-(7-Azabenzotriazol-1-yl)- N,N,N',N'-tetramethyluroniumhexafluorophosphat (HATU) und 250 μl (1,44 mmol) Ethyl-diisopropylamin (DIEA) in 7 ml DMF. Anschließend wurde das Harz 5 mal mit 'DMF, 3 mal mit Dichlormethan und 2 mal mit Hexan gewaschen und getrocknet.To remove the Fmoc protective group, 1 g of the loaded resin (0.35 mmol) was carefully stirred in 15 ml 1/3 (v / v) piperidine / DMF for 20 min and then washed 6 times with DMF. Fmoc-8-amino-3,6-dioxa-octanoic acid was coupled by incubating the resin for 4 h with a solution of 270 mg (0.70 mmol) of Fmoc-8-amino-3,6-dioxa-octanoic acid, 270 mg (0.71 mmol) O- (7-azabenzotriazol-1-yl) - N, N, N ', N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HATU) and 250 μl (1.44 mmol) ethyl diisopropylamine (DIEA) in 7 ml DMF. The resin was then washed 5 times with DMF, 3 times with dichloromethane and 2 times with hexane and dried.

c) Weitere Kupplung von Fmoc-Ado und Acetylierungc) Further coupling of Fmoc-Ado and acetylation

An 500 mg Harz aus b) (0,175 mmol) wurde wie unter b) beschrieben Fmoc-8-amino- 3,6-dioxa-octansäure nochmals gekuppelt und anschließend die Fmoc-Schutzgruppe wie unter b) beschrieben abgespalten. Anschließend wurden die freien Aminogruppen durch 30 min Inkubation des Harzes mit 10 ml 1/1/2 (v/v/v) Essigsäureanhydrid/Pyridin/DMF acetyliert. Dann wurde das Harz 5 mal mit DMF und 3 mal mit Dichlormethan gewaschen. Die Abspaltung des Produktes vom Harz erfolgte mit 2/18/1 (v/v/v) Trifluoressigsäure / Dichlormethan / Triethylsilan. Das Produkt wurde durch präparative RP-HPLC gereinigt und mittels LC/MS analysiert. LC-MS (ber.): [M+H]+ 635,5 (635,4), [M+Naf 657,5 (657,4)Fmoc-8-amino-3,6-dioxa-octanoic acid was coupled again to 500 mg of resin from b) (0.175 mmol) as described under b) and the Fmoc protective group was then cleaved off as described under b). Then the free amino groups acetylated by incubating the resin for 30 min with 10 ml 1/1/2 (v / v / v) acetic anhydride / pyridine / DMF. Then the resin was washed 5 times with DMF and 3 times with dichloromethane. The product was split off from the resin with 2/18/1 (v / v / v) trifluoroacetic acid / dichloromethane / triethylsilane. The product was purified by preparative RP-HPLC and analyzed by LC / MS. LC-MS (calc.): [M + H] + 635.5 (635.4), [M + Naf 657.5 (657.4)

Beispiel 2 Synthese eines Ankers ("Ankermolekül")Example 2 Synthesis of an Anchor ("Anchor Molecule")

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Figure imgf000025_0001

An 100 mg Harz des in Beispiel 1b) dargestellten Harzes wurde wie unter 1b) beschrieben zweimal Fmoc-8-amino-3,6-dioxa-octansäure gekuppelt und anschließend die Fmoc-Schutzgruppe abgespalten. Anschließend wurde 3-Maleinimidopropansäure durch 1 h Inkubation des Harzes mit 4 eq. 3-Maleinimidopropansäure und 4 eq. Diisopropylcarbodiimid in DMF (c = 0,15 M) gekuppelt.Fmoc-8-amino-3,6-dioxa-octanoic acid was coupled twice to 100 mg of the resin shown in Example 1b) as described under 1b), and the Fmoc protective group was then cleaved off. Then 3-maleimidopropanoic acid was incubated for 1 h with 4 eq. 3-maleimidopropanoic acid and 4 eq. Coupled diisopropylcarbodiimide in DMF (c = 0.15 M).

Dann wurde das Harz 5 mal mit DMF und 3 mal mit Dichlormethan gewaschen. Die Abspaltung des Produktes vom Harz erfolgte mit 2/18/1 (v/v/v) Trifluoressigsäure / Dichlormethan / Triethylsilan. Das Produkt wurde durch präparative RP-HPLC gereinigt und mittels LC/MS analysiert. LC-MS (ber.): [M+H]+ 889,2 (889,5) [M+Na]+ 911 ,1 (911 ,5)Then the resin was washed 5 times with DMF and 3 times with dichloromethane. The product was split off from the resin with 2/18/1 (v / v / v) trifluoroacetic acid / dichloromethane / triethylsilane. The product was purified by preparative RP-HPLC and analyzed by LC / MS. LC-MS (calc.): [M + H] + 889.2 (889.5) [M + Na] + 911, 1 (911, 5)

Beispiel 3 Herstellung eines Mikroarrays (Goldchip) mit BindematrixExample 3 Production of a microarray (gold chip) with a binding matrix

a) Mikroarraya) microarray

Als Mikroarray diente eine Sensorplatte (40 nm Gold, 2 nm Titan als Haftvermittlung,A sensor plate (40 nm gold, 2 nm titanium as adhesion promoter,

50 μm strukturierende Schicht auf einer planaren Glasplatte mit den Außenmaßen im Mikrotiterformat (ca.12,5x8,3 cm) wie sie als Teil einer SPR Sensoranordnung in WO50 μm structuring layer on a planar glass plate with the external dimensions in microtiter format (approx.12.5x8.3 cm) as part of an SPR sensor arrangement in WO

01/63256 A1 beschrieben ist. Die Strukturierung der Sensorplatte wurde mit Ormocer® durchgeführt, dem Graphit beigemischt wurde, so daß sich 4608 annähernd kreisrunde Sensorfelder mit einem Sensorfelddurchmesser von ca. 700 μm ergaben.01/63256 A1 is described. The structuring of the sensor plate was done with Ormocer ® carried out, the graphite was mixed, so that there were 4608 almost circular sensor fields with a sensor field diameter of about 700 microns.

b) Beschichtung mit der Bindematrix Die Bindematrix setzt sich aus dem Anker aus Beispiel 2 und dem Verdünner aus Beispiel 1 zusammen.b) Coating with the binding matrix The binding matrix is composed of the anchor from example 2 and the thinner from example 1.

Zunächst werden Stammlδsungen der Einzelkomponenten durch Auflösen der Feststoffe in Ethylenglycol / 1 % TFA mit der gewünschten Molarität hergestellt, die im Ellman-Test (G.L Ellman, Arch. Biochem. Biophys. 82 (1959), 70-77) oder über den Extinktionskoeffizienten bei 295 nm überprüft wird. Anschließend werden die Stammlösungen von Anker und Verdünner im gewünschten Verhältnis (z.B. 1/24, v/v) gemischt und die Goldoberfläche ganzflächig mit dieser 100μM bis 1 mM Lösung 1 h bei Raumtemperatur inkubiert, anschließend mit Methanol / 0,1 % TFA sowie mehrfach mit Wasser / Essigsäure (2ppm) gewaschen und im Stickstoffstrom getrocknet.First, stock solutions of the individual components are prepared by dissolving the solids in ethylene glycol / 1% TFA with the desired molarity, as described in the Ellman test (GL Ellman, Arch. Biochem. Biophys. 82 (1959), 70-77) or via the extinction coefficient 295 nm is checked. Subsequently, the stock solutions of anchor and thinner are mixed in the desired ratio (e.g. 1/24, v / v) and the entire surface of the gold is incubated with this 100μM to 1 mM solution for 1 h at room temperature, then with methanol / 0.1% TFA and several times washed with water / acetic acid (2ppm) and dried in a stream of nitrogen.

II Synthese und Immobilisierung von KontrollligandenII Synthesis and immobilization of control ligands

Als Kontrollliganden dienen Eosin und Verbindung 1 ("GuaPhe-4", siehe unten), die eine Carboxylgruppe besitzen. Vor der Immobilisierung werden die Kontrollliganden mit einem "Tag" umgesetzt, um, eine Thiolgruppe einzuführen, die dann in einer Additionsreaktion mit der Maleimideinheit der Kopfgruppe des Ankers abreagieren kann. Die Anbindung des Tags an die Carboxylfunktion des Liganden erfolgt über eine Amidbindung. Das daraus resultierende Kontrollligand-Tag-Konjugat besitzt die Formel HS-(CH2)2-NH-C(O)-CH2-O-(CH2)2-O-CH2-C(O)-NH-(CH2)2-O-(CH2)2-O-(CH2)2-NH-CO- Kontrollligand (zur Synthese vergleiche WO-A-02/063299).Eosin and compound 1 ("GuaPhe-4", see below), which have a carboxyl group, serve as control ligands. Before immobilization, the control ligands are reacted with a "tag" to introduce a thiol group which can then react in an addition reaction with the maleimide unit of the anchor head group. The tag is linked to the carboxyl function of the ligand via an amide bond. The resulting control ligand-tag conjugate has the formula HS- (CH 2 ) 2 -NH-C (O) -CH 2 -O- (CH 2 ) 2 -O-CH 2 -C (O) -NH- ( CH 2 ) 2 -O- (CH 2 ) 2 -O- (CH 2 ) 2 -NH-CO control ligand (for synthesis see WO-A-02/063299).

Beispiel 4 Synthese des Eosin-Tag-KonjugatesExample 4 Synthesis of the Eosin-Tag Conjugate

20mg (8.6 μmol) Tentagel-Trityl-immobilisierter "Tag" werden mit einer Lösung von 16.7 mg (25.8 μmol) Eosin, 3.5 mg (25.8 μmol) 1-Hydroxybenzotriazol (HOBT) und 4 μl (51.6 μmol) Diisopropylcarbodiimid (DIC) in 100 μl DMF für 2h geschüttelt und anschliessend 6x mit DMF gewaschen. Die Abspaltung des Produktes vom Harz erfolgt mit 48/48/4 (v/v/v) Trifluoressigsäure / Dichlormethan / Triethylsilan, welches im Anschluß durch RP-HPLC gereinigt und mittels LC/MS analysiert wird. LC-MS (ber.): [M+H]+996 (998)20 mg (8.6 μmol) of tentagel-trityl immobilized "Tag" are mixed in with a solution of 16.7 mg (25.8 μmol) of eosin, 3.5 mg (25.8 μmol) of 1-hydroxybenzotriazole (HOBT) and 4 μl (51.6 μmol) of diisopropylcarbodiimide (DIC) 100 μl DMF shaken for 2 hours and then washed 6 times with DMF. The product is cleaved from the resin using 48/48/4 (v / v / v) trifluoroacetic acid / dichloromethane / triethylsilane, which is subsequently purified by RP-HPLC and analyzed by LC / MS. LC-MS (calc.): [M + H] + 996 (998)

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1 TFA DCM/Tnet ylsilan1 TFA DCM / Tnet ylsilan

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Beispiel 5 Synthese des Konjugates aus Tag und Verbindung 1Example 5 Synthesis of the conjugate from tag and compound 1

20mg (8.6 μmol) Tentagel-Trityl-immobilisierter "Tag" werden mit einer Lösung von 15.2 mg (25.8 μmol) Fmoc-L-Lys(Fmoc)-OH, 9.8 mg (25.8 μmol) O-(7-Azabenzotriazol- 1-yl)-N,N,N\N4etramethyluroniumhexafluoro-phosphat (HATU) und 9 μl (51.6 μmol) Ethyl-diisopropylamin (DIEA) in 100 μl DMF für 2h geschüttelt und anschliessend 6x mit DMF gewaschen. Für die Abspaltung der Fmoc-Schutzgruppe wird der Harz 10 min in 1ml 1/3 (v/v) Piperidin/DMF vorsichtig gerührt und anschliessend 6 mal mit DMF gewaschen.20 mg (8.6 μmol) of tentagel-trityl immobilized "Tag" are mixed with a solution of 15.2 mg (25.8 μmol) of Fmoc-L-Lys (Fmoc) -OH, 9.8 mg (25.8 μmol) of O- (7-azabenzotriazole-1- yl) -N, N, N \ N4etramethyluroniumhexafluorophosphate (HATU) and 9 μl (51.6 μmol) ethyl diisopropylamine (DIEA) shaken in 100 μl DMF for 2 h and then washed 6 times with DMF. To remove the Fmoc protective group, the resin is carefully stirred in 1 ml 1/3 (v / v) piperidine / DMF for 10 min and then washed 6 times with DMF.

Das Produkt wird mit 20.3 mg (34.4 μmol) Fmoc-Lys(Fmoc), 13 mg (34.4 μmol) O-(7- Azabenzotriazol-1 -yl)-N,N,N N'-tetramethyluroniumhexafluoro-phosphat (HATU) und 12 μl (68.8 μmol) Ethyl-diisopropylamin (DIEA) in 100 μl DMF für 2h geschüttelt und anschliessend 6 mal mit DMF gewaschen. Für die Abspaltung der Fmoc-Schutzgruppe wird der Harz 10 min in 1ml 1/3 (v/v) Piperidin/DMF vorsichtig gerührt und anschliessend 6 mal mit DMF gewaschen. Im Anschluss erfolgt die Kupplung von 33.3 mg (51.6 μmol) Fmoc-L-Phenylalanin(4-Guanidino-Boc2)-OH, 19.6 mg (51.6 μmol) O- (7-Azabenzotriazol-1-yl)-N,N,N',N,-tetramethyluroniumhexafluoro-phosphat (HATU) ) und 18 μl (103.2 μmol) Ethyl-diisopropylamin (DIEA) in 200 μl DMF für 2h. Für die Abspaltung der Fmoc-Schutzgruppe wird der Harz 10 min in 1ml 1/3 (v/v) Piperidin/DMF vorsichtig gerührt und anschliessend 6 mal mit DMF gewaschen. Die Abspaltung des Produktes vom Harz erfolgt mit 48/48/4 (v/v/v) Trifluoressigsäure / Dichlormethan / Triethylsilan, welches im Anschluß durch RP-HPLC gereinigt und mittels LC/MS analysiert wird. LC-MS (ber.): [M+3H]3+ 1570 (1572) The product is mixed with 20.3 mg (34.4 μmol) Fmoc-Lys (Fmoc), 13 mg (34.4 μmol) O- (7-azabenzotriazol-1 -yl) -N, N, N, N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HATU) and 12 μl (68.8 μmol) ethyl-diisopropylamine (DIEA) shaken in 100 μl DMF for 2 h and then washed 6 times with DMF. To remove the Fmoc protective group, the resin is carefully stirred in 1 ml 1/3 (v / v) piperidine / DMF for 10 min and then washed 6 times with DMF. This is followed by the coupling of 33.3 mg (51.6 μmol) Fmoc-L-phenylalanine (4-guanidino-Boc 2 ) -OH, 19.6 mg (51.6 μmol) O- (7-azabenzotriazol-1-yl) -N, N, N ', N , -tetramethyluronium hexafluorophosphate (HATU)) and 18 μl (103.2 μmol) ethyl-diisopropylamine (DIEA) in 200 μl DMF for 2 h. To remove the Fmoc protective group, the resin is carefully stirred in 1 ml 1/3 (v / v) piperidine / DMF for 10 min and then washed 6 times with DMF. The product is cleaved from the resin using 48/48/4 (v / v / v) trifluoroacetic acid / dichloromethane / triethylsilane, which is subsequently purified by RP-HPLC and analyzed by LC / MS. LC-MS (calc.): [M + 3H] 3+ 1570 (1572)

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GuaPhe-4-TagGuaPhe-4-Day

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Beispiel 6 Belegung der Sensorfelder mit dem Kontrollligand-Tag-Konjugat
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Example 6 Assignment of the sensor fields with the control ligand-tag conjugate

Zur Belegung der Sensorfelder des Mikroarrays mit dem Kontrollligand-Tag-Konjugat wird dieses in einem Gemisch aus Ethylenglycol/Wasser/Acetonitril in gewünschter Konzentration gelöst und mittels Phosphatpuffer auf pH 7 eingestellt. Aus dieser Lösung werden Flüssigkeitstropfen mit Hilfe eines Tüpfelroboters unter Verwendung von Stahlpins auf die Sensorfelder transferiert. Anschließend wird der gesamte Array mit Methanol gewaschen und getrocknet.To cover the sensor fields of the microarray with the control ligand-tag conjugate, this is dissolved in a mixture of ethylene glycol / water / acetonitrile in the desired concentration and adjusted to pH 7 using a phosphate buffer. Liquid drops are transferred from this solution to the sensor fields with the aid of a spotting robot using steel pins. The entire array is then washed with methanol and dried.

III BindungsmessungenIII bond measurements

Beispiel 7 Allgemeine BindungsmessungExample 7 General bond measurement

Die Bindung zwischen Kontrollligand und mobilem Bindungspartner wurde mit Hilfe einer SPR Sensoranordnung, wie sie in WO 01/63256 A1 beschrieben ist (vgl. Beispiel 3a), durchgeführt. Durch Imaging des Mikroarrays können die Intensitäten aller Sensorfelder gleichzeitig erfaßt und ausgewertet werden. Die dabei ermittelten SPR- Verschiebungen (SPR shift) ergeben sich durch Subtraktion der ermittelten Minima aus den wellenlängenabhängigen Intensitätskurven vor und nach Inkontaktbringen der mit den Kontrollliganden belegten Sensorfelder mit dem entsprechenden Target.The binding between the control ligand and the mobile binding partner was carried out with the aid of an SPR sensor arrangement as described in WO 01/63256 A1 (cf. Example 3a). By imaging the microarray, the intensities of all sensor fields can be detected and evaluated simultaneously. The SPR shifts (SPR shift) determined in this way result from subtracting the determined minima from the wavelength-dependent intensity curves before and after bringing the sensor fields occupied by the control ligands into contact with the corresponding target.

Beispiel 8 Überprüfung von Eosin und GuaPhe-4 als UniversalbinderExample 8 Review of Eosin and GuaPhe-4 as universal binders

Die Kontrollliganden wurden mit einer Auswahl an Proteinen untersucht welche durch unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich Grosse (Molekulargewicht, MW), Ladung (isoelektrischer Punkt, pl) und Hydrophobizität (GRAVY, Kyte, J.; J. Mol. Biol. 157, 1982, 105-132) charakterisiert sind.The control ligands were examined with a selection of proteins which were characterized by different properties with regard to size (molecular weight, MW), charge (isoelectric point, pl) and hydrophobicity (GRAVY, Kyte, J .; J. Mol. Biol. 157, 1982, 105- 132) are characterized.

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Figur 1 zeigt die erhaltenen SPR-Verschiebungen.Figure 1 shows the SPR shifts obtained.

Die SPR-Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten Kontrollliganden sehr häufig binden und sich durch ein komplementäres Bindungsverhalten auszeichnen. Solche Proteine, die unter den Messbedingungen stark positiv geladen sind, wie beispielsweise Lysozym und Avidin binden eher an den negativ geladenen Eosin- Kontrollligand. Proteine mit negativer Ladung (Fibrinogen, Thrombin) binden verstärkt an das Guanidiniumphenylalaninderivat.The SPR results show that the control ligands investigated bind very frequently and are characterized by complementary binding behavior. Proteins that are strongly positively charged under the measurement conditions, such as lysozyme and avidin, tend to bind to the negatively charged eosin control ligand. Proteins with a negative charge (fibrinogen, thrombin) bind more strongly to the guanidiniumphenylalanine derivative.

Beispiel 9 Array zu Array- und Feld zu Feld- KontrolleExample 9 Array to array and field to field control

Zur Reproduzierbarkeit der unspezifischen Signale der beiden Kontrollliganden sind im folgenden die Daten eines Targets (t-RNA) ∑usammengefasst, welches auf zwei verschiedenen Arrays gemessen wurde.To reproduce the non-specific signals of the two control ligands, the data of a target (t-RNA) asst is summarized below, which was measured on two different arrays.

Verschiebungen in nm Mitt elwertShifts in nm mean

Array 1 GuaPhe 3.2 4.2 3.8 3.9 3.0 3.5 3.6Array 1 GuaPhe 3.2 4.2 3.8 3.9 3.0 3.5 3.6

Array 2 GuaPhe 3.9 4.0 4.0 4.0 3.8 3.5 3.8Array 2 GuaPhe 3.9 4.0 4.0 4.0 3.8 3.5 3.8

Array 1 Eosin 0.2 0.1 0.1 0.2 0.2 0.1 0.1Array 1 eosin 0.2 0.1 0.1 0.2 0.2 0.1 0.1

Array 2 Eosin 0.6 0.0 -0.1 0.0 0.1 0.1 0.1Array 2 eosin 0.6 0.0 -0.1 0.0 0.1 0.1 0.1

Die Array zu Array Kontrolle erfolgt durch Vergleich der gemittelten Messsignale der untersuchten Kontrollliganden. Die Daten zeigen, dass die Mittelwerte lediglich um maximal 0.2 nm voneinander abweichen, was im Rahmen der Messgenauigkeit liegt. Somit sind die in den verschiedenen Messungen auf den verschiedenen Arrays erzielten Ergebnisse ohne Einschränkung zu vergleichen. Der Vergleich der Messsignale der Kontrollliganden innerhalb einer Zeile liefert ein Maß für die Homogenität der Messbedingungen über ein einzelnes Array hinweg. Der Kontrollligand Eosin ist in dieser Messung nicht informativ, da er keine ausreichende Wechselwirkung mit dem Target eingeht. Bei GuaPhe sind Schwankungen um 15% um den Mittelwert zu beobachten. Berücksichtigt man, dass es sich um Einzelmessungen handelt und lediglich sechs Messpunkte über den Array zur Verfügung stehen, kann von den dargestellten Daten auf homogene Messbedingungen geschlossen werden. Eine höhere Empfindlichkeit kann beispielsweise erzielt werden, wenn die Kontrollliganden in höhere Kopienzahl auf dem Array vorhanden sind. The array to array control is carried out by comparing the averaged measurement signals of the control ligands examined. The data show that the mean values only deviate from each other by a maximum of 0.2 nm, which is within the measurement accuracy. The results obtained in the various measurements on the various arrays can thus be compared without restriction. The comparison of the measurement signals of the control ligands within a row provides a measure of the homogeneity of the measurement conditions across a single array. The control ligand eosin is not informative in this measurement because it does not interact sufficiently with the target. At GuaPhe, fluctuations of 15% around the mean can be observed. If one takes into account that these are individual measurements and only six measuring points are available via the array, the data presented can be used to infer homogeneous measuring conditions. A higher sensitivity can be achieved, for example, if the control ligands are present in a higher number of copies on the array.

Claims

Ansprüche Expectations 1. Verfahren zur Kontrolle von Bindungsmessungen auf Mikroarrays die Schritte umfassend1. A method of controlling binding measurements on microarrays comprising the steps (a) Bereitstellen eines Mikroarrays für zu testende Liganden auf Sensorfeldern;(a) providing a microarray for ligands to be tested on sensor fields; (b) Aufbringen mindestens eines Kontrollliganden auf mindestens einem Sensorfeld;(b) applying at least one control ligand to at least one sensor field; (c) Messung der Bindung zumindest zwischen Kontrollligand und einem mobilen Bindungspartner für die zu testenden Liganden, wobei mindestens ein Kontrollligand ein unspezifischer Universalbinder ist.(c) Measuring the binding at least between the control ligand and a mobile binding partner for the ligands to be tested, at least one control ligand being a non-specific universal binder. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei unterschiedliche Kontrollliganden eingesetzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that at least two different control ligands are used. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein positiv geladener in Kombination mit mindestens einem negativ geladenen Kontrollligand eingesetzt wird, wobei diese vorzugsweise jeweils zusätzlich hydrophobe Bereiche besitzen.3. The method according to claim 2, characterized in that at least one positively charged in combination with at least one negatively charged control ligand is used, these preferably each additionally having hydrophobic regions. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kontrollligand ein Farbstoff oder ein Farbstoffderivat ist.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that at least one control ligand is a dye or a dye derivative. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollligand Eosin oder ein Eosinderivat ist.5. The method according to claim 4, characterized in that the control ligand is eosin or an eosin derivative. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kontrollligand eine Verbindung darstellt, die mehrere Strukturmotive zur Bindung an das Target enthält.6. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that at least one control ligand is a compound which contains several structural motifs for binding to the target. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um mehrere identische Strukturmotive handelt.7. The method according to claim 6, characterized in that there are several identical structural motifs. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Strukturmotiven um Guanidiniumgruppen handelt. 8. The method according to claim 7, characterized in that the structural motifs are guanidinium groups. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Strukturmotiven um Guanidiniumphenylalaninreste handelt9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the structural motifs are guanidiniumphenylalanine residues 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturmotive durch ein Gerüst miteinander verbunden sind.10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the structural motifs are interconnected by a framework. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerüst eine Aminosäure oder ein Peptid ist.11. The method according to claim 10, characterized in that the framework is an amino acid or a peptide. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäure Lysin ist oder das Peptid aus Lysin- aufgebaut ist.12. The method according to claim 11, characterized in that the amino acid is lysine or the peptide is composed of lysine. 13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorfelder eine organische Schicht als Bindematrix beinhalten.13. The method according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the sensor fields contain an organic layer as a binding matrix. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schicht eine selbstassemblierende Monolage (SAM) ausbilden kann.14. The method according to claim 13, characterized in that the organic layer can form a self-assembling monolayer (SAM). 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der SAM Ankermoleküle umfaßt.15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that the SAM comprises anchor molecules. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der SAM weiterhin Verdünnermoleküle umfaßt.16. The method according to claim 15, characterized in that the SAM further comprises diluent molecules. 17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindematrix sich über die gesamte sensorfeldseitige Mikroarrayoberfläche erstreckt.17. The method according to one or more of claims 13 to 16, characterized in that the binding matrix extends over the entire microarray surface on the sensor field side. 18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroarray auf seiner den Sensorflächen zugewandten Oberfläche strukturiert ist. 18. The method according to one or more of claims 1 to 17, characterized in that the microarray is structured on its surface facing the sensor surfaces. 19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroarray eine strukturierende Schicht auf einem planaren Träger umfaßt.19. The method according to one or more of claims 1 to 18, characterized in that the microarray comprises a structuring layer on a planar support. 20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroarray eine Metallschicht auf der strukturierenden Schicht und/oder dem Träger enthält, auf der sich nach außen hin die Bindematrix befindet.20. The method according to one or more of claims 1 to 19, characterized in that the microarray contains a metal layer on the structuring layer and / or the carrier, on which the binding matrix is located on the outside. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht Gold enthält.21. The method according to claim 20, characterized in that the metal layer contains gold. 22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroarray mindestens 96, bevorzugt mindestens 4608, am meisten bevorzugt mindestens 9216 Sensorfelder enthält.22. The method according to one or more of claims 1 to 21, characterized in that the microarray contains at least 96, preferably at least 4608, most preferably at least 9216 sensor fields. 23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Liganden und gegebenenfalls um das wiederkehrende Strukturmotiv um kleine organische Moleküle handelt.23. The method according to one or more of claims 1 to 22, characterized in that the ligands and possibly the recurring structural motif are small organic molecules. 24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Liganden und /oder die Kontrollliganden alle ein gleiches Linkermolekül (Tag) besitzen.24. The method according to one or more of claims 1 to 23, characterized in that the ligands and / or the control ligands all have the same linker molecule (tag). 25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindungsmessung auf mehreren oder allen Sensorfeldern parallel verläuft.25. The method according to one or more of claims 1 to 24, characterized in that the bond measurement runs in parallel on several or all sensor fields. 26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindungsmessung auf einem radioaktiven, optischen oder elektrischen Verfahren beruht.26. The method according to one or more of claims 1 to 25, characterized in that the binding measurement is based on a radioactive, optical or electrical method. 27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das die Bindungsmessung markierungsfrei erfolgt. 27. The method according to one or more of claims 1 to 26, characterized in that the binding measurement takes place without markings. 28. Verfahren nach Anspruch 24 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein reflexionsoptisches Verfahren verwendet wird.28. The method according to claim 24 or 27, characterized in that an optical reflection method is used. 29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bindungsmessung die Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) verwendet wird.29. The method according to claim 28, characterized in that the surface plasmon resonance (SPR) is used for binding measurement. 30. Mikroarray für Bindungsmessungen von Liganden auf Sensorfeldern mit mindestens einem Kontrollligand auf mindestens einem Sensorfeld, wobei der Kontrollligand eine Verbindung darstellt, die mehrfach ein Strukturmotiv enthält.30. Microarray for binding measurements of ligands on sensor fields with at least one control ligand on at least one sensor field, the control ligand being a compound which contains multiple structural motifs. 31. Mikroarray nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturmotive durch ein Gerüst miteinander verbunden sind.31. Microarray according to claim 30, characterized in that the structural motifs are connected to one another by a framework. 32. Mikroarray nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Strukturmotiv Guanidiniumphenylalanin ist.32. Microarray according to claim 30 or 31, characterized in that the structural motif is guanidiniumphenylalanine. 33. Mikroarray nach einem oder mehreren der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerüst eine Aminosäure oder ein Peptid ist.33. Microarray according to one or more of claims 30 to 32, characterized in that the framework is an amino acid or a peptide. 34. Mikroarray nach einem oder mehreren der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminosäure Lysin ist oder das Peptid aus Lysin aufgebaut ist.34. Microarray according to one or more of claims 30 to 33, characterized in that the amino acid is lysine or the peptide is composed of lysine. 35. Mikroarray für Bindungsmessungen von Liganden auf Sensorfeldern mit mindestens einem positiv geladenen und mindestens einem negativ geladenen Kontrollliganden, wobei diese vorzugsweise jeweils zusätzlich hydrophobe Bereiche besitzen, auf jeweils mindestens einem Sensorfeld.35. Microarray for binding measurements of ligands on sensor fields with at least one positively charged and at least one negatively charged control ligand, these preferably each additionally having hydrophobic regions, on at least one sensor field in each case. 36. Verfahren zum Auffinden von Kontrollliganden als unspezifische Unversalbinder, die Schritte umfassend36. Procedure for finding control ligands as non-specific universal binders, comprising the steps (a) Bereitstellen von potenziellen Kontrollliganden auf Sensorfeldern;(a) providing potential control ligands on sensor fields; (b) Messung der Bindung zwischen den potenziellen Kontrollliganden und mehreren mobilen Bindungspartnern;(b) measuring the binding between the potential control ligands and several mobile binding partners; (c) Auswahl von Kontrollliganden anhand ihrer Bindungswerte. (c) Selection of control ligands based on their binding values. 37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schritt (c) folgt (d) Chemische Verknüpfung mehrerer Kontrollliganden zu einem Kontrollliganden mit mehreren Strukturmotiven.37. The method according to claim 36, characterized in that step (c) follows (d) chemical linkage of several control ligands to a control ligand with several structural motifs. 38. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 10 mobile Bindungspartner getestet werden.38. The method according to claim 36 or 37, characterized in that at least 10 mobile binding partners are tested. 39. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die mobilen Bindungspartner ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus RNA, DNA und Proteine, die sich möglichst in ihrer Größe sowie ihren Ladungs- und Hydrophobizitätseigenschaften unterscheiden.39. The method according to one or more of claims 36 to 38, characterized in that the mobile binding partners are selected from the group consisting of RNA, DNA and proteins, which differ as far as possible in their size and their charge and hydrophobicity properties. 40. Verwendung von Eosin oder Eosinderivaten als Kontrollliganden zur Kontrolle von Bindungsmessungen auf Mikroarrays.40. Use of eosin or eosin derivatives as control ligands to control binding measurements on microarrays. 41. Verbindungen der Formel41. Compounds of the formula
Figure imgf000037_0001
wobei X = -OH, -NH2, -NHA, wobei A Alkyl oder Acyl ist, oder eine Bindung zur direkten oder indirekten Anbindung an eine feste Phase ist, sowie deren Tautomere, Isomere, Enatiomere, Gemische oder Salze.
Figure imgf000037_0001
where X = -OH, -NH 2 , -NHA, where A is alkyl or acyl, or a bond for direct or indirect attachment to a solid phase, and their tautomers, isomers, enatiomers, mixtures or salts.
42. Verwendung von Verbindungen nach Anspruch 41 als Kontrollliganden zur Kontrolle von Bindungsmessungen auf Mikroarrays. 42. Use of compounds according to claim 41 as control ligands for controlling binding measurements on microarrays.
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121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase