STRUKTURIERTES REAKTIONSSUBSTRAT

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Reaktionssubstrat zur Aufnahme und/oder Manipulierung einer Vielzahl voneinander getrennter Proben, das insbesondere ein strukturiertes Reaktionsubstrat für mikroskopisch kleine Probenmengen bildet, und Verwendungen des Reaktionssubstrates.

[0002] In der Biochemie, Medizin und Gentechnik besteht ein breiter Bedarf an Verfahren zur Manipulierung, Beobachtung und/oder Analyse einer Vielzahl von Proben. Es wurden Testverfahren mit hohem Probendurchsatz (sogenanntes high throughput screening, HTS) entwickelt, bei denen Tausende von Proben hochparallel bspw. isoliert, kultiviert oder bestimmten Behandlungen unterzogen werden. Diese Verfahren werden in speziell angepassten Reaktionssubstraten oder -behältern mit vielen Probenkompartimenten durchgeführt, die eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen müssen. Die Reaktionssubstrate müssen bspw. eine schnelle und parallele Probenbeschickung, eine Beobachtung der Probe während der Reaktion und eine weitere Verfügbarkeit der Probe nach einer Reaktion sicherstellen und gegenüber der jeweiligen Reaktion inert sein. Mit dem Fortschreiten des biochemischen Kenntnisstandes und Verbesserungen der Methoden aus Biotechnologie und kombinatorischer Chemie geht das Bedürfnis einher, eine möglichst große Anzahl von möglichst kleinen Probenvolumina parallel verarbeiten, das heißt z. B. handhaben, kontrollieren und vermessen zu können. In jüngster Zeit können auf der Grundlage moderner (Fluoreszenz-)Screeningtechniken pro Tag 10³ bis 10⁵ Proben bei benötigten Volumina von bspw. 10^-6 bis 10^-10 1 charakterisiert werden. Zur Erhöhung des Probendurchsatzes, Reduzierung des Substanzverbrauchs und auch aus Platzgründen wird eine Miniaturisierung der Probenkompartimente angestrebt. Damit steigen unmittelbar auch die Anforderungen an Reaktionssubstrate mit Kompartimentierung für einzelne Proben stark an. Dies gilt insbesondere in Bezug auf die Anzahl verfügbarer Kompartimente, das Miniaturisierungspotential, die einfache Handhabung und die Kosten bzw. Wiederverwendbarkeit.

[0003] Probenträger oder Reaktionssubstrate mit mikroskopisch kleinen Strukturen für den Einsatz bei Fluoreszenz-, Lumineszenz- oder Szintillationsmessungen, z. B. zur Lösung chemischer oder molekular-biologischer Fragestellungen, sind an sich bekannt. In DE-OS 197 12 484, EP 131 934, US 54 17 923 und US 54 87 872 werden Reaktionssubstrate in Form strukturierter Mikroplatten beschrieben, die jeweils eine Vielzahl flächlich angeordneter, einseitig offener Probenkompartimente bilden. Eine Mikroplatte mit einer Filtermembran ist in EP 408 940 beschrieben. Diese Mikroplatte ist wegen ihres komplizierten Aufbaus sowohl für die Herstellung als auch für die Reinigung nachteilig. Die Anzahl verfügbarer Kompartimente ist beschränkt.

[0004] Ein weiteres mikrostrukturiertes Reaktionssubstrat wird in WO 95/01559 beschrieben. Auf der Oberseite des Reaktionssubstrates aus einem Halbleitermaterial oder einem Kunststoff sind durch Ätzen Ausnehmungen gebildet, deren Böden hin zur Unterseite zumindest teilweise porös sind. Diese Reaktionssubstrate erlauben zwar Untersuchungen von beiden Seiten her, besitzen jedoch Nachteile in Bezug auf die Reproduzierbarkeit der Herstellung der einzelnen Ausnehmungen und auf die Handhabbarkeit des Reaktionssubstrates. Wenn eine Abdeckung der Ausnehmungen vorgesehen ist, so muss diese gesondert mechanisch festgeklemmt, geklebt oder gebondet werden.

[0005] Aus DE-OS 197 52 085 ist ein vereinfacht herstellbares Reaktionssubstrat für mikroskopische Untersuchungen einer Vielzahl von Proben bekannt, das ein Substrat mit durch Spritzgusstechnik und/oder Heißprägen gebildeten Probenkompartimenten aufweist. Ein Nachteil dieses Reaktionssubstrates ist, dass die mikroskopischen Untersuchungen nur von einer Seite des Substrats, auf der die Probenkompartimente offen sind, durchgeführt werden können. Außerdem ist dieses Reaktionssubstrat nicht allgemein für HTS-Verfahren einsetzbar.

[0006] Aus WO 99/19717 ist der Aufbau eines Mikrosystems bekannt, bei dem mindestens ein flexibler, mikrostrukturierter Film als Laminat zwischen festen Trägern angeordnet ist. Der Film besitzt anwendungsabhängig gebildete Mikrostrukturen, in die gegebenenfalls Elektroden integriert sind und die in Zusammenwirkung mit den Trägern Kompartimente für fluidische Proben bilden. Diese Stapeltechnik ist wiederum nachteilig, da gesonderte Maßnahmen zum Verbinden der Träger mit dem Film getroffen werden müssen, die die Handhabung der Proben oder die Proben selbst beeinflussen.

[0007] Ein ähnlicher Aufbau ist in EP 324 153 beschrieben. Dabei wird insbesondere ein mit bestimmten Mikrostrukturen versehenes Photopolymer schichtförmig auf einen festen Träger auflaminiert. Der Nachteil dieser Technik besteht darin, dass die Polymerschicht nicht ohne Beschädigung vom Träger entfernt werden kann. Es besteht aber Interesse an Reaktionssubstraten bzw. Probenträgern, die zur Wiederverwendung oder für weitere Verfahrensschritte zur Probenbearbeitung bspw. ohne Beschädigung aus einem Substratverbund lösbar sind.

[0008] Ein Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen auf einer Metalloberfläche ist in WO 97/29223 beschrieben. Die Metalloberfläche wird durch eine photolithographisch strukturierte Polymerschicht hindurch bearbeitet. Mit dieser Technik wird das Problem der Abdeckung von Mikrostrukturen jedoch auch nicht gelöst. Weitere Strukturierungstechniken für Materialien aus Metall oder Halbleitern sind in EP 869 556, WO 97/13633 und WO 98/09745 beschrieben.

[0009] Ein genereller Nachteil der herkömmlichen Reaktionssubstrate für den Einsatz in der Mikroskopie betrifft deren relativ dicke, unregelmäßige und/oder durchhängende Böden. Die Böden der herkömmlichen Reaktionssubstrate können aus verschiedenen Materialien, z. B. Glas, bestehen. Typische Glasstärken betragen rund 500 µm. Es können aber auch ausgeprägte, unreproduzierbare Variationen des Bodens (z. B. über 400 µm) auftreten. Die fokale Länge von Immersionsobjektiven ist jedoch typischerweise auf 250 bis 300 µm begrenzt. Bei Abzug der Glasstärke, z. B. eines Deckglases, von rund 150 µm verbleibt noch eine zulässige Varianz des Bodens von rund 100 bis 150 µm, um reproduzierbare, kontinuierliche Messungen an dem Reaktionssubstrat ohne ständige Nachjustierungen der Position des Objektivs in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Reaktionssubstrates (nachfolgend als z-Richtung bezeichnet) durchführen zu können.

[0010] In den meisten der obengenannten Anforderungen, aber auch hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit, können die bisher verfügbaren Reaktionssubstrate oder -behälter oder Probenträger mit der Entwicklung der Screeningtechnik nicht standhalten.

[0011] Weitere mehrkomponentige Probenträger sind aus US-A-4 798 706, US-A-5 738 825, US-A-5 487 872, US-A-5 681 741, WO 86/06488 A und EP-A-0 983 795 bekannt.

[0012] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Reaktionssubstrat bereitzustellen, mit dem die Nachteile der herkömmlichen Reaktionssubstrate vermieden werden und das insbesondere einen einfachen Aufbau besitzt, unter den interessierenden Reaktionsbedingungen inert ist sowie leicht mit beliebigen Strukturen herstellbar und einfach handhabbar ist. Das neue Reaktionssubstrat soll insbesondere auch mehrfach wiederverwendbar bzw. recyclebar sein. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, ein verbessertes Reaktionssubstrat bereitzustellen, bei dessen Verwendung die Probenhandhabung und -untersuchung, z. B. mit einem Mikroskop, insbesondere mit einem konfokalen Mikroskop, vereinfacht werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Herstellung des Reaktionssubstrates und ein Werkzeug zu dessen Durchführung bereitzustellen.

[0013] Diese Aufgaben werden insbesondere durch ein Reaktionssubstrat mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0014] Erfindungsgemäß wird ein strukturiertes Reaktionssubstrat bereitgestellt, das durch eine Zusammensetzung eines unten charakterisierten Probenträgers (Kompartimentschicht) mit einem festen Bodenteil gebildet wird, auf der der Probenträger selbständig haftet. Das Bodenteil besteht vorzugsweise aus Glas, Kunststoff, Metall oder einem Halbleitermaterial. Es bildet eine im Wesentlichen ebene, glatte Oberfläche, an der der Probenträger adhäriert ist.

[0015] Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Reaktionssubstrates besteht darin, dass die Kompartimentschicht im Wesentlichen beschädigungsfrei vom Bodenteil abtrennbar ist. Dies bedeutet, dass die Kompartimentschicht von der Bodenplatte (z. B. einem Deckglas) derart entfernt werden kann, dass sie in der Folge ohne wesentliche Einbußen an Form, Haftfähigkeit und/oder Flexibilität wieder eingesetzt werden kann. Zur erneuten Verwendung wird die Kompartimentschicht mit einer neuen oder gereinigten Bodenplatte durch leichten, z. B. manuellen, Druck zu einem neuen Reaktionssubstrat verbunden, dessen Dichtigkeit vollständig der Dichtigkeit des vorher mit der Kompartimentschicht gebildeten Reaktionssubstrates entspricht. Eine im Wesentlichen beschädigungsfreie Ablösung der Kompartimentschicht bedeutet, dass die Funktionalität der Kompartimentschicht durch die Ablösung für spätere Anwendungen unverändert erhalten bleibt.

[0016] Die Abhebung der Kompartimentschicht von dem Bodenteil kann vorzugsweise durch Abheben der Kompartimentschicht an einer Ecke vom Bodenteil erfolgen, während dieses an seinen vier Ecken festgehalten wird. An der abgehobenen Ecke wird die Kompartimentschicht hochgebogen und über dem Bodenteil abgerollt, wobei die Kompartimentschicht im Wesentlichen rückstandsfrei von der Bodenplatte getrennt wird. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass dieses Abheben und damit die Wiederverwendung beliebig oft möglich sind. Experimentell konnte eine 50-fache Wiederverwendung ohne Funktionseinbuße bestätigt werden.

[0017] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Reaktionssubstrat für mikroskopische Untersuchungen ausgelegt. Das Bodenteil besteht aus einem transparenten Material (z. B. Glas) mit anwendungsabhängig gewählter Dicke. Es wird die Aufbringung des Probenträgers auf einem an sich bekannten Deckglas für die Mikroskopie bevorzugt.

[0018] Die Dicke des Deckglases beträgt bevorzugt wenige hundert Mikrometer (µm), besonders bevorzugt rund 150 µm. Bei dem verwendeteten Mikroskop handelt es sich vorzugsweise um ein konfokales Mikroskop. Das konfokale Mikroskop wird bevorzugt in Verbindung mit Detektionstechnologien, die auf der Detektion von Fluoreszenz basieren, kombiniert. Besonders gut geeignet sind die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate für die Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie, Fluoreszenz-Koinzidenzanalysen, Fluoreszenzverteilungsanalysen, Fluoreszenzlebensdauermessungen, Fuoreszenz-Energie-Transfer-Analysen oder Fluoreszenz-Polarisationsmessungen unter Verwendung von konfokalen Mikroskopen. Die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate eignen sich somit sehr gut zur Einzelmolekül-Detektion.

[0019] Gemäß einem wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Probenträger in Form einer flexiblen Kompartimentschicht mit Ausnehmungen zur Bildung einer vorbestimmten Kompartimentstruktur bereitgestellt, bei dem die Kompartimentschicht aus einer viskoelastischen Polymerzusammensetzung besteht, die selbständig auf Glas-, Kunststoff-, Metall- oder Halbleitersubstraten haftfähig ist. Die Kompartimentschicht ist eine mit Hilfe eines einfachen Abdruckverfahrens herstellbare formstabile Matte, deren Material schon bei einem leichten manuellen Anpressdruck von wenigen Gramm pro cm² eine Adhäsionsverbindung, z. B. durch elektrostatische Kräfte und/oder van-der-Waals-Kräfte, mit einem der genannten Substrate eingeht. Die Kompartimentschicht umfasst vorzugsweise im Wesentlichen lösungsmittelfreie Natur- oder Synthese-Kautschuke oder Zusammensetzungen aus diesen. Besonders bevorzugt wird die Polymerzusammensetzung der Kompartimentschicht aus Klebstoff- und lösungsmittelfreien Natur- und Synthesekautschuken gebildet. Die Kompartimentsschicht ist vorzugsweise frei von Zusatzstoffen wie Harzen, Weichmachern und/oder Antioxidantien. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kompartimentschicht des erfindungsgemäßen Reaktionssubstrates Silikonkautschuk.

[0020] Die Ausnehmungen zur Bildung der Kompartimentstrukturen sind durch die Kompartimentschicht durchgehende Löcher oder einseitig in die Kompartimentschicht eingearbeitete Vertiefungen. Es werden geschlossene Kompartimentstrukturen in Form von Probenreservoiren oder Vorratstöpfen und/oder offene Kompartimentstrukturen in Form von in der Schichtebene des Probenträgers verlaufenden Kanälen gebildet. Die Probenreservoire, Vorratstöpfe und Kanäle werden im Folgenden auch als Probenkompartimente bezeichnet.

[0021] Die Kompartimentstrukturen bilden eine Vielzahl von matrixartig in geraden Reihen und Spalten angeordneten Ausnehmungen (Probenreservoire), wobei das Rastermaß der Matrixanordnung vorzugsweise der Anordnung von Probenreservoiren (sogenannte Wells) von Mikro- und Nanotiterplatten entspricht.

[0022] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktionssubstrates ist die Kompartimentschicht mit Manipulations- und Untersuchungseinrichtungen ausgestattet. Zu diesen zählen insbesondere Fluidleitungen zur Beschickung der durch die Kompartimentstrukturen gebildeten Probenkompartimente bzw. zur Substanzableitung aus diesen, Sensoreinrichtungen zur Erfassung vorbestimmmter Probeneigenschaften in den Probenkompartimenten, Piezopumpen zur Förderung von Fluidströmen und/oder Elektrodeneinrichtungen, die zur Beaufschlagung der Proben in den Probenkompartimenten mit elektrischen Feldern ausgelegt sind. Eine Fluidleitung wird bspw. durch eine in der Schichtebene der Kompartimentschicht verlaufende Kapillare gebildet, die sich vom Rand des Reaktionssubstrates in diesen hinein zu einem bestimmten Probenkompartiment erstreckt. Sensoreinrichtungen umfassen bspw. Temperatur-, pH- oder Leitfähigkeitssensoren. Die Elektrodeneinrichtungen werden vorzugsweise durch Elektrodenstreifen gebildet, die sich an den Wänden der Probenkompartimente erstrecken.

[0023] Die Kompartimentstrukturen in einem erfindungsgemäßen Reaktionssubstrat bzw. Probenträger bilden gemäß bevorzugter Ausführungsformen Mikrostrukturen mit charakteristischen Dimensionen im Bereich von 500 nm bis 1,5 mm.

[0024] Der Stapelaufbau aus Bodenteil und Probenträger kann erfindungsgemäß dahingehend modifiziert sein, dass auf dem Probenträger auf der zum Bodenteil entgegengesetzten Seite eine Abdeckung angebracht wird, die wiederum durch selbständiges Anhaften relativ zum Probenträger fixiert ist. Die Abdeckung kann aus einem starren Material wie das Bodenteil oder durch eine flexible. Folie gebildet sein. Die Abdeckung kann ferner vorbestimmte Öffnungen zum Zugriff auf die Kompartimentstrukturen aufweisen. Der Stapelaufbau in Sandwich-Form verleiht dem Reaktionssubstrat zusätzliche Stabilität. Die Abdeckung dient zum Unterbinden der Verdunstung von eingebrachten Flüssigkeiten.

[0025] Anwendungsabhängig kann vorgesehen sein, dass die Kompartimentschicht aus mehreren getrennten Teilen gebildet wird, die auf einem gemeinsamen Bodenteil zur Bildung eines erfindungsgemäßen Reaktionssubstrates angeordnet werden. Es können auch mehrere Kompartimentschichten aneinander haftend als Stapel verbunden sein, um ein dreidimensionales fluidisches Mikrosystem aufzubauen.

[0026] Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Probenträgers beschrieben. Hierzu wird ein Abdruckwerkzeug mit dem jeweils gewünschten Polymermaterial der Kompartimentschicht im gelösten Zustand gefüllt und anschließend das Lösungsmittel durch Tempern und/oder Trocknen, vorzugsweise bei Raumtemperatur, aus der Füllung entzogen bzw. eine Vernetzung der Polymerzusammensetzung herbeigeführt. Das Abdruckwerkzeug besteht insbesondere aus einer strukturierten Grundplatte und einer Gegenplatte, 'die flüssigkeitsdicht zusammengehalten werden. Die Grundplatte trägt vorspringende Strukturen entsprechend den gewünschten Kompartimentstrukturen im Probenträger. Diese vorspringenden Strukturen ragen von der Grundplatte je nach Anwendungsfall bis zur oder in die Gegenplatte (Ausbildung durchgehender Löcher) oder bis zu einer Höhe mit Abstand von der Gegenplatte (Ausbildung von Vertiefungen). Zur reproduzierbaren Herstellung von Strukturen in Form durchgehender Löcher ist die Gegenplatte vorzugsweise mit einer zur Grundplatte weisenden Beschichtung, z. B. aus PTFE, versehen. Die einzelnen Komponenten der Abdruckvorrichtung sind über lösbare Steck- oder Schraubverbindungen zusammengefügt. Nach dem Lösungsmittelentzug bzw. der Vernetzung der Polymerzusammensetzung werden diese Verbindungen gelöst und die getrocknete feste, formstabile Kompartimentschicht als Probenträger dem Abdruckwerkzeug entnommen.

[0027] Der Probenträger bzw. das Reaktionssubstrat gemäß der Erfindung sind zur Manipulierung und/oder Untersuchung beliebiger flüssiger Proben mit charakteristischen Probenvolumina z. B. im Bereich von 1 nl bis 10 µl ausgelegt. Die flüssigen Proben können insbesondere Lösungen vorbestimmter Reaktionspartner und/oder Suspensionen umfassen, die in einer Suspensionsflüssigkeit synthetische oder biologische Objekte enthalten. Zu den in einem Reaktionssubstrat manipulierten Objekten zählen insbesondere Feststoffpartikel (sogenannte Beads) als synthetische Objekte und biologische Zellen oder Zellbestandteile, Mikroorganismen, Viren und biologisch relevante Makromoleküle als biologische Objekte.

[0028] Die Erfindung besitzt die folgenden Vorteile.- Die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate oder Probenträger können mit einfachen Mitteln mit einem im Wesentlichen drucklos arbeitenden Werkzeug in Massenproduktion hergestellt werden. Über die Gestaltung der Maske oder Abdruckform des Werkzeugs ist ein beliebiges Formatdesign der Probenkompartimente von Makro- bis zu Nanogrößen einfach möglich. Zur Herstellung von Masken für mikroskopisch kleine Kompartimentstrukturen stehen an sich bekannte Bearbeitungstechniken für Glas oder Halbleiter, wie z. B. das LIGA-Verfahren oder konventionelles Ätzen, zur Verfügung. Die Kompartimentstrukturen lassen sich hochpräzise über die gesamte Dicke der Kompartimentschicht herstellen. Die Strukturen können in der Schichtebene charakteristische Dimensionen im Sub-Mikrometer-Bereich und senkrecht dazu im mm-Bereich besitzen.

[0029] Die Kompartimentstrukturen können mit beliebigen Formaten, z. B. rund, quadratisch, rechteckig oder mit komplizierteren geometrischen Formen, ausgebildet werden. Die Herstellung der Kompartimentschicht aus einem viskoelastischen Polymer besitzt mehrere Vorteile. Einerseits wird die Anbringung des Probenträgers auf einem Bodenteil durch einfaches Andrücken erheblich gegenüber herkömmlichen Sandwich-Konstruktionen mit mechanischen Klemm-Mitteln oder Laminatverbindungen vereinfacht. Andererseits zeichnet sich das Material der Kompartimentschicht, insbesondere bei Verwendung von Silikonkautschuk, durch exzellente Eigenschaften in der Form aus, dass unspezifische Adsorptionen ausbleiben. Dies ist vor allem bei miniaturisierten Proben von Bedeutung. Der Probenträger ist unter den interessierenden Reaktionsbedingungen bei Anwendungen in der Medizin, Biochemie und molekularen Biotechnologie inert. Das biologisch inerte Material ermöglicht das Anziehen, Kultivieren und Messen biologischer Proben oder Substrate in den Reaktionssubstraten oder Probenträgern. Schließlich erlaubt das Material des Probenträgers auch nach dem eigentlichen Einsatz eine Reinigung in einem Bad oder einer Spülmaschine mit herkömmlichen Reinigungs- oder Lösungsmitteln, ohne dass die Form oder Stabilität des Probenträgers nachteilig beeinflusst werden. Der Probenträger ist im Wesentlichen ohne Formverlust und ohne Beeinflussung seiner Hafteigenschaften autoklavier- und sterilisierbar. Durch einfaches Abziehen vom Bodenteil sind die Probenträger wiederverwendbar.

[0030] Das erfindungsgemäße Reaktionssubstrat aus Bodenteil mit aufgesetztem Probenträger besitzt besondere Vorteile in Bezug auf den Aufbau des Reaktionssubstrats, die Abdichtung der Probenkompartimente und die gegenseitige Ausrichtung der Probenkompartimente. Der Probenträger wird durch gleichmäßiges Andrücken mit einem definierten, z. B. manuell ausgeübten Druck, mit dem Bodenteil verbunden. Der Probenträger ist ohne Rahmen verwendbar und erlaubt dennoch, bei Aufbringung von Justiermarkierungen, eine exakte räumliche Orientierung und Positionierung, bspw. in Bezug auf ein Mikroskop oder eine Probenbeschickungseinrichtung. Die Abdichtung der Probenkompartimente, die durch durchgehende Ausnehmungen in der Kompartimentschicht gebildet werden, gegenüber dem Bodenteil erfolgt ohne zusätzliche Dicht- oder Klebemittel. Eine Beeinflussung der biochemischen Reaktionen in den Kompartimenten durch derartige Mittel wird ausgeschlossen.

[0031] Die Adhäsionsverbindung zwischen dem Probenträger und dem Bodenteil und der Abdeckung ermöglicht die Planarität auch von großflächigeren Reaktionssubstraten oder Probenträgern mit charakteristischen Dimensionen bis zu 118 mm • 82 mm. Über die gesamte Fläche des Bodenteils hinweg können Variationen der Probenkammerpositionen in z-Richtung (senkrecht zur Probenträgerebene) vorzugsweise auf Werte kleiner als 250 µm, besonders bevorzugt kleiner als 150µm, insbesondere kleiner als 100 µm gehalten werden. Dies ist von besonderem Vorteil für mikroskopische Untersuchungen. Während der Vermessung eines Reaktionssubstrats ist es nicht erforderlich, die z-Position des Mikroskopobjektivs laufend nachzujustieren. Die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate eignen sich somit sehr gut zum Einsatz in Testverfahren mit hohem Probendurchsatz (sogenanntes high throughput screening, HTS) in der biotechnischen und/oder chemischen Forschung- und Entwicklung, da die zeitaufwendige Nachjustierung, z. B. von Mikroskopobjektiven, in z-Richtung, entfällt.

[0032] Die Stabilität des Reaktionssubstrats ist so hoch wie bei herkömmlichen Probenkammerstrukturen, wobei jedoch erfindungsgemäß auf zusätzliche Kleb- oder Klemmittel verzichtet werden kann. Die Stabilität wird bei Aufbringung der Abdeckung noch wesentlich erhöht.

[0033] Das Reaktionssubstrat besitzt einen breiten Anwendungsbereich, da je nach den Anforderungen ein passendes Bodenteil als Unterlage für den Probenträger verwendet werden kann. Das Bodenteil ist in Bezug auf Material und Dicke frei variierbar. Als transparentes Bodenteil dient vorzugsweise Glas beliebiger Stärke, z. B. mit Deckglasstärke, für den Einsatz in der Mikroskopie. Das Bodenteil kann aus UV-durchlässigem Quarzglas bestehen. Es besitzt hervorragende optische Eigenschaften und wird durch den Probenträger weder chemisch modifiziert noch physikalisch belastet.

[0034] Das Abdruckwerkzeug besitzt den Vorteil eines einfachen, modularen Aufbaus. Das Werkzeug kann durch Wechsel der Maske oder Abdruckform einfach an die jeweils gewünschten Anforderungen angepasst werden. Es ist gleichermaßen für Anwendungen im Laborbereich oder in der Massenproduktion geeignet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Strukturen ohne besonderen Aufwand hergestellt werden. Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber den herkömmlichen Techniken zur Strukturierung von Glas oder Halbleitern.

[0035] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Perspektivansicht eines Reaktionssubstrates mit einem Probenträger gemäß der Erfindung,

Fig. 2

eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kompartimentschicht,

Fig. 3, 4 und 5

Illustrationen eines Abdruckwerkzeugs im zusammengesetzten bzw. auseinandergenommenen Zustand,

Fig. 6

eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Reaktionssubstrat in Form eines Mikroprobenträgers und auf eine herkömmliche Halbleiterstruktur,

Fig. 7

eine vergrößerte Ausschnittsansicht eines Mikroprobenträgers gemäß Fig. 6,

Fig. 8

eine Illustration von Einzelheiten der Kompartimentstrukturen bei einem Reaktionssubstrat gemäß den Figuren 6 und 7,

Fig. 9

eine Draufsicht auf weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Reaktionssubstrates mit Mikrokanälen,

Fig. 10

ein erfindungsgemäßes Reaktionssubstrat in Form einer schichtförmigen Fluoreszenzküvette,

Fig. 11

experimentelle Ergebnisse zur Illustration der hervorragenden Planarität erfindungsgemäßer Reaktionssubstrate, und

Fig. 12

experimentelle Ergebnisse zur Illustration der Dichtheit von Kompartimenten erfindungsgemäßer Reaktionssubstrate.

[0036] Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf ein Reaktionssubstrat mit einem mikrostrukturierten Probenträger zur Handhabung biologischer Proben beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Anwendungen beschränkt, bei denen mikroskopisch kleine Probenmengen in Mikrostrukturen manipuliert werden. Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf die illustrierten Formen von Probenkompartimenten beschränkt. Anwendungsabhängig können auch beliebige andere Formen mit geraden oder gekrümmten Wänden der Probenkompartimente realisiert werden.

[0037] Figur 1 illustriert in schematischer Perspektivansicht ein Reaktionssubstrat mit einem Probenträger gemäß der Erfindung. Auf dem Probenträger sind verschiedene Kompartimentstrukturen und Zusatzeinrichtungen gezeigt, die anwendungsabhängig einzeln oder simultan vorgesehen sein können. Das Reaktionssubstrat 100 umfasst das Bodenteil 10 und den Probenträger 20.

[0038] Das Bodenteil 10 ist bspw. eine ebene Glasplatte mit einer Dicke entsprechend der Stärke von Deckgläsern zum Einsatz in der Mikroskopie (rund 150 µm) und einer Fläche von rund 120 mm • 70 mm. Das Bodenteil 10 kann auch durch einen beliebigen anderen Körper mit einer im Wesentlichen glatten, ebenen oder gekrümmten Oberfläche gebildet werden. Vorzugsweise besitzt das Bodenteil eine im Wesentlichen glatte, ebene Oberfläche.

[0039] Der Probenträger 20 umfasst eine Kompartimentschicht 21 (Matte) mit Kompartimentstrukturen 30. Die Kompartimentschicht 21 besteht vorzugsweise aus Silikonkautschuk und besitzt eine Dicke von rund 0,5 mm bis 4 mm. An einer oder mehreren Seiten der Matte können eine Lasche 22 zum Abziehen des Probenträgers 20 vom Bodenteil 10 und/oder Justiermarkierungen 23 zum Positionieren des Probenträgers 20 relativ zu einer Messoder Probenbeschickungseinrichtung vorgesehen sein. Die Justiermarkierungen 23 sind bspw. punkt- oder kreuzförmige Ausnehmungen in der Oberfläche des Probenträgers 20, die gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Markierungssubstanz (z. B. Fluoreszenzfarbstoff) versehen sind. Die Justiermarkierungen besitzen charakteristische Dimensionen, die erheblich geringer als die Dimensionen der Kompartimentstrukturen 30 sein können.

[0040] Der Silikonkautschuk ist bspw. Polydimethylsiloxsan (PDMS, Hersteller Wacker-Chemie GmbH, Bezeichnung M 4600). Allgemein können elastische Kunststoffe (Elastomere) verwendet werden, die bei verschiedenen Temperaturen elastisch bleiben. In den Elastomeren sind die Molekülketten (Kohlenstoffketten) locker vernetzt, so dass die Elastomere gummielastisch sind. Das bevorzugt verwendete Silikon ist ein Kunststoff aus der Gruppe der Elastomere und besteht hauptsächlich aus Silizium und Sauerstoff. Im unvernetzten Zustand sind die Silikone ölartig, wasserklar und wärmefest. Im vernetzten Zustand bilden die Silikone einen Silikonkautschuk.

[0041] Die Kompartimentstrukturen 30 umfassen im Einzelnen geschlossene Probenreservoire 31 in Form durchgehender Löcher 31a oder in der Oberfläche des Probenträgers abgesenkter Vertiefungen 31b (Durchmesser z. B. rd. 200 µm bis 1,5 mm) oder in der Schichtebene des Probenträgers verlaufende gerade, gekrümmte oder sich verzweigende Kanäle 32. Das Bezugszeichen 33 verweist auf sogenannte Vorratstöpfe, die wie die Probenreservoire 31 zur Probenaufnahme und -abgabe, allerdings mit größeren Volumina, ausgelegt sind.

[0042] Die Manipulations- und Untersuchungseinrichtungen 40 umfassen bspw. eine Fluidleitung in Form mindestens einer Kapillare 41, mindestens einer Elektrode 42 und/oder mindestens eines Sensors 43, die in der Schichtebene des Probenträgers 20, an den Wänden der Kompartimentstrukturen 30 oder in den Kompartimentstrukturen 30 angeordnet sind. Die Kapillare 41 kann bspw. mit einem Proben- oder Reagenzienzufuhrsystem (nicht dargestellt) verbunden sein. Sie wird während der Herstellung des Probenträgers 20 (siehe unten) in diesen eingebettet oder nachträglich in den Probenträger 20 eingestochen. Die Elektroden sind so aufgebaut, wie es an sich aus der Mikrosystemtechnik von Mikroelektroden für elektroosmotische Pumpvorgänge, Manipulationen an Partikeln unter Ausnutzung negativer Dielektrophorese oder Partikelbearbeitungen, wie z. B. Elektroporation an biologischen Zellen, bekannt ist. Die Elektroden bzw. ihre Zuleitungen werden vorzugsweise während der Herstellung des Probenträgers 20 in diesen eingebettet bzw. auf dessen inneren Oberflächen (Wände der Kompartimente) angeordnet.

[0043] Figur 1 zeigt ferner eine Abdeckung 50. Die Abdeckung 50 ist kein zwingendes Merkmal des erfindungsgemäßen Reaktionssubstrats. Sie ist anwendungsabhängig vorgesehen und besteht wie das Bodenteil 10 aus einer festen Platte (z. B. aus Glas) oder aus einer flexiblen Abdeckfolie. Es kann vorgesehen sein, dass die Abdeckung 50 Öffnungen 51 entsprechend den Positionen der Kompartimentstrukturen 30 aufweist. Die Öffnungen 51 dienen der Beschickung von Probenreservoiren 31 oder Vorratstöpfen 33 oder dem Probeneintrag in die Kanäle 32. Sie können mit einer zusätzlichen (nicht dargestellten) Folie als Verdunstungsschutz verschlossen sein.

[0044] Eine für praktische Anwendungen in der Biochemie interessierende Ausführungsform einer Kompartimentschicht 21 ist in Figur 2 dargestellt. Die Kompartimentschicht 21 ist eine flexible Matte aus Silikonkautschuk (z. B. Elastosil M 4600 A+B, Hersteller Wacker-Chemie GmbH, Deutschland). Sie besitzt eine Fläche von 118 mm · 82 mm und eine Dicke von 4 mm. Die Probenreservoire 31 (teilweise dargestellt) sind matrixartig in geraden Reihen und Spalten im Format 48 · 32 angeordnet und besitzen jeweils einen Mittelpunktabstand von 2,25 mm. Dies entspricht dem Standardformat für Mikrotiterplatten mit 1536 Wells. Der Durchmesser jedes Probenreservoirs 31 beträgt 1,5 mm. Das Bezugszeichen 23 verweist auf eine Justiermarkierung, die bei dieser Ausführungsform ebenfalls durch eine Ausnehmung wie die Probenreservoire gebildet wird und eine Referenzprobe aufnehmen kann.

[0045] Der in Figur 2 illustrierte Probenträger 20 oder die Kompartimentschicht 21 wird mit einem Bodenteil (nicht dargestellt) verbunden, das vorzugsweise die gleichen Flächenmaße wie die Kompartimentschicht 21 besitzt. Das Bodenteil ist vorzugsweise ein Deckglas mit einer Dicke von rund 150 µm.

[0046] Im Folgenden wird unter Bezug auf die Figuren 3 bis 5 die Herstellung eines erfindungsgemäßen Reaktionssubstrates oder Probenträgers durch Gießen der Kompartimentschicht in einem Abdruckwerkzeug erläutert. Die Figuren zeigen das Abdruckwerkzeug in perspektivischer Phantomansicht bzw. auseinandergezogen in Perspektiv- bzw. Seitenansicht. Das Abdruckwerkzeug 200 besteht grundsätzlich aus einem geschlossenen Behältnis mit einem inneren Hohlraum entsprechend der äußeren Form der gewünschten Kompartimentschicht bzw. mit inneren Oberflächen, die Vorsprünge entsprechend den gewünschten Kompartimentstrukturen aufweisen. Für einen möglichst universellen Einsatz ist das Behältnis modular aus einer Grundplatte 60, einer Zwischenplatte 70 und einer Gegenplatte 80 aufgebaut, die flüssigkeitsdicht miteinander verbunden werden können. Vorzugsweise sind die Grund-, Zwischen-, und Gegenplatten lösbar miteinander verbunden.

[0047] Die Grundplatte 60 trägt auf ihrer zum Inneren des Abdruckwerkzeugs 200 weisenden Seite Vorsprünge zur Strukturbildung in der Kompartimentschicht. Abgesehen von den Vorsprüngen ist die Oberfläche dieser inneren Seite gleichförmig und glatt ausgebildet. Beim dargestellten Beispiel umfassen die Vorsprünge matrixartig angeordnete Stifte 61 (teilweise dargestellt) mit einem Durchmesser entsprechend dem gewünschten Durchmesser der Probenreservoire 31 (siehe Fig. 2). Die Stifte 61 sind in entsprechende Ausnehmungen auf der Innenseite der Grundplatte 60 eingesteckt. Die Grundplatte und die Stifte bestehen vorzugsweise aus Metall (z. B. Edelstahl oder Aluminium). Für die Vorsprünge zur Strukturbildung können aber auch andere Materialien wie z. B. Silizium oder Glas verwendet werden. Diese Materialien lassen sich mit an sich bekannten, speziellen Ausformungstechniken (z. B. LIGA-Verfahren oder Ätzen) hochpräzise bis in den Sub-Mikrometer-Bereich bearbeiten, wobei die entstehenden Vorsprünge Höhen von bis zu 1 mm aufweisen können. Zur Halterung der Vorsprünge (Metallstifte oder andere Strukturen) kann die Grundplatte 60 einen gesonderten Maskeneinsatz aufweisen. Figur 4 zeigt auch den Metallstift 61a, der zur Bildung der Justiermarkierung 23 (siehe Fig. 2) vorgesehen ist.

[0048] Die Zwischenplatte 70 ist ein Abstandhalter, der die Dicke der Kompartimentschicht (Silikonmatte) bestimmt und dessen Innenmaße, die Außenmaße der Kompartimentschicht festlegen. Die Zwischenplatte 70 ist mit einer Einfüllöffnung 71, die mit dem Einfüllstutzen 90 (siehe unten) zusammenwirkt, und Austrittsöffnungen 72 ausgestattet. Die Austrittsöffnungen 72 dienen dem Austritt von verdrängter Luft bzw. überschüssigem Schichtmaterial aus dem Abdruckwerkzeug 200. Die Zwischenplatte 70 ist kein zwingendes Merkmal eines erfindungsgemäßen Abdruckwerkzeugs. Die Funktion des Abstandhalters kann alternativ auch durch entsprechende Strukturen (umlaufende Stufen) an der Grundplatte und/oder der Gegenplatte erfüllt werden.

[0049] Die Gegenplatte 80 stellt den Abschluss des Abdruckwerkzeugs 200 gegenüber zur Grundplatte 60 dar. Sie ist ebenfalls eine Metallplatte. Zur Innenseite des Abdruckwerkzeugs 200 hinweisend ist in der Gegenplatte 80 ein Rahmen 81 mit einem Kunststoffeinsatz 82 angeordnet. Der Kunststoffeinsatz 82 ist eine Schicht aus elastisch verformbarem Kunststoff mit einer Dicke von rund 10 mm. Er besteht vorzugsweise aus PTFE. Der Kunststoffeinsatz 82 besitzt Ausnehmungen 83, die zu den Vorsprüngen auf der Grundplatte 60 komplementär sind. Im dargestellten Beispiel sind im Kunststoffeinsatz 82 1536 Bohrungen (teilweise dargestellt) zum Aufnehmen der Metallstifte 61 im zusammengesetzten Zustand des Abdruckwerkzeugs 200 vorgesehen. Die Einbringung der komplementären Ausnehmungen ist nicht zwingend erforderlich. Wenn die Vorsprünge auf der Grundplatte 60 genügend stabil oder der Kunststoffeinsatz 82 genügend leicht deformierbar ist, damit im zusammengesetzten Zustand des Abdruckwerkzeugs 200 die Vorsprünge nicht beschädigt werden, so kann auf gesonderte Ausnehmungen im Kunststoffeinsatz 82 verzichtet werden.

[0050] Das Bezugszeichen 20 verweist auf den fertigen Probenträger (gemäß Figur 2), der mit einem Abdruckwerkzeug 200 gemäß den Figuren 3 bis 5 hergestellt wird.

[0051] Es kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmungen 83 im Kunststoffeinsatz 82 durch diesen vollständig durchgebohrt sind und sich auch in entsprechenden Ausnehmungen 84 in der Gegenplatte 80 fortsetzen. Diese Öffnungen dienen dem Austritt von verdrängter Luft bzw. überschüssigem Schichtmaterial.

[0052] Der Einfüllstutzen 90 ist außen am zusammengesetzten Abdruckwerkzeug 200 an der Einfüllöffnung 71 befestigt. Er dient dem Einbringen des gelösten Polymermaterials in die zusammengesetzte Werkzeugform.

[0053] Das Abdruckwerkzeug 200 wird mit Halterungsstiften 62, 63, 64, 65 zusammengehalten, die durch entsprechende Bohrungen an den Ecken der Grund-, Zwischen- und Gegenplatten führen. Zur Fixierung der Teile ist eine Schraubverbindung (im Einzelnen nicht dargestellt) vorgesehen. Alternativ können auch äußere Klemmeinrichtungen oder ein gesonderter Rahmen zum Zusammenhalten der Platten vorgesehen sein.

[0054] Das Abdruckwerkzeug 200 kann wie folgt modifiziert sein. Im Innern der Zwischenplatte 70 kann zusätzlich ein Metallrahmen angebracht sein, der die gewünschten Außenmaße der Kompartimentschicht besitzt und mit dieser auch beim späteren Einsatz verbunden bleibt. Die Stifte 61 können an ihren Enden zur Erleichterung in die Einführung in die entsprechenden Ausnehmungen in der Grund- bzw. Gegenplatte abgerundet sein. Zur Integration der unter Bezug auf Figur 1 genannten Manipulations- und Untersuchungseinrichtungen in den Probenträger 20 kann vorgesehen sein, die Zwischenplatte 70 entsprechend mit Halterungen für diese zusätzlichen Einrichtungen zu versehen.

[0055] Diese Halterungen umfassen bspw. Durchtrittsöffnungen im durch die Zwischenplatte 70 gebildeten Rahmen vom Inneren des Abdruckwerkzeugs 200 nach außen, die jeweils mit Fixierungen (z. B. Klemmen) für die jeweiligen zusätzlichen Einrichtungen ausgestattet sind. Schließlich ist es nicht zwingend erforderlich, dass sämtliche Strukturen der gewünschten Kompartimentschicht tatsächlich als Vorsprünge auf der Grundplatte 60 ausgebildet sind. Der fertige Probenträger kann ohne Weiteres noch mit zusätzlichen Strukturen versehen werden (z. B. Einbohren der Vorratstöpfe 33).

[0056] Zur Herstellung des Probenträgers wird zunächst das Abdruckwerkzeug 200 zusammengesetzt. Die Stifte 61 werden in die Grundplatte 60 gesteckt. Die Grund-, Zwischen- und Gegenplatten werden zusammengesetzt, so dass die Stifte 61 in die Ausnehmungen 83 im Kunststoffeinsatz 82 ragen. Auf diese Weise entsteht ein nach allen Seiten im Wesentlichen geschlossenes Behältnis, zwischen dessen seitlichen Platten (Grund- und Gegenplatten) sich die Stifte 61 erstrecken. Die Führungsstifte 62 bis 65 werden z. B. mit Flügelmuttern festgezogen. Das zusammengesetzte Werkzeug wird mit vertikal ausgerichteten Platten aufrecht aufgestellt. Die Einfüllöffnung 71 weist nach oben.

[0057] Danach wird das Abdruckwerkzeug 200 durch die Einfüllöffnung 71 mit einer Lösung der jeweils gewünschten Polymerzusammensetzung gefüllt. Dies erfolgt vorzugsweise mit einer Spritze direkt in die Einfüllöffnung 71 oder unter Verwendung des Einfüllstutzens 90. Das Einfüllen erfolgt als langsames Einlaufen unter Vermeidung von Spritzern oder Wirbeln, damit das Innere des Abdruckwerkzeugs 200 möglichst gleichförmig gefüllt wird. Vorzugsweise wird die Polymerzusammensetzung im Wesentlichen druckfrei in das Abdruckwerkzeug eingefüllt. Das Einfüllen erfolgt solange, bis die gelöste Polymerzusammensetzung aus den Austrittsöffnungen 72 herausquillt. Diese werden dann bspw. mit einem Klebeband verschlossen. Nach dem Verschließen wird noch geringfügig weiteres Material nachgefüllt.

[0058] Anschließend erfolgt das Trocknen oder das Vernetzen der Polymerzusammensetzung vorzugsweise bei Raumtemperatur. Dies kann bspw. rund 8 bis 12 Stunden dauern. Der Lösungsmittelentzug bzw. das Vernetzen der Polymerzusammensetzung kann durch eine Temperierung beschleunigt werden. Schließlich werden die Verbindungen der Platten über die Führungsstifte 62 bis 65 gelöst, die Platten voneinander getrennt und die elastische Kompartimentschicht von der Maske bzw. Abdruckform gezogen. Ein besonderer Vorteil des Einsatzes von Silikonkautschuk besteht hier darin, dass dieses Abziehen ohne Probleme und ohne Beschädigungen des Probenträgers erfolgen kann.

[0059] Das Vernetzen erfolgt bei Verwendung des Polymers Elastosil M 4600 vorzugsweise bei Raumtemperatur, kann aber auch bei höheren Temperaturen im Trockenschrank oder einem Ofen durchgeführt werden. Das Vernetzen ist im Wesentlichen ein chemisches Vernetzen, bei dem gegebenenfalls unter Anwesenheit eines Katalysators eine Polymerisierungsreaktion durchgeführt wird. Bei anderen Polymeren erfolgt die Vernetzung bei der jeweils spezifizierten Vernetzungstemperatur.

[0060] Es kann sich eine Abschlussbehandlung zum nachträglichen Einbringen von Kompartimentstrukturen (z. B. Vorratstöpfe) oder zur Anpassung bzw. Ausrichtung der zusätzlichen Manipulations- und Untersuchungseinrichtungen anschließen. Auch eine chemische Nachbehandlung der Oberfläche des Probenträgers ist möglich. Der fertige Probenträger wird dann auf ein Bodenteil aufgelegt und mit diesem durch einfaches manuelles Andrücken verbunden.

[0061] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist am Beispiel eines Mikroprobenträgers für kleinste Flüssigkeitsmengen in den Figuren 6 bis 8 illustriert. Figur 6 zeigt zunächst einen Größenvergleich zwischen einem erfindungsgemäßen Reaktionssubstrat bzw. einem Probenträger 20 (linker Teil der Abbildung) und einem herkömmlichen Probenträger 20', der aus Silizium hergestellt ist. Auf einer Grundfläche von rund 10 mm • 15 mm trägt der Probenträger 20 eine Matrixanordnung aus insgesamt rund 600 trichterförmig gebildeten Kompartimenten (siehe unten). Jedes Kompartiment besitzt eine charakteristische Querschnittsdimension von rund 0,5 mm. Der herkömmliche Siliziumprobenträger 20' hingegen besitzt ein erheblich gröberes Raster, das darüber hinaus mit aufwendigen Prozessierungstechniken hergestellt wurde.

[0062] Figur 7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Probenträgers 20. Diese Abbildung wurde mit einem inversen Mikroskop mit einer CCD-Kamera aufgenommen. Der Probenträger 20 trägt die in geraden Reihen und Spalten angeordneten Kompartimente 34. Diese besitzen eine sich von der Oberfläche des Probenträgers 20 in die Kompartimentschicht hinein verjüngende Querschnittsform wie eine umgekehrte, abgeschnittene Pyramide. Am Boden besitzen die Kompartimente eine charakteristische Seitenlänge, die ungefähr 1/3 der oberen Kantenlänge beträgt. Der jeweils hell gezeigte Boden wird durch das gemeinsame Bodenteil 10 (siehe Fig. 1) gebildet. Die Kompartimentschicht 21 des Probenträgers 20 wird von den Kompartimenten vollständig durchstoßen.

[0063] Ein Probenträger gemäß den Figuren 6 bis 8 wird mit einem entsprechend angepassten Abdruckwerkzeug analog zu dem unter Bezug auf die Figuren 3 bis 5 beschriebenen Verfahren hergestellt. Im Abdruckwerkzeug sind die Vorsprünge auf der Grundplatte dann nicht durch eingesteckte Stifte, sondern pyramidenförmig durch mechanisches Fräsen gebildet. Nach Herstellung der Kompartimentschicht 21 wird diese auf ein Glas-Bodenteil haftend aufgebracht. Dann werden die Kompartimente gefüllt und anschließend gegebenenfalls mit einem weiteren Glas als Abdeckung oder mit einer Folie verschlossen. Die mikroskopische Vermessung der Proben in den Kompartimenten erfolgt von der Seite des Bodenteils 10 her durch die unteren kleineren Öffnungen der Kompartimentschicht 21. Die Kantenlänge der unteren Öffnungen beträgt jeweils rund 150 µm.

[0064] Figur 8 zeigt Einzelheiten der zwischen den Kompartimenten gebildeten Stege. Wie auch aus Figur 7 ersichtlich, ist die Kompartimentschicht so geformt, dass die Wände zwischen den Kompartimenten 34 in Reihenrichtung durchgehende Stege 35 und in Spaltenrichtung unterbrochene Stege 36 bilden. Zwischen den Enden der unterbrochenen Stege 36 und dem jeweils angrenzenden durchgehenden Steg 35 bildet sich ein Überlauf 37. Der Überlauf 37 erlaubt die Herstellung einer Flüssigkeitsverbindung zwischen benachbarten Kompartimenten, ohne ein Übertreten über die obere Oberfläche des Probenträgers 20. Die Anordnung der Überläufe kann anwendungsabhängig modifiziert sein.

[0065] In Figur 9 sind verschiedene Gestaltungen von Kanalstrukturen in einem erfindungsgemäßen Probenträger vergrößert dargestellt. Die Kanäle 32 sind allgemein in der Schichtebene offene Probenkompartimente oder Kompartimentstrukturen, deren Ausdehnung in einer Richtung erheblich größer als in einer dazu senkrechten Richtung sind. Kanäle werden im Probenträger geformt, indem zu dessen Herstellung eine Maskenform mit stegförmigen Vorsprüngen auf der Grundplatte des Abdruckwerkzeugs verwendet werden. Die Kanäle können beliebig gerade oder gekrümmt einzeln oder sich verzweigend oder miteinander verbunden verlaufen. Je nach Gestaltung des Probenträgers können sogar in sich geschlossene Kanäle gebildet werden, falls der Kanalboden selbst Teil des Probenträgers ist, die entsprechenden Kompartimentstrukturen also nicht vollständig durch die Kompartimentschicht hindurchgehen.

[0066] Figur 9A zeigt eine Kanalstruktur mit mehreren Kanälen 32a bis 32c, die an einem Mischungskreuz 32d verbunden sind. An den Kanalenden befinden sich jeweils Vorratstöpfe 33a bis 33d. Das Bezugszeichen 32e weist auf eine Verengungsstelle. Die Verengungsstelle 32e kann strömungsmechanisch durch Barrieren (ausgewölbte Kanalwand) oder auch elektrisch durch elektrische Feldbarrieren gebildet werden, bspw. um die Fluidströmung vor diesem Bereich zu verzögern und dort Messungen an suspendierten Partikeln in der Fluidströmung durchzuführen.

[0067] Eine Abwandlung ist in Figur 9B gezeigt. Zwei Teilkanäle 32a, 32b verbinden sich in einem gemeinsamen Kanal 32c. Diese Struktur dient dem Vermischen von zwei Fluidströmen in einen einzigen Fluidstrom. Der Winkel α zwischen den Teilkanälen 32a, 32b ist anwendungsabhängig zur Erzielung eines gleichförmigen Strömens an dem Mischungspunkt 32d eingestellt. Eine weitere Abwandlung von Strukturen zum Vermischen der Fluidströmungen ist in Figur 9C als Doppelkreuzanordnung mit mehreren Teilkanälen illustriert, die in zwei Mischungspunkte 32d münden.

[0068] Die Mäanderform 32f gemäß Figur 9D dient der Schaffung einer besonders langen Messstrecke. Zwischen den Vorratstöpfen 33a bis 33c einerseits und dem Vorratstopf 33d erstreckt sich ein langer, gewundener Kanal in einem Flächenbereich, der bspw. ein Target zur Beleuchtung für Fluoreszenzmessungen bildet.

[0069] Die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate oder Probenträger besitzen besondere Vorteile in Bezug auf die Ausbildung der Kanalstrukturen. Zur Herstellung der Maske für das Abdruckwerkzeug können mit herkömmlichen feinmechanischen Werkzeugen (z. B. CNC-Maschinen) aus gebräuchlichem Werkstoff, vorzugsweise Aluminium oder andere metallische Werkstoffe, beliebige Kanalverläufe vorbereitet werden. Sie können insbesondere in Bezug auf die Länge, die relative Orientierung (Winkel), die Biegungen und Wendungen, Mischungsstrukturen und Teilkanäle anwendungsabhängig in vorbestimmter Weise gestaltet werden. Kanäle dieser Art lassen sich bis hinab zu Kanalbreiten von rund 6 µm mit herkömmlichen feinmechanischen Werkzeugen präzise und reproduzierbar fertigen. In die Kanäle können Vorsprünge oder Kanten eingearbeitet werden, die ein verbessertes Vermischen mehrerer Fluidströmungen bei der Zusammenführung mehrerer Kanäle ermöglichen. Die Kanäle können mit Elektroden zum Messen der Eigenschaften der Fluidströmungen oder zu deren Manipulierung auf der Grundlage der Elektroosmose, mit Sensoren oder Temperierelementen und auch mit Sperr- oder Ventilelementen sowie Piezopumpen ausgestattet sein.

[0070] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer makroskopischen Kompartimentstruktur ist in Figur 10 in Drauf- und Schnittansicht illustriert.

[0071] Ein erfindungsgemäßes Reaktionssubstrat oder ein erfindungsgemäßer Probenträger 20 kann auch mit einem einzigen Kammerkompartiment 38 ausgestattet sein. Die Kompartimentschicht 21 ist lediglich ein Ring aus der jeweils verwendeten Polymerzusammensetzung, z. B. Silikonkautschuk. Dieser Ring haftet zwischen einem Bodenteil 10, z. B. einer Glasplatte, und einer Abdeckung 50, so dass eine geschlossene, schichtförmige Küvette z. B. für die Fluoreszenzspektroskopie gebildet wird. Wegen des flüssigkeitsdichten Anhaftens des Probenträgers 20 an den Glasmaterialien des Bodenteils 10 bzw. der Abdeckung 50 kann diese Küvette dauerhaft mit Lösungsmitteln oder Probelösungen beschickt und wie eine Festschichtprobe Fluoreszenzmessungen unterzogen werden.

[0072] Die Figuren 11 und 12 illustrieren besondere Vorteile erfindungsgemäßer Reaktionssubstrate hinsichtlich der Planarität der Probenanordnung, die für mikroskopische Untersuchungen von Bedeutung ist, und der well-to-well-Dichtigkeit der Kompartimentstrukturen. Zur Demonstration der Planarität wurde die Variation der z-Position über dem gesamten Bereich der Bodenfläche des Reaktionssubstrates mit einem konfokalen Mikroskopaufbau (Reflektion des Laserstrahls auf der Glasoberfläche des Bodens, aufgenommen mit einer CCD-Kamera) bei einem konventionellen, handelsüblichen Reaktionssubstrat oder Probenträger (linkes Teilbild in Figur 11) und für ein erfindungsgemäßes Reaktionssubstrat (rechtes Teilbild in Figur 11) vermessen.

[0073] Bei den konventionellen, handelsüblichen Probenträgern oder Reaktionssubstraten ergibt sich eine für konfokal-fluorimetrische Anwendungen nicht mehr tolerierbare Variation des Plattenbodens in z-Richtung um bis zu 300 µm vom Rand der Platte bis zu ihrer Mitte. Es ist ein eindeutiger Verlauf in eine Richtung ("Durchhängen" des Reaktionssubstrates in seiner Mitte) zu erkennen. Das Reaktionssubstrat, das Gegenstand dieser Anmeldung ist, weist eine Variation des Plattenbodens in z-Richtung von weit weniger als 100 µm auf. Diese Abweichung liegt deutlich unterhalb der Toleranz von rund 150 µm für konfokal-fluorimetrische Anwendungen. Weiterhin ist lediglich eine statistische Fluktuation der z-Abweichung um den Mittelwert nach oben bzw. unten hin zu erkennen, eine Tendenz in der Abweichung findet sich nicht (z. B. kein "Durchhängen" des Reaktionssubstrates in seiner Mitte).

[0074] In Figur 12 sind die 1536 Wells eines erfindungsgemäßen Reaktionssubstrates mit den Ergebnissen von jeweils in den Wells durchgeführten Messungen dargestellt. Für die Untersuchung wurde ein Reaktionssubstrat in Form eines "Schachbrettmusters" alternierend mit Suspensionen von sogenannten aktiven und sogenannten nicht aktiven Bakterien befüllt (jeweils 330 nl pro Well). Nach einer Inkubationszeit von 21 h wurden alle Wells gleichmäßig mit jeweils 1 µl Assay versetzt, nach einer weiteren Inkubationszeit von 30 min wurden sämtliche Wells des Reaktionssubstrates mit Hilfe von CFCA-Messungen (1 s Messzeit pro Well) vermessen.

[0075] In Wells, die mit aktiven Bakterien versetzt sind, werden die zweifarbig markierten Assaymoleküle gespalten, so dass das CFCA-Signal klein wird (schwarze Felder im Plot). In Proben, die mit nicht-aktiven Bakterien versetzt sind, werden die zweifarbig markierten Assaymoleküle nicht gespalten, so dass das CFCA-Signal groß bleibt (weiße Felder im Plot). Nur bei insgesamt sechs von 1536 Wells tritt ein "Fehler" auf, der von einer Undichtigkeit zwischen einzelnen Wells herrühren könnte. Es kann sich dabei aber auch um Fehler handeln, die bereits beim Pipettieren der Bakterien-Suspensionen entstanden sind. Die obere Grenze für Fehler, die durch Undichtigkeiten von Well zu Well auftreten beträgt also höchstens 0,4 %.

[0076] Dieses hervorragende Ergebnis ist vorteilhafterweise auch zeitstabil. Das Reaktionssubstrat ist auch nach wenigstens 48 h (Zeit vom Vorbereiten der Proben über Inkubation bis zum Abschluss der Messungen) noch in der Weise stabil, dass die Wells gegeneinander abgeschlossen sind und Messungen in der Platte durchgeführt werden können (ohne Verklebung des Bodenglases, das nach Ende der Messungen wieder entfernt werden kann).

[0077] Das in Figur 12 illustrierte Ergebnis zeigt auch, dass das Wachstum der Bakterien von der Kompartimentschicht nicht unterbunden wird (Biokompatibilität).

[0078] Die erfindungsgemäßen Probenträger bzw. Reaktionssubstrate können allgemein in allen Gebieten der Biochemie, Biologie oder molekularen Biotechnologie angewendet werden, bei denen eine oder mehrere Proben in definierter Form gehaltert, manipuliert oder verändert werden sollen. Bevorzugte Anwendungen liegen in der Bearbeitung von Suspensionen mit bestimmten Partikelgemischen. Mit erfindungsgemäßen Reaktionssubstraten können bspw. Zellsortierer, Molekülsortierer oder anderweitige Zellmanipulatoren aufgebaut werden. Es sind sämtliche Anwendungen der fluidischen Mikrosystemtechnik implementierbar.

[0079] Die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate sind mit besonderem Vorteil in Syntheseverfahren verwendbar, die auf kombinatorischer Chemie beruhen. Insbesondere können die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate zur Identifizierung und Validierung von Targets, d. h. spezifischen biologischen Molekülen, wie Enzymen, Rezeptoren oder Ionenkanälen verwendet werden. Des Weiteren können sie sehr gut zur Identifizierung von biologisch aktiven Substanzen und/oder pharmazeutischen Wirkstoffen eingesetzt werden. Durch die Möglichkeit der Verwendung der erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate in Testverfahren mit hohem Probendurchsatz (sogenanntes high throughput screening, HTS) können deutlich mehr Substanzen innerhalb kurzer Zeit in Bezug auf ihre biologische Aktivität und/oder pharmazeutische Wirksamkeit untersucht werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, um die mittels kombinatorischer Chemie erhaltenen Substanzbanken in Bezug auf ihre biologische Aktivität und/oder pharmazeutische Wirksamkeit zu untersuchen. Es ist mit den erfindungsgemäßen Reaktionssubstraten möglich, einen hohen Probendurchsatz zu erreichen und zwischen mehreren Tausend bis zu 100000 Substanzen pro Tag zu untersuchen.

[0080] Die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate sind weiterhin sehr gut für die Durchführung von Assay-Verfahren geeignet. Bei diesen Assay-Verfahren werden Targets und chemische Verbindungen zur Untersuchung von chemischen und/oder biologischen Wechselwirkungen kombiniert. Es ist somit auf einfachem Wege möglich, ein Modellsystem zu etablieren, das es erlaubt, Substanzen zu identifizieren, die das Target in der gewünschten Weise beeinflussen. Die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate können sowohl für biochemische als auch zelluläre Assay-Verfahren verwendet werden. Eingeschlossen sind dabei auch Assay-Verfahren die auf der Verwendung von vesikulären Partikeln oder Feststoffpartikeln (sogenannte Beads) basieren.

[0081] Die erfindungsgemäßen Reaktionssubstrate eignen sich weiterhin sehr gut zur Durchführung von Assay-Verfahren, die auf der Verwendung von vereinfachten Modellsystemen beruhen, die die Physiologie im Menschen oder im Tier nachbilden. Dies bedeutet, die Assay-Systeme können u. a. dazu verwendet werden, Informationen über die Löslichkeit von biologisch aktiven und/oder pharmazeutisch wirksamen Substanzen im Blutplasma, ihre Penetrationseigenschaften, ihre Leber-Toxizität, ihre Bioverfügbarkeit, ihre Stabilität im Blut oder ihre Abbauprofile nach Passage der Leber zu erhalten.

[0082] Die chemischen und biotechnischen Untersuchungen können bspw. i) zur Identifizierung und Charakterisierung von synthetischen oder biologischen Objekten, ii) zur Identifizierung und Charakterisierung von chemischen Verbindungen, iii) zur Identifizierung und/oder Validierung von Targets, iv) zur Suche nach biologisch aktiven Substanzen und/oder pharmazeutischen Wirkstoffen, v) zur Identifizierung von Leitstrukturen, vi) zur Genomanalyse, vii) zur Proteomanalyse, viii) zur Reinigung und Konzentrierung von Substraten, oder ix) zur evolutiven Optimierung von biologisch relevanten Makromolekülen verwendet werden.

Ansprüche

1. Reaktionssubstrat (100) mit einer Kompartimentstruktur (30), durch die Probenreservoire (31) gebildet werden, die matrixartig in geraden Reihen und Spalten angeordnet sind, mit einem Bodenteil (10), das ein Glas-, Kunststoff-, Metall- oder Halbleitersubstrat umfasst und eine im Wesentlichen ebene, glatte Oberfläche besitzt, und einer flexiblen Kompartimentschicht (21) aus einem Polymermaterial, in dem die Probenreservoire (31) ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Polymermaterial eine viskoelastische Polymerzusammensetzung ist, die in Bezug auf die Oberfläche des Glas-, Kunststoff-, Metall- oder Halbleitersubstrats durch eine inhärente Haftfähigkeit relativ zum Bodenteil (10) fixiert und vom Bodenteil (10) im Wesentlichen beschädigungsfrei ohne Einbußen von Form, Haftfähigkeit und Flexibilität trennbar ist, wobei die Kompartimentschicht (21) von den Probenreservoiren (31) vollständig durchstoßen wird, so dass an den Böden der Probenreservoire (31) die Oberfläche des Bodenteils freiliegt.

2. Reaktionssubstrat gemäß Anspruch 1, bei dem das Bodenteil aus einem transparenten Material besteht.

3. Reaktionssubstrat gemäß Anspruch 2, bei dem das Bodenteil (10) eine im Wesentlichen ebene, glatte Glasplatte ist.

4. Reaktionssubstrat gemäß Anspruch 3, bei dem die Glasplatte die Dicke eines Deckglases besitzt, das in der Mikroskopie eingesetzt wird.

5. Reaktionssubstrat gemäß Anspruch 4, bei dem die Dicke des Deckglases rd. 150 µm beträgt.

6. Reaktionssubstrat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Polymerzusammensetzung klebstoff- und lösungsmittelfreie Natur- oder Synthesekautschuke umfasst.

7. Reaktionssubstrat gemäß Anspruch 6, bei dem die Polymerzusammensetzung Silikonkautschuk umfasst.

8. Reaktionssubstrat gemäß Anspruch 6, bei dem die Polymerzusammensetzung klebstofffrei auf dem Bodenteil (10) haftet.

9. Reaktionssubstrat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kompartimentschicht (21) vom Bodenteil (10) im Wesentlichen beschädigungsfrei ohne Einbußen von Form, Haftfähigkeit und Flexibilität trennbar ist.

10. Reaktionssubstrat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kompartimentschicht (21) auf der zum Bodenteil (10) entgegengesetzten Seite eine Abdeckung (50) trägt.

11. Reaktionssubstrat gemäß Anspruch 10, bei dem die Abdeckung (50) Durchtrittsöffnungen (51) zur Beschickung der Kompartimentstrukturen (30) mit flüssigen Proben oder zur Entnahme solcher Proben aufweist.

12. Reaktionssubstrat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kompartimentstrukturen (30) neben den Probenreservoiren (31) Kanäle (32) und/oder Vorratstöpfe (33) umfassen.

13. Reaktionssubstrat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Kompartimentschicht (21) Manipulationsund Untersuchungseinrichtungen (40) vorgesehen sind, die Fluidleitungen (41), Elektroden (42) und/oder Sensoren (43) umfassen.

14. Reaktionssubstrat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Mikro- oder Nanotiterplatte bildet.

15. Reaktionssubstrat gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Variationen der Probenreservoirpositionen in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Reaktionssubstrates über die gesamte Fläche des Bodenteils hinweg weniger als 250 µm, bevorzugt weniger als 150 µm, besonders bevorzugt weniger als 100 µm betragen.

16. Verwendung eines Reaktionssubstrates gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15:

- zur Identifizierung und Charakterisierung von synthetischen oder biologischen Objekten,

- zur Identifizierung und Charakterisierung von chemischen Verbindungen,

- zur Identifizierung und/oder Validierung von Targets,

- zur Suche nach biologisch aktiven Substanzen und/oder pharmazeutischen Wirkstoffen,

- zur Identifizierung von Leitstrukturen,

- zur Genomanalyse

- zur Proteomanalyse,

- zur Reinigung und Konzentrierung von Substraten, oder

- zur evolutiven Optimierung von biologisch relevanten Makromolekülen.

Claims

1. Reaction substrate (100) having a compartment structure (30) by which sample reservoirs (31) are formed which are arranged in matrix fashion in straight rows and columns, and a base portion (10), which includes a glass, plastics material, metal or semiconductor substrate and has a substantially flat, smooth surface, and said reaction substrate having a flexible compartment layer (21) made of a polymer material in which the sample reservoirs (31) are formed,
characterised in that
the polymer material is a viscoelastic polymer composition which is fixed with respect to the surface of the glass, plastics material, metal or semiconductor substrate by an inherent adhesiveness relative to the base portion (10) and is separable from the base portion (10) in a substantially damage-free manner without sacrificing shape, adhesiveness and flexibility, the compartment layer (21) being completely pierced by the sample reservoirs (31) such that the surface of the base portion is exposed at the bases of the sample reservoirs (31).

2. Reaction substrate according to claim 1, wherein the base portion consists of a transparent material.

3. Reaction substrate according to claim 2, wherein the base portion (10) is a substantially flat, smooth glass plate.

4. Reaction substrate according to claim 3, wherein the glass plate has the thickness of a cover glass used in microscopy.

5. Reaction substrate according to claim 4, wherein the thickness of the cover glass is about 150 mm.

6. Reaction substrate according to one of the preceding claims, wherein the polymer composition includes natural or synthetic rubbers which are free of adhesive and solvent.

7. Reaction substrate according to claim 6, wherein the polymer composition includes silicon rubber.

8. Reaction substrate according to claim 6, wherein the polymer composition adheres to the base portion (10) without any adhesive.

9. Reaction substrate according to one of the preceding claims, wherein the compartment layer (21) is separable from the base portion (10) in a substantially damage-free manner without sacrificing shape, adhesiveness and flexibility.

10. Reaction substrate according to one of the preceding claims, wherein the compartment layer (21) bears a covering (50) on the opposite side to the base portion (10).

11. Reaction substrate according to claim 10, wherein the covering (50) has through apertures (51) for charging the compartment structures (30) with liquid samples or for removing such samples.

12. Reaction substrate according to one of the preceding claims, wherein the compartment structures (30) comprise ducts (32) and/or storage jars (33) in addition to the sample reservoirs (31).

13. Reaction substrate according to one of the preceding claims, wherein manipulating and testing devices (40) are provided in the compartment layer (21) which include fluid lines (41), electrodes (42) and/or sensors (43).

14. Reaction substrate according to one of the preceding claims which forms a micro- or nano-titration plate.

15. Reaction substrate according to one of the preceding claims, wherein variations of the sample reservoir positions in a direction perpendicular to the plane of the reaction substrate over the entire area of the base portion are less than 250 mm, preferably less than 150 mm, by particular preference less than 100 mm.

16. Use of a reaction substrate according to one of claims 1 to 15:

- to identify and characterise synthetic or biological objects,

- to identify and characterise chemical compounds,

- to identify and/or validate targets,

- to search for biologically active substances and/or active pharmaceutical agents,

- to identify conducting structures,

- for genome analysis,

- for proteome analysis,

- to clean and concentrate substrates, or

- for the evolutive optimisation of biologically relevant macromolecules.

Revendications

1. Substrat de réaction (100) ayant une structure compartimentée (30), grâce à laquelle sont formés des réservoirs pour échantillons (31), qui sont disposés à la manière d'une matrice en colonnes et en lignes droites, ayant une partie fond (10) qui comprend un substrat en verre, en plastique, en métal ou en semi-conducteur et possède une surface sensiblement plate et lisse et ayant une couche compartimentée (21) flexible constituée en un matériau polymère, dans lequel des réservoirs pour échantillons (31) sont formés, caractérisé en ce que le matériau polymère est une composition polymère viscoélastique qui est fixée par rapport à la partie fond (10) par une adhérence inhérente vis à vis de la surface du substrat en verre, en plastique, en métal ou semi-conducteur et peut être séparée sensiblement sans dommages de la partie fond (10) sans perte de forme, d'adhérence et de flexibilité, la couche compartimentée (21) étant entièrement parsemée de réservoirs pour échantillons (31), de sorte que la surface de la partie fond soit dégagée au niveau des fonds des réservoirs pour échantillons (31).

2. Substrat de réaction selon la revendication 1, dans lequel la partie fond est constituée en une matière transparente.

3. Substrat de réaction selon la revendication 2, dans lequel la partie fond (10) est une plaque en verre sensiblement plate et lisse.

4. Substrat de réaction selon la revendication 3, dans lequel la plaque en verre possède l'épaisseur d'une lame de verre mise en oeuvre en microscopie.

5. Substrat de réaction selon la revendication 4, dans lequel l'épaisseur de la lame de verre est d'environ 150 µm.

6. Substrat de réaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la composition polymère comprend des caoutchoucs naturels ou synthétiques exempts de solvants et d'adhésifs.

7. Substrat de réaction selon la revendication 6, dans lequel la composition polymère comprend du caoutchouc en silicone.

8. Substrat de réaction selon la revendication 6, dans lequel la composition polymère adhère à la partie fond (10) sans adhésif.

9. Substrat de réaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche compartimentée (21) peut être séparée sensiblement sans dommages de la partie fond (10) sans perte de forme, d'adhérence et de flexibilité.

10. Substrat de réaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche compartimentée (21) supporte un couvercle (50) sur le côté opposé à la partie fond (10).

11. Substrat de réaction selon la revendication 10, dans lequel le couvercle (50) comprend des ouvertures de passage (51) pour garnir les structures compartimentées (30) avec des échantillons liquides ou pour retirer ces échantillons.

12. Substrat de réaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les structures compartimentées (30) comprennent des canaux (32) et/ou des coupelles de réserve (33) en plus des réservoirs pour échantillons (31).

13. Substrat de réaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des dispositifs de manipulation et d'analyse (40) comprenant des conduites de fluide (41), des électrodes (42) et/ou des capteurs (43) sont prévus dans la couche compartimentée (21).

14. Substrat de réaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui forme une plaque de micro- ou nanotitrage.

15. Substrat de réaction selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les variations des positions des réservoirs pour échantillons dans une direction verticale par rapport au plan du substrat de réaction, sur toute la surface de la partie fond, sont inférieures à 250 µm, de préférence inférieures à 150 µm, particulièrement préférentiellement inférieures à 100 µm.

16. Utilisation d'un substrat de réaction selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 :

- pour l'identification et la caractérisation d'objets synthétiques ou biologiques,

- pour l'identification et la caractérisation de composés chimiques,

- pour l'identification et/ou la validation de cibles,

- pour la recherche de substances biologiquement actives et/ou d'actifs pharmaceutiques,

- pour l'identification de structures conductrices,

- pour l'analyse génomique,

- pour l'analyse protéomique,

- pour la purification et la concentration de substrats, ou

- pour l'optimisation évolutive de macromolécules biologiquement pertinentes.

Zeichnung