DE60026736T2

DE60026736T2 - Mikrofluidische oberflächen

Info

Publication number: DE60026736T2
Application number: DE60026736T
Authority: DE
Inventors: Helene Derand; Anders Larsson; James Van Alstine
Original assignee: Gyros Patent AB
Current assignee: Gyros Patent AB
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: SE9904802D0; ES2260083T3; AU2166001A; EP1255610A1; US7955575B2; JP2003518610A; DE60026736D1; EP1255610B1; WO2001047637A1; ATE320310T1; JP4580608B2; US20020125135A1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine mikrofluidische Vorrichtung, welche eine Gruppe von einer oder mehreren, vorzugsweise von mehr als 5, bedeckten Mikrokanalstrukturen umfasst, welche in der Oberfläche eines planaren Substrats gefertigt bzw. hergestellt sind.
Der Ausdruck „bedeckt" bedeutet, dass die Mikrokanalstrukturen eine Abdeckung bedeckt, wodurch sie die unerwünschte Verdampfung von Flüssigkeiten auf ein Mindestmaß beschränkt oder verhindert. Die Abdeckung/der Deckel kann eine Mikrostruktur aufweisen, welche der jeweiligen Mikrokanalstruktur in der Substratoberfläche entspricht.
Der Ausdruck „gefertigt" bedeutet, dass in der Oberfläche zweidimensionale und/oder dreidimensionale Mikrostrukturen vorliegen. Der Unterschied zwischen einer zweidimensionalen Mikrostruktur und einer dreidimensionalen Mikrostruktur ist der, dass es in der ersten Ausführungsform keine die Struktur begrenzenden physikalischen Schranken gibt, während es in der letzteren Ausführungsform welche gibt. Vergleiche zum Beispiel WO 99/58245 (Larsson et al.).
Der dem Innern des Mikrokanals zugewandte Teil der Abdeckung/des Deckels ist in die Oberfläche einer Mikrokanalstruktur eingeschlossen.
Das planare Substrat ist typischerweise aus anorganischem und/oder organischem Material, vorzugsweise aus Kunststoff, hergestellt. Bezüglich Beispiele von verschiedenen anorganischen und organischen Materialien siehe unter der Überschrift „Materialien in der mikrofluidischen Vorrichtung" nach.
Eine mikrofluidische Vorrichtung beinhaltet einen Flüssigkeitsstrom, welcher den Massentransport von Gelöstem und/oder in der Flüssigkeit dispergierten Teilchen von einem funktionellen Teil der Struktur zu einem anderen verursacht. Lediglich Kapillaren, die möglicherweise einen Bereich für die Anwendung und einen Bereich für den Nachweis aufweisen, wie sie in der Kapillarelektrophorese verwendet werden, bei der gelöste Stoffe für Trennzwecke durch eine angelegtes elektrisches Fels veranlasst werden zu wandern, sind keine mikrofluidischen Vorrichtungen wie sie im Zusammenhang mit der Erfindung vorgesehen sind. Eine Kapillare zur Elektrophorese kann jedoch Teil einer mikrofluidischen Vorrichtung sein, wenn die Kapillare Teil einer Mikrokanalstruktur ist, in der es eine oder mehrere zusätzliche funktionelle Teile gibt, von und/oder zu der, wie vorstehend definiert, ein Massentransport eines gelösten Stoffs durch einen Flüssigkeitsstrom erfolgt.
Die Flüssigkeit ist polar und wässrig wie Wasser.
Technischer Hintergrund
Bei mikrofluidischen Vorrichtungen muss die Flüssigkeit die Kanäle leicht durchströmen und die unspezifische Adsorption von Reagenzien und Analyten so gering als möglich sein, d. h. unbedeutend für die durchgeführten Reaktionen.
Reagenzien und/oder Analyten schließen Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Zellen, Zellteilchen, Bakterien, Viren etc. ein. Proteine schließen alle Verbindungen ein, die eine Poly- oder Oligopeptidstruktur aufweisen.
Die Hydrophilizität von Oberflächen innerhalb von Mikrokanalstrukturen soll ein reproduzierbares und vorausbestimmbares Eindringen einer Flüssigkeit in die verschiedenen Teile einer Struktur unterstützen. Es ist wünschenswert, dass eine Flüssigkeit, sobald sie eine mögliche Schwelle am Eingang zu einem Teil der Struktur passiert hat, die Flüssigkeit in das Teil dann durch die Kapillarwirkung eintritt (passive Bewegung). Dies bedeutet wiederum, dass die Hydrophilizität der Oberflächen innerhalb der Mikrokanalstrukturen beim Übergang von einem Makroformat zu einem Mikroformat steigende Bedeutung erlangt.
Nach unserer Erfahrung können oft Wasserkontaktwinkel um 20 Grad oder darunter erforderlich sein, um eine verlässliche passive Fluidbewegung in Mikrokanalstrukturen hinein zu erzielen. Es ist jedoch nicht einfach Oberflächen herzustellen, die auf Dauer derart niedrige Wasserkontaktwinkel besitzen. Es besteht oft die Tendenz zur Änderung von Wasserkontaktwinkeln während der Lagerung, was es schwierig macht, mikrofluidische Vorrichtungen mit standardisierten Strömungseigenschaften zu vermarkten.
Die Situation wird durch die Tatsache kompliziert, dass Verfahren zur Herstellung von Oberflächen mit sehr niedrigen Wasserkontaktwinkeln nicht notwendigerweise die Fähigkeit zur Absorption von unspezifischen Reagenzien und Probenbestandteilen verringern. Das Oberfläche/Volumen-Verhältnis nimmt beim Übergang von einem Makroformat hinab zu kleineren Formaten zu. Das bedeutet, dass die Kapazität für die unspezifische Adsorption einer Oberfläche umgekehrt zu dem von der Oberfläche umgebenen Volumen zunimmt. Die unspezifische Adsorption wird daher im Mikroformat kritischer als bei größeren Vorrichtungen.
Mit dem Vorliegen hydrophober Oberflächenstrukturen ist oft eine unannehmbare unspezifische Adsorption von Biomolekülen verbunden. Dieses spezielle Problem ist daher in Bezug auf Kunststoffoberflächen und andere hydrophobe Materialien oft gravierender als bei Oberflächen aus gediegenem Silicium und anderen ähnlichen anorganischen Materialien.
Es ist eine Reihe von Verfahren zur Behandlung von Oberflächen verfügbar, um sie hydrophil zu machen, um die unspezifische Adsorption von verschiedenen Arten von Biomolekülen und anderen Reagenzien zu verringern. Diese Verfahren betreffen jedoch nicht den Ausgleich einer geringen unspezifischen Adsorption mit einer verlässlichen und reproduzierbaren Flüssigkeitsströmung bei der Verkleinerung von Makroformaten hinab zu Mikroformaten. Vergleiche zum Beispiel Elbert et al., (Annu. Rev. Mater. Sci. 26: 365–394 (1996).
Oberflächen, welche für Biopolymere im Allgemeinen durch Beschichten mit Addukten zwischen Polyethyleniminen und hydrophilen Polymeren abstoßend gemacht worden sind, sind während des letzten Jahrzehnts beschrieben worden (Brink et al., US-A 5,240,994; Bergström et al., US-A 5,250,613; Holmberg et al., J. Adhesion Sci. Technol. 7[6]: 503–517 (1993); Bergström et al., Polymer Biomaterials, Hrsg. Cooper, Bamfors, Tsuruta, VSP 1995, 195–204; Holmberg et al.. Mittal Festschrift, Hrsg. Van Ooij, Anderson, VSP 1998, 443–460; und Holmberg et al., Biopolymers at Interfaces, Dekker 1998 (Sufactant Science Series 75), 597–626). Die aufeinander folgende Anbindung eines Polyethylenimins und eines hydrophilen Polymers ist ebenfalls beschrieben worden (Kiss et al., Prog. Colloid Polym. Sci. 74: 113–118 (1987)).
Die unspezifische Adsorption und/oder Elektroendosmose ist bei der Kapillarelektrophorese durch Beschichten der inneren Oberfläche der verwendeten Kapillare mit einer hydrophilen Schicht, typischerweise in Form eines hydrophilen Polymeren, gesteuert worden (z. B. van Alstine et al., US-A 4,690,749; Ekström & Arvidsson, WO 98/00709; Hjertén, US-A 4,680,201 (Polymethacrylamid); Karger et al., US-A 5,840,388 (Polyvinylalkohol (PVA)); und Soane et al., US-A 5,858,188 und US-A 6,054,034 (Acryl-Mikrokanäle). Kapillarelektrophorese ist eine übliche Bezeichnung für Trennverfahren, die in einer engen Kapillare erfolgen, welche für den Massentransport und die Trennung der Analyten ein angelegtes elektrisches Feld verwenden.
Larsson et al (WO 99/58245, Amersham Pharmacia Biotech) geben unter anderem eine mikrofluidische Vorrichtung an, bei der zwischen zwei planaren Substraten Mikrokanäle durch Grenzflächen zwischen hydrophilen und hydrophoben Bereichen in mindestens einem der Substrate definiert sind. Für wässrige Flüssigkeiten definieren die hydrophilen Bereiche die Fluidwege. Es werden verschiedene Wege erörtert, um ein Muster von hydrophoben und hydrophilen Oberflächen für unterschiedliche Zwecke zu erhalten, wie zum Beispiel Plasmabehandlung, Beschichten einer hydrophoben Oberfläche mit einem hydrophilen Polymer etc. Die zur hydrophilen Beschichtung vorgeschlagenen Polymeren können Arylgruppen tragen oder auch nicht, wobei angenommen wird, dass Larsson et al. sich nicht auf die größtmögliche Erniedrigung des Wasserkontaktwinkels oder auf die Vermeidung der unspezifischen Adsorption konzentriert haben.
Larsson, Ocklind und Derand (WO 00/56808) beschreiben die Herstellung hoch hydrophiler Oberflächen aus Kunststoff. Die Oberflächen behalten ihre Hydrophilizität sogar beim Kontakt mit wässrigen Flüssigkeiten bei. Ein zusätzlicher Punkt in WO 00/56808 betrifft die Abstimmung einer permanenten Hydrophilizität mit guten Zellbindungseigenschaften. Die Oberflächen werden hauptsächlich für die Verwendung in mikrogefertigten Vorrichtungen vorgeschlagen.
Polyethylenglycol ist direkt an die Oberfläche eines in Silicon hergestellten Mikrokanals gebunden worden, um die Fähigkeit von Polyethylenglycol zur Verhinderung der Proteinadsorption zu prüfen. Vergleiche Bell, Brody und Yager (SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 1998, 3258 (Micro- and Nanofabricated Structures and Devices for Biomedical Environmental Applications) 134–140).
Aufgaben der Erfindung
Eine erste Aufgabe ist es, einen hinreichend verlässlichen und reproduzierbaren Massentransport von Reagenzien und Probenbestandteilen (z. B. Analyte) in mikrofluidischen Vorrichtungen zu erzielen.
Eine zweite Aufgabe ist es, in mikrofluidischen Vorrichtungen eine verlässliche und reproduzierbare wässrige Flüssigkeitsströmung zu ermöglichen.
Eine dritte Aufgabe ist es, die unspezifische Adsorption und Hydrophilizität im Verhältnis zueinander für Oberflächen von Fluidwegen in mikrofluidischen Vorrichtungen zu optimieren.
Die Erfindung
Wir haben gefunden, dass man durch Anbindung eines hydrophilen nicht-ionischen Polymers an die Oberfläche einer Mikrokanalstruktur in einer mikrofluidischen Vorrichtung die vorstehend erwähnten Probleme auch bei den kritischsten Oberflächenmaterialien leicht minimieren kann. Dieser Befund erleichtert die Schaffung von Oberflächen, welche den verlässlichen und reproduzierbaren Transport von Reagenzien und Probenbestandteilen in mikrofluidischen Vorrichtungen erlauben.
Der Hauptgegenstand der Erfindung ist die Verwendung gemäß Anspruch 1 und die mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 16. Charakteristische Merkmale sind aus den Ansprüchen offensichtlich.
Das nicht-ionische hydrophile Polymer kann direkt an die Oberfläche der Mikrokanalstruktur oder über ein Polymergerüst gebunden sein, welches wiederum an die Oberfläche über eine multipunktuelle Anbindung gebunden ist.
Das nicht-ionische hydrophile Polymer
Das nicht-ionische hydrophile Polymer enthält eines Vielzahl von hydrophilen neutralen Gruppen. Neutrale Gruppen schließen ungeladene Gruppen aus, welche durch pH-Änderung geladen werden können. Typische neutrale Gruppen enthalten ein Heteroatom (Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff) und können gewählt werden aus Hydroxy, Ether wie Ethylenoxy (z. B. Polyethylenoxid), Amiden, die N-substituiert sein können etc. Das Polymer selbst ist gegenüber den Reagenzien und Chemikalien, die in der mikrofluidischen Vorrichtung verwendet werden sollen, ebenfalls inert.
Beispielhafte nicht-ionische hydrophile Polymere sind vorzugsweise wasserlöslich, wenn sie an keine Oberfläche gebunden sind. Ihr Molekulargewicht liegt innerhalb eines Bereichs on etwa 400 bis etwa 1.000.000 Dalton, beträgt vorzugsweise etwa 1000 bis etwa 200.000, wie unter 100.000 Dalton.
Nicht-ionische hydrophile Polymere werden veranschaulicht durch Polyethylenglycol oder mehr oder weniger statistisch verteilte oder in Blockform verteilte Homo- und Copolymere niederer Alkylenoxide (C_1-10, wie C_2-20) oder niederer Alkylen(C_1-10, wie C_2-10)-Bisepoxide, in denen die Epoxidgruppen über eine 2–10 sp³ umfassende Kohlenstoffkette verknüpft sind. Die Kohlenstoffkette kann an einer oder mehreren Stellen durch einen Ethersauerstoff unterbrochen sein, d. h. ein Ethersauerstoffatom ist zwischen die zwei Kohlenstoffatome eingeschoben. An einer oder mehreren der Methylengruppen kann ein Wasserstoffatom durch Hydroxylgruppen oder niedere Alkoxygruppen (C_1-4) ersetzt sein. Aus Stabilitätsgründen sollte höchstens ein Sauerstoffatom an ein und dasselbe Kohlenstoffatom gebunden sein.
Andere geeignete nicht-ionische hydrophile Polymere sind Polyhydroxypolymere, welche ganz oder teilweise natürlich oder vollsynthetisch sein können.
Ganz oder teilweise natürliche Polyhydroxypolymere werden durch Polysaccharide repräsentiert wie Dextran und seine wasserlöslichen Derivate, wasserlösliche Stärkederivate, und wasserlösliche Cellulosederivate wie bestimmte Celluloseether. Potentiell interessante Celluloseether sind Methylcellulose, Methylhydroxypropylcellulose und Ethylhydroxyethylcellulose.
Synthetische Polyhydroxypolymere von Interesse sind auch Polyvinylalkohole, gegebenenfalls in partiell acetylierter Form, Poly(hydroxyniederalkylvinylether)polymere, Polymere aus der Polymerisation von Epichlorhydrin, Glycidol und ähnlichen bifunktionellen reaktiven Monomeren, welche Polyhydroxypolymere liefern.
Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyacrylamide, Polymethacrylamide etc. sind Beispiele von Polymeren, in denen eine Vielfalt von Amidgruppen vorliegt.
Weitere geeignete hydrophile Polymere sind die Reaktionsprodukte (Addukte) zwischen Ethylenoxid, wahlweise in Kombination mit höheren Alkylenoxiden oder Bisepoxiden, oder Tetrahydrofuran, und einer Dihydroxy- oder Polyhydroxyverbindung wie Glycerol, Pentaerythritol und irgendeiner der Polyhydroxypolymeren, auf die in den vorangehenden Abschnitten Bezug genommen wurde.
Das nicht-ionische hydrophile Polymer kann die gleiche Struktur besitzen, wie sie für die in Berg et al. (WO 98/33572) definierten Streckungsmittel beschrieben ist. Im Gegensatz zu Berg et al. gibt es keinen Notwendigkeit für das Vorliegen eines Affinitätsliganden auf dem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten hydrophilen Polymer.
Im nicht-ionischen hydrophilen Polymer können eine oder mehrere Stellen für die Verknüpfung verwendet werden. Um das hydrophile Polymer flexibel zu machen sollte die Zahl der Verknüpfungsstellen so gering wie möglich sein, zum Beispiel eine, zwei oder drei Stellen pro Polymermolekül betragen. Bei geradkettigen Polymeren wie Niederalkylenoxidpolymeren, ähnlich Polyethylenoxid, beträgt die Zahl der Verknüpfungsstellen typischerweise eine oder zwei, wobei eine bevorzugt ist.
Abhängig von der Stellung eines beschichteten Oberflächenteils innerhalb der Mikrokanalstruktur kann das hydrophile Polymer einen immobilisierten Reaktanten (oft als Ligand bezeichnet, wenn Affinitätsreaktionen betrachtet werden) tragen. In Abhängigkeit von der speziellen Verwendung einer Mikrokanalstruktur können solche Reaktanten so genannte Affinitätsreaktanten sein, welche dazu verwendet werden, einen Analyten oder einen zugesetzten Reaktanten oder eine in der Probe vorhandene Verunreinigungen abzufangen. Immobilisierte Liganden schließen auch immobilisierte Enzyme ein. Erfindungsgemäß liegt diese Art von Reaktanten vorzugsweise in Reaktionskammern/Aushöhlungen vor (vergleiche unten).
Das Gerüst
Das Gerüst kann ein organisches oder anorganisches, kationisches, anionisches oder neutrales Polymer aus anorganischem oder organischem Material sein.
Was die anorganischen Gerüste betrifft, sind die bevorzugten Ausführungsformen Polymere wie Siliciumdioxid. Vergleiche den Versuchsteil!
Was die organischen Gerüste betrifft, sind die bevorzugten Ausführungsformen kationische Polymere wie Polyamine, d. h. Polymere, welche zwei oder mehr primäre, sekundäre oder tertiäre Aminogruppen oder quaternäre Ammoniumgruppen enthalten. Die bevorzugten Polyamine sind Polyalkylenimine, d. h. Polymere, in denen die Aminogruppen durch Alkylenketten verknüpft sind. Die Alkylenketten sind zum Beispiel gewählt aus C_1-6-Alkylenketten. Die Alkylenketten können neutrale hydrophile Gruppen tragen, wie zum Beispiel Hydroxy(HO)- oder Poly(einschließend oligo)-niederalkylenoxygruppen [-O-(C₂H₄)_nO)_mH, worin n 1–5 und m von 1 bis aufwärts von zum Beispiel ≤ 100 oder ≤ 50 ist], Amidgruppen, Acyl, Acyloxy, Niederalkyl (zum Beispiel C_1-5) und andere neutrale Gruppen und/oder Gruppen, welche unter den in der mikrofluidischen Vorrichtung angewendeten Bedingungen nicht-reaktiv sind.
Das bevorzugte Molekulargewicht des Gerüsts, einschließlich des Polyamingerüsts, liegt im Bereich von 10.000–3.000.000 Dalton, vorzugsweise von 50.000–2.000.000 Dalton. Die Struktur des Gerüsts kann linear, verzweigt, hyperverzweigt oder nadelförmig sein. Das bevorzugte Polyamingerüst ist Polyethylenimin, eine Verbindung, welche z. B. durch Polymerisieren von Ethylenimin erhältlich ist, was gewöhnlich hyperverzweigte Ketten liefert.
Verknüpfung mit dem nicht-ionischen hydrophilen Polymer
Die Einführung einer nicht-ionischen hydrophilen Polymergruppe in eine Kanaloberfläche kann nach den auf dem Fachgebiet wohlbekannten Verfahren erfolgen wie zum Beispiel durch direkte Verknüpfung des hydrophilen Polymers mit dem gewünschten Teil der Oberfläche oder über die Art des vorstehend erörterten Gerüsts. Das Addukt zwischen dem Gerüst und dem nicht-ionischen hydrophilen Polymer kann (i) getrennt davon gebildet werden, ehe es an die Oberfläche gebunden wird oder (ii) an die Oberfläche gebunden werden, indem zuerst das Gerüst und dann das hydrophile Polymer gebunden wird. Die Alternative (ii) kann erfolgen durch (a) Aufpfropfen eines vorbereiteten nicht-ionischen hydrophilen Polymer auf das Gerüst oder (b) durch Pfropfpolymerisation von geeigneten Monomeren.
Sowohl das nicht-ionische Polymer als auch das Gerüst können durch kovalente Bindungen, elektrostatische Wechselwirkung etc. und/oder in situ oder anschließende Vernetzung an den darunter liegenden Oberflächen stabilisiert werden. Ein Polyamingerüst kann zum Beispiel durch Reaktion seiner Aminfunktionen mit aminreaktiven Gruppen, welche von Haus aus vorliegen oder in die unbeschichtete Substratoberfläche eingeführt wurden, kovalent verknüpft werden. Es ist wichtig, dass der erfindungsgemäß zu beschichtende nackte Teil der Oberfläche Gruppen besitzt, welche eine stabile Wechselwirkung zwischen dem nicht-ionischen hydrophilen Polymer und der Oberfläche und zwischen dem Gerüst und der Oberfläche ermöglichen. Bei kationischen Gerüsten, wie zum Beispiel Polyamine, müssen die negativ geladenen oder aufladbaren Gruppen oder typischerweise hydrophile Gruppen, welche sich anderweitig an Amingruppen binden können, an der Oberfläche ausgesetzt sein. Polare und/oder geladene oder aufladbare Gruppen können leicht in Kunststoffoberflächen eingeführt werden wie zum Beispiel durch Behandlung mit O₂- und Acrylsäure enthaltenden Plasmas, durch Oxidation mit Permanganat oder Dichromat in konzentrierte Schwefelsäure, durch Beschichten mit diesen Arten von Gruppen enthaltenden Polymeren etc. Mit anderen Worten, durch in der Wissenschafts- und Patentliteratur wohlbekannten Verfahren. Die Kunststoffoberfläche als solche kann auch ohne Vorbehandlung diese Art von Gruppen enthalten, d. h. indem sie durch Polymerisation von Monomeren erhalten wurden, welche entweder die vorstehend erwähnten Arten von Gruppen tragen, oder Gruppen, welche anschließend an die Polymerisation leicht zu solchen Gruppen umgewandelt werden können.
Besteht die zu beschichtende Oberfläche aus Metall, zum Beispiel aus Gold oder Platin, und weist das nicht-ionische hydrophile Polymer oder Gerüst Thiolgruppen auf, kann die Verknüpfung über Bindungen erreicht werden, welche partiell kovalent sind.
Besitzt das nicht-ionische hydrophile Polymer oder Gerüst Kohlenwasserstoffgruppen, zum Beispiel reine Alkylgruppen oder Phenylgruppen, kann man sich vorstellen, dass die Anbindung an die Substratoberfläche über hydrophobe Wechselwirkungen erfolgen kann.
Wasserkontaktwinkel
Der optimale Wasserkontaktwinkel hängt von der Analyse und den in der Mikrokanalstruktur erfolgenden Reaktionen, den Abmessungen der Mikrokanäle und Kammern der Strukturen, der Zusammensetzung und Oberflächenspannung der verwendeten Flüssigkeiten etc. ab. Als Faustregel gilt, dass die erfindungsgemäße Beschichtung so gewählt werden sollte, dass sie einen Wasserkontaktwinkel ≤ 30°, wie ≤ 25° oder ≤ 20° liefert. Diese Zahlen beziehen sich auf bei der Verwendungstemperatur erhaltene Werte, hauptsächlich auf Raumtemperatur.
Bisher sind die überlegendsten Oberflächen die gewesen, welche auf Addukten zwischen Polyethylenimin und Polyethylenglycol beruhen mit einseitiger (eine endständige Gruppe) Verknüpfung des nicht-ionischen hydrophilen Polymers mit dem Polyethylenimingerüst. Die derzeit optimale Ausführungsform dieser bevorzugten Variante ist im experimentellen Teil (Beispiel 1) wiedergegeben.
Dicke der Beschichtung
Die Dicke der hydratisierten, von einem nicht-ionischen hydrophilen Polymer bereit gestellten Schicht sollte ≤ 50%, zum Beispiel ≤ 20%, des kleinsten Abstands zwischen zwei gegenüber liegenden Seiten eines Teils der Mikrokanalstruktur betragen, umfassend eine erfindungsgemäß beschichtete Oberfläche. Dies bedeutet typischerweise, dass die optimale Dicke innerhalb eines Intervalls von 0,1–1000 nm, zum Beispiel von 1–100 nm liegt, mit der Maßgabe, dass die Beschichtung einen gewünschten Durchfluss zulässt.
Strukturen in der mikrofluidischen Vorrichtung
Die mikrofluide Vorrichtung kann scheibenförmig mit verschiedener Geometrie sein, wobei die runde Form die bevorzugte Variante ist (CD-Form).
Bei Vorrichtungen mit runder Form können die Mikrokanalstrukturen radial angeordnet werden, mit einer vorgesehenen Strömungsrichtung von einem inneren Aufgabebereich radial nach dem Umfang der Scheibe. Bei dieser Ausführungsform ist der praktischste Weg zum Antreiben der Strömung die Kapillarwirkung, die Zentripetalkraft (Rotieren der Scheibe) und/oder hydrodynamisch.
Jede Mikrokanalstruktur umfasst einen oder mehrere Kanäle und/oder eine oder mehrere Aushöhlungen im Mikroformat. Unterschiedliche Teile der Struktur können unterschiedliche diskrete Funktionen besitzen. Folglich kann es einen oder mehrere Teile geben, welche als (a) Aufgabekammer/-aushöhlung/-bereich, (b) Leitung für den Flüssigkeitstransport, (c) Reaktionskammer/-aushöhlung, (d) volumendefinierende Einheit, (e) Mischkammer/-aushöhlung, (f) Kammer zur Trennung der Komponenten in der Probe, zum Beispiel durch Kapillarelektrophorese, Chromatographie und dergleichen, (g) Detektionskammer/-aushöhlung, (h) Abfallleitung/-kammer/-aushöhlung etc. fungieren. Erfindungsgemäß kann wenigstens einer dieser Teile eine erfindungsgemäße Beschichtung auf seiner Oberfläche tragen, d. h. er entspricht dem vorstehend erörterten Oberflächenteil.
Bei Verwendung der Struktur werden die erforderlichen Reagenzien und/oder die Probe, einschließlich des Analyten auf einen Aufgabebereich aufgegeben und in der Struktur durch eine aufgegebene Flüssigkeitsströmung stromabwärts transportiert. Manche der Reagenzien können einer Kammer/Aushöhlung vorher zugeteilt worden sein. Der Flüssigkeitsstrom kann durch Kapillarkräfte und/oder die Zentripetalkraft, extern über eine Mikrokanalstruktur ausgeübte Druckunterschiede und auch durch andere nicht-elektrokinetische Kräfte, welche extern ausgeübt werden, angetrieben werden, und verursacht den Transport der Flüssigkeit und der Analyten sowie der Reagenzien in der gleichen Richtung. Der Flüssigkeitsstrom kann auch Druck angetrieben werden, welcher durch innerhalb der Struktur erzeugte Elektroendosmose erzeugt wird. Die Flüssigkeitsströmung transportiert auf diese Weise Reagenzien und Analyten sowie andere Bestandteile von einem Aufgabebereich/-aushöhlung/-kammer durch eine Folge, umfassend eine besondere Ordnung vorgewählter Teile (b)–(h). Der Flüssigkeitsstrom kann unterbrochen werden, wenn ein Reagenz und/oder Analyt einen vorbestimmten Teil erreicht hat, in dem es/er einer bestimmten Behandlung unterworfen wird, zum Beispiel der Kapillarelektrophorese in einem Trennabschnitt, einer Reaktion in einem Reaktionsteil, einem Nachweis in einem Detektionsteil etc.
Die nachstehend erörterten analytischen und präparativen Methoden unter Verwendung der mikrofluidischen Vorrichtung der Erfindung mit dem in den vorstehend Abschnitten beschriebenen Transport der Flüssigkeit, Reagenzien und Analyten, stellen einen getrennten Aspekt der Erfindung dar.
Mikroformat bedeutet, dass mindestens eine Flüssigkeitsleitung in der Struktur eine Tiefe und/oder Breite im Mikroformatbereich aufweist, d. h. < 10³ μm, vorzugsweise < 10² μm. Alle Mikrokanalstrukturen erstrecken sich in einer gemeinsamen Ebene des planaren Substratmaterials. Es kann zusätzlich Ausdehnungen in andere Richtungen geben, hauptsächlich senkrecht zur gemeinsamen Ebene. Solche anderen Ausdehnungen können zum Beispiel als Probe oder flüssige Aufgabebereiche oder Verbindungen zu anderen Mikrokanal-strukturen fungieren, welche nicht in der gemeinsamen Ebene liegen.
Der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Wänden im Kanal beträgt ≤ 1000 μm, wie ≤ 100 μm, oder sogar ≤ 10 μm, wie ≤ 1 μm. Die Strukturen können auch eine oder mehrere Kammern oder Aushöhlungen aufweisen, welche mit den Kanälen verbunden sind und Volumina ≤ 500 μl, wie ≤ 100 μl und sogar ≤ 10 μl, wie ≤ 1 μl besitzen. Die Tiefe der Kammern/Aushöhlungen kann typischerweise im Intervall ≤ 1000 μm, wie ≤ 100 μm, wie ≤ 10 μm, oder sogar ≤ 1 μm betragen. Die Untergrenze ist immer beträchtlich größer als die größte der verwendeten Reagenzien. Die Untergrenzen der Kammern und Kanäle liegen für Vorrichtungen, die in trockener Form geliefert werden sollen, typischerweise im Beeich von 0,1–0,01 μm.
Es wird angenommen, dass die bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtungen an den Kunden in trockenem Zustand geliefert werden. Die Oberflächen der Mikrokanalstrukturen der Vorrichtung sollten daher eine Hydrophilizität aufweisen, welche es der zu verwendenden wässrigen Flüssigkeit gestattet, die unterschiedlichen Teile der Kanäle der Struktur durch Kapillarkräfte (Eigensaugung) zu durchdringen.
Es können Leitungen vorliegen, welche die Flüssigkeitskommunikation zwischen den einzelnen Mikrokanalstrukturen innerhalb eines Satzes ermöglichen.
Material in der mikrofluidischen Vorrichtung
Die erfindungsgemäß zu beschichtende Oberfläche ist typischerweise aus anorganischem und/oder organischem Material hergestellt, vorzugsweise aus Kunststoff. Diamantmaterial und andere Formen von elementarem Kohlenstoff sind in den Ausdruck organisches Material eingeschlossen. Von den geeigneten anorganischen Oberflächenmaterialien können Metalloberflächen erwähnt werden, z. B. aus Gold, Platin etc.
Die erfindungsgemäß zu beschichtenden Kunststoffe können durch Polymerisation von Monomeren erhalten worden sein, welche Ungesättigtheit aufweisen wie Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen und/oder Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindungen.
Die Monomeren können zum Beispiel aus mono-, di- und poly/oligoungesättigten Verbindungen, z. B. Vinylverbindungen und anderen Verbindungen ausgewählt sein, welche Ungesättigtheit enthalten. Anschauungsbeispiele von Monomeren sind:

(i) Alkene/Alkadiene (wie Ethylen, Butadien, Propylen, einschließend substituierte Formen wie Vinylether), Cycloalkane, Polyfluorvinylkohlenwasserstoffe (zum Beispiel Tetrafluorethylen), Alkenenthaltende Säuren, Ester, Amide, Nitrile etc. wie zum Beispiel verschiedene Methacryl/Acryl-Verbindungen; und
(ii) Vinylarylverbindungen (wie Mono-, Di- und Trivinylbenzole), die zum Beispiel wahlweise mit niederen Alkylgruppen (C_1-6) substituiert sein können.

Ein anderer Typ Kunststoffe beruht auf Kondensationspolymeren, in denen die Monomeren aus Verbindungen gewählt sind, welche zwei oder mehr Gruppen aufweisen, gewählt aus Amino-, Hydroxy-, Carboxygruppen etc. Besonders herausragende Monomere sind Polyaminomonomere, Polycarboxymonomere (einschließend die entsprechenden reaktionsfähigen Halogenide, Ester und Anhydride), Polyhydroxymonomere, Aminocarboxymonomere, Aminohydroxymonomere und Hydroxycarboxymonomere, in denen Poly für zwei, drei oder mehr funktionelle Gruppen steht. Polyfunktionelle Verbindungen schließen Verbindungen mit einer zweifach reaktiven funktionellen Gruppe ein, zum Beispiel eine Carbonsäure- und oder eine Formaldehydgruppe. Die vorgesehenen Kunststoffe sind typischerweise Polycarbonate, Polyamide, Polyamine, Polyether etc. Polyether schließen die entsprechenden Siliciumanalogen wie Siliconkautschuk ein.
Die Polymeren der Kunststoffe können in vernetzter Form vorliegen.
Die Kunststoffe können eine Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen Polymer(en)/Copolymer(en) sein.
Besonders interessante Kunststoffe sind jene, welche eine unbedeutende Fluoreszenz für Exitationswellenlängen im Intervall von 200–800 nm und Emissionswellenlängen im Intervall von 400–900 nm aufweisen. Unbedeutende Fluoreszenz bedeutet, dass die Fluoreszenzintensität in dem vorstehend angegebenen Wellenlängenintervall unter 50% der Fluoreszenzintensität für einen Referenzkunststoff (= einem Polycarbonat von Bisphenol A ohne Fluoreszenzadditive) liegen sollte. Es schadet jedoch nicht, wenn die Fluoreszenzintensität der Kunststoffe sogar niedriger ist, wie < 30% oder < 15%, wie < 5% oder < 1% der Fluoreszenzintensität der Referenzkunststoffe. Typische Kunststoffe mit einer annehmbaren Fluoreszenz beruhen auf Polymeren aliphatischer Monomerer, welche polymerisierbare Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen enthalten wie Polymere von Cycloalkenen (z. B. Norboren oder substituierte Norborene), Ethylen, Propylene etc. ebenso wie andere hochreine nicht-aromatische Polymere, z. B. bestimmte Qualitäten von Polymethylmethacrylat.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gelten die gleichen Fluoreszenzgrenzwerte auch für die mikrofluidische Struktur, nachdem sie erfindungsgemäß beschichtet worden ist.
Anwendungen unter Verwendung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtung
Die Hauptanwendung der erfindungsgemäßen mikrofluidischen Vorrichtungen liegt auf dem Gebiete der analytischen und präparativen chemischen und biochemischen Systeme.
Typische analytische Systeme, in denen die hierin beschriebenen mikrofluidischen Systeme als Hauptschritte einen oder mehrere umfassen können aus (a) Probenbereitung, (b) Versuchsreaktionen und (c) Nachweis. Probenbereitung bedeutet die Bereitung einer Probe, um sie für die Versuchsreaktion und/oder den Nachweis einer gewissen Aktivität oder molekularen Spezies geeignet zu machen. Dies kann zum Beispiel bedeuten, dass Substanzen, welche die Versuchsreaktion und/oder den Nachweis stören, entfernt oder anderweitig neutralisiert werden, dass Substanzen aufkonzentriert und/oder derivatisiert etc. werden. Typische Beispiele sind (1) die Vermehrung einer oder mehrere Nukleinsäuresequenzen in einer Probe wie zum Beispiel durch Polymerase-Kettenreaktion (PCR), (2) Entfernung von Spezies durch Vernetzung mit einem Analyten bei Versuchen, welche Affinitätsreaktionen etc. beinhalten. Typische Versuchsreaktionen sind (i) Reaktionen, welche Zellen beinhalten, (ii) Affinitätsreaktionen wie zum Beispiel biospezifische Affinitäten, einschließend Immunreaktionen, enzymatische Reaktionen, Hybridisierung/Aufschmelzen etc., (iii) Fällungsreaktionen, (iv) rein chemische Reaktionen, welche die Bildung oder das Aufbrechen kovalenter Bindungen etc. beinhalten. Die Detektionsreaktion kann Fluorometrie, Chemiluminometrie, Massenspektrometrie, Nephelometrie, Trübungsmessung etc. beinhalten. Die Detektionsreaktion hat das Ziel, das Ergebnis der Versuchsreaktionen) nachzuweisen und das gefundene Ergebnis qualitativ oder quantitativ dem Vorliegen einer Aktivität in der Originalprobe zuzuordnen. Die Aktivität kann eine biologische, eine chemische, eine biochemische etc. Aktivität sein. Sie kann im Vorliegen einer Verbindung als solcher oder einfach in der Aktivität einer bekannten oder unbekannten Verbindung bestehen. Wird das System für diagnostische Zwecke verwendet, wird das Ergebnis aus dem Detektionsschritt weiterhin mit dem medizinischen Status des Individuums in Beziehung gesetzt, von dem die Probe stammt. Das anwendbare analytische System kann demzufolge Affinitätsversuche wie Immunversuche, Hybridisierungsversuche, zellbiologische Versuche, den Mutationsnachweis, die Gencharakterisierung, Enzymversuche, Durchmusterungsversuche zur Suche neuer Affinitätspaare etc. umfassen. Verfahren zur Analyse des Probengehalts von Proteinen, Nukleinsäuren, Kohlenhydraten, Lipiden und anderen Molekülen, mit besonderer Betonung auf andere bioorganische Moleküle, sind ebenfalls eingeschlossen.
Die mikrofluidische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel durch Synthese in fester Phase auch zur Aufstellung von Katalogen für Verbindungen verwendet werden, einschließend Kataloge für synthetische Peptide und Oligonukleotide. Eingeschlossen ist auch die Aufstellung so genannter Kombinationskataloge.
Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Versuche, welche als Nachweis für die Funktion des Prinzips dienen, jedoch ohne Beschränkung darauf, beschrieben.
Experimenteller Teil
A. Beschichtung mit einem PEG-PEI-Addukt
a. Synthese des PEG-PEI-Addukts
0,43 g Polyethylenimin (Polymin SN von der BASF, Deutschland) wurden in 45 ml 50 mM Natriumboratpuffer (pH 9,5) bei 45°C gelöst. 5 g Glycidylether von Monomethoxypolyethylenglycol (Mw 5000) wurden unter Rühren zugegeben und die Mischung 3 h bei 45°C gerührt.
b. Oberflächenbehandlung
Eine Polycarbonat CD-Scheibe (Polycarbonat von Bisphenol A, Macrolon DP-1265, Bayer AG, Deutschland) mit einem Mikrokanalkammermuster wurde in einen Plasmareaktor (Plasma Science PS0500, BOC Coating Technology, USA) platziert und mit einem Sauerstoffplasma bei einem Gasfluss von 5 sccm und einer Stromstärke von 500 W 10 min. behandelt. Nach der Belüftung des Reaktors wurde die Scheibe 1 h in eine 0,1% Lösung des PEG-PEI-Addukts in Boratpuffer von pH 9,5 getaucht. Die Scheibe wurde dann mit destilliertem Wasser gespült, mit Stickstoff trocken geblasen und der Wasserkontaktwinkel (freiem Tropfen) auf einer manuellen Ramé-Hart Goniometerbank gemessen. Der Mittelwert aus sechs Gleichgewichtsmessungen (drei Tropfen) betrug 24°. Ein XPS-Spektrum der behandelten Oberfläche lieferte die folgende molare Elementarzusammensetzung: 73,2% C, 3,7% N, 23,1% O, was zeigte, dass die Oberfläche im Wesentlichen von adsorbiertem PEG-PEI-Addukt bedeckt war.
c. Kapillarbenetzung
Eine andere Polycarbonat CD-Scheibe aus dem gleichen Material wie oben mit einem Mikrokanalkammermuster wurde wie in Beispiel 2 behandelt. Sie wurde dann mit einer dünnen Abdeckung aus Siliconkautschuk bedeckt, die über einem Mikrokanal ein Loch aufwies. Wurde mit einer Mikropipette ein Tröpfchen Wasser in das Loch gegeben, wurde das Wasser durch Kapillarkräfte eingesaugt und durchdrang das gesamte verfügbare Kanalsystem.
d. Vergleichsbeispiele von Oberflächenbehandlungen

a) Eine Polycarbonat-Scheibe aus dem gleichen Material wie oben mit einem Mikrokanalkammermuster wurde 1 h in eine 0,5% wässrige Lösung von Phenyldextran (Substitutionsgrad: 0,2 pro Monosaccharideinheit Dextran, Mw 40.000) getaucht. Nach dem Spülen mit Wasser wurde die Scheibe mit Stickstoff trocken geblasen. Der Wasserkontaktwinkel betrug 30 Grad. Wurde eine Abdeckung aus Siliconkautschuk mit einem Loch über einen Kanal auf die Scheibe gelegt wurde der Tropfen nicht spontan eingezogen. Wurde auf den Kanal über ein anderes Loch der Abdeckung Vakuum angelegt, konnte das Tröpfchen jedoch eingesaugt werden.
b) Eine Polycarbonat-Scheibe aus dem gleichen Material wie oben mit einem Mikrokanalkammermuster wurde über Nacht in eine 1% wässrige Lösung von Polyethylenglycol „propylene glycol" Polyethylenglycoltriblockcopolymer (Pluronic F108 der BASF) getaucht. Nach dem Spülen mit Wasser wurde die Scheibe mit Stickstoff trocken geblasen. Der Wasserkontaktwinkel betrug 60 Grad. Wurde ein Deckel aus Siliconkautschuk mit einem Loch über einem Kanal auf die Scheibe gelegt, wurde der Tropfen nicht spontan eingezogen. Wurde auf den Kanal über ein anderes Loch der Abdeckung Vakuum angelegt, konnte das Tröpfchen jedoch eingesaugt werden.

B. Poly(acrylamid)beschichtung
a. Aktivierung der Oberfläche
Eine PET-Folie (Polyethylenterephthalat, Melinex^®, ICI), welche mit einem dünnen aufgedampften Siliciumdioxidfilm beschichtet war, wurde als Abdeckung verwendet. Die Siliciumdioxidseite der PET-Folie wurde mit Ethanol gewaschen und anschließend 5 Minuten mit UV/Ozon behandelt (UVO-Reiniger, Modell Nr. 144A X-220, Jelight Company, USA). 15 mm Bind Silan (3-Methacryloloxypropyltrimethoxysilan, Amersham Pharmacia Biotech), 1,25 ml 10% Essigsäure und 5 ml Ethanol wurden gemischt und anschließend mithilfe einer Bürste auf die Folie aufgetragen. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde die Folie mit Ethanol gewaschen und mit Stickstoff trocken geblasen. Der Wasserkontaktwinkel (freier Tropfen) wurde auf einer manuellen Ramé-Hart Goniometerbank gemessen. Der Mittelwert aus wiederholten Messungen betrug 62 Grad.
b. Aufpfropfen von Polyacrylamid auf die aktivierte Oberfläche
8,5 ml 3 M Acrylamid in Wasser und 1,5 ml 100 mM Irgacure 184 (gelöst in Ethylenglycol, Ciba-Geigy) wurden gemischt. Die resultierende Lösung wurde auf einer Quarzplatte ausgebreitet und die aktivierte PET-Folie oben darauf gelegt. Die Monomerlösung wurde 20 Minuten durch die Quarzplatte belichtet. Die PET-Folie wurde anschließend gründlich in Wasser gewaschen und der mittlere Kontaktwinkel aus wiederholten Messungen betrug 17 Grad.
c. Kapillarbenetzung
Ein Stück bei Raumtemperatur vulkanisierter Siliconkautschuk (Memosil, Wacker Chemie) mit einer Mikrokanalstruktur und zwei Löschern wurde auf die mit Polyacrylamid gepfropfte PET-Folie (Abdeckung) (gemäß b oben) aufgebracht. Wurde mit einer Mikropipette ein Tröpfchen Wasser in das Loch gegeben, wurde das Wasser durch Kapillarkräfte eingesaugt,
d. Vergleichbeispiel zur Kapillarbenetzung
Ein Stück bei Raumtemperatur vulkanisierter Siliconkautschuk (Memosil, Wacker Chemie) mit einer Mikrokanalstruktur und zwei Löschern wurde auf die aktivierte PET-Folie (Abdeckung) (gemäß a oben) aufgebracht. Wurde mit einer Mikropipette ein Tröpfchen Wasser in das Loch gegeben, wurde kein Wasser durch Kapillarkräfte eingesaugt, Wurde auf den Kanal durch eine anderes Loch Vakuum angelegt, wurde das Tröpfchen in den Kanal gesaugt.

Claims

Verwendung einer Beschichtung, welche ein nicht-ionisches hydrophiles Polymer bloßlegt, zum Optimieren der nicht-spezifischen Adsorption und Hydrophilizität innerhalb einer mikrofluidischen Vorrichtung, welche eine Gruppe von einer oder mehreren bedeckten Mikrokanalstrukturen umfasst, welche in der Oberfläche eines planaren, aus Kunststoff gefertigten Substrates hergestellt sind, wobei jede der Mikrokanalstrukturen i) für den Transport von gelösten Stoffen und/oder Teilchen durch einen wässrigen Flüssigkeitsstrom, welcher durch Kräfte angetrieben wird, welche Kapillarkraft und/oder Zentripetalkraft umfassen, aus einem funktionellen Teil in einen anderen innerhalb der gleichen Mikrokanalstruktur vorgesehen ist, und ii) sich in einem Trockenzustand befindet, und iii) einen oder mehrere funktionelle Teile umfasst, die aus (a) einer Reaktionskammer oder -aushöhlung, (b) einer volumendefinierenden Einheit, (c) einer Mischkammer oder -aushöhlung und (d) einer Detektionskammer oder -aushöhlung ausgewählt werden, wobei die Beschichtung auf einer Teiloberfläche in mindestens einem des einen oder der mehreren funktionellen Teile der Mikrokanalstruktur der Gruppe vorhanden ist und die wässrige Flüssigkeit in der Lage ist, in einen solchen funktionellen Teil durch Eigensaugung einzutreten, wenn die Flüssigkeit die Eintrittsöffnung des funktionellen Teils passiert hat,
Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine funktionelle Teil eine volumendefinierende Einheit umfasst.
Verwendung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine funktionelle Teil eine oder mehrere von (a) einer Reaktionskammer oder -aushöhlung, (b) einer Mischkammer oder -aushöhlung und (c) einer Detektionskammer oder -aushöhlung umfasst.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-ionische hydrophile Polymer an einem Polymergerüst an der Oberfläche gebunden ist.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe mehr als fünf bedeckte Mikrokanalstrukturen umfasst.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Mikrokanalstruktur eine Mikroaushöhlung mit einem Volumen von ≤ 1 μl umfasst.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine runde Platte ist.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-ionische Polymer aus Polymeren ausgewählt wird, welche eine Vielzahl von Hydroxygruppen, Ethylenoxygruppen und/oder Amidgruppen enthalten.
Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-ionische hydrophile Polymer aus Polysacchariden und wasserlöslichen Derivaten davon, Polyvinylalkoholen, Poly(hydroxyalkylvinylether)polymeren ausgewählt wird.
Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-ionische hydrophile Polymer Polyethylenglycol oder Monomethoxypolyethylenglycol ist.
Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-ionische hydrophile Polymer ein Polymerisat/Copolymerisat mit Monomeren, die aus mindestens Acrylamid, Methacrylamid und Vinylpyrrolidon ausgewählt sind, ist.
Verwendung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerüst ein Polyamin ist.
Verwendung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerüst ein Polyethylenimin ist.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 4 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerüst ein Molekulargewicht von 10.000 bis 3.000.000 Dalton aufweist.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche ohne die Beschichtung durch Plasmabehandlung oder durch Oxidationsmittel vor dem Aufbringen der Beschichtung auf der Teiloberfläche hydrophilisiert worden ist.
Mikrofluidische Vorrichtung, welche eine Gruppe von einer oder mehreren bedeckten Mikrokanalstrukturen umfasst, welche in der Oberfläche eines planaren, aus Kunststoff gefertigten Substrates hergestellt sind, wobei jede der Mikrokanalstrukturen i) für den Transport von gelösten Stoffen und/oder von Teilchen durch einen wässrigen Flüssigkeitsstrom, aus einem funktionellen Teil in einen anderen innerhalb der gleichen Mikrokanalstruktur vorgesehen ist, ii) einen oder mehrere funktionelle Teile umfasst, die aus (a) einer Reaktionskammer oder -aushöhlung, (b) einer volumendefinierenden Einheit, (c) einer Mischkammer oder -aushöhlung und (d) einer Detektionskammer oder -aushöhlung ausgewählt werden, und iii) sich in einem Trockenzustand befindet, welcher rehydratisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass A) eine Teiloberfläche in mindestens einem der funktionellen Teile jeder Mikrokanalstruktur einer Gruppe eine Beschichtung aufweist, welche ein nicht-ionisches hydrophiles Polymer bloßlegt, welches ein oder mehrere Blöcke von Polyoxyethylenketten umfasst, die kovalent an ein Polymergerüst gebunden sind, welches an die Teiloberfläche des mindestens einen funktionellen Teils an der Oberfläche angebunden ist und B) die wässrige Flüssigkeit in der Lage ist, in einen solchen funktionellen Teil durch Eigensaugung einzutreten, wenn die Flüssigkeit die Eintrittsöffnung des funktionellen Teils passiert hat.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine funktionelle Teil eine volumendefinierende Einheit umfasst.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine funktionelle Teil eine Reaktionskammer oder -aushöhlung, eine Mischkammer oder -aushöhlung und eine Detektionskammer oder -aushöhlung umfasst.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe mehr als fünf Mikrokanalstrukturen umfasst.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16–19, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymergerüst ein Polyamin ist.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16–20, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des mindestens einen funktionellen Teils ohne Beschichtung durch Plasmabehandlung oder durch Oxidationsmittel hydrophilisiert worden ist, um funktionelle Gruppen einzuführen, welche ein nachfolgendes Anhaften der Beschichtung ermöglichen.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16–21, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-ionische hydrophile Polymer Polyethylenglycol oder Monomethoxypolyethylenglycol ist, welches kovalent an dessen einem Ende an das Gerüst gebunden ist.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16–22, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymergerüst Polyethylenimin ist.
Mikrofluidische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17–23, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrom in der Mikrokanalstruktur durch Zentripetalkraft und durch Eigensaugung angetrieben wird.