In der biologischen Grundlagenforschung und insbesondere in der medizinischen Wirkstoffentwicklung kommt es sehr darauf an, große Anzahlen von verschiedenen Ligand-und Akzeptor- strukturen in kurzer Zeit und mit geringem Aufwand als sog.

Repertoirs oder Bibliotheken erfassen zu können. Entsprechende Verfahren werden als HTS-Verfahren (HTS = High Throughput Screening) bezeichnet. Diesbezügliche Darstellungen finden sich in : Pavia MR, Sawyer TK, Moos WH : The generation of molecular di- versity. Bioorg Med Chem Lett 1993,3 : 387 ff.

Gallop MA, Barrett RW, Dower WJ, Fodor SPA, Gordon EM : Appli- cations of combinatorial technologies to drug discovery. 1.

Background and peptide combinatorial libraries. J Med Chem 1994 ; 37 : 1233-1251 Gallop MA, Barrett RW, Dower WJ, Fodor SPA, Gordon EM : Appli- cations of combinatorial technologies to drug discovery.

2. Combinatorial organic synthesis, library screening strate- gies, and future directions. J Med Chem 1994 ; 37 : 1385-1401 Combinatorial Peptide and Nonpeptide Libraries-A Handbook (Jung G, ed.) Weinheim : VCH 1996 Bei den betreffenden Verfahren finden gewöhnlich ebene Anord- nungen (sog. Arrays) der Bibliotheken mit separaten Orten für die Einzelkomponenten oder für definierte Mischungen Verwen- dung, weil so die Identitäten der Einzelstrukturen durch deren Positionen im Array definiert sind und die Interaktionstests mit schnellen Pipettierrobotern durchgeführt werden können.

Die Arrays können zum Beispiel durch Verteilung der Lösungen vorgefertigter Strukturen oder durch serielle Verteilung der Lösungen von Bausteinen für deren in situ Synthese erzeugt werden. Da die Effizienz des Verfahrens proportional mit der Anzahl an simultan testbaren Strukturen steigt, sind Maßnahmen zur schnelleren Herstellung und Testung solcher Arrays in mög- lichst miniaturisierter Form wünschenswert.

Bekannt und beschrieben sind Geräte und/oder Verfahren zur Herstellung solcher Repertoires, bei denen deren Elemente ent- weder in vorgegebenen Arrays aus Reaktionsgefäßen (Mikrotider- platten, Nanotiterplatten und ähnlichen rechteckigen Anordnun- gen) erzeugt werden oder in Spots (Tüpfeln, Punkten) in frei formatierbaren Arrays auf der speziell aktivierten Oberfläche eines geeigneten Trägermaterials (Papier, Glas, Quarzglas, Kunststoffolie, Keramik, Folie etc.) synthetisiert werden. Da- bei werden die Elemente der Repertoirs durch eine definierte chemische Verkettung einer bestimmten Anzahl von Reaktions- partnern erzeugt, die in definierter Reihenfolge aus einem vorgegebenen Pool von Substanzen ausgewählt werden. In allen bekannten Verfahren werden die Reaktionspartner seriell gela- den und die Reaktionsgefäße nacheinander in einem Start-Stop- Betrieb angefahren. Erforderliche Zwischenschritte wie Reakti- onsstop, Auswaschen überschüssiger Reagenzien etc. werden ge- sondert, teilweise auch außerhalb der Apparaturen, durchge- führt.

Der dadurch erforderliche große Zeitaufwand und die Größe und Struktur der Bibliotheksträger bedingen eine begrenzte Anzahl von Elementen in den so erzeugten Repertoires und stehen einer Erhöhung der Effizienz bei deren Anwendung entgegen.

Bekannt sind zum nämlichen Zweck Pipettiervorrichtungen, die mit x-y-oder r--Bewegungen von Dosierköpfen oder der Array- unterlage (Substrat) die vorgegebenen Positionen seriell an- fahren. Dabei sind die Präzision und Geschwindigkeit begrenzt durch die Masse der jeweils zu beschleunigenden und abzubrem- senden Geräteteile. Eine bekannte solche Vorrichtung ist der sog. Auto-SPOT-Robot ASP222 der Firma ABIMED Analysen Technik, Langenfeld. Hinweise auf Vorrichtungen solcher Art finden sich auch in EP 0 445 915 Al und DE 40 27 675 A1.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß Gattungsbegriff so auszubilden, daß sie es erlaubt, eine vergleichsweise große Zahl von Elementen ei- nes Arrays rasch und mit hoher Präzision zu bedienen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An- spruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben darüber hinausge- hend vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten an.

Indem das Substrat die Gestalt eines sich kontinuierlich oder zumindest quasi-kontinuierlich, in kleinen Schritten, um seine Achse drehenden Rotationskörpers hat und der Dosierkopf sich in einer einzigen Koordinate bewegt, entfallen ständige Be- schleunigungen und Verzögerungen zumindest weitgehend. Dazu noch können die Elemente in Form von Spots außerordentlich dicht beieinander und in entsprechend großer Anzahl auftreten.

Eine weitere Beschleunigung wird durch Verwendung einer Viel- zahl von Dosierköpfen erreicht, die zudem noch, bei entspre- chend kurzen Abgabeintervallen, gleichfalls kontinuierlich be- wegt werden können. In jedem Fall werden die Dosiervorgänge zeitlich so auf die Rotationsbewegung abgestimmt, daß auf jede Position im Array die richtige Komponente aufdosiert wird.

Jede Einzelstruktur im Array wird schrittweise durch die che- mische Verankerung von ein bis einhundert, vorzugsweise bis 20, Bausteinen auf einem ebenen unstrukturierten Substrat her- gestellt. Hierfür werden konventionelle Methoden der Festpha- senimmobilisierung und-synthese eingesetzt. Vgl. hierzu etwa : Solid-phase Peptide Synthesis-R. B. Merrifield (1969) Adv.

Enzymol. 32,221-296 Spot-Synthesis : An easy technique for the positionally addres- sable, parallel chemical synthesis on a membrane support- Frank, R. (1992) Tetrahedron, 48,9217-9232 Beispielsweise werden Peptide aus Aminosäurebausteinen, Oligo- nucleotide aus Nucleotidbausteinen, Peptoide aus N-substituierten Glycinbausteinen, PNA aus N-Aminoethyl-, N- (purin/pyrimidin) acetyl-Glycinbausteinen, Oligosaccharide aus Zuckerbausteinen etc. aufgebaut. Gleiches gilt jedoch auch für jede andere chemische Verbindung, die durch eine Abfolge von chemischen Syntheseschritten mit den jeweiligen Reagenzien als Bausteine aufgebaut wird. Ebenso können für die Veranke- rungsreaktionen enzymatisch katalysierte Reaktionen genutzt werden.

Gemäß einer fortschrittlichen Weiterbildung der Erfindung kön- nen auch weitere erforderliche Behandlungsschritte wie Wa- schen, Abspaltung einer chemischen Schutzgruppe, Blockierung (Capping) etc., die zwischen den einzelnen Verankerungsreak- tionen durchgeführt werden müssen, unterbrechungsfrei in den Gesamtprozess der Repertoireerzeugung integriert werden. Da- durch entfällt eine Entnahme und Wiedereinfügung der Substrate mit den unfertigen Repertoires zum Zwecke einer chemischen Be- handlung außerhalb der Apparatur und durch Menschen, was eben- falls geschwindigkeits-und effizienzsteigernd wirkt.

Nachfolgend ist ein Beispiel einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführbaren Verfahrensweise schematisch darge- stellt : S (Substrat) + A- S-A S-A + B--> S-A-B <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> S-A-B + C- S-A-B-C<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> S-A-B-C + B- S-A-B-C-B etc.

Wie in diesem Schema gezeigt, wächst oder verändert sich die Einzelstruktur durch die Abfolge der Bausteine in den Veranke- rungsreaktionen. Dies läßt sich eindeutig in Form einer Abfol- ge von Zeichen (Buchstaben, Zahlen) für jeden Baustein be- schreiben. Alle Einzelstrukturen werden parallel aufgebaut, d. h. sie wachsen alle bis zu ihrer jeweiligen Fertigstellung um jeweils einen Baustein je Verteilungszyklus. Zusätzlich zur Bausteinabfolge wird die Position des jeweiligen Elements im Array vorgegeben und protokollarisch festgehalten.

Nachfolgend werden einige vorteilhafte Ausgestaltungsmöglich- keiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der begleiten- den Zeichnungen genauer beschrieben. Von diesen zeigt Fig. 1 ein perspektivisches Schema der erfindungsgemäßen Vor- richtung in einer ersten Ausführungsform, mit einem kreiszylindrischen Substrat, Fig. 2 ein perspektivisches Schema der erfindungsgemäßen Vor- richtung in einer zweiten Ausführungsform, mit einem scheibenförmigen Substrat, Fig. 3 ein perspektivisches Schema der erfindungsgemäßen Vor- richtung mit einem scheibenförmigen Substrat in einer abgewandelten Ausführung und Fig. 4 eine Draufsicht auf ein scheibenförmiges Substrat der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer praktischen Ausführungsform.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung nach der Erfindung weist eine um ihre Rotationssymmetrieachse 2 als Drehachse drehend antreibbare Trommel 4 auf, auf die ein folienförmiges Substrat 6 in kreiszylindrischer Form aufgespannt ist. Das Substrat 6 trägt eine Vielzahl einzelner Elemente 8 aus Ligand-und Ak- zeptorstrukturen in Form von Spots, die in gleichmäßigen Ab- ständen in Umfangsrichtung der Trommel 4 als erster Koordinate 10 sowie parallel zu der Drehachse 2 als zweiter Koordinate 12 angeordnet sind. Während hier zu Demonstrationszwecken nur verhältnismäßig wenige Elemente 8 auf dem Substrat 6 darge- stellt sind, kann deren Zahl in der Praxis wesentlich größer sein und bis zu etwa 160000 betragen, was einer Belegungsdich- te von etwa 3000 pro cm2 entspricht.

Außerhalb der Trommel 4 ist ein eine Anzahl von Dosierköpfen 14 in gegenseitig festliegender Anordnung tragender Dosier- kopfhalter 16 angeordnet in einer Weise, daß die Mündungen 18 der Dosierköpfe 14 der Oberfläche des Substrats 6 mit geringem Abstand gegenüberliegen. Die Dosierköpfe 14 sind über flexible Leitungen, wie z. B. 20, mit (nicht gezeigten) getrennten Vor- ratsbehältern für die jeweils aufzudosierenden Substanzen ver- bunden, die gewünschtenfalls gekühlt sein können. Die Dosier- köpfe selbst können nach Art einer Tintenstrahldruckerdüse oder einer piezoelektrisch arbeitenden Druckerdrüse ausgebil- det sein.

Die Anzahl der Dosierköpfe 14 in dem Dosierkopfhalter 16 kann zwischen 1 und etwa 100, vorzugsweise bis zu etwa 50, betra- gen. Dabei können die Dosierköpfe in diesem Beispiel, wie ge- zeigt, mehrzeilig angeordnet sein.

Der Dosierkopfhalter 16 ist in Richtung der Drehachse 2 und damit der zweiten Koordinate 12 verfahrbar. Die betreffende Verfahrbewegung ist in Abhängigkeit von der Drehgeschwindig- keit der Trommel 4 steuerbar, ebenso wie die Tätigkeit der Do- sierköpfe 14 in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Trommel 4 wie auch der Verfahrbewegung des Dosierkopfhalters 16 steu- erbar ist, um die jeweilige Substanz in vorgegebener Weise ge- nau auf die einzelnen Elemente 8 des Substrats 6 aufzubringen.

Dabei können die jeweils aufgebrachten Substanzen bzw. die da- mit erhaltenen Strukturen in Verbindung mit den Positionen der einzelnen Elemente 8 auf dem Substrat 6, d. h. im Array, auto- matisch in Form eines Protokolls festgehalten werden. Die Ver- fahrbewegung des Dosierkopfhalters 16 kann gleichmäßig fort- laufend oder aber in kleinen Schritten entsprechend den Ab- ständen der Elemente 8 in Richtung der zweiten Koordinate 12 oder einem der Anzahl der Dosierköpfe 14 in Richtung der zwei- ten Koordinate 12 innerhalb des Dosierkopfes 16 entsprechenden Vielfachen hiervon erfolgen. Auf jeden Fall ist durch die le- diglich eindimensionale Bewegung des Dosierkopfhalters in Ver- bindung mit der kontinuierlichen Drehbewegung des Substrats eine wesentlich raschere Abfolge der einzelnen Dosiervorgänge möglich als dies bei den Pipettierautomaten nach dem Stand der Technik der Fall ist.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform besitzt das Sub- strat, 30, die Gestalt einer kreisrunden Scheibe, die um eine Drehachse 32 drehend antreibbar ist. Das scheibenförmige Sub- strat 30 trägt die einzelnen Elemente, 34, in Ringen und zu- gleich radialen Reihen, die entlang einer ersten Koordinate, 36, bzw. zweiten Koordinate, 38, verlaufend anzunehmen sind.

Entsprechend ist ein Dosierkopfhalter 40 mit einer Reihe fest darin angeordneter Dosierköpfe 42 radial zu der Drehachse 32 verfahrbar angeordnet. Wieder kann die Drehbewegung des Sub- strats und die Verfahrbewegung des Dosierkopfhalters gleich- förmig oder in den Abständen der einzelnen Elemente 34 auf dem Substrat entsprechenden Schritten erfolgen, wobei die jeweils aufdosierten Substanzen in Verbindung mit den Positionen der einzelnen Elemente 34 festgehalten werden.

Fig. 3 zeigt eine derjenigen aus Fig. 2 insoweit ähnliche Aus- führungsform, als das betreffende Substrat 50 wiederum eine um eine Drehachse, 52, drehend antreibbare Scheibe ist. Indessen sind die Elemente 54, außer ringförmig entlang einer ersten Koordinate 56, auf Kreisbögen entlang einer zweiten Koordinate 58 angeordnet, der entlang sich der Dosierkopfhalter 60 bei entsprechender Position des Substrats 50 bewegt. Dazu ist der Dosierkopfhalter 60 nach Art des Tonabnehmerkopfes eines Plat- tenspielers um eine außerhalb des Substrats 50 angeordnete Schwenkachse 62 schwenkbar.

Prinzipiell könnte die Bewegung des Dosierkopfes bei einem Substrat gemäß Fig. 3 auch entlang einem geschlossenen Kreis erfolgen.

Fig. 4 zeigt in Draufsicht eine praktische Ausführungsform ei- nes Substrats nach Art des Substrats 50 aus Fig. 3, bei dem jedoch die Zahl der Elemente mit etwa 10000 wesentlich größer ist. Dennoch kann ein solches Substrat etwa die Gestalt und Abmessungen einer sog. Compact Disk (CD) aufweisen.

Bemerkenswerterweise kann eine solche-oder auch noch größe- re-Zahl von Elementen seitens der Dosierköpfe der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung unter einer einzigen und zudem noch ununterbrochenen Umdrehung des Substrats bedient werden, wobei noch all die betreffenden Bedienmaßnahmen bzw. die daraus-re- sultierenden Strukturen der Elemente automatisch protokolla- risch festgehalten werden.

Um für die jeweilige Ortsbestimmung der einzelnen Elemente 8, 34,54 einen Bezugspunkt zu haben, trägt das jeweilige Sub- strat 6,30,50 etc., wie gezeigt, außerhalb der Anordnung der Elemente eine automatisch abtastbare Nullmarkierung, 70.

Bei jeder Ausführung kann das Substrat sich in einem umhüllen- den Gefäß befinden (nicht gezeigt), das gewünschtenfalls mit einem Inertgas geflutet werden kann. Sofern der Dosierkopfhal- ter nicht innerhalb des Gefäßes angeordnet wird, können die Mündungen der Dosierköpfe oder auch nur die damit aufzubrin- gende Substanzen durch einen Spalt des Gefäßes hindurchtreten.

Für einen Verteilungszyklus werden alle Positionen des Arrays entsprechend der Vorgabe ohne oder zumindest praktisch ohne Start-und Bremsbeschleunigungsvorgänge und deren Zeitbedarf bedient. Nach einem Verteilungszyklus können in der gleichen Vorrichtung-und damit ohne anschließende Neupositionierung mit den einer solchen innewohnenden Positionierfehlern-ver- schiedene notwendige Zwischenschritte erfolgen, die in einer für alle Elemente des Arrays gleichen Behandlung bestehen, so etwa in der Aufgabe bestimmter Reagenzien auf die gesamte Sub- stratoberfläche, einem Spül-oder einem Trocknungsvorgang.

In einer denkbaren Ausführungsform weist das Substrat bzw.

Array zwischen 2500 und 160000 Elemente auf, was einer Bele- gungsdichte von bis zu 3000 Positionen (Spots) pro cm2 ent- spricht. Das jeweils aufzudosierende Volumen kann 100 pl bis 100 nl, die Dosierfrequenz 10 bis 1000 Hz, vorzugsweise etwa 100 Hz, betragen. Die Dosierköpfe können nach dem Prinzip von Tintenstrahldruckerdüsen oder piezoelektrisch arbeitend ge- staltet sein.

Eine Wasch-und Trockenbehandlung des gesamten Substrats in situ kann beispielsweise mittels einer Schwammrolle bzw. durch beschleunigte Drehung des Substrats in einem Schleudergang er- folgen. Ebenso kommt eine forcierte Verdunstung oder Verdrän- gung im Gasstrom in Betracht.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist das Substrat 6 bevorzugt eine flexible aber formstabile Kunststoffolie, in gewünschter Weise funktionalisiert, die auf eine Zylinderwand der Trommel 4 aufgespannt wird. Nach der Arrayherstellung kann diese Folie wieder abgenommen und in ebener Form einem externen Interakti- onstest zugeführt werden.

Um Reagenzien und Lösungsmittel für erforderliche Zwischen- schritte (wie Reaktionsstop, Auswaschen überschüssiger Reagen- zien, etc.) auf der gesamten Substratoberfläche zu verteilen, werden diese entweder unter Drehung des Substrats über geson- derte Düsen auf die Substratoberfläche aufgetragen und gleich- mäßig verteilt, oder die Substratoberfläche wird durch Eintau- chen des Substrats, ggf. unter langsamer Drehung in eine mit diesen Reagenzien bzw. Lösungsmitteln gefüllten Wanne voll- ständig benetzt. Bei der Substratsausführung als ebene Scheibe nach den Figuren 2 bis 4 kann eine Substanz oder Spülflüssig- keit auch dadurch auf die gesamte Substratoberfläche aufge- bracht werden, daß sie bei erhöhter Drehzal des Substrats auf dessen mittleren Bereich aufgetragen wird, um sich von dort weg durch die Fliehkraft über die Substratoberfläche hinweg nach außen zu verteilen.

Bei jeder Ausführung kann die Unterseite des Substrats dazu genutzt werden, z. B. optisch lesbar, Informationen aufzuneh- men, etwa bezüglich der Element-Positionen sowie der Art, der Zusammensetzung und der Struktur der jeweiligen Repertoirs.

Während der Drehung des Substrats werden die in dem jeweiligen Dosierkopfhalter vereinigten Dosierköpfe schrittweise oder auch kontinuierlich entlang der zweiten Koordinate über die Substratoberfläche geführt. Dabei nehmen die Dosierköpfe bezo- gen auf das Substrat nacheinander die Positionen {xi, x (i+1) s, x (i+2) S, x (i+3) S,..., x (i+n) s ein, wobei i der jeweilige Po- sitionierschritt, n die Anzahl der Dosierköpfe im Dosierkopf- halter 16 und S der Abstand der Dosierköpfe untereinander in Richtung der zweiten Koordinate ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Positionierschritte entsprechend den Figuren 1 und 2 geradlinig oder gemäß Fig. 3 als Bogen-oder Winkelbewe- gungen erfolgen.

Wird die Dauer einer Umdrehung des Substrats T in die ganzzah- lige Anzahl z Intervalle der Länge t = T/z unterteilt, so neh- men die Dosierköpfe in bezug auf das Substrat zu jedem Zeit- punkt mt entlang der ersten Koordinate die Positionen Ymi, Ym2, Ym3..., Ymn ein.

Die Koordinaten Xi ; Ym überspannen das gesamte Array des zu er- zeugenden Repertoirs und geben eindeutig die Positionen der einzelnen Elemente (Spots) an. Mit diesen Positionen lassen sich in dem Repertoir (Bibliothek) die jeweiligen substanziel- len Eigenschaften für ein jedes Element speichern.

Das Substrat kann aus Glas, Keramik oder Polyolefinen, mit oder ohne Füllstoffen, wie z. B. Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polymethylpenten (PMP), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) oder Ethylen- Vinylalkohol-Copolymer (EVAL) bestehen und in Form einer Fo- lie, Membran oder Platte gestaltet sein. Es wird entweder, wie nachfolgend unter A) und B) beschrieben, in einem zweistufigen Prozeß an der Oberfläche funktionalisiert, oder es werden, wie unter C) oder D) beschrieben, direkt Aminogruppen eingeführt.

Die unter E) beschriebenen Pfropfpolymerisationen ermöglichen durch den Einsatz von heteroatomsubstituierten Monomeren die Funktionalisierung von Polymeroberflächen unter Vervielfälti- gung der Zahl der ursprunglich eingeführten Funktionalitäten bei gleichzeitiger Ausbildung größerer Abstände von der Sub- stratoberfläche (Spacer).

Bei der zweistufigen Funktionalisierung werden im ersten Schritt abhängig von dem verwendeten Polyolefin funktionelle Gruppen, bevorzugt Hydroxygruppen, an der Oberfläche erzeugt.

In einem weiteren Schritt werden die im ersten Schritt zusätz- lich erzeugten unerwünschten Funktionalitäten, wie Carbonsäu- ren und deren Ester, Aldehyde, Ketone und Alkene, in Hydroxy- gruppen überführt. Dabei läßt sich die Oberflächenkonzentrati- on an funktionellen Gruppen über die Reaktionszeit und -temperatur während des ersten Reaktionsschritts steuern.

Eine Ausnahme ist EVAL, daß nicht weiter behandelt wird, da bereits Hydroxygruppen auf der Oberfläche vorhanden sind.

Die so funktionalisierten Substrate werden direkt für die Syn- these verwendet oder vorher mit Spacern und/oder Linkern ver- sehen.

Diesbezügliche Darstellungen finden sich in : J. S. Früchtel, G. Jung, Angew. Chem. 1996,108,19-46 R. Frank, S. Matysiak, Derivatisierte Polymermaterialien, Pa- tent DE (1) 96 38 085.5 Einige konkrete Vorschriften für die Funktionalisierung von möglichen Substratoberflächen sind in den Verwendungsbeispie- len beschrieben.

A) Schritt 1 : 1. Reaktion : Oxidation von PE, PP und PMP mit Chromtrioxid Die Durchführung erfolgt analog einer Vorschrift für die PP- Oxidation, die in K.-W. Lee, T. J. McCarthy, Macromolecules 1988,21,309-313 beschrieben ist.

2. Reaktion : Oxidation von PE, PP und PMP mit Ozon Die Durchführung erfolgt analog einer Vorschrift, die in K.

Fujimoto, Y. Takebayashi, H. Inoue, Y. Ikada, Journal of Poly- mer Science : Part A, Polymer Chemistry, 1993,31,1035-43 be- schrieben ist.

Verwendet wird ein Ozongenerator der Firma Fischer Labor-und Verfahrenstechnik, Bonn Bad Godesberg Sauerstoffstrom : 20-40 1/h 3. Reaktion : Oxidation von PP, PE, PMP mit Wasserstoffpero- xid in Trifluoressigsäure Die Durchführung erfolgt analog einer Vorschrift, die in N. C.

Deno, E. J. Jedziniak, L. A. Messer, M. D. Meyer, S. G. Stroud, E. S. Tomezsko, Tetrahedron 1977,33,2503-2508 beschrieben ist.

4. Reaktion : Eliminierung von Fluorid aus PVDF Die Dehydrofluorierung mit Natriumhydroxid unter Phasentrans- fer-Bedingungen erfolgt analog einer Vorschrift, die in A. J.

Dias, T. J. McCarthy, Macromolecules 1984,17,2529-2531 be- schrieben ist.

Die Dehydrofluorierung mit DBU erfolgt analog einer Vor- schrift, die in J. V. Brennan, T. J. McCarthy, Polym. Prepr.

(Am. Chem. Soc) Div. Polym. Chem. 1989,30,152-153 beschrie- ben ist.

5. Reaktion : Reduktion von PTFE und PCTFE mit Naphtalin- Natrium Reaktionstemperatur : 21 OC Reaktionszeit : 5 min-24 h Lösungsmittel : THF Durchführung : Die Darstellung der Naphtalin-Natrium-Lösung er- folgt nach H. F. Ebel und A. Lüttringhaus in Houben-Weyl, Me- thoden der organischen Chemie, Band XIII/1, Georg Thieme Ver- lag Stuttgart 1970, S. 381.

Das Substrat wird unter Schutzgas während der angegebenen Re- aktionszeit mit einer 0.1 M-1.25M Lösung von Naphthalin- Natrium in THF bedeckt und geschüttelt. Dann wird das Substrat mit Wasser, 1M wäßriger Natronlauge, 1 M wäßriger Salzsäure und Tetrahydrofuran gewaschen und anschließend getrocknet.

6. Reaktion : Reduktion von PTFE und PCTFE mit Benzoin Die Durchführung erfolgt analog einer Vorschrift, die in C. A.

Costello, T. J. McCarthy, Macromolecules 1987,20,2819-2828 angegeben ist. Die Umsetzung ist für PTFE beschrieben und für PCTFE analog durchführbar.

7. Reaktion : Verseifung von EVA Die Durchführung erfolgt analog einer Vorschrift, die in der Dissertation von K. Schröder, Oberflächenmodifizierung und -charakterisierung von PP-Blends zur Entwicklung eines Bioma- terials", Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 1994, S. 91ff, beschrieben ist.

B) Schritt 2 : Hydroborierung mit Boran/THF-Komplex und Oxidation mit Wasser- stoffperoxid : Die Durchführung erfolgt nach einer Vorschrift, die in K.-W. Lee, T. J. McCarthy, Macromolecules 1988,21,309- 313 beschrieben ist.

Die Hydroborierung mit Boran/Dimethylsulfid-Komplex und Oxida- tion mit Wasserstoffperoxid bzw. Natriumperborat erfolgt nach Vorschriften, die in C. F. Lane, H. L. Myatt, J. Daniels, H. B.

Hopps, J. Org. Chem. 1974,39, S. 1437-1438 und S. 3052-3054, G. W. Kabalka, T. M. Shoup, N. M. Goudgaon, J. Org. Chem. 1989, 54,5930-5933 beschrieben sind.

C) Aminierung von PP-Oberflächen mittels Plasmaverfahren mit Radiofrequenzplasma Durchführung : Probenmaterial und Probenreinigung Die Polypropylen-Proben hatten einen Durchmesser von 115 mm und eine Dicke von 1,9 mm. Für die Bestimmung der Flächenbele- gung mit Aminogruppen wurden neben den ganzen Proben auch ge- viertelte Probenstücke verwendet. Bei den Plasmapolymer- Beschichtungen wurden außer den PP-Proben auch Glassubstrate und doppelseitig polierte Si-Proben beschichtet. Die Proben wurden vor einer Plasmabehandlung bzw. Beschichtung folgenden Reinigungsschritten unterzogen : -Ultraschall-Reinigung in einem neutralen Tensid-Bad bei ca.

60°C Zeit : > 10 min, mit dest. Wasser nachgespült -Ultraschall-Behandlung mit dest. Wasser zur Entfernung der Tensid-Lösung bei ca. 60°C, Zeit : > 10 min, mit dest. Wasser nachgespült, mit Stickstoff trocken geblasen -Aufbewahrung der gereinigten PP-Proben im Trockenschrank bei 50-600C Zeit : > 2 h Die Polypropylen-Proben wurden unmittelbar vor Bestückung der Plasmaanlage aus dem Trockenschrank genommen und auf der unte- ren Elektrode placiert. Vor einem Vorbehandlungs-bzw. Be- schichtungsversuch wurde die Anlage mindestens 1 Stunde evaku- iert, um ein möglichst gutes Endvakuum und damit eine geringe Restgasverunreinigung zu erhalten. In dieser Zeit wird sich die Probentemperatur der Umgebungstemperatur angenähert haben.

Je nach Plasmaleistung und Versuchszeit, erhöht sich die Pro- bentemperatur während einer Oberflächenbehandlung, nur leicht.

Die Abscheidung von Plasmapolymerschichten in einem Nieder- druckreaktor ist ein geeignetes Verfahren, um Kunststoffober- flächen zu beschichten. Die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten lassen sich, durch die Wahl der verwendeten Monome- re, in diesem Verfahren gezielt beeinflussen. Die Monomere werden gasförmig in den Prozeß geleitet und durch ein Plasma zur Polymerisation auf der Substratoberfläche angeregt. Auf diese Weise wächst, durch die Vernetzung der Monomere, eine Plasmapolymerschicht auf. Für die Anregung der Plasmapolymeri- sation ist nur eine geringe Energiedichte notwendig. Bei zu hohen Plasmaleistungen kommt es hingegen zu einer zunehmenden Zersetzung und Spaltung der Monomermoleküle.

Um die Anbindung der Plasmapolymerschicht auf der Polypropy- len-Oberfläche zu verbessern, wurde vor dem Beschichtungspro- zeß eine Plasmavorbehandlung durchgeführt. Dieser Prozeß- schritt wurde mit einem Argon/Sauerstoff-Gemisch bei höherer Plasmaleistung vorgenommen, um die Probenoberflächen zusätz- lich zu reinigen und zu aktivieren.

Die Plasmapolymer-Beschichtungen wurden mit Allylamin in einem Argon-Plasma vorgenommen.

Die Versuche zur Abscheidung von dünnen Plasmapolymerschichten wurden in einer kommerziellen Hochfrequenz-Plasmaanlage (PLAS- MOX 1 der Fa. Plasmos, München) durchgeführt. Bei dieser Par- allelplatten-Anlage können beide Elektroden mit Hochfrequez- Plasma (HF-Anregung : 13,56 Mhz) beaufschlagt werden.

Die Versuche wurden mit geringer Plasmaleistung durchgeführt, wobei für die Beschichtung entweder die untere oder die obere Elektrode mit Hochfrequenz-Anregung betrieben wurde. In der folgenden Tabelle sind die Versuchsbedingungen bei der Plas- mapolymer-Beschichtung aus Allylamin zusammengestellt. ArDruckHF-DruckVersuchs-VersuchbezeichnungVorbehandlung LeistungimProze#ZeitFlowAr sccm mbar W mbar min sccmAr/20sccmO2500,0610(o.E.)0,11615GBF/03/12/97/PLA/120 minHF(u.E.)=200W/2 sccmAr/20sccmO2500,06310(u.E.)0,12515GBF/04/12/97/PLA/120 minHF(u.E.)=200W/2 sccmAr/20sccmO2500,06250(o.E.)0,12615GBF/04/12/97/PLA/220 minHF(u.E.)=200W/2 GBF/04/12/97/PLA/3 20 sccm Ar/20 sccm O2 50 0,063 10 (o.E.) 0,183 15 minHF(u.E.)=200W/2 sccmAr/20sccmO2500,06220(u.E.)0,12715GBF/05/12/97/PLA/120 minHF(u.E.)=200W/2 GBF/05/12/97/PLA/20,06210(o.E.)0,123550 sccmAr/20sccmO2500,06210(o.E.)0,1275GBF/05/12/97/PLA/320 HF (u. E.) =200 W/2 min @ Die Versuche mit Allylamin zeigen, daß eine hohe Aminogruppen- Dichte auf der Polypropylen-Oberfläche erreicht werden kann.

Außerdem konnte die Annahme, daß eine Plasmavorbehandlung ei- nen positiven Einfluß auf die Haftung und die Ausbildung der abgeschiedenen Plasmapolymer-Schicht hat, bestätigt werden.

In einer weiteren Versuchsreihe sollte untersucht werden, ob erstens die hohe Belegung mit Aminogruppen reproduzierbar ist und zweitens sich noch eine Verbesserung der Belegung errei- chen läßt. Ausgangspunkt für diese Versuche war der Versuch GBF/05/12/97/PLA/1, der mit etwa 1 nmol/cm2 eine hohe Dichte an Aminogruppen auf der abgeschiedenen Schicht aufwies. Bei dieser Versuchsreihe wurde die Plasmaleistung, die als ent- scheidene Größe für die hohe Aminogruppen-Dichte angesehen wurde, variiert. Die Hochfrequenzanregung wurde auf der unte- ren Elektrode eingespeist. Die eingestellten Versuchsbedingun- gen sind in folgender Tabelle dargestellt. ArDruckHF-DruckVersuchs-VersuchbezeichnungVorbehandlung LeistungimProze#ZeitFlowAr W(u.E.)mbarminsccmmbar sccmAr/20sccmO2500,059200,12515GBF/22/01/98/PLA/120 minHF(u.E.)=200W/2 sccmAr/20sccmO2500,06300,12615GBF/22/01/98/PLA/220 minHF(u.E.)=200W/2 sccmAr/20sccmO2500,06500,1315GBF/22/01/98/PLA/320 minHF(u.E.)=200W/2 GBF/22/01/98/PLA/4 20 sccm Ar/20 sccm 02 50 0,059 15 0,126 15 HF(u.E.)=200 min sccmAr/20sccmO2500,06200,12615GBF/22/01/98/PLA/520 minHF(u.E.)=200W/2 Die Oberflächenkonzentration an Aminogruppen läßt sich nach der Plasmapolymerisation mit Allylamin durch eine zweistündige Behandlung mit 50% iger Trifluoressigsäure in Dichlormethan bei Raumtemperatur deutlich steigern.

D) Aminierung von Glas und Metalloxidkeramiken Eine Übersicht zur Derivatisierung von Siliciumoxidoberflachen gibt E. F. Vasant, P. van der Voort, K. C. Vrancken, Characte- rization and chemical modification of the silica surface, Stu- dies in Surface Science and Catalysis Vol. 93 ; Elsevier 1995 Amsterdam.

Die beschriebenen Verfahren lassen sich auch auf Glas und Me- talloxidkeramiken anwenden.

E) Pfropfpolymerisation auf Polymeroberflächen Eine Übersicht zur Oberflächenfunktionalisierung von Polymeren durch Pfropfpolymerisation findet sich in M. Ulbricht et al., J. of Membran Science 1996,115,31-47 Y. Ikada, Biomaterials 1994,15,725-736 und in der dort zitierten Literatur.

Logistik : Das Array der Zielstrukturen wird unter Anwendung einer Soft- ware festgelegt und in eine zeitliche Abfolge von Dosieropera- tionen für die Bausteine, Reagenzien und Lösungsmittel trans- formiert, die für den chemischen/enzymatischen Aufbau der Ver- bindungsbibliothek benötigt werden. Alle Bewegungen und Schal- tungen von Ventilen werden durch einen Computer gesteuert.

Interaktionstest mit den Arrays : Variante 1 : Bibliothek von immobilisierten Strukturen Die mit der Bibliothek von Verbindungen belegte Substratober- fläche wird mit der Lösung eines Bindungspartners (Ligand oder Akzeptor) in Kontakt gebracht und inkubiert.

A) Das Substrat wird mit der Lösung überschichtet.

B) Die Lösung wird in einer Wanne entsprechender Abmessungen vorgelegt und das Substrat darin versenkt.

C) Die Lösung wird durch Kapillarkraft zwischen der Substrato- berfläche und einer aufgelegten Deckplatte festgehalten.

Gegebenenfalls können verschiedene Teilbereiche der Sub- stratoberfläche mit entsprechend geformten Deckplattenseg- menten gleichzeitig mit verschiedenen Lösungen unterschied- licher Bindungspartner inkubiert werden.

Der Nachweis des gebundenen Bindungspartners erfolgt : 1. mittels a) radioaktiver Markierung, b) kovalenter Verknüp- fung des Liganden/Akzeptors mit einem Enzym oder c) kova- lenter Verknüpfung des Liganden/Akzeptors mit fluoreszie- renden und nicht fluoreszierenden Farbstoffen. Der Nachweis und die Quantifizierung der Bindung auf den Arrays erfolgt mit marktüblichen Geräten durch Bestimmung der örtlich ge- bundenen Radioaktivität (PhosphorImager), Fluoreszenz (Flu- orImager) oder Chemilumineszenz (LumiImager) ; 2. durch direkte Markierung der Strukturen der Bibliotheksele- mente mit Fluoreszenzfarbstoffen. Die kovalente Verknüpfung der Farbstoffe mit den Bibliothekselementen kann an ver- schiedenen Anknüpfungspunkten erfolgen, beispielsweise in Peptiden N-oder C-terminal. Der Nachweis der Bindung des Bindungspartners erfolgt durch Bestimmung der Änderung der Fluoreszenzintensität nach Interaktion zwischen markiertem Bibliothekselement und Bindungspartner.

Eine weitere Möglichkeit zum Bindungsnachweis ist die Be- stimmung des Energietransfers vom Fluoreszenzfarbstoff auf bestimmte Gruppen im Bindungspartner. Beispielsweise kann die Struktur des Bibliothekselementes mit Anthraniläure (2- Aminobenzoesäure) markiert werden und die Bindung z. B. ei- nes Proteins durch Energietransfer vom Anthranilsäurerest auf einen Tryptophanrest im Protein nachgewiesen werden.

Variante 2 : Bibliothek mit löslichen Strukturen In diesem Fall wird die funktionalisierte und gegebenenfalls mit einem Spacer versehene Substratoberfläche zunächst mit ei- nem"Linker"derivatisiert. Die Bibliothek wird dann auf den Linkerfunktionen aufgebaut. Der Linker erlaubt es, nach der Synthese der Bibliothek die kovalente chemische Verknüpfung mit der Substratoberfläche gezielt zu spalten.

Dazu kann folgendermaßen vorgegangen werden : A) Die gesamte Substratoberfläche wird mit einem z. B. gasför- migen Spaltreagenz behandelt. Die dann noch örtlich ge- trennt vorliegenden Bibliothekselemente werden durch an- schließende Verteilung kleiner Tropfen eines geeigneten Lö- sungsmittels aufgenommen und von dort einzeln in eine Te- stanordnung überführt.

B) Das Spaltreagenz wird in Form von kleinen Tropfen gezielt auf die Orte der Bibliothekselemente verteilt, worauf von dort die abgespaltenen Verbindungen einzeln in eine Te- stanordnung überführt werden.

Verwendungsbeispiele Chemische Funktionalisierung des Substrats A) Schritt 1 : 1. Reaktion : Oxidation mit Chromtrioxid Polymere : PE, PP, PMP Reaktionstemperatur : Raumtemperatur, d. h. ca. 21 OC Reaktionszeit : 15 min-24 h Lösungsmittel : Eisessig und Acetanhydrid im Volumenver- hältnis 1 : 1 Durchführung : Das Substrat wird mit einer 0.5 M Lösung von Chromtrioxid im angegebenen Lösungsmittel bedeckt und bei der angegebenen Re- aktionstemperatur geschüttelt. Nach Ablauf der Reaktionszeit wird das Substrat mit Wasser, 0.1M wäßriger EDTA-Lösung und Ethanol gewaschen und anschließend getrocknet.

2. Reaktion : Oxidation mit Ozon Polymere : PE, PP, PMP Reaktionstemperatur : Raumtemperatur, d. h. ca. 21 OC Reaktionszeit : 15 min-24 h Durchführung : Das Substrat wird in einem Behältnis mit dem durch einen Ozon- generator erzeugten Ozon in einem Sauerstoff-Strom während der angegebenen Reaktionszeit umspült.

Gasstrom : 20-40 1/h Der Ozongenerator stammte von der Firma Fischer Labor-und Ver- fahrenstechnik, Bonn-Bad Godesberg 3. Reaktion : Oxidation mit wäßriger Wasserstoffperoxid-Lösung in Trifluoressigsäure Polymere : PP, PE, PMP Reaktionstemperatur : 50°C bis Rückflußtemperatur Reaktionszeit : 5-90 min Lösungsmittel : Trifluoressigsäure Durchführung : Das Substrat wird während der angegebenen Reaktionszeit mit einer Lösung aus 30% iger wäßriger wasserstoffperoxidlösung in Trifluoressigsäure im Volumenverhältnis 1 : 9 bedeckt und auf die angegebene Reaktionstemperatur erhitzt. Dann wird das Sub- strat mit Wasser, Methanol und Dichlormethan gewaschen und an- schließend getrocknet.

4. Reaktion : Eliminierung von Fluorid aus PVDF Reaktion 4.1 Polymer : PVDF Reaktionstemperatur : 80°C Reaktionszeit : 10-360 min Lösungsmittel : Heptan Durchführung : Das Substrat wird während der angegebenen Reaktionszeit mit einer 1M Lösung von DBU im angegebenen Lösungsmittel bedeckt und geschüttelt. Dann wird das Substrat mit Wasser, Methanol und Dichlormethan gewaschen und anschließend getrocknet.

Reaktion 4.2 Polymer : PVDF Reaktionstemperatur : Raumtemperatur, d. h. ca. 21 Oc bis 80°C Reaktionszeit : 2-360 min Durchführung : Das Substrat wird während der angegebenen Reaktionszeit mit einer 8M wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid und einem Phasen- transferkatalysator, wie z. B. Tetra-n-butylammoniumbromid (10 mg auf 15 ml), bedeckt und geschüttelt. Dann wird das Substrat mit Wasser, Methanol und Dichlormethan gewaschen und anschlie- ßend getrocknet.

5. Reaktion : Reduktion mit Naphtalin-Natrium Polymere : PTFE, PCTFE Reaktionstemperatur : Raumtemperatur, d. h. ca. 21 0 C Reaktionszeit : 5 min-24 h Lösungsmittel : THF Durchführung : Die Darstellung der Naphtalin-Natrium-Lösung wird von H. P.

Ebel und A. Lüttringhaus in Houben-Weyl, Methoden der Organi- schen Chemie Band XIII/1, Georg Thieme Verlag Stuttgart 1970, S. 381 beschrieben.

Das Substrat wird unter Schutzgas während der angegebenen Re- aktionszeit mit einer 0.1M-1.25M Lösung von Naphthalin- Natrium in THF bedeckt und geschüttelt. Dann wird das Substrat mit Wasser, 1M wäßriger Natronlauge, 1M wäßriger Salzsäure und Tetrahydrofuran gewaschen und anschließend getrocknet.

6. Reaktion : Reduktion mit Benzoin Polymere : PTFE, PCTFE Reaktionstemperatur : 500c Reaktionszeit : 1 h-24 h Lösungsmittel : DMSO Durchführung : Unter Schutzgas und Feuchtigkeitsausschluß wird eine 0.4 M Lö- sung von Benzoin in DMSO hergestellt, worauf diese Lösung tropfenweise zu einer 0.4 M Lösung von Kalium-tert.-butylat in DMSO, die das Substrat bedeckt, gegeben wird. Danach wird wäh- rend der angegebenen Reaktionszeit bei der angegebenen Tempe- ratur geschüttelt. Dann wird das Substrat mit Wasser, Methanol und Dichlormethan gewaschen und anschließend getrocknet.

7. Reaktion : Verseitung von EVA Polymer : EVA Reaktionszeit : 1 h-24 h Lösungsmittel : Methanol Durchführung : Das Substrat wird in einer 2M Lösung von Natriumhydroxid in Methanol während der angegebenen Reaktionszeit unter Rückfluß erhitzt. Dann wird das Substrat mit 1M wäßriger Salzsäure, Wasser, Methanol und Dichlormethan gewaschen und anschließend getrocknet.

B) Schritt 2 1. Reaktion : Hydroborierung Polymere : alle Reaktionstemperatur : Raumtemperatur, d. h. ca. 2l0C, bis 50°C Reaktionszeit : 10 min-24 h Lösungsmittel : wasserfreie inerte Lösungsmittel, wie z. B. Te- trahydrofuran, Methyl-tert.-butyl-Ether, Diethylether, Dioxan, Benzol, Toluol, Alkane (C5-C8) Durchführung : Das Substrat wird während der angegebenen Reaktionszeit mit einer 0.1-1M Lösung von Boran-THF-Komplex oder Boran- Dimethylsulfid-Komplex im angegebenen Lösungsmittel bedeckt und bei der angegebenen Reaktionstemperatur geschüttelt.

Oxidation des Boran-haltigen Substrats : Methode A : Oxidation mit Wasserstoffperoxid Das Substrat wird mit einer Lösung aus 30% igem wäßrigen Was- serstoffperoxid und 1.5 M wäßriger Natronlauge im Volumenver- hältnis 1 : 2 bedeckt und 1-3 h bei Raumtemperatur geschüt- telt. Dann wird das Substrat mit 1M wäßriger Natronlauge, 1M wäßriger Salzsäure, Wasser, DMF und Dichlormethan gewaschen und anschließend getrocknet.

Methode B : Oxidation mit Natriumperborat Lösungsmittel : Wasser, THF/Wasser (1 : 1), DMF Reaktionstemperatur : Raumtemperatur, d. h. ca. 21°C, bis 50°C Das Substrat wird mit Natriumperborat und dem angegebenen Lö- sungsmittel bedeckt und 1-3 h bei der angegebenen Reaktions- temperatur geschüttelt. Dann wird das Substrat mit 1M wäßriger Natronlauge, 1M wäßriger Salzsäure, Wasser, DMF und Dichlor- methan gewaschen und anschließend getrocknet.