Die Erfindung bezieht sich auf die Speicherung von Zahlenkodes insbesondere Binärkodes in einer Polymerstruktur, basierend auf einem molekular geprägten Polymer, das mit komplementären Abdrücken einer Abfolge von mindestens zwei verschiedenen chemischen Funktionalitäten eines Templats versehen ist.

Die Möglichkeit zur Speicherung digitaler Informationen auf herkömmlichen Festplatten und ähnlichen Datenträgern wird in naher Zukunft an ihre Grenzen stoßen, da die Speicherdichten solcher Träger nicht beliebig erweiterbar sind. Die exponentiell wachsenden Datenmengen erfordern die Entwicklung zusätzlicher, alternativer Speichermethoden bzw. -materialien. Binär codierte Makromoleküle stellen dabei eine Möglichkeit dar, digitale Daten dauerhaft zu konservieren.

Das Vorbild der Datenspeicherung in Polymeren findet sich in natürlicher DNA. Sequenzen von Nukleobasen verknüpft mit einem auf Phosphat- und Zucker-Molekülen basierenden polymeren Rückgrat tragen eine große Menge an Informationen die in Protein-Moleküle übersetzbar sind. Solche DNA-Sequenzen können auch synthetisch erzeugt werden. Dabei können durch gezielte Abfolge der verwendeten Nukleobasen digitalisierte Daten wie Texte, Bilder und Hörstücke in Binärkodes abgebildet und gespeichert werden ("Towards practical, high-capacity, low-maintenance Information storage in synthesized DNA." Nature, 494: 77-80, 2013; "Robust Chemical Preservation of Digital Information on DNA in Silica with Error-Correcting Codes." Angew. Chem. Int. Ed., 54: 2552-2555, 2015).

Aber auch nicht-natürliche Polymere wie z.B. Polyalkoxy-aminamide können zur Speicherung digitaler Informationen eingesetzt werden ("Design and synthesis of digitally encoded polymers that can be decoded and erased." Nat. Commun. 6: 7237, 2015).

Im Fall der DNA und bei den nicht-natürlichen Polymeren werden also die Daten bzw. die Kodes direkt synthetisiert, wobei das synthetisierte Polymer selbst als Datenspeicher fungiert.

Weiters ist nach dem Stand der Technik das Prinzip des molekularen Prägens von Polymeren (molecularly imprinted polymers, MIPs) bekannt. Das molekulare Prägen ist eine Technik, die unter anderem durch die Gruppe Mosbach entwickelt worden ist, siehe "Drug assay using antibody mimics made by molecular imprinting." Nature 361 : 645-647, 1993; "Molecularly Imprinted Polymers and Their Use in Biomimetic Sensors." Chem. Rev. 100 (7): 2495-2504, 2000; "Molecular Imprinting: Synthetic Materials as Substitutes for Biological Antibodies and Receptors. Chem. Mater." 20 (3): 859-868, 2008; "Synthesis of substrate-selective polymers by hostguest polymerization." Makromol. Chem. 182 (2): 687-692, 1981 ; "New Configurations and Applications of Molecularly Imprinted Polymers." J. Chromatogr. A, 889: 15-24, 2000; Brüggemann O (2002) "Molecularly imprinted materials - receptors more durable than nature can provide." Chapter in Advances in Biochemicai Engineering / Biotechnology, Special Issue: Modern Advances in Chromatography, Springer, edited by Prof. Dr. R. Freitag.

Biomedizinische Anwendungen mit MIPs werden von Liu et al. in "Preparation of protein imprinted materials by hierarchical imprinting techniques and application in selective depletion of albumin from human serum." Sei Rep., 4:5487.doi:10.1038/srep05487, 2014 Jun 30; von Ciardelli et al. in "The relevance of the transfer of molecular Information between natural and synthetic materials in the realization of biomedical devices with enhanced properties." J Biomater Sei Polym Ed., 16(2):219-36, 2005; und von Shi. et al. in „Template-imprinted nanostruetured surfaces for protein recognition. Nature, 398(6728):593-7, 1999 Apr. 15; beschrieben.

Aus der WO 1995021673 A1 und der Publikation "Generation of new enzyme inhibitors using imprinted binding Sites: the anti-idiotypic approach, a step toward the next generation of molecular imprinting". J. Am. Chem. Soc., 123(49): 12420-12421 , 2001 ist die Anwendung von anti-idiotypischen Verfahren an MIPs bekannt.

Beim molekularen Prägen wird zuerst ein Templat-Molekül ausgewählt. Als Templat-Molekül werden insbesondere Biomoleküle, beispielsweise Vitamine, Hormone oder Proteine verwendet. Das Templat-Molekül weist je nach seiner Beschaffenheit mehrere funktionelle Gruppen auf, an welchen komplementäre funktionelle Gruppen binden können. Da die funktionellen Gruppen des Templat-Moleküls eine bestimmte Anordnung zueinander haben, bindet das Templat-Molekül nur an einem anderen Molekül spezifisch, welches die komplementäre Anordnung der komplementären funktionellen Gruppen aufweist. In der Natur erfolgt das Binden von Signalmolekülen an Rezeptoren nach diesem Prinzip. Beim molekularen Prägen wird ein Rezeptor für das Templat-Molekül künstlich erzeugt, indem verschiedene funktionelle Monomere, welche unterschiedliche funktionelle Gruppen aufweisen, mit dem Templat-Molekül in Kontakt gebracht werden, sodass diese an der jeweils komplementären funktionellen Gruppe am Templat-Molekül binden. Die Anordnung der funktionellen Gruppen am Templat-Molekül muss dazu nicht bekannt sein, bzw. spielt für den Vorgang des molekularen Prägens keine Rolle. Sobald die Monomere am Templat-Molekül gebunden sind, werden diese zur Bildung eines Polymers untereinander vernetzt, sodass sie in ihrer Position und Ausrichtung zueinander fixiert sind. Danach wird das Templat-Molekül entfernt, sodass im Polymer ein molekularer Abdruck des Templat-Moleküls zurück bleibt, welcher in Folge als künstlicher Rezeptor für das Templat-Molekül insbesondere ein Biomolekül dienen kann. Der Informationsgehalt des Abdrucks bzw. des MIPs ist darauf beschränkt, ob ein Biomolekül spezifisch bindet oder nicht, ist also auf JA / NEIN beschränkt. Molekular geprägte Polymere (MIPs) können somit zur spezifischen Wiedererkennung des Templats in chromatographischen, extraktiven oder sensorischen Anwendungen zum Einsatz kommen. Zur Datenspeicherung, beziehungsweise zur Speicherung digitaler Informationen oder Kodes wurde diese Technik bisher nicht verwendet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte Methode zur Speicherung von Werten oder digitalen Daten auf molekularer Ebene bereit zu stellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass in einem ersten Schritt ein Templat-Molekül bzw. Templat mit einer definierten Abfolge von definierten funktionellen Gruppen hergestellt wird, wobei die Abfolge einen definierten Wert eines Zahlenkodes bevorzugt eines digitalen Kodes darstellt, bzw. digitale Daten enthält und in einem zweiten Schritt die definierte Abfolge vom Templat-Molekül entsprechend der Methode des molekularen Prägens auf ein Polymer übertragen wird, indem das Templat in Kontakt mit Monomeren gebracht wird, welche komplementäre funktionelle Gruppen aufweisen und sich daher gemäß der definierten Abfolge von definierten funktionellen Gruppen am Templat ausrichten, wobei die Monomere nachfolgend durch Polymerisation zueinander fixiert werden, sodass nunmehr deren funktionelle Gruppen die digitalen Daten tragen. Aus Gründen der besseren Lesbarkeit werden die funktionellen Gruppen des Templats in Folge als Seitenfunktionalitäten bezeichnet, um dieses von den funktionellen Gruppen der Monomere sprachlich zu unterscheiden.

Die erfindungsgemäßen Datenträger sind somit molekular geprägte Polymere (MIPs), die eine definierte Sequenz von Monomeren bzw. Monomereinheiten mit definierten funktionellen Gruppen enthalten, wobei bevorzugt die funktionelle Gruppe einer Monomereinheit 0 codiert und die funktionelle Gruppe einer anderer Monomereinheit 1 codiert. Der Informationsgehalt liegt somit in der Abfolge bzw. Reihenfolge der funktionellen Gruppen am MIP und stellt somit einen Zahlenkode dar. Die Zahlenbasis (Anzahl der unterschiedlichen funktionellen Gruppen) des Zahlenkodes beträgt bevorzugt zwei, sodass der Kode ein Binärkode ist. Wenn das Templat mit einer definierten Abfolge von mehr als zwei unterschiedlichen funktionellen Gruppen hergestellt wird, sodass Monomere bzw. Monomereinheiten mit mehr als zwei unterschiedlichen funktionelle Gruppen am Templat binden, lassen sich auch Zahlenkodes mit einer höheren Basis als 2 im erfindungsgemäßen MIP speichern.

Vorteilhaft ist, dass durch die Wahl der Monomere und bevorzugt durch die Wahl eines geeigneten Vernetzers molekular geprägte polymere Datenträger mit unterschiedlicher Eigenschaft oder Form hergestellt werden können, was bei einer direkten Herstellung eines molekularen Datenträgers, beispielsweise als DNA, nicht möglich ist.

Im Rahmen dieser Erfindung werden daher zunächst Template mit definierten Sequenzen von Tempiat-Molekülen erzeugt, welche mit unterschiedlichen Seitenfunktionalitäten vorliegen, wobei diese Sequenzen die Träger des gewünschten Zahlenkodes insbesondere Binärkodes sind. Das Templat enthält somit eine Sequenz von zumindest zwei Templat-Bausteinen mit jeweils unterschiedlicher chemischer Seitenfunktionalität, wobei diese beiden unterschiedlichen Seitenfunktionalitäten den Binärzahlen 0 und 1 entsprechen. Dabei kann es vorkommen, dass sich ein Templat aus einer Abfolge von nur einem Templat-Baustein zusammensetzt, wenn beispielsweise der Kode nur aus der Binärzahl 0 oder nur aus der Binärzahl 1 besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Templat aus einer Sequenz von zwei Templat- Bausteinen mit jeweils unterschiedlicher chemischer Seitenfunktionalität, wobei die Sequenz mindestens 3, 4, 5, 6, 10, 15, 20 oder mehr Bausteine enthält.

Als Templat-Bausteine können beispielsweise chemische Moleküle verwendet werden, die sich in ihrer funktionellen Seitenkette insbesondere ihrer Seitenfunktionalität unterscheiden. Insbesondere geeignet sind solche Moleküle, die als Seitenfunktionalität eine Carboxygruppe oder eine primäre Aminogruppe tragen, bevorzugter Weise als endständige Gruppe. Jedoch sind auch andere funktionelle Gruppen als Seitenfunktionalität geeignet, sofern sie mit einer komplementären Gruppe eine Verbindung eingehen können. Als Templat-Bausteine können auch Nukleotide, Nukleotid-Derivate wie beispielsweise Peptid-Nukleinsäuren, basische oder saure Vinylmonomere, oligomerisierbare anionische oder kationische Monomereinheiten und andere chemisch verknüpfbare Struktureinheiten mit jeweils zusätzlichen Seitenfunktionalitäten, wie beispielsweise omega-Hydroxycarbonsäuren mit zusätzlicher Carboxy- oder Amino- Funktion, oder omega-Aminosäuren mit zusätzlicher Carboxy- oder Amino-Funktion, verwendet werden.

Besonders geeignete Template sind beispielsweise Peptide und Proteine, welche aus zwei verschiedenen Aminosäuren als Templat-Bausteine bestehen. Vorzugsweise ist ein Templat- Baustein eine saure Aminosäure und der andere Templat-Baustein eine basische Aminosäure. Dabei können auch die unterschiedlichen Enantiomere dieser Moleküle zum Einsatz kommen. Ebenfalls als Template geeignet sind Peptid-Nukleinsäuren (PNA)-Strukturen, die aus einer Sequenz von zwei verschiedenen Nukleobasen-Bausteinen bestehen. Bei diesen Peptid- Nukleinsäuren wird das Zucker-Phosphat-Rückgrat beispielsweise durch ein Pseudopeptid ersetzt.

Mithilfe der Template beziehungsweise zumindest eines Templats mit einer definierten Sequenz von Seitenfunktionalitäten wird erfindungsgemäß ein Polymer geprägt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines molekular geprägten Polymers erfolgt dadurch, dass das Polymer des molekular geprägten Polymers geprägt wird, indem das Polymer in Gegenwart zumindest eines Templats polymerisiert wird, wobei das Templat aus einer definierten, gewählten Abfolge von Bausteinen besteht, wobei die Bausteine ausgewählt sind aus zumindest zwei Arten von Bausteinen, welche sich zumindest hinsichtlich ihrer Seitenfunktionalitäten unterscheiden, wobei Template mit einer beliebigen Abfolge ihrer Bausteine, also entsprechend einem beliebigen Wert des Zahlenkodes, herstellbar sind, wobei an die Seitenfunktionalitäten des Templats Monomere mit ihren zu den Seitenfunktionalitäten komplementären funktionellen Gruppen gebunden sind, wobei sich die Monomere hinsichtlich ihrer funktionellen Gruppen unterscheiden und wobei die Monomere beim Polymerisieren in der Polymerstruktur des Polymers gebunden werden und das Templat nachfolgend mit seinen Seitenfunktionalitäten von den Monomeren gelöst wird, sodass das molekular geprägte Polymer einen definierten Wert des Zahlenkodes insbesondere Binärkodes, gebildet aus den funktionellen Gruppen aufeinanderfolgender Monomere, aufweist, der der gewählten Abfolge der Bausteine jenes Templats entspricht, das zur Herstellung des molekular geprägten Polymers verwendet wurde.

Bevorzugt sind die Monomere, insbesondere deren funktionellen Gruppen, isotopenmarkiert.

Die Erfindung umfasst molekular geprägte Polymere (MIP) enthaltend einen definierten Wert eines Zahlenkodes, insbesondere Binärkodes, welche entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein molekular geprägtes Polymer (MIP) enthaltend einen Binärkode, wobei das molekular geprägte Polymer (MIP) eine definierte Sequenz von Monomeren enthält, wobei die funktionelle Gruppe eines Monomers die Binärzahl 0 und die funktionelle Gruppe eines anderen Monomers die Binärzahl 1 kodiert.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein molekular geprägtes Polymer (MIP) enthaltend einen Zahlenkode insbesondere Binärkode, wobei sich die Monomere des molekular geprägten Polymers (MIPs) in ihrer funktionellen Gruppe unterscheiden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein molekular geprägtes Polymer (MIP) enthaltend einen Binärkode, wobei ein Monomer bzw. eine Monomereinheit des MIPs eine saure Gruppe, wie z.B. eine Carboxygruppe, und das andere Monomer bzw. die andere Monomereinheit des MIPs eine basische Gruppe, wie z.B. eine Aminogruppe, aufweist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein molekular geprägtes Polymer (MIP) enthaltend einen Binärkode, wobei ein Monomer des MIPs Methacrylsäure und das andere Monomer 2-Aminoethylmethacrylat ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein molekular geprägtes Polymer (MIP) enthaltend einen Zahlenkode insbesondere Binärkode, wobei die Sequenz der Monomere mindestens eine Länge von drei Monomeren umfasst, wobei die Monomere gleich oder verschieden sein können.

Eine Sequenz, bzw. ein gespeicherter Zahlenwert kann bevorzugt eine Länge von mindestens 3, 5, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 50 Monomeren aufweisen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein molekular geprägtes Polymer (MIP) enthaltend einen Binärkode, wobei die Sequenz eine Länge von mindestens drei Monomeren aufweist, wobei zumindest ein Monomer der Sequenz eine Carboxygruppe und zumindest ein Monomer der Sequenz eine Aminofunktion trägt.

Bevorzugt wird das molekular geprägte Polymer gemäß folgenden Schritten hergestellt:

a. Herstellen des Templats, wobei das Templat als frei definierbare Abfolge von Templat- Bausteinen mit unterschiedlichen chemischen Seitenfunktionalitäten hergestellt wird, wobei eine Templat-Seitenfunktionalität als logisch 1 und eine Templat- Seitenfunktionalität als logisch 0 angesehen werden kann;

b. Zugabe der Monomere, welche komplementäre funktionelle Gruppen zu den Seitenfunktionalitäten des Templats aufweisen;

c. Selbstorganisation der Monomere an den Seitenfunktionalitäten der Templat-Bausteine über ihre komplementären funktionellen Gruppen;

d. Fixieren des komplementären Binärkodes durch Polymerisierung der Monomere zur Herstellung des Polymers;

e. Entfernen des Templats vom Polymer, sodass die funktionellen Gruppen der Monomereinheiten freiliegen, sodass das Polymer als molekular geprägtes Polymer vorliegt, wobei die Abfolge der funktionellen Gruppen den definierten Wert des Binärkodes bildet.

Die komplementären Monomere, also die in Schritt b) zugegebenen Monomere, können beispielsweise ausgewählt werden aus anionischen und kationischen Monomeren. Zu den anionischen Monomeren zählen beispielhaft Monomere mit elektronenziehenden Substituenten wie Nitril-, Carboxy-, Phenyl- und Vinyl-Gruppen, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Monomethylitaconat, Monomethylfumarat, Monobutylfumarat, Maleinsäureanhydrid, Acrylamidogiykolsäure; Styrolsulfonsäure; Vinylsulfonsäure; Vinylphosphonsäure; 2-Acrylamido-2-methylpropanphosphonsäure, 2- Acrylamido-2-methyl-1-propansulfonsäure und Derivate der in diesem Absatz genannten anionischen Monomere.

Beispielhafte kationische Monomere schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf, kationische ethylenisch ungesättigte Monomere, wie Diallyldialkylammoniumhalogenide, wie Diallyldimethylammoniumchlorid; die (Meth)acrylate von Dialkylaminoalkylverbindungen, wie Dimethylaminoethyl- (meth)acrylat, Diethylaminoethyl(meth)acrylat,

Dimethylaminopropyl(meth)acrylat, 2-Hydroxydimethylaminopropyl(meth)acrylat, Aminoethyl(meth)acrylat und Salze und quaternäre Verbindungen davon; N,N- Dialkylaminoalkyl(meth)acrylamid, wie Ν,Ν-Dimethylaminoethylacrylamid und Salze und quaternäre Verbindungen davon und Derivate der in diesem Absatz genannten kationischen Monomere. Geeignete komplementäre Monomere enthalten somit komplementäre funktionelle Gruppen. Bevorzugt ist das molekular geprägte Polymer bioabbaubar.

Die Erfindung umfasst zudem Verfahren zum Auslesen des Kodes eines erfindungsgemäßen molekular geprägten Polymers.

Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zum Auslesen der gespeicherten Information eines molekular geprägten Polymers, das eine definierte Abfolge von unterschiedlichen funktionellen Gruppen aufweist, die einen definierten Wert eines Zahlenkodes insbesondere Binärkodes wiedergibt, erfolgt dadurch, dass das molekular geprägte Polymer mit einem Pool von Analyt- Templaten in Kontakt gebracht wird, wobei die Analyt-Template unterschiedliche Seitenfunktionalitäten aufweisen, welche komplementär zu den funktionellen Gruppen des molekular geprägten Polymers sind, wobei sich die Analyt-Template hinsichtlich der Reihenfolge ihrer Seitenfunktionalitäten unterscheiden, sodass nur jenes Analyt-Templat spezifisch an eine Abfolge von unterschiedlichen funktionellen Gruppen des Zahlenkodes des molekular geprägten Polymers bindet, welches die zu den funktionellen Gruppen komplementäre Abfolge von Seitenfunktionalitäten aufweist.

Es bindet also jenes Analyt-Templat spezifisch am molekularen Abdruck des erfindungsgemäßen molekular geprägten Polymers, welches dem Templat entspricht, das zur Herstellung des erfindungsgemäßen molekular geprägten Polymers verwendet wurde. Bevorzugt sind die Analyt-Template des Pools isotopenmarkiert.

Ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren zum Auslesen der gespeicherten Information eines molekular geprägten Polymers das gezielt mit einer definierte Abfolge von unterschiedlichen funktionellen Gruppen versehen ist, die einen definierten Wert eines Zahlenkodes insbesondere Binärkodes wiedergibt, erfolgt dadurch, dass zum Auslesen der gespeicherten Information ein antiidiotypisches Verfahren angewandt wird, umfassend die Schritte:

a. Herstellen eines Pools von Molekülen, welche Templat-Bausteine sind, die unterschiedliche Seitenfunktionalitäten aufweisen, wobei je eine Art von Templat-Baustein je eine Seitenfunktionalität aufweist, die komplementär zu einer der funktionellen Gruppen der definierten Abfolge ist,

b. in Kontakt bringen des Pools von Templat-Bausteinen mit dem molekular geprägten Polymer, wobei der Abdruck des molekular geprägten Polymers, welcher den gespeicherten Wert des Zahlenkodes aufweist, als Reaktionsraum fungiert, sodass Templat-Bausteine gemäß ihrer jeweiligen Seitenfunktionalität an den unterschiedlichen funktionellen Gruppen des Abdrucks binden, sodass im Abdruck ein Replikat jenes Templats entsteht, das zur Herstellung des gespeicherten Werts des Zahlenkodes hat verwendet werden können, bzw. verwendet wurde, c. Auslesen des gespeicherten Werts durch Charakterisierung von Replikaten mittels eines analytischen Verfahrens.

Das zweite erfindungsgemäße Verfahren zum Auslesen des Werts des Kodes des MIPs unterscheidet sich vom ersten also dadurch, dass anstelle von Templaten, bestehend aus verbundenden Templat-Bausteinen, lediglich die Templat-Bausteine verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass nicht alle in Frage kommenden Varianten von Analyt-Templaten hergestellt und mit dem molekular geprägten Polymer in Kontakt gebracht werden müssen, sondern lediglich die Templat-Bausteine aus denen die Template bzw. die Analyt-Template gebildet sind. Im Fall eines Binärkodes sind beim zweiten erfindungsgemäßen Ausleseverfahren also lediglich zwei unterschiedliche Templat-Bausteine nötig.

Bevorzugt sind die Templat-Bausteine des Pools isotopenmarkiert.

In den Zeichnungen ist beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren anhand von mehreren Ausführungsvarianten näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 . ein exemplarisches Templat-Molekül mit einem Binärkode auf Basis zweier verschiedener Templat-Bausteine (Lysin und Glutaminsäure).

Fig. 2. ein exemplarisches Templat-Molekül in elektrostatischer Wechselwirkung mit entsprechenden komplementären funktionellen Monomeren.

Fig. 3. den molekularen Abdruck des exemplarischen Templat-Moleküls im Polymer, wobei das Templat-Molekül noch eingebettet ist.

Fig. 4. den molekularen Abdruck des exemplarischen Templat-Moleküls im Polymer, nachdem das Templat-Molekül entfernt wurde.

Fig. 5. die spezifische Wiedererkennung des im molekularen Abdruck des Polymers gespeicherten Binärkodes durch das Templat-Molekül.

Fig. 6. das Auslesen des gespeicherten Binärkodes durch ortsaufgelöste Festkörper- NMR im molekularen Abdruck. Eine selektive Isotopen-Markierung des molekularen Abdrucks bzw. der Monomereinheiten und Templat-Moleküle ermöglicht magnetische dipolare Interaktionen.

In den chemischen Strukturformeln bedeutet PG Schutzgruppe (PG = Schutzgruppe).

Als beispielhaftes Templat 1 kommt das Oktapeptid Lysin-Lysin-Lysin-Lysin-Lysin- Glutaminsäure-Glutaminsäure-Lysin zum Einsatz (siehe Fig. 1 ). Das Templat 1 weist mit Lysin und Glutaminsäure zwei unterschiedliche Templat-Bausteine auf, welche sich hinsichtlich ihrer Seitenfunktionalität 2, 3 unterscheiden. Im Beispiel der Fig. 1 fungiert die Aminofunktion als Seitenfunktionalität 2 des Lysins als binäre„1 ", die Carboxyfunktion als Seitenfunktionalität 3 der Glutaminsäure als binäre„0". Von links nach rechts gelesen ergibt sich somit für das in Fig. 1 abgebildete Beispiel-Templat 1 folgende Sequenz an Seitenfunktionalitäten 2, 3: Amino- Amino-Amino-Amino-Amino-Carboxy-Carboxy-Amino, als Wert des Binärkodes 4 somit 1 1 1 1 1001.

Nach der Zugabe von zumindest zwei unterschiedlichen Monomeren 5, welche funktionelle Gruppe 6, 7 aufweisen die komplementär zu den Seitenfunktionalitäten 2, 3 des Templats 1 sind, wird zunächst die Selbstorganisation von Templat 1 und Monomeren 5 über ihre Funktionalitäten abgewartet, sodass die Monomere 5 entsprechend ihrer funktionellen Gruppe 6, 7 an den Seitenfunktionalitäten 2, 3 binden, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist.

Geeignete Monomere 5 enthalten somit komplementäre funktionelle Gruppen. So ist wie im Beispiel veranschaulicht das erste Monomer 5 Methacrylsäure mit seiner funktionellen Gruppe 6 komplementär zur Seitenfunktionalität 2 in Form der Amino-Funktion des Templat-Bausteins Lysin. Das zweite Monomer 5 in Form von 2-Aminoethylmethacrylat mit seiner funktionellen Gruppe 7 in Form einer Amino-funktionalisierten Seitenkette ist komplementär zur Seitenfunktionalität 3 in Form der Carboxyfunktion des Templat-Bausteins Glutaminsäure. Durch deren komplementäre funktionelle Gruppen organisieren sich also die funktionell komplementären Monomere 5 mit den Templat-Bausteinen. Im Beispiel der Fig. 2 organisiert sich die saure Funktion der Methacrylsäure mit der basischen Funktion des Lysins und die basische Funktion des 2-Aminoethylmethacrylat organisiert sich mit der sauren Funktion der Glutaminsäure des Oktapeptids, welches das Templat 1 bildet. Durch elektrostatische Wechselwirkungen werden so stabile Verbindungen gebildet.

Nach Zugabe eines vernetzenden Monomers kann durch Polymerisation der Monomere 5 die komplementäre Templat-Struktur und somit der Binärkode 4 fixiert und gespeichert werden. Geeignete monomere Vernetzer sind beispielsweise Ethylenglykoldimethacrylat, Butylenglykoldimethacrylat (z. B. Butan-1 ,4-diol-dimethacrylat) und Hexamethylendimethacrylat (z. B. Hexan-1 ,6-dioldimethacrylat).

In Fig. 3 sind die Monomere 5 im vernetzten Zustand dargestellt, diese sind also Bestandteil eines Polymers 8, bzw. an ein Polymer 8 gebunden. Wie dargestellt ist das Templat 1 nach der Polymerisation noch am Polymer 8 gebunden.

Wie in Fig. 4 dargestellt wird das Templat 1 vom Polymer 8 entfernt. Nach Entfernen des Templats 1 mit dessen ursprünglichem Binärkode 4 bleiben dann in den resultierenden molekularen Abdrücken des Polymers 8 die Funktionalitäten der früheren Monomere 5 in einer immobilisierten Konfiguration zurück, so wie es das Templat 1 vorgeben hat. Das Polymer 8 liegt nach Entfernung des Templats 1 somit als molekular geprägtes Polymer 9 kurz MIP vor. Das molekular geprägte Polymer 9 weist freiliegend die funktionellen Gruppen 6, 7 der vernetzten Monomere 5 auf, welche den Binärkode 4 des molekular geprägten Polymers 9 bilden, beispielsgemäß also die Kodefolge bzw. den gespeicherten Wert 1 1 1 1 1001 . Wie in Fig. 5 veranschaulicht erfolgt das Auslesen des derart gespeicherten Wertes des Binärkodes 4 aus den molekularen Abdrücken der MIPs 9 gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Variante dadurch, dass eine Mischung von Analyt-Templaten 10, die auch ein Analyt-Templat 10 enthält, das dem ursprünglichen Templat 1 entspricht, mit einer Suspension von MlP-Partikeln verrührt wird und nach einer Adsorptionsphase die Restgehalte der Analyt-Template 10 im Überstand der MlP-Partikel gemessen werden. Der Gehalt des Analyt-Templats 10, das dem originalen Templat 1 entspricht, ist gegenüber den anderen Analyt-Templaten 10 vermindert, da dieses Analyt-Templat 10 als alleiniges Molekül in den molekularen Abdrücken spezifisch zur Bindung kommt. Dadurch lässt sich ermitteln, welcher Wert des Binärkodes 4 in den molekularen Abdrücken der MIPs 9 vorliegt. Wie dargestellt bindet jenes Analyt-Templat 10 spezifisch im Abdruck, dessen Abfolge von Seitenfunktionalitäten 2, 3 komplementär zu der Abfolge der funktionellen Gruppen 6, 7 des MIPs 9 ist, also bindet die Abfolge 22222332 spezifisch an die Abfolge 66666776, also beispielsgemäß die Seitenfunktionalitätenabfolge Amino-Amino-Amino-Amino-Amino-Carboxy- Carboxy-Amino der Templat-Bausteinabfolge Lysin-Lysin-Lysin-Lysin-Lysin-Glutaminsäure- Glutaminsäure-Lysin an die Funktionellen-Gruppenabfolge Carboxy-Carboxy-Carboxy-Carboxy- Carboxy-Amino-Amino-Carboxy der Monomere 5.

Gemäß eines zweiten erfindungsgemäßen Ausleseverfahrens kann das Herauslesen des Binärkodes 4 auch dadurch erfolgen, dass nach Zugabe von Lösungen chemischer Bausteine der ursprünglichen Tempiat-Moleküle nach Art eines anti-idiotypischen Verfahrens diese Tempiat-Moleküle in den molekularen Abdrücken repliziert werden und nach einer Eluierung und analytischen Charakterisierung deren Kode ermittelbar ist. Dieses zweite erfindungsgemäße Ausleseverfahren erfolgt also dadurch, dass ein Pool von Molekülen hergestellt wird, der zumindest die ursprünglichen Templat-Bausteine des Templats 1 enthält, welches zur Herstellung des MIPs 9 verwendet wurde. Dieser Pool wird mit dem MIP 9 in Kontakt gebracht, wobei der molekulare Abdruck, also der Binärkode 4, des MIPs 9 als Reaktionsraum fungiert. Die komplementären Templat-Bausteine des Pools binden an den molekularen Abdruck, wodurch Replikate der ursprünglichen Template 1 entstehen. Diese Replikate können mittels analytischer Verfahren, beispielsweise mittels chromatographischer Verfahren, charakterisiert werden und so der gespeicherte Kode 4 ausgelesen werden. Der molekulare Abdruck im MIP 9 kann einerseits als Kopierraum für die Vervielfältigung des ursprünglichen Templats 1 fungieren, andererseits kann der molekulare Abdruck auch genutzt werden, um, je nach Wahl der chemischen Bausteine, unterschiedliche Varianten bzw. Derivate des ursprünglichen Templats 1 bei unveränderter Sequenz der Seitengruppen-Funktionalitäten, also des Binärkodes 4, zu erzeugen. Mit anderen Worten kann der Kode im MIP 9 dazu genutzt werden, um Duplikate oder Derivate des Templats 1 zu erzeugen, welche wiederum als Datenoder Informationsträger dienen können, oder zur Herstellung weiterer MIPs 9 verwendet werden können. Auf diese Weise sind die erfindungsgemäßen MIPs 9 kopier- bzw. vervielfältigbar. Fig. 6 veranschaulicht ein Verfahren zum Auslesen des gespeicherten Binärkodes direkt am MIP 9 durch ortsauflösende Festkörper-NMR. NMR steht für Nuclear Magnetic Resonance. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Monomere 5 und die daran bindenden Templat-Bausteine eine selektive Isotopen-Markierung aufweisen, was beispielsweise dadurch erreicht wird, dass die Stickstoff-Atome der Amino-Funktionen und die Kohlenstoff-Atome der Carboxy-Funktionen sowohl der Seitenfunktionalitäten 2, 3 der Templat-Bausteine als auch der funktionellen Gruppen 6, 7 der Monomere 5 in Form der ¹⁵ N- bzw. ³ C-lsotope gewählt werden. Das Auslesen des Binärkodes 4 erfolgt erfindungsgemäß bei der ortsauflösenden, multinuklearen, multidimensionalen Festkörper-NMR dadurch, dass auf Basis der genannten Isotopen-Markierung eine dipolare Rückkopplung mittels Rotational-Echo Double-Resonance (REDOR) oder Radio Frequency-Driven Recoupling (RFDR) Spectroscopy gemessen wird und somit Struktur und Orientierung des Templats 1 , bzw. eines identen Analyt-Templats 10, im MIP 9 und somit die im MIP 9 vorliegende Reihenfolge der funktionellen Gruppen 6, 7 und damit der Wert des Binärkodes 4 festgestellt werden kann.

Die Bindung der isotopenmarkierten Templat-Bausteine im MIP 9 kann dabei in Anlehnung an das erste erfindungsgemäße Ausleseverfahren dadurch erfolgen, dass ein Pool von unterschiedlichen isotopenmarkierten Analyt-Templaten 10, die sich in der Reihenfolge ihrer isotopenmarkierten Templat-Bausteine unterscheiden, in Kontakt mit dem MIP 9 gebracht wird, sodass nur jenes isotopenmarkierte Analyt-Templat 10 spezifisch im Abdruck des MIPs 9 bindet, welches den Wert des Binärkodes 4 des ursprünglichen Templats 1 aufweist, wie in Fig. 6 veranschaulicht ist.

Bevorzugt kann das zweite erfindungsgemäße Ausleseverfahren, welches nach Art eines anti- idiotypischen Verfahrens abläuft, mit isotopenmarkierten Templat-Bausteinen durchgeführt werden. Die isotopenmarkierten Templat-Bausteine binden mit ihrer jeweiligen Seitenfunktionalität 2, 3 an den komplementären funktionellen Gruppen 6, 7 des Abdrucks, also gemäß der Reihenfolge des Binärkodes 4, sodass die isotopenmarkierten Templat-Bausteine gemeinsam ein Duplikat oder Derivat des ursprünglichen Templats 1 bilden, welches entsprechend dem Analyt-Templat 10 der Fig. 6 im isotopenmarkierten Abdruck des MIPs 9 vorliegt.

Da sich die messbare Wechselwirkung zwischen den Isotopen des gebundenen Analyt- Templats 10 und den Isotopen der Monomere 5 je nach Reihenfolge ihrer Anordnung unterscheidet, kann der Wert des Binärkodes 4 direkt am MIP 9 bestimmt werden.

Die hierin beschriebenen molekular geprägten Polymere 9 werden in Gegenwart des Templats 1 bevorzugt über eine Oberflächen-, Fällungs-, Suspensions-, Emulsions- oder Masse- Polymerisation in einem Batch oder Semi-Batch-Verfahren hergestellt und in verschiedenen Formen zum Einsatz gebracht, bevorzugt in Form von sphärischen Partikeln, oder besonders bevorzugt in Form von Polymerbeschichtungen. Diese sphärischen Partikel oder Polymerbeschichtungen können beispielsweise zur Kodierung von Produkten jeder Art eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Größe bis hinunter in den Nanometer-Bereich können die MIPs 9 für den Verbraucher unsichtbar auf langlebigen Produkten aufgebracht werden, sodass deren Herkunft auch nach längerer Zeit noch zweifelsfrei festgestellt werden kann. Die MIPs 9 können so zum Beispiel detaillierte Information über die tatsächliche Herkunft von Originalprodukten enthalten, sodass diese dadurch von Fälschungen unterschieden werden können. Kunststoffmatrizes können direkt mit den beschriebenen molekularen Abdrücken versehen und so codiert werden oder allgemein als Datenträger zum Einsatz kommen. Beispielsweise können spezifische Hersteller- oder Kundendaten oder einfach das Herstellungsdatum als Zahlenwert oder in binärer Form im Abdruck hinterlassen werden.

Darüber hinaus können auch Multi-MIPs 9 erzeugt werden, wobei mehrere verschiedene Template 1 verwendet werden, um parallel verschiedene Zahlenkodes insbesondere Binärkodes 4 mit unterschiedlichen Informationen in molekulare Abdrücke zu prägen. Ein MIP 9 kann somit mehrere unterschiedliche molekulare Abdrücke aufweisen, welche sich hinsichtlich ihrer Kodefolge und/oder Kodelänge unterscheiden können.

Somit umfasst eine weitere Ausführungsform MIPs 9, die mindestens zwei verschiedene Werte eines Zahlenkodes insbesondere Binärkodes 4 enthalten.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die MIPs 9 zur Kennzeichnung und/oder Kodierung von Lebensmitteln, Konsumgütern, Industriegütern, sowie Bestandteilen oder Inhaltsstoffen davon, verwendet.

Beispiel 1

Zur Herstellung eines beispielhaften, erfindungsgemäßen molekular geprägten Polymers 9 wurde als Templat 1 das Tripeptid Glutaminsäure-Lysin-Lysin (EKK) eingesetzt. Der in der Aminosäuresequenz vorliegende Wert des Binärkodes 4 entspricht somit 100. Die Rezeptur dieses Templat-Polymers ist in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1 : Zusammensetzung des molekular geprägten Polymers (MIP1) unter Verwendung des Templats EKK, mit Molmasse, berechneter und tatsächlich eingewogener Masse der Substanzen und ihrer Äquivalente. Molmasse /

Substanz berechnet tatsächlich Äquivalente g mol ^"1

Templat EKK 625,31 15 mg 15,67 mg 1

Metharylamid 86,04 33,00 mg 33,54 mg 15,6

Methacrylsäure 85,05 32,64 mg 33,65 mg 15,8

Ethylenglykol-

198,22 237,75 mg 237,38 mg 47,8 dimethacrylat

Azobis-

164,21 1 ,17 mg 1 ,42 mg 0,35 (isobutyronitril)

Acetonitril 41 ,05 3,75 mL 3,75 mL -

Dimethylsulfoxid 78,13 - 0,2 mL -

Mit Ausnahme des Initiators Azobis(isobutyronitril) wurden alle Komponenten in einer Mischung aus Acetonitril und Dimethylsulfoxid aufgelöst. Die Lösung wurde über 4 Stunden gerührt, um die Ausbildung von elektrostatischen Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen und darüber hinaus nach Protonentransfer lonenbindungen zwischen Templat 1 und den funktionellen Monomeren 5 Methacrylamid und Methacrylsäure zu ermöglichen. Anschließend wurde der Initiator Azobis(isobutyronitril) dazu gegeben und die Lösung wurde 5 Minuten mit gasförmigem Stickstoff gespült. Daraufhin wurde in einem Kühlraum bei 6 °C die Lösung in einen UV-Reaktor gestellt und 24 Stunden einer UV-Bestrahlung unterzogen. Im Anschluss wurde die gebildete Suspension über 24 Stunden mit 6 ml eines Methanol-Essigsäure- Gemisches (9:1 , v:v) gerührt, um das Polymer 8 zu reinigen und vor allem die Templat-Moleküle zu entfernen. Das resultierende molekular geprägte Polymer 9 wurde daraufhin filtriert und zweimal mit einer Methanol-Essigsäure-Mischung und viermal mit Acetonitril gewaschen. Das molekular geprägte Polymer 9 wurde noch weitere 5 min abgesaugt, um eine erste Trocknung herbeizuführen. Weitere Trocknungsschritte umfassten das Spülen des Feststoffs mit gasförmigem Stickstoff über 5 Minuten und das Deponieren im Trockenofen bei 40 °C über einen Zeitraum von 24 Stunden. Die Ausbeute des weiß erscheinenden und pulverartigen molekular geprägten Polymers 9 lag bei 219,66 mg.

Das Templat 1 (das Tripeptid EKK) als Analyt und weitere Vergleichsanalyten bzw. Analyt- Template 10 (die Tripeptide KEK, EKE, EEK, EEE) wurden jeweils in 0,1 ml Dimethylsulfoxid und 8 ml Acetonitril aufgelöst und das pulverartige MIP 9 darin suspendiert. Die genauen Details zu diesen Affinitätsuntersuchungen sind in Tabelle 2 aufgelistet. Diese Suspensionen wurden jeweils 18 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurden jeweils 2 mL dieser Suspensionen entnommen und bei einer Drehzahl von 10000 pro Minute zentrifugiert. Die gewonnenen Überstände wurden mit 8 ml Acetonitril verdünnt und diese Lösungen wurden dann einer spektroskopischen Messung bei einer Wellenlänge von 300 nm unterzogen.

Tabelle 2: Affinitätsuntersuchungen des molekular geprägten Polymers MIP1 mit verschiedenen Tripeptiden, deren eingesetzte absoluten Massen, die Massen des verwendeten molekular geprägten Polymers MIP1 und die gemessenen Konzentrationen der Tripeptide im Überstand nach Erreichen eines Equilibriums.

(E = Glutaminsäure, K = Lysin) *entspricht dem ursprünglichen Templat-Molekül Es zeigte sich in diesem Beispiel, dass das MIP1 eine besondere Affinität zu dem ursprünglichen Templat EKK aufweist (mit * markierte Zeile) mit einer besonders hohen Adsorption aufgrund spezifischer molekularer Abdrücke bzw. mit einem besonders niedrigen Restgehalt im Überstand von nur 0,043 mg ml-1 , im Vergleich zu den vier anderen Tripeptiden KEK (0,073 mg ml-1), EKE (0,069 mg ml-1), EEK (0,072 mg ml-1) und EEE (0,1 17 mg ml-1). Auf diese Weise konnte aus einem Schlüsselsatz von fünf Tripeptid-Molekülen (KEK, EKK, EKE, EEK und EEE) der passende Schlüssel (EKK) aufgrund der gespeicherten Information wieder herausgelesen werden, d.h. die Sequenz EKK bzw. der Binärkode 100.