Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung zur Verwendung in biotechnologischen Analyseverfahren, umfassend einen Grundkörper aus einem Glasverbundmaterial und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung der Vorrichtung zur Analyse biologischer Proben.

Aus der Praxis sind verschiedene Verbundmaterialien, welche verschiedene Glaselemente umfassen bekannt.

Herkömmliche Verfahren zur Herstellung solcher Verbünde umfassen jegliche bekannte Fügeverfahren, inklusive Kleben, Laserschweißen, Ansprengen, thermisches oder chemisches Bonden etc.

Ein Verfahren zum Fügen von Glaselementen in der Herstellung eines Verbundmaterials unter Zuhilfenahme eines Klebers ist zum Beispiel in der DE 102018209589 A1 beschrieben. Die Verwendung von Klebern in der Herstellung von Verbundmaterialien ist problematisch, da hierdurch häufig unvermeidbare, unvorteilhafte bzw. unvorhersehbare Variationen in der Dicke der Klebeschicht und somit in der Dickenvariation des gesamten Verbundes entstehen. Auch können bei dem Verbinden des mit Kleber benetzten Elements mit einem korrespondierenden Gegenstück und während der Aushärtung eines Klebers unvorteilhafte Spannungen zwischen den verbundenen Elementen im Verbundmaterial verbleiben. Die Verwendung von Klebern zum Fügen von Glaselementen, welche Verwendung in der biotechnologischen Analytik finden, birgt weitere Risiken. Beispielsweise kann durch die Dickenvariation der Klebeschicht ein Glasverbundmaterial, das in der Ausgestaltung mirkofluidischer Kanäle Verwendung findet, zu einer inakzeptablen Varianz im Volumen des Kanals führen, und so möglicherweise zu Fehlbestimmungen von Ergebnissen führen. Weiterhin kann es schwierig sein, Kleberrückstände von den zu verbindenden Gläsern zu entfernen, sodass diese selbst zu Verunreinigungen einer Probe führen können. Weiterhin werden Verbundmaterialien in biotechnologischen Verfahren regelmäßig über längere Zeiträume, beispielsweise übermehrere Tage mit aggressiven Färbe und/oder Pufferlösungen sowie hohen Temperaturen und schnellen Temperaturunterschieden ausgesetzt, die zu unvorteilhaftem Ausgasen oder Ausbluten von Bestandteilen des Klebers führen, welche zu Fehlbestimmungen von Ergebnissen, insbesondere in fluoreszenz-basierten Analyseverfahren, führen.

Die WO 2017/035770 A1 beschreibt das Fügen eines Ultradünnglases auf ein Trägerelement mittels Ansprengen, wobei das Ultradünnglas und das Substrat allein über elektrostatische Kräfte miteinander verbunden bleiben. In diesem Verfahren werden die beiden Bauteile bzw. Elemente jedoch nicht irreversibel miteinander verbunden.

Ein Verfahren zum chemischen Fügen von Dünnglas mit einem Glassubstrat ist in der WO2019/100050 beschrieben. In diesem Verfahren wird eine vorübergehende Fügeverbindung zwischen den beiden Glaselementen angestrebt um die Verarbeitung des Dünnglases auch bei Temperaturen von bis zu 500°C zu erleichtern. Die beschriebene Verbindung wird nach Bearbeitung des Dünnglases wieder rückgängig gemacht, ist somit nicht irreversibel.

Weiterhin sind verschiedene Fügeverfahren, wie zum Beispiel, Laserschweißen nicht geeignet, um flächige Elemente über die gesamte Fläche miteinander zu verbinden. Laserschweißen erlaubt üblicherweise das Verbinden mittels einer Schweißnaht oder mittels mehrerer Schweißpunkte.

Das Verbinden bzw. Fügen von beschichteten Gläsern, wie sie regelmäßig in der biotechnologischen Analytik zum Einsatz kommen, grenzt die möglichen Fügeverfahren weiterhin ein. Die Gründe hierfür sind, dass die Beschichtung relevante Oberflächencharakteristika der Glaselemente maskiert, welche für eine Fügeverbindung wie beim Niedertemperatur Waferbonding benötigt werden, dass die Beschichtung inkompatibel mit dem zu verwendenden Kleber ist, oder dass die Beschichtung durch das Fügeverfahren beschädigt oder unbrauchbar wird (thermisches Bonden).

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung zur Verwendung in biotechnologischen Analyseverfahren, umfassend einen Grundkörper aus einem Glasverbundmaterial der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, deren Verwendung zur Analyse biologischer Proben anzugeben.

In einer Ausführungsform löst die vorliegende Erfindung die vorstehend genannten Aufgaben durch eine Vorrichtung umfassend ein Glasverbundmaterial. Dieses Glasverbundmaterial umfasst wenigstens ein erstes Glaselement, eine Haftvermittlerschicht und ein zweites Glaselement, wobei eine Vielzahl von ersten Silan-Haftvermittlern kovalent an eine erste Oberfläche des ersten Glaselements gebunden ist, und wobei eine Vielzahl von zweiten Silan-Haftvermittlern kovalent an eine erste Oberfläche des zweiten Glaselements gebunden ist, dadurch dass die Haftvermittlerschicht durch kovalente Bindungen zwischen den ersten und zweiten Silan-Haftvermittlern gebildet ist, sodass das erste mit dem zweiten Glaselement durch die Haftvermittlerschicht irreversibel verbunden ist.

Unter einer irreversiblen Verbindung wird eine Verbindung verstanden, die dauerhaft sein kann und nicht zerstörungsfrei getrennt werden kann, also z.B. nicht ohne Bruch eines Glaselements oder ohne Beschädigung des Haftvermittlers getrennt werden kann. Nach dem Trennen einer irreversiblen Verbindung ist es nicht möglich, die Verbindung wiederherzustellen. Im Unterschied dazu können reversible Verbindungen zerstörungsfrei gelöst und wieder verbunden werden, oft auch mehrfach.

Glaselemente, die kovalent mit reaktiven Amino-, Epoxy- oder Aldehydsilanen, reaktiven 3-D Hydrogelen oder 3-D Polymeren beschichtet sind, sind bekannt und werden regelmäßig in der biotechnologischen Analytik eingesetzt.

In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass, in verblüffend einfacher Weise eine Verbindung zwischen wenigstens zwei komplementär beschichteten Glaselementen realisiert werden kann, in dem komplementär reaktive Gruppen von Silan-Haftvermittlern kovalente Bindungen miteinander eingehen, welche die beschichteten Glaselemente (und zwar über die gesamte, korrespondierenden mit Silan-Haftvermittler beschichteten Flächen) irreversible miteinander verbinden. Weiterhin kann das Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung weitere Glaselemente umfassen, die wiederum über komplementär reaktive Silan-Haftvermittler in eine Fügeverbindung gebracht werden können. Insbesondere können durch eine erfindungsgemäße Anordnung bzw. Oberflächenstrukturierung der Glaselemente Durchgänge in dem Verbundmaterial erzeugt werden, deren Innenflächen die jeweiligen reaktiven und funktionellen Glasbeschichtungen aufweisen. Daher ist in weiter erfindungsgemäßer Weise vorgesehen, erfindungsgemäße Vorrichtungen umfassend das Glasverbundmaterial besonders vorteilhafterweise in der Analyse von biologischen Proben einzusetzen, da die einzelnen Glaselemente bereits für eine solche Analyse besonders geeignete Beschichtungen aufweisen.

„Glaselemente“ im Sinne dieser Offenbarung, also Glaselemente die in der hier beschriebenen Erfindung zum Einsatz kommen, sind ausdrücklich makroskopische Glaselemente. Somit schließt der Begriff „Glaselement“ hier mikroskopische Glaspartikel, insbesondere Nanopartikel, wie sie in Glaspulvern zur Beschichtung einer Glasfläche verwendet werden, ausdrücklich aus. Stattdessen sind die Glaselemente dieser Offenbarung Bauteile aus Glas, die wenigstens eine Oberfläche aufweisen, welche mit einer korrespondierenden Oberfläche eines anderen Glaselements in Verbindung gebracht werden können. Vorzugsweise sind Glaselemente im Sinne dieser Offenbarung flächig ausgebildete, insbesondere planare Elemente, welche stapelbar über jeweils korrespondiere Oberflächen miteinander in Verbindung gebracht werden können (z.B. Glasscheiben).

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung, kann das Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein drittes Glaselement und eine weitere Haftvermittlerschicht umfassen, wobei:

(a) eine Vielzahl der ersten Silan-Haftvermittler kovalent an eine zweite Oberfläche des zweiten Glaselements gebunden ist, und wobei eine Vielzahl der zweiten Silan- Haftvermittler kovalent an eine erste Oberfläche des dritten Glaselements gebunden ist, sodass die weitere Haftvermittlerschicht durch kovalente Bindungen zwischen den ersten und zweiten Silan-Haftvermittlern gebildet ist, sodass das zweite mit dem dritten Glaselement durch die weitere Haftvermittlerschicht irreversibel verbunden ist; oder

(b) eine Vielzahl der zweiten Silan-Haftvermittler kovalent an eine zweite Oberfläche des zweiten Glaselements gebunden ist, und wobei eine Vielzahl der ersten Silan-Haftvermittler kovalent an eine erste Oberfläche des dritten Glaselements gebunden ist, so dass die weitere Haftvermittlerschicht durch kovalente Bindungen zwischen den ersten und zweiten Silan-Haftvermittlern gebildet ist, sodass das zweite mit dem dritten Glaselement durch die weitere Haftvermittlerschicht irreversibel verbunden ist.

Im Folgenden werden einige der aus Kombination von komplementär reaktiven ersten und zweiten Silan-Haftvermittlern vorteilhaften Ausgestaltungen des Glasverbundmaterials der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Bevorzugt umfasst:

(a) wenn der erste Silan-Haftvermittler aus Silan-Haftvermittlern und

Kombinationen von Silan-Haftvermittlern, welche reaktive Epoxy-, Aldehyd oder Polymergruppen umfassen, ausgewählt ist, der zweite Silan- Haftvermittler eine reaktive Amino-Gruppe; oder

(b) wenn der zweite Silan-Haftvermittler aus Silan-Haftvermittlern und

Kombinationen von Silan-Haftvermittlern, welche reaktive Epoxy-, Aldehyd- und Polymergruppen umfassen, ausgewählt ist, der erste Silan-Haftvermittler eine reaktive Amino-Gruppe; oder

(c) wenn der erste Silan-Haftvermittler aus Silan-Haftvermittlern und

Kombinationen von Silan-Haftvermittlern, welche reaktive Epoxygruppen umfassen, ausgewählt ist, der zweite Silan-Haftvermittler eine reaktive Thiol- Gruppe; oder

(d) wenn der zweite Silan-Haftvermittler aus Silan-Haftvermittlern und

Kombinationen von Silan-Haftvermittlern, welche reaktive Epoxygruppen umfassen, ausgewählt ist, der erste Silan-Haftvermittler eine reaktive Thiol- Gruppe.

Der Begriff „Silan-Haftvermittler“ im Rahmen dieser Offenbarung umfasst kovalent an eine Glasoberfläche gebundene Silane mit reaktiven Epoxy-, Aldehyd-, Thiol-, Amino- oder Polymergruppen.

Epoxysilan-, Aldehydsilan-, Aminosilan-, und

N-Hydroxysuccinimidsilan-Haftvermittler.

Insbesondere N-Hydroxysuccinimidsilan-Haftvermittler können neben der reaktiven Estergruppe des N-Hydroxysuccinimids ein Polymer umfassen, sodass eine Vernetzung zwischen den reaktiven N-Hydroxysuccinimidsilan-Haftvermittlern möglich ist. In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung kann ein Glaselement mit einem quervernetzen „Polymersilan-Haftvermittler“ beschichtet sein.

Aminosilan-, Epoxysilan und/oder N-Hydroxysuccinimidsilan-Haftvermittler- Beschichtungen sind besonders geeignet Oligonukleotidmoleküle zu binden bzw. zu immobilisieren. Weiterhin sind Epoxysilan- und/oder Aldehydsilan-Haftvermittler- Beschichtungen besonders geeignet Peptide zu binden, und Aldehydsilan-, Epoxysilan und/oder N-Hydroxysuccinimidsilan-Haftvermittler -Beschichtungen sind besonders geeignet Proteine zu binden.

Die Begriffe „erste“ und „zweite“ Haftvermittler sind im Rahmen dieser Offenbarung im weitesten Sinne zu verstehen. Insbesondere ist aus ihnen keine Reihenfolge im zeitlichen Sinne oder eine Präferenz bezüglich ihrer Auswahl zu verstehen. Stattdessen deuten die Begriffe lediglich an, dass die kovalente Verbindung durch zwei komplementär reaktive Silan-Haftvermittler vermittelt wird, nämlich einem „ersten“ und einem „zweiten“ Silan-Haftvermittler. Dabei sind „komplementär reaktive“ Silan-Haftvermittler solche Silan-Haftvermittler, die miteinander eine kovalente Bindungsreaktion eingehen können. Beispielsweise sind Aminosilan-Haftvermittler komplementär reaktiv mit Epoxysilan-, Aldehydsilan- und Polymersilan-Haftvermittlern.

Bevorzugt kann ein Epoxysilan-Haftvermittler eine kovalente Bindung mit einem Aminosilan- oder einem Thiosilan-Haftvermittler eingehen. In besonders vorteilhafter Weise wird bei der Bindungsreaktion zwischen einem Epoxysilan-Haftvermittler und einem Aminosilan- oder einem Thiosilan-Haftvermittler kein Kondensationsprodukt erzeugt, welches in der Haftvermittlerschicht verbleibt.

Bevorzugt kann ein Aldehydsilan-Haftvermittler eine kovalente Bindung mit einem Aminosilan-Haftvermittler eingehen:

Bevorzugt kann ein Polymersilan-Haftvermittler eine kovalente Bindung mit einem Aminosilan-Haftvermittler eingehen. In vorteilhafter Weise weisen die über die Silan-Haftvermittler miteinander zu verbindenden, korrespondierenden Oberflächen der Glaselemente eine Rauheit und/oder Oberflächenstruktur auf, welche einen Abstand zwischen den Oberflächen gewährleistet, der die kovalente Bindung zwischen den jeweiligen Silan- Haftvermittlern ermöglicht. In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen wird hierdurch die Verbindung der Glaselemente ermöglicht, ohne dass sich in der Haftvermittlerschicht Hohlräume bilden, welche die strukturelle Integrität des Glasverbundmaterials beeinträchtigen.

In Bezug auf die Bindungsreaktivität der Silan-Haftvermittler kann dieser Abstand auch als Wirkungsabstand bezeichnet sein. Unter korrespondierenden Oberflächen werden in diesem Zusammenhang diejenigen Oberflächen der Glaselemente verstanden, die im Glasverbundmaterial über die Haftvermittlerschicht miteinander verbunden sind, und die entsprechend ihrer Oberflächenstruktur so korrespondieren, dass sie miteinander in den Wirkungsabstand verbracht werden können. Wenn der Abstand zwischen zwei mit komplementär reaktiven Silan-Haftvermittlern beschichteten Oberflächen kleiner oder gleich dem Wirkungsabstand ist, kommt es zu einer Bindungsreaktion, sodass die komplementär reaktiven Silan-Haftvermittler eine kovalente Bindung eingehen und die Haftvermittlerschicht des Glasverbundmaterials der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet und so die Oberflächen der Glaselemente, bzw. die Glaselemente kovalent und irreversibel miteinander verbindet. Im Gegensatz zu aus der Praxis bekannten Kleberschichten, bildet die derart erzeugte Haftvermittlerschicht eine besonders dünne und homogene Schicht mit zu vernachlässigender Dickenvariation. In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist die Dicke der Haftvermittlerschicht geringer als 20 nm, bevorzugt geringer als 10 nm und weiter bevorzugt geringer als 5 nm.

Im Hinblick auf die zu verwendenden Glaselemente ist denkbar, dass diese aus: Kalk- Natron-Glaselementen, Borosilikat-Glaselementen, Quarzglaselementen und/oder alkalifreien Alumino-Borosilikat-Glaselementen ausgewählt sind. Bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung entsprechend eines Lithium-Aluminiumsilikatglases (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzungen Gewichts-%) haben: Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung entsprechend eines Kalknatron-Silikatglases (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung entsprechend eines Borosilikatglases (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung entsprechend eines Alkali-Aluminiumsilikatglases (in Gewichts- %) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung entsprechend eines alkaliarmen Aluminiumsilikatglases (in Gewichts-%) haben: Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung (in Gewichts-%) haben: Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung (in Gewichts-%) haben:

Wiederum bevorzugt kann das Glas eines im Glasverbundmaterial der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Glaselements die folgende Zusammensetzung (in Gewichts-%) haben:

Es versteht sich, dass die jeweiligen Glasbestandteile der aufgeführten Glaszusammensetzungen in der Summe 100 Gewichts-% betragen müssen. Dennoch können die in der der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Gläser, insbesondere die oben beschriebenen Gläser, wiederum modifiziert sein. So kann beispielsweise die Farbe des jeweiligen Glases verändert sein.

In vorteilhaften Ausgestaltungen werden die Glaselemente unter Verwendung besonders reiner Rohstoffe hergestellt, um die Fluoreszenz unter Beleuchtung mit UV-Strahlung und/oder Strahlung im sichtbaren Licht zu minimieren. Insbesondere die Verwendung von Rohstoffen mit sehr niedrigem Eisenanteil hat sich hierfür als vorteilhaft erwiesen. Die so hergestellten Gläser enthalten also in vorteilhafter Weise besonders wenige Verunreinigungen, insbesondere wenig Eisen. In einer weiteren Ausführungsform löst die vorliegende Erfindung die vorstehend genannten Aufgaben mit einer Vorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung zur Verwendung in biotechnologischen Analyseverfahren, umfassend einen Grundkörper aus dem Glasverbundmaterial, wobei der Grundkörper ein oder mehrere Durchgänge umfasst, insbesondere ein Durchgang oder mehrere Durchgänge, die als Kanal oder Kanäle für Flüssigkeiten ausgebildet sind.

In vorteilhafter Weise kann das erste Glaselement als eine Bodenplatte der Vorrichtung und das zweite Glaselement als eine Deckplatte der Vorrichtung ausgebildet sein.

Im Hinblick auf die Ausgestaltung des zweiten Glaselements zur Realisierung des Durchgangs im Grundkörper ist es denkbar, dass der Durchgang oder die Durchgänge als Aussparung oder Aussparungen in dem zweiten Glaselement ausgebildet sind. Bevorzugt können die Aussparungen so geformt sein, dass durch deren Geometrie ein besonderes Strömungsverhalten von durch den Durchgang bzw. die Durchgänge strömenden Flüssigkeiten erzeugt wird.

In weiter vorteilhafter Weise kann das erste Glaselement als eine Bodenplatte der Vorrichtung und das dritte Glaselement als eine Deckplatte der Vorrichtung ausgebildet sein. Hier wirkt das zweite Glaselement als Interposer (bzw. Abstandshalter oder Zwischenstück) zwischen dem ersten und dritten Glaselement. In besonders vorteilhafter Weise kann das zweite Glaselement in solchen Ausführungsformen eine oder mehrere Öffnungen umfassen, wobei die Öffnung bzw. Öffnungen im zweiten Glaselements derart ausgebildet sind, sodass der durch die Öffnung bzw. Öffnungen gebildete Raum bzw. die gebildeten Räume in der Vorrichtung den Durchgang oder die Durchgänge bilden. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Glaselement in weiter vorteilhaften Ausführungsformen mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Teile des zweiten Glaselements derart ausgebildet sind, sodass der Raum bzw. die Räume zwischen den einzelnen Teilen den Durchgang oder die Durchgänge bilden.

In bevorzugten Ausgestaltungen, verleiht ein als Bodenplatte ausgebildetes erstes Glaselement der Vorrichtung Stabilität, die die Handhabung der Vorrichtung erleichtert, bestimmt ein als Interposer ausgestaltetes zweites Glaselement die Geometrie, insbesondere die Höhe und Breite, des Durchgangs bzw. der Durchgänge, und dadurch das Volumen des Durchgangs bzw. der Durchgänge, und ist das als Deckplatte ausgebildete dritte Glaselement gemäß des Analyseverfahrens, in dem die Vorrichtung eingesetzt wird, ausgewählt, sodass eine störungsfreie und hochauflösende Detektion des Analysesignals möglich ist.

In vorteilhafter Weise ist das erste Glaselement, insbesondere ein als Bodenplatte ausgebildetes erstes Glaselement, zwischen 0,5 und 2,0 mm dick, insbesondere 0,5 mm 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm oder 1 ,0 mm dick, um der Vorrichtung Stabilität zu verleihen und die Handhabung der Vorrichtung zu erleichtern.

In weiter vorteilhafter Weise ist das zweite Glaselement, insbesondere ein als Interposer ausgebildetes zweites Glaselement, eine Glasscheibe mit einer Dicke von zwischen 0,05 und 0,3 mm, insbesondere zwischen 0,1 und 0,175 mm. In besonders vorteilhafter Weise ist das zweite Glaselement eine Glasscheibe mit einer Dicke von, insbesondere ein als Interposer ausgebildetes zweites Glaselement, 0,05 mm, 0,075 mm, 0,1 mm, 0,125 mm, 0,15 mm oder 0,175 mm dick. Hierdurch kann das Volumen des Durchgangs wiederum vorteilhaft äußerst geringgehalten werden, sodass die Mengen der im Analyseverfahren einzusetzenden hochpreisigen und/oder aggressiven bzw. giftigen Reagenzien minimiert werden kann.

In vorteilhafter Weise ist das dritte Glaselement, insbesondere ein als Deckplatte ausgebildetes drittes Glaselement, zwischen 0,1 und 0,5 mm dick, insbesondere zwischen 0,15 und 0,2 mm dick. In besonders vorteilhafter Weise ist das dritte Glaselement, insbesondere ein als Deckplatte ausgebildetes drittes Glaselement, 0,1 mm, 0,15 mm, 0,2 mm oder 0,25 mm dick. Hierdurch kann in vorteilhafter weise der Abstand zwischen einem zu detektieren Analysesignal innerhalb des Durchgangs der Vorrichtung und einem optischen Verstärker bzw. Detektor, beispielsweise einer in der Fluoreszenzmikroskopie eingesetzten Mikroskop-Optik, ebenfalls geringgehalten werden, sodass eine störungsfreie und hochauflösende Detektion des Analysesignals möglich ist.

In besonders vorteilhafter weise kann in allen beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung an wenigstens eine Oberfläche des Durchgangs oder der Durchgänge eine Vielzahl der zweiten Silan-Haftvermittler gebunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann an wenigstens eine Oberfläche des Durchgangs oder der Durchgänge eine Vielzahl der ersten Silan-Haftvermittler gebunden sein. Dies ermöglicht die Immobilisierung von mit dem ersten und/oder zweiten Silan- Haftvermittlern komplementär reaktiven Biomolekülen an der jeweiligen Oberfläche des Durchgangs oder der Durchgänge aus einer durch den Durchgang oder die Durchgänge geführten in Flüssigkeit gelösten biologischen Probe, sodass einerseits die Zusammensetzung der Probe und andererseits das immobilisierte Biomolekül selbst analysiert werden kann.

Der Durchgang bzw. die Durchgänge der Vorrichtung haben wenigstens eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung durch die in der Regel in Flüssigkeit gelöste biologische Proben in den Durchgang eintreten oder eingebracht werden bzw. austreten oder entnommen werden. Durch die einfach zu realisierende präzise Formung der Glaselemente und die reproduzierbare Dicke der Haftvermittlerschicht kann das Volumen eines Durchgangs in der Vorrichtung mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. So kann das Volumen einer in Flüssigkeit gelösten Probe dem Volumen des Durchgangs angepasst werden, sodass wahlweise nicht nur die Bodenfläche des Durchgangs mit Probe in Verbindung gebracht wird, sondern durch vollständiges Füllen des Durchgangs auch die Seiten- und Deckenfläche des Durchgangs. Gleichermaßen kann das gesamte Volumen des Durchgangs leicht mit Waschlösungen durchspült werden, sodass unvorteilhafte Verunreinigungen vermieden werden können.

Durch die Ausgestaltung des zweiten Glaselements können weiterhin vorteilhafterweise mehrere mikrofluidische Durchgänge durch die Vorrichtung führen und so die parallele Analyse einer Vielzahl von Proben ermöglichen, wobei das Risiko einer Kreuzkontamination gering ist.

Des Weiteren kann der Grundkörper der Vorrichtung Befestigungselemente umfassen. Zum Beispiel kann ein als Bodenplatte der Vorrichtung ausgebildetes erstes Glaselement Elemente zur Befestigung der Bodenplatte in einem Laborautomaten zum Einbringen von Proben und Lösungen in die Vorrichtung umfassen. Der Grundkörper kann des Weiteren Befestigungselemente für Analyseinstrumente oder Zu- und Ableitungen umfassen, welche in manchen Ausführungsformen auch im Fluidkontakt mit einem Durchgang oder mehreren Durchgängen der Vorrichtung stehen können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in besonders vorteilhafter Weise für den Einsatz in biotechnologischen Analyse Verfahren geeignet, insbesondere in Verfahren, welche den Einsatz von hochpreisigen und/oder nur in kleinsten Mengen verfügbaren, in Flüssigkeit gelösten Reagenzien erfordern. Die bei solchen Verfahren üblichen Reaktionen können in erfindungsgemäßen Vorrichtungen in dem Durchgang bzw. in den Durchgängen stattfinden, welche vorteilhafter Weise als mikrofluidische Kanäle bzw. Reaktionskammern ausgebildet sein können.

In verschiedenen Ausführungsformen ist die Vorrichtung ein Microarray, ein Biochip oder eine Durchflusskammer. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung, als Mikrofluid-Durchflusskammer (microfluidic flow cell) ausgebildet sein, welche beispielsweise in Verfahren des Next Generation Sequencings (NGS, den neusten DNA-Sequenzierungstechnologien) eingesetzt werden.

In vorteilhafter Weise können Oligonukleotidmoleküle, die in den Durchgang bzw. die Durchgänge eingebracht werden, an den in den Durchgang bzw. die Durchgänge ragenden, weiterhin reaktiven Silan-Flaftvermittlern, insbesondere an Aminosilan-, Epoxysilan- und/oder NFIS-Silan-Flaftvermittlern, immobilisiert werden.

In NGS-Verfahren sind diese Oligonukleotide üblicherweise Linker-Sequenzen, an die die zu sequenzierende Nukleotidsequenz wiederum durch Hybridisierung gebunden wird und im Durchgang der Vorrichtung für die weiteren enzymatischen Polymerasereaktionen präsentiert wird. Ein NGS-Verfahren in einem mikrofluidischen Durchgang bzw. Kanal durchzuführen erlaubt eine erhöhte Reaktionseffizienz, da die für die jeweiligen Reaktionsschritte notwendigen Temperaturen in den kleinen Volumina besonders schnell ohne unvorteilhafte Verzögerung erreicht werden.

In erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die eine Vielzahl von Durchgängen umfassen, können parallel eine Vielzahl in den einzelnen Durchgängen vorteilhafterweise unterschiedliche mikrofluidische Verfahren durchgeführt werden, sodass die Vorrichtung als Miniatur-Labor oder Biochip eingesetzt wird. Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung eines Glasverbundmaterials offenbart, umfassend

- Bereitstellen eines ersten Glaselements, welches eine erste Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von ersten Silan-Haftvermittlern gebunden ist, sowie eines zweiten Glaselements, welches

(a) eine erste Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von zweiten Silan-Haftvermittlern gebunden ist oder

(b) eine erste Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von zweiten Silan-Haftvermittlern gebunden ist und eine zweite Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von zweiten Silan-Haftvermittlern gebunden ist; und

- Inkontaktbringen der ersten Oberfläche des ersten Glaselements mit der ersten Oberfläche des zweiten Glaselements, sodass die ersten mit den zweiten Silan-Haftvermittlern kovalente Bindungen eingehen und eine

Haftvermittlerschicht zwischen dem ersten und zweiten Glaselement bilden, sodass das erste Glaselement irreversibel mit dem zweiten Glaselement verbunden wird.

In vorteilhafter Weise kann das Verfahren auch das

- Bereitstellen eines dritten Glaselements, welches eine erste Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von ersten Silan-Haftvermittlern gebunden ist; und

- Inkontaktbringen der ersten Oberfläche des dritten Glaselements mit der zweiten Oberfläche des zweiten Glaselements, sodass die ersten mit den zweiten Silan-Haftvermittlern kovalente Bindungen eingehen und eine

Haftvermittlerschicht zwischen dem zweiten und dritten Glaselement bilden und das zweite Glaselement irreversibel mit dem zweiten Glaselement verbinden, umfassen.

In einer weiteren Ausführungsform löst die vorliegende Erfindung die vorstehend genannten Aufgaben mit einem Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend

- Bereitstellen eines ersten Glaselements, welches eine erste Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von ersten Silan-Haftvermittlern gebunden ist, sowie eines zweiten Glaselements, welches: (a) eine erste Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von zweiten Silan- Haftvermittlern gebunden ist; oder

(b) eine erste Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von zweiten Silan- Haftvermittlern gebunden ist und eine zweite Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von zweiten Silan-Haftvermittlern gebunden ist, und

(c) wobei das das zweite Glaselement ein oder mehrere Aussparungen oder Öffnungen (14) zur Bildung des Durchgangs oder der Durchgänge umfasst; oder

(d) wobei das zweite Glaselement mehrteilig ausgebildet ist, wobei die einzelnen Teile des zweiten Glaselements derart ausgebildet sind, sodass der Raum bzw. die Räume zwischen den einzelnen Teilen den Durchgang oder die Durchgänge bilden; und

- Inkontaktbringen der ersten Oberfläche des ersten Glaselements mit der ersten Oberfläche des zweiten Glaselements, sodass die ersten mit den zweiten Silan-Haftvermittlern kovalente Bindungen eingehen und die miteinander verbundenen Glaselemente den Grundkörper der Vorrichtung bilden.

In vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch das

- Bereitstellen eines dritten Glaselements, welches eine erste Oberfläche umfasst, an die eine Vielzahl von ersten Silan-Haftvermittlern gebunden ist; und

- Inkontaktbringen der ersten Oberfläche des dritten Glaselements mit der zweiten Oberfläche des zweiten Glaselements, sodass die ersten mit den zweiten Haftvermittlern kovalente Bindungen eingehen und die miteinander verbundenen Glaselemente den Grundkörper der Vorrichtung bilden, umfassen.

Sowohl in dem beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Glasverbundmaterials als in dem beschriebenen Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Inkontaktbringen unter Bedingungen durchgeführt, welche die Bindungsreaktion zwischen den jeweiligen Silan-Haftvermittlern ermöglichen. Diese Bedingungen sind dem Fachmann aufgrund des allgemeinen Fachwissens zugänglich. Beispielsweise kann das Inkontaktbringen in vorteilhaften Ausgestaltungen ein Aneinanderpressen der jeweiligen Oberflächen der Glaselemente umfassen. In weiter vorteilhafter Weise kann das Aneinanderpressen für eine Dauer von zwischen 10 Sekunden und 12 Stunden, bevorzugt zwischen einer Minute und einer Stunde, weiter bevorzugt zwischen 5 Minuten und 30 Minuten durchgeführt werden

In weiter vorteilhafter Weise kann das Inkontaktbringen in einer feuchten Atmosphäre, insbesondere in einer Atmosphäre mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von zwischen 30 und 95%, bevorzugt zwischen 25 und 75%, weiter bevorzugt zwischen 50 und 75%, durchgeführt werden. In besonders vorteilhafter Weise kann das Inkontaktbringen in einer feuchten Atmosphäre mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von von 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, oder 95% durchgeführt werden. In besonders vorteilhafter weise kann das Inkontaktbringen bei einer Temperatur von zwischen 10 und 50°C, insbesondere bei einer Temperatur von 15 bis 35°C, insbesondere bei einer Temperatur von 20 bis 30°C, insbesondere bei 25°C, durchgeführt werden.

Die beschrieben Verfahren ermöglichen auf erstaunlich einfache Weise die Herstellung von hohen Stückzahlen der Glasverbund-materialien und Vorrichtungen mit besonders guter Fertigungstoleranz.

In einer weiteren Ausführungsform löst die vorliegende Erfindung die vorstehend genannten Aufgaben durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Analyse biologischer Proben, vorzugsweise umfassend Oligonukleotide, Bacterial Artificial Chromosomes, Peptide, Proteine und Glykane.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungs beispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Glasverbundmaterial umfassend zwei Glaselemente.

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfassend zwei Glaselemente.

Fig. 3 zeigt eine schematisch-perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend drei Glaselemente.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße

Vorrichtung gemäß Figur 3 entlang A-A.

Fig. 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße

Vorrichtung gemäß Figur 3 entlang B-B.

Fig. 6 zeigt eine schematisch-perspektivische Darstellung eines zweiten Glaselements (Interposers) mit Öffnung.

Ein Glasverbundmaterial 1 ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Das

Glasverbundmaterial besteht aus einem ersten Glaselement 2, einer Flaftvermittlerschicht 3 und einem zweiten Glaselement 4. Einerseits ist an eine erste Oberfläche 5 des ersten Glaselements 2 eine Vielzahl von ersten Silan- Flaftvermittlern 6 kovalent gebunden. Andererseits ist an eine erste Oberfläche 7 des zweiten Glaselements 4 eine Vielzahl von zweiten Silan-Flaftvermittlern 8 kovalent gebunden. Durch die komplementäre Reaktivität der ersten Silan-Flaftvermittler 6 und der zweiten Silan-Flaftvermittler 8 gehen diese kovalente Bindungen miteinander ein und bilden so die Flaftvermittlerschicht 3, wodurch das erste mit dem zweiten Glaselement irreversibel verbunden ist.

Das Glasverbundmaterial kann selbstverständlich weitere Glaselemente, insbesondere mehrere weitere Glasschichten, umfassen, welche über komplementär reaktive Silan-Flaftvermittler kovalent und irreversibel mit dem ersten Glaselement 2 bzw. dem zweiten Glaselement 4 und ggfs wiederum miteinander verbunden sind. Die komplementär reaktiven Silan-Flaftvermittler zur Verbindung weiterer Glaselemente mit dem ersten Glaselement 2 bzw. dem zweiten Glaselement 4 des in Fig. 1 gezeigten Glasverbundmaterials können wieder die ersten Silan- Haftvermittlern 6 und zweiten Silan-Haftvermittlern 8 sein oder auch weitere komplementär reaktive Silan-Haftvermittler umfassen.

Das Glasverbundmaterial 1 kann vorteilhaft in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, beispielsweise gemäß FIG. 2, eingesetzt sein. In der in Fig. 2 schematisch gezeigten Vorrichtung 9 ist ein einteiliges zweites Glaselement 4 gezeigt, dass über eine Haftvermittlerschicht 3 kovalent und irreversibel mit dem ersten Glaselement 2 verbunden ist, wobei der Durchgang 10 der Vorrichtung 9 als Aussparung in dem zweiten Glaselement 4 ausgestaltet ist.

Die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 9 umfasst ein zweites Glaselement 4 (Interposer; ursprünglich an seinen ersten und zweiten Oberflächen mit einer Vielzahl von zweiten Silan-Haftvermittlern beschichtet), welches durch zwei Haftvermittlerschichten 3, 11 kovalent sowohl mit einem als Bodenplatte ausgestalteten ersten Glaselement 2 sowie mit einem als Deckel ausgestalteten dritten Glaselement 12 verbunden ist. In dieser Ausführungsform ist sowohl das erste als auch das dritte Glaselement ursprünglich mit einer Vielzahl von ersten Silan- Haftvermittlern 6 beschichtet gewesen, so dass beide Haft Vermittlerschichten 3, 11 , durch die Bindungsreaktion zwischen den ersten und zweiten Silan-Haftvermittlern 6, 8 gebildet sind. Der Durchgang 10 der Vorrichtung 9 ist durch den Raum in der Öffnung (hier innenliegend und nicht sichtbar) des zweiten Glaselements 4 gebildet. Der Durchgang steht sowohl mit der Einlassöffnung 13 als auch mit der Auslassöffnung 14 in Fluidverbindung, sodass in Flüssigkeit gelöste Proben und/oder Reagenzien durch die Einlassöffnung 13 zur Analyse in den Durchgang 10 eingebracht und über die Auslassöffnung 14 wieder entnommen werden können.

Wie aus dem entlang A-A gezeigten Querschnitt der Fig. 4 ersichtlich, begrenzen das erste Glaselement 2 und das dritte Glaselement 12 den durch die Öffnung 14 im zweiten Glaselement 4 gebildeten Raum, sodass dadurch der Durchgang 10 der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung 9 gebildet ist.

Aus dem entlang B-B gezeigten Querschnitt der Fig. 5 ist ersichtlich, dass die Einlassöffnung 13 mit der Öffnung 14 des zweiten Glaselements 4 (Interposers), und damit mit dem Durchgang 10 der der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung 9, in Fluidverbindung steht, sodass in einer Flüssigkeit gelöste Proben und/oder Reagenzien durch die Einlassöffnung 13 zur Analyse in den Durchgang 10 eingebracht werden können.

In Figur 6 ist das als Interposer ausgebildete zweite Glaselements 4 mit Öffnung 14 in schematisch-perspektivischer Darstellung gezeigt.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vor richtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend be schriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Aus führungsbeispiele einschränken.

B e z u g s z e i c h e n l i s t e

1 Glasverbundmaterial

2 erstes Glaselement

3 Haftvermittlerschicht

4 zweites Glaselement

5 erste Oberfläche des ersten Glaselements

6 erste Silan-Haftvermittler

7 erste Oberfläche des zweiten Glaselements

8 zweite Silan-Haftvermittler

9 Vorrichtung

10 Durchgang

11 Haftvermittlerschicht

12 drittes Glaselement

13 Einlassöffnung

14 Öffnung