DE60300424T2

DE60300424T2 - Vorrichtung zur Durchführung biochemischer Analysen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE60300424T2
Application number: DE60300424T
Authority: DE
Inventors: Kenji Minami-Ashigara-shi Nakajima; Akifumi Minami-ashigara-shi Kato
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: DE60300424D1; EP1333285A1; EP1333285B1; US7368026B2; US20030153070A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine biochemische Analyseeinheit und ein Verfahren zu deren Herstellung, insbesondere betrifft sie eine biochemische Analyseeinheit und ein Verfahren zu deren Herstellung, bei denen verhindert wird, dass es zu Störungen kommt, wenn eine Markierungssubstanz oder eine fluoreszierende Substanz Licht abstrahlt oder emittiert.
2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
Wie in den japanischen Patentveröffentlichungen 1-60784, 1-60782 und 4-3952 offenbart ist, ist ein Autoradiographiebild-Analysiersystem bekannt, mit dem eine radioaktive Markierungssubstanz nachgewiesen wird, die einem lebenden Organismus zudosiert ist. Bei einem Audioradiographiebild-Analysiersystem dient ein Teil des lebenden Organismus mit einer Dosierung der Markierungssubstanz als Probe. Wenn die Probe überlappend für eine vorbestimmte Zeitspanne auf ein anregbares Leuchtstoffblatt mit einer Anregungsleuchtstoffschicht aufgebracht wird, sammelt sich die von der radioaktiven Markierungssubstanz abgegebene Strahlung an und wird in der anregbaren Leuchtstoffschicht aufgezeichnet. Wenn später die anregbare Leuchtstoffschicht in einer elektromagnetischen Welle abgetastet wird, wird der anregbare Leuchtstoff angeregt, und von der anregbaren Leuchtstoffschicht emittiertes Anregungslicht wird photoelektrisch detektiert. Auf diese Weise werden Nachweisdaten gewonnen, und es erfolgt eine Bildverarbeitung zur Erzeugung eines Bilds auf einer Anzeige, beispielsweise dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre oder dergleichen, oder auf einem Aufzeichnungsträger.
Bei dem Autoradiographiebild-Analysiersystem ist eine Entwicklungsarbeit nicht erforderlich. Weiterhin können die durch die Nachweisdaten gewonnenen Bilddaten verarbeitet werden, um ein gewünschtes Bild zu erzeugen, so dass eine quantitative Analyse mit Hilfe eines Computers möglich wird. Außerdem wurde in jüngerer Zeit ein Analysesystem zum Analysieren von Substanzen bekannt, die von einem lebenden Organismus abgeleitet sind, beispielsweise Nucleinsäure (so beispielsweise DNA und RNA), Proteine und dergleichen. In dem Analysesystem wird die von einem lebenden Organismus abgeleitete Substanz, die mit einer Markierungssubstanz markiert ist, elektromagnetischen Wellen ausgesetzt, damit die Markierungssubstanz angeregt wird. Das hierdurch erzeugte Licht wird erfasst, so dass die zur Erzeugung des Bildes erforderlichen Nachweisdaten gewonnen werden.
Als Analysiersysteme kennt man ein Fluoreszenzanalysesystem, ein Chemilumineszenz-Analysesystem und dergleichen. In dem Fluoreszenzanalysesystem erfolgt eine Bestimmung einer genetischen Sequenz, einer Gen-Expression, Stoffwechselphänomene, die Absorption und Ausleitung, die Trennung oder die Identifizierung von Protein, die Abschätzung von Molekulargewicht oder Eigenschaften von Protein oder dergleichen. Die von einem lebenden Organismus abgeleitete Substanz, beispielsweise in Form von Protein, wird mit fluoreszierenden Substanzen markiert, indem ein Gelträger in eine Lösung eingetaucht wird, die eine fluoreszierende Substanz enthält, nachdem auf dem Träger mittels Elektrophorese mehrere Proteine verteilt wurden. Wenn die Probe mit dem Anregungslicht angeregt wird, wird von der Fluoreszenz-Substanz Fluoreszenzlicht erzeugt, welches zur Erzeugung eines Bilds erfasst wird. Auf diese Weise gewinnt man Kenntnis über die Stellen und die Mengen der Proteinverteilungen auf dem Gelträger. Das Fluoreszenz-Analysiersystem hat den Vorteil, dass keine radioaktive Substanz verwendet wird, und dass die Gensequenz und dergleichen auf einfache Weise bestimmbar sind.
In dem Fluoreszenzanalysesystem kann von dem Western-Blotting-Verfahren oder einem Southern-Blotting-Verfahren Gebrauch gemacht werden. Bei dem Western-Blotting-Verfahren wird ein Teil der Proteine nach der Elektrophorese von dem Gelträger auf eine feste Unterlage übertragen, beispielsweise ein Nitrozellulose-Flachstück. Dann wird ein Antikörper, der eine selektive Reaktion mit der nachzuweisenden Substanz des lebenden Organismus eingeht, mit der Markierungssubstanz, beispielsweise Fluorchrom, markiert, um eine Sonde zu erhalten. Wenn Sonde und Protein zusammengebracht werden, wird das Protein selektiv markiert. Die Stellen oder die mengenmäßige Verteilung des Proteins auf der festen Unterlage lässt sich erfassen, indem Fluoreszenzlicht aus dem Fluorchrom erfasst wird, welches mit Anregungslicht angeregt wird. Das Western-Blotting-Verfahren dient auch zur Untersuchung einer Verteilung von DNA in einem DNA-Segment.
Bei dem Southern-Blotting-Verfahren wird, nachdem mehrere DNA-Fragmente auf einem Gelträger mit Hilfe von Elektrophorese verteilt und denaturiert wurden, zumindest ein Teil der DNA-Fragmente auf einen Transferträger aufgebracht, beispielsweise einen Nitrozelluloseträger. Die denaturierten DNA-Fragmente werden mit einer Sonde hybridisiert, in welcher ein Fluoreszenzfarbstoff zu den denaturierten DNA-Fragmenten komplementäre DNA oder RNA markiert. Bei der Hybridisierung werden nur die Target-DNA-Fragmente selektiv markiert. Wenn der Fluoreszenzfarbstoff angeregt wird, lässt sich die Verteilung der Target-DNA auf dem Transferträger nachweisen. Außerdem ist es vorteilhaft, das Enzym zu benutzen. In diesem Fall wird die komplementäre DNA mit dem Enzym kombiniert und mit dem Fluoreszenzsubstrat kontaktiert, und das Fluoreszenzsubstrat wird auf die Fluoreszenzsubstanz transformiert. Dann wird das von der Fluoreszenzsubstanz abgestrahlte Fluoreszenzlicht erfasst, um die Verteilung der Target-DNA zu erhalten.
Bei dem Chemilumineszenz-Analysesystem wird die Markierungssubstanz verwendet, die sichtbares Chemilumineszenzlicht erzeugt, indem das Chemilumineszenzsubstrat berührt wird. Die auf einem Träger fixierte Substanz wird selektiv mit der Markierungssubstanz markiert, um anschließend mit dem Chemilumineszenzsubstrat in Berührung gebracht zu werden, so dass Chemilumineszenzlicht emittiert wird, welches photometrisch erfasst wird.
In jüngerer Zeit wurde ein Mikroarray-Analysesystem bekannt. Bei dem Mikroarray-Analysesystem wird eine spezifische Bindesubstanz verwendet, die mit der vom lebenden Organismus abgeleiteten Substanz gebunden werden kann, beispielsweise mit Hormon, Tumormarker, Enzym, Antikörper, Antigen, Abzym, andere Proteine, Nucleinsäure, cDNA, DNA, RNA und dergleichen. Entsprechend der spezifischen Bindesubstanz erhält man eine Sequenz, eine Basislänge, eine Zusammensetzung und dergleichen.
In dem Mikroarray-Analysesystem werden die mehreren mit einer Markierungssubstanz markierten Substanzen an einzelnen Stellen auf einer Oberfläche (einer Glasplatte, einer porösen Membran oder dergleichen) der biochemischen Analyseeinheit aufgebracht. Die Substanzen werden mit der spezifischen Bindesubstanz kombiniert, die zuvor mit einem Auftraggerät stellenweise aufgebracht wurde, und werden mit der Markierungssubstanz oder einer lumineszierenden Substanz markiert, um das Mikroarray herzustellen. Wird das Anregungslicht aufgestrahlt, so entsteht Licht (beispielsweise in Form von Lumineszenz) aufgrund einer Markierungssubstanz in dem Mikroarray, und das Licht wird photoelektrisch erfasst.
Außerdem wird eine Verbesserung des Mikroarrays verwendet, bei der die radioaktive Markierungssubstanz zum Markieren der Substanz von dem lebenden Organismus mit der spezifischen Bindesubstanz gebunden wird. Das Mikroarray wird dem anregbaren Leuchtstoffblatt überlagert, um die anregbare Leuchtstoffschicht zu belichten. Dann trifft das Anregungslicht auf die anregbare Leuchtstoffschicht, und das von dieser emittierte Licht wird photoelektrisch erfasst.
Bei dem Mikroarray-Bild-Analysesystem sind mehrere Arten der spezifischen Bindesubstanz in hoher Dichte als einzelne Flecken aufgebracht. Nach der Markierung mit der Markierungssubstanz wird die von dem lebenden Organismus abgeleitete Substanz auf die Flecken aufgetropft, um eine Hybridisierung mit der spezifischen Bindesubstanz zu erreichen. Auf diese Weise erfolgt innerhalb kurzer Zeit die Analyse der von dem lebenden Organismus stammenden Substanz.
In dem oben erläuterten Bildanalysesystem wird von einer biochemischen Analyseeinheit Gebrauch gemacht, in der auf einem Träger ein Mikroarray ausgebildet ist, beispielsweise auf einer Glasplatte, einer Membran oder dergleichen. Das Mikroarray besitzt mehrere Flecken zum Nachweisen mehrerer Stoffarten. Allerdings kommt es in der biochemischen Analyseeinheit dann, wenn elektromagnetische Wellen oder von der Markierungssubstanz stammendes Licht zu Nachbarstellen streut, zu Störungen bei den erfassten Daten. Wenn dabei beispielsweise die radioaktive Markierungssubstanz verwendet wird, kann keine korrekte quantitative Analyse der von dem lebenden Organismus stammenden Substanz erfolgen. Insbesondere dann, wenn die Markierungssubstanz mit hoher Dichte stellenweise aufgebracht wird, wird die quantitative Analyse einfach schlecht.
Die EP 1 267 169 A2 (Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ) offenbart eine biochemische Analyseeinheit als Unterlage mit mehreren Löchern, die mit porösem Material gefüllt sind, entsprechend den Merkmalen a), b) und c) des Anspruchs 1. Auf die Rückseite der Basisplatte ist ein Klebstoff aufgetragen. Bei einer speziellen Ausführungsform der Druckschrift wird eine poröse Materialschicht, die auf die Basisplatte aufgelegt ist, mit Andrückwalzen angedrückt, so dass ein Teil der porösen Materialschicht in die Löcher dringt. In der EP' 169 (Abschnitt [0154]) ist erwähnt, dass die poröse Materialschicht und die Basisplatte mit einem Klebstoff zusammengefügt sind, beispielsweise Epoxy-Material. Allerdings beschreibt die EP' 169 nicht, wie die poröse Materialschicht und die Basisplatte zusammenhalten.
Die US 2001/0026917 A1 zeigt eine Einheit und ein Verfahren zum Nachweisen eines komplementären DNA-Fragments. Die Einheit enthält eine Basisplatte und ein Distanzflachstück, wobei letzteres mit mehreren Löchern ausgestattet ist. Die Löcher sind mit keinerlei Material gefüllt.
Die US-A-5 394 498 zeigt ein faseroptisches Array (verwendet zum Beispiel in optischen Schaltsystemen oder Photonen-Rechnersystemen), wobei die Endbereiche kleiner optischer Fasern durch Einbringen der Faserenden in zugehörige Löcher fixiert sind, wobei die Löcher in einem Flachstück ausgebildet sind und mit Klebstoff gefüllt werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer biochemischen Analyseeinheit und eines Verfahrens zu deren Herstellung, bei der bzw. bei dem die Entstehung von Störungen verhindert wird, und die bzw. das ermöglicht, dass eine biochemische Analyse mit hoher Auflösung stattfinden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer biochemischen Analyseeinheit sowie eines Verfahrens zu deren Herstellung, wobei verhindert wird, dass in Löcher einer Basis oder Unterlage eingebrachtes poröses Material sich abschält.
Um diese Ziele zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Einheit und ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 3.
Ein Klebstoff wird auf ein Substrat einer erfindungsgemäßen biochemischen Analyseeinheit aufgebracht. Ein absorbierender Werkstoff (ein poröses Material) füllt jedes in dem Substrat vorhandene Loch fest aus. Eine Glasübergangstemperatur des Klebstoffs liegt über –20°C und unter 50°C. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Klebstoff um Styrol-Butadien-Gummi oder Acrylonitril-Butadien-Gummi.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Oberfläche eines Substrats mit einem Klebstoff überzogen, und anschließend wird überschüssiger Klebstoff entfernt, so dass in den in dem Substrat gebildeten Löchern Klebstoff verbleibt. Anschließend wird das Substrat erwärmt, um den Klebstoff zu verfestigen, und weiterer überschüssiger Klebstoff, mit dem die Löcher vollständig oder teilweise bedeckt sind, wird entfernt, was mittels Laserablation, Stanzen oder Erhitzen des Substrats zur Erweichung des Klebstoffs geschieht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein absorbierender Werkstoff in Berührung mit dem Substrat gebracht und mit einem Andrückelement in die Löcher gedrückt, in die der Klebstoff eingebracht wurde, so dass die Löcher mit dem absorbierenden Material gefüllt und dieses in den Löchern verklebt wird. Anschließend wird übriges absorbierendes Material, welches auf dem Substrat verblieben ist, beseitigt. Auf diese Weise sind dann in dem Substrat ausschließlich die Löcher mit dem absorbierenden Material gefüllt.
Erfindungsgemäß wird der Klebstoff auf die Wand des Lochs aufgebracht, das absorbierende Material kann sich kaum von den Löchern abschälen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen Ziele und Vorteile der Erfindung versteht der Fachmann leichter in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
1 ist eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen biochemischen Analyseeinheit;
2A ist eine perspektivische Teilansicht eines Substrats der biochemischen Analyseeinheit, welche eine Situation veranschaulicht, in der Löcher durch Stanzen gebildet sind;
2B ist eine perspektivische Teilansicht, die ein Verfahren zum Erzeugen eines Substrats nach dem Photoätzverfahren veranschaulicht;
3 ist eine perspektivische Ansicht des Substrats, hergestellt nach dem Photoätzverfahren gemäß 2B;
4 ist eine schematische Schnittansicht, die die Situation bei der Verarbeitung einer Oberfläche des Substrats veranschaulicht;
5 ist eine schematische Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform der Verarbeitung der Oberfläche des Substrats veranschaulicht;
6 ist eine schematische Schnittansicht, die eine dritte Ausführungsform der Verarbeitung der Oberfläche des Substrats veranschaulicht;
7A ist eine Schnittansicht einer Situation, in welcher ein Klebstoff auf das Substrat aufgebracht wird;
7B ist eine Schnittansicht einer Situation, in der der an dem Substrat haftende Klebstoff entfernt wird;
7C ist eine perspektivische Ansicht des Substrats, wobei die Situation des Beseitigens von überschüssigem Klebstoff in den Löchern dargestellt ist;
8A ist eine schematische Schnittansicht einer Situation von Substrat-Löchern, die mit porösem Werkstoff gefüllt sind;
8B ist eine Schnittansicht der biochemischen Analyseeinheit;
9A ist eine perspektivische Ansicht eines anregbaren Leuchtstoffblatts;
9B ist eine Schnittansicht des anregbaren Leuchtstoffblatts überlappt mit der biochemischen Analyseeinheit;
9C ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines anregbaren Leuchtstoffblatts;
10 ist ein schematisches Diagramm eines Analysiersystems zum Durchführen einer biochemischen Analyse durch Nachweis von Emissionslicht aus dem anregbaren Leuchtstoffblatt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
In 1 besitzt eine biochemische Analyseeinheit ein Substrat 2 mit mehreren Löchern 3 und einem porösen Material 4. Das poröse Material 4 dient als absorbierendes Material, welches in die Löcher 3 eingefüllt ist. In dem Loch 3 ist eine Fleckzone 5 gebildet. Auf der Fleckzone 5 ist eine spezifische Bindesubstanz aufgetragen, deren Struktur und Kennwerte bekannt sind. Anschließend wird die spezifische Bindesubstanz verarbeitet und in dem porösen Material 4 innerhalb der Fleckzone 5 fixiert.
Wenn die biochemische Analysiereinheit 1 zur klinischen Untersuchung eingesetzt wird, wird eine von einem lebenden Organismus entnommene Substanz auf jede der Fleckzonen 5 aufgetragen, die ein Mikroarray bilden. Die spezifischen Bindesubstanzen werden mit einer von einem lebenden Organismus entnommenen Substanz hybridisiert, markiert mit einer Markierungssubstanz. Als spezifische Bindesubstanz gibt es eine radioaktive Substanz, eine lumineszierende Substanz und eine chemilumineszierende Substanz. Nach einer vorbestimmten Verarbeitung wird dann radioaktive Strahlung oder Licht von der Markierungssubstanz innerhalb der Fleckzone 5 in jedem Loch 3 emittiert.
Das Substrat 2 wird gebildet durch Schneiden eines durchgehenden Substrats 200 (siehe 6) zu einer vorbestimmten Größe. Als das Substrat 2 kommen folgende Werkstoffe in Betracht: Metall, Keramik und dergleichen, durch das keine radioaktive Strahlung oder Licht hindurchgeht, oder das die Menge radioaktiver Strahlung oder von Licht verringert. Außerdem kann das Substrat 2 aus einem Kunststoff bestehen, welcher sich einfach in die Löcher 3 einbringen läßt. In diesem Fall allerdings sind Metall- oder Keramikpartikel in dem Kunststoff enthalten, um die Menge radioaktiver Strahlung oder des Lichts zu vermindern.
Als Material zur Bildung des Substrats 2 gibt es beispielsweise Kupfer, Silber, Gold, Zink, Blei, Aluminium, Titan, Zinn, Nickel, Kobalt, Tantal oder Legierungen wie beispielsweise Edelstahl, Messing und dergleichen.
Als Kunststoffmaterial gibt es beispielsweise Polyolefin (Polyethylen, Polypropylen und dergleichen), Acrylharz (Polystyrol, Polymethylmethacrylat und dergleichen), Polyester (Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polychlortrifluorethylen, Polycarbonat, Polyethylennaphthalat, Polyethylenterephthalat und dergleichen), Fettsäuren-Polyamide (Nylon-6, Nylon-66 und dergleichen), Siliconharz (Polyimid, Polysulfon, Polyphenylensulfid, Polydiphenylsiloxan und dergleichen), Phenolharz (Noborac und dergleichen), Epoxyharz, Celluloseacetat, Cellulose (Polyurethan), Celluloseacetat, Nitrocellulose und dergleichen), Copolymer (Butadien-styrol-Copolymer). Verwenden kann man auch ein Gemisch aus diesen Kunststoffen.
Als in den Kunststoffen enthaltene Partikel kommen Metallpartikel und Glasfasern in Betracht. Als Metallpartikel kommen Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Eisenoxid, Kupferoxid und dergleichen in Betracht.
Als Keramikwerkstoff kommen Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Quarz und dergleichen in Betracht. Es sei angemerkt, daß die Arten der obigen Materialien nicht auf die speziellen Arten beschränkt sind.
In der biochemischen Analysiereinheit 1 wird die radioaktive Strahlung oder das Licht, das von der Fleckzone 5 emittiert wird, bei Ankunft an der benachbarten Fleckzone nach Durchgang durch das Substrat 2 auf weniger als 1/5 und vorzugsweise 1/10 verringert.
Eine Transmissionsentfernung für die elektrischen Strahlen ist umgekehrt proportional zur Dichte des Materials, in welchem sich die elektrische Strahlung ausbreitet. Wenn folglich die Markierungssubstanz ein weit verbreitetes Radioisotop, wie beispielsweise ³²P, ³³P, ³⁵S, ¹⁴C oder dergleichen ist, beträgt die gemittelte Dichte des Substrats 2 mehr als 0,6 g/cm³, vorzugsweise 1 bis 20 g/cm³ und insbesondere 2 bis 10 g/cm³. In diesem Fall schirmt das Substrat 2 vor der aus dem Radioisotop in jeder Fleckzone 5 emittierten radioaktiven Strahlung ab. Deshalb wird die Entstehung von Störsignalen in den Nachweis daten, hervorgerufen durch Streuung und Übertragung der radioaktiven Strahlung, verhindert.
Die Dicke des Substrats 2 beträgt 50 bis 1000 μm, vorzugsweise 100 bis 500 μm.
Bevorzugt sind die Löcher 3 in hoher Dichte ausgebildet. Dementsprechend beträgt die Größe jedes Lochs 3 weniger als 5 mm², vorzugsweise weniger als 1 mm², insbesondere 0,3 mm² und insbesondere mehr als 0,001 mm².
Ein Mittenabstand P1 der Löcher 3, definiert als der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Löcher, wird auf 0,05 bis 3 mm festgelegt. Ein Intervall L1, definiert als der Abstand zwischen Rändern der benachbarten Löcher 3, wird auf 0,01 bis 1,5 mm festgelegt. Die Dichte der Anzahl von Löchern bestimmt sich auf mehr als 10/cm², vorzugsweise mehr als 100/cm², insbesondere mehr als 500/cm² und speziell 1000/cm². Allerdings gibt es eine Obergrenze. Vorzugsweise beträgt nämlich die Dichte weniger als 100.000/cm², speziell 10.000/cm².
Man beachte, daß die Löcher 3 möglicherweise nicht mit gleichem Mittenabstand angeordnet werden können, wenn die obigen Bedingungen erfüllt sein sollen. Beispielsweise können die Löcher 3, die in einer Richtung ausgerichtet sind, abwechselnd in einer anderen, zu der einen Richtung rechtwinklig verlaufenen Richtung angeordnet sein. Außerdem können die Löcher 3 auf Zufallsbasis ausgebildet sein. Die Löcher 3 können dreieckig, viereckig, sechseckig oder anders polygonförmig, elliptisch oder anderweitig ausgebildet sein. Außerdem kann die absorbierende Fleckzone 3 der Rechteckform, die in Längsrichtung sehr lang ist, streifenförmig ausgebildet sein.
Wie in 2A dargestellt ist, werden die Löcher 3 mit Stanzen ausgebildet. Außerdem können die Löcher 3 mit Entladungselektroden ausgebildet werden, die in dem Mittenabstand P1 angeordnet sind. In diesem Fall wird das Substrat 2 geerdet und in ein Isolierflu id eingebettet, beispielsweise in Öl, Luft und dergleichen, anschließend werden die Entladungselektroden an das Substrat 2 angeschlossen. Wird an die Elektroden eine Hochspannung angelegt, bewirkt eine elektrische Entladung eine Erhitzung des Substrats 2, dessen den Elektroden gegenüberliegende Bereiche unter Bildung der Löcher 3 verdampfen.
Die Löcher 3 in dem Substrat 2 können durch Photolithographie und Ätzen gebildet werden. Wie in 2B gezeigt ist, wird auf einem Träger 10 eine Überzugsschicht 8 mit unter Licht oder Ultraviolettstrahlen aushärtendem Mittel gebildet. Auf der Überzugsschicht 8 wird eine Maske 7 mit Lochmustern 7a ausgebildet. Dann wird durch die Maske 7 Licht auf die Überzugsschicht 8 gebracht, um lithographisch wirksam zu werden. Hierdurch wird ein Teil der Überzugsschicht 8 um die Lochmuster 7a herum ausgehärtet. Anschließend wird die Überzugsschicht 8 in ein organisches Lösungsmittel eingebracht, um die übrigen Teile der Überzugsschicht 8, die nicht ausgehärtet sind, zu entfernen. Anschließend wird die Überzugsschicht 8 von dem Träger 10 entfernt und wird so zu dem in 3 dargestellten Substrat. Der Träger 10 besteht vorzugsweise aus Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polytetrafluorethylen und dergleichen.
Vorzugsweise werden unter Ultraviolettlicht aushärtbare Verbindungen für die Überzugsschicht 8 eingesetzt. Die unter Ultraviolettlicht aushärtbaren Verbindungen werden hergestellt aus einem optischen Polymerisator und einem unter Ultraviolettlicht aushärtbaren Harzmaterial. Der optische Polymerisator ist zum Beispiel ein Wasserstoff ziehender Initiator (Benzophen-Initiator), ein Initiator vom Radikalen-Fragmentierungs-Typ (Acetophenon-Initiator, Triazin-Initiator). Außerdem umfaßt das unter Ultraviolettlicht aushärtende Harzmaterial Acrylsäureester (Acrylsäureethyl, Acrylsäurebutyl, Acrylsäure-2-ethylhexil), Methacrylsäureester (Methacrylsäuremethyl, Methacrylsäureethyl, Methacrylsäurebutyl, Ethylenglycol-dimethacrylat), Ester höherer Alkohole und (Metha-)Acrylsäure (Ethylglycoldi-(meta-)acrylat, 1,4-dichlohexan-diacrylat, Pentaerythritol-tetra-(meta-)acrylat), Dipentaerythritol-tri-(meta-)acrylat, Trimethylolpropan-tri-(meta-)acrylat, Trimethylol-ethan-tri-(meta-)acrylat, Dipentaerythritol-tetra-(meta-)acrylat, Dipentaerythritol-penta-(meta-)acrylat, Pentaerythrytol-hexa-(meta-)acrylat, 1,2,3-Cyclohexan tretramethacrylat, Polyurethan-polyacrylat, Polyesterpolyacrylat), und dergleichen. Diese Materialien können zur Verwendung gemischt werden.
Als organische Lösungsmittel zum Ätzen kommen Ketone wie beispielsweise Aceton, Methylethylketone in Betracht. Allerdings können auch andere Lösungsmittel verwendet werden, wenn diese in der Lage sind, unter Ultraviolettlicht aushärtende Verbindungen zu lösen. Vorzugsweise wird der Träger 10 in einer Ultraschallwelle innerhalb der Ätzflüssigkeit behandelt, wenn der Ätzvorgang durchgeführt wird.
Besteht das Substrat 2 aus Metall, werden die Löcher 3 durch elektrolytisches Ätzen gebildet. Auf das metallische Substrat 2 wird ein Resistmaterial aufgebracht, und es erfolgt eine Belichtung durch eine Photomaske. Beispielsweise werden eine Metallplatte und ein Platinteil als Anode bzw. Kathode eingesetzt und in Lösungen aus starken Säuren eingesetzt, beispielsweise Schwefelsäure, Fluorsäure, Phosphorsäure und dergleichen. Nach Ausbildung der Löcher 3 wird das Resistmaterial auf dem metallischen Substrat 2 entfernt.
Weiterhin kann ein Hochleistungslaser eingesetzt werden, um die mehreren Löcher auf dem Substrat 2 zu bilden. Wenn der Laserstrahl das Substrat 2 abtastet, werden dabei die Löcher ausgebildet. Der Hochleistungslaser ist ein Exzimer-Laser, ein YAG-Laser und dergleichen. Die in dem Substrat 2 gebildeten Löcher können Durchgangslöcher oder Sacklöcher sein.
Das poröse Material 4 wird in Folienform mit einer (nicht dargestellten) Folienherstellungsvorrichtung hergestellt. In der Folienherstellungsvorrichtung wird eine Lösung (im folgenden: Dotierstoff) in der das Polymer als Füllmaterial des porösen Werkstoffs in einem Lösungsmittel aufgelöst ist, auf ein Substrat aufgetragen. Anschließend wird der Dotierstoff nach und nach in Wasser abgewaschen und nach Eintauchen in ein Bad mit Lösungsmittel und nicht-lösendem Mittel für das Polymer getrocknet.
Als poröser Werkstoff gibt es einen organischen und einen anorganischen Stoff, es kann sich aber auch um einen organisch/anorganischen Komplex-Typ handeln.
Der organische Typ ist ein poröses Kohlenstoffmaterial (Aktivkohle), wobei aus dem porösen Werkstoff ein Membranfilter gebildet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem porösen Werkstoff, aus dem das Membranfilter hergestellt wird, um Polymere, die sich in einem Lösungsmittel zur Bildung des porösen Materials lösen lassen: Cellulosederivate (Nitrocellulose, reproduzierte Cellulose, Celluloseacetat, Acetyl-Cellulose, Acetyl-Propyl-Cellulose und dergleichen), Fettgruppen-Polyamide (Nylon-6, Nylon-66, Nylon-4, 10 und dergleichen), Polyolefine (Polyethylen, Polypropylen und dergleichen), Polymere mit Chlor (Polychloridvinyl, Polychloridvinyliden und dergleichen), Fluorharze (Polyfluorvinyliden, Polytetrafluorid und dergleichen), Polycarbonat, Polysulfonat, Alginsäure und deren Derivate (Calciumalginat, Alginsäure/Polysin-polyionkomplex und dergleichen), Collagen und dergleichen. Es können außerdem Copolymere dieser Polymere verwendet werden.
Der anorganische Typ ist vorzugsweise ein Metall (Platin, Gold, Eisen, Silber, Nickel, Aluminium und dergleichen), Metalloxid (Aluminiumoxid, Kieselerde, Titanoxid, Zeolith und dergleichen), ein Metallsalz (Hydroxyapertit, Calciumsulfid und dergleichen) sowie deren Komplexe.
Um das hergestellte poröse Material 4 in eine Flachstückform zu bringen, können stärkere, unlösbare faserähnliche Stoffe in das poröse Material 4 eingemischt werden: Als faserförmiges Material kommen Cellulose, Glasfaser, Metallfaser und dergleichen in Betracht, die sich kaum im Lösungsmittel auflösen.
Weiterhin kann der poröse Werkstoff folgendes Fasermaterial enthalten: Cellulosederivate, Fettsäuren-Polyamide und dergleichen.
In 4 wird das aus einem Kunststoffmaterial gebildete Substrat 2 kontinuierlich von einer (nicht gezeigten) Transportvorrichtung zum Verarbeiten einer Oberfläche des Sub strats 2 mittels Corona-Entladung transportiert. Oberhalb der Oberfläche des Substrats 2 ist eine Corona-Entladungsvorrichtung 10 angeordnet. Diese Corona-Entladungsvorrichtung 10 enthält eine Elektrode 11, eine Hochspannungsquelle 12 und eine Walze 13. Die Walze 13 ist über einen Stab 14 geerdet. Wenn die Entladung aus der Elektrode 11 in Richtung des Substrats 2 abläuft, entsteht in der Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre Sauerstoffplasma. Das Sauerstoffplasma bewirkt, daß in der Oberfläche des Substrats 2 polare Gruppen induziert werden, beispielsweise Carbonylgruppen, Carboxylgruppen und dergleichen. Auf diese Weise entstehen die verarbeiteten Oberflächen 2a, 3a.
In 5 befindet sich eine Plasmaentladungsvorrichtung 15 oberhalb des Substrats 2, welches kontinuierlich transportiert wird, um die Oberfläche mittels Plasmaentladung zu bearbeiten. Die Plasmaentladungsvorrichtung 15 enthält einen Kopf 17 und eine Steuerung 18. In der Steuerung 18 ist eine (nicht gezeigte) Pumpe vorgesehen, die dem Kopf 17 Luft zuführt. Innerhalb des Kopfs 17 befinden sich eine Hochspannungsquelle und eine Elektrode (nicht gezeigt), um die Luft in Sauerstoffplasma umzuwandeln. Das Sauerstoffplasma wird von dem Kopf 17 auf das Substrat 2 aufgebracht. Besteht das Substrat 2 aus Metall, so bewirkt das Sauerstoffplasma die Bildung einer bearbeiteten Oberfläche auf dem Substrat 2, bei der es sich um eine Metalloxidschicht handelt. Wenn außerdem das Substrat 2 aus Kunststoff besteht, bewirkt das Sauerstoffplasma die Bildung der bearbeiteten Oberfläche 2a, 3a auf dem Substrat 2, bei der es sich um polare Gruppen handelt, beispielsweise Carbonylgruppen, Carboxylgruppen und dergleichen.
In 4 und 5 wird die Oberfläche des Substrats 2 in einer vorbestimmten Chargengröße nach dem Corona-Entladungsverfahren oder dem Plasmaentladungsverfahren bearbeitet. Man beachte, daß der Aufbau der Corona-Entladungsvorrichtung oder der Plasmaentladungsvorrichtung nicht auf die 4 und 5 beschränkt ist. Auf der anderen Seite des Substrats 2 kann sich eine weitere Plasmaentladungsvorrichtung befinden.
In 6 wird die Oberfläche des durchgehenden Substrats 200 zur Herstellung des Substrats 2 in einem Oxidationsbad 19 nach dem Eloxierverfahren bearbeitet. Hierzu besitzt das kontinuierliche Substrat 200 Leitfähigkeit, üblicherweise besteht es aus Metall. Ob schon das durchgehende Substrat 200 bei dieser Ausführungsform aus Aluminium besteht, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Das Oxidationsbad 19 enthält eine Elektrolytlösung 20. Man beachte, daß die Elektrolytlösung 20 vorzugsweise zu 10% eine wäßrige Schwefelsäurelösung ist. Allerdings ist die Elektrolytlösung 20 nicht hierauf beschränkt, es kann sich auch um Phosphorsäure oder Oxalsäure handeln. Eine positive Elektrode einer elektrischen Energiequelle 21 ist mit einer leitenden Walze 22 verbunden, eine negative Elektrode ist mit einer Elektrode 23 gekoppelt. Die Elektrode 23 besteht aus Metall, vorzugsweise Platin. Wenn die elektrische Energiequelle 21 einen Gleichstrom zwischen der leitenden Walze 22 und der Elektrode 23 hervorruft, kommt es zu folgender chemischen Reaktion gemäß Formel (1) an dem durchgehenden Substrat 200, welches kontinuierlich durch die Elektrolytlösung 20 geleitet wird; so daß die bearbeitete Oberfläche entsteht: 2Al + 3H₂O → Al₂O₃ + 6H⁺ + 6e^– (1)
Nach dem Zuschneiden des durchgehenden Substrats 200 zu dem Substrat 200, kann die Oberflächenbearbeitung nach dem chargenweisen Verfahren erfolgen (Corona-Entladung oder Plasmaentladung oder dergleichen). Außerdem können die in den 4 und 5 dargestellten Verfahren bei dem kontinuierlichen Substrat 200 nach 6 angewendet werden.
Nach der Oberflächenbearbeitung des Substrats 2 gemäß 7A wird ein Klebstoff 25 auf das Substrat aufgebracht, beispielsweise durch Tauchbeschichtung, dem Luftbürstenverfahren, dem Rakelbeschichtungsverfahren, dem Profilbeschichtungsverfahren oder dergleichen. Das Profilbeschichtungsverfahren ist besonders geeignet zum Aufbringen des Klebstoffs 25 in gleichmäßiger Weise. Allerdings ist das Verfahren nicht hierauf beschränkt.
Der Klebstoff 25 ist vorzugsweise Styrol-Butadien-Gummi oder Acrylonitril-Butadien-Gummi. Im vorliegenden Fall kann jedes Material eine Glasübergangstemperatur von –20 bis 50°C aufweisen. Allerdings ist die Materialart für den Klebstoff 25 nicht hierauf beschränkt.
Wenn der Klebstoff 25 gemäß 7A freiliegt, bleibt möglicherweise Staub daran haften. Wenn außerdem die mehreren Substrate 2 gestapelt werden, oder wenn das kontinuierliche Substrat aufgewickelt wird, bleibt die Oberfläche des Substrats 2 an dem Klebstoff 25 haften. Folglich werden Kalzinierungen des Klebstoffs 25 bei einer Temperatur von 50 bis 150°C während 1 bis 10 Minuten durchgeführt. Hierdurch werden Wände der Löcher 3 mit dem Klebstoff 25 gemäß 7B überzogen. Überschüssiger Klebstoff 25b, der an dem Substrat 2 verbleibt, kann abgeschabt, weggeblasen, abgesaugt oder mit einem Tuch abgewischt werden, während die Kalzinierung erfolgt. Anschließend wird der Klebstoff 25 verfestigt und bilden an den Wänden der Löcher 3 eine Klebstoffschicht 25a.
Eine große Menge des Klebstoffs 25 dringt häufig in die Löcher 3 ein, oder es wird häufig eine Membran aus dem Klebstoff 25 dicht bei den Löchern 3 gebildet. In diesem Fall wird es schwerer, das poröse Material 4 in die Löcher 3 zu füllen, oder der überschüssige Klebstoff dringt in kleine Löcher des porösen Materials ein. Folglich ist es bevorzugt, wenn der überschüssige Klebstoff in den Löchern 3 beseitigt wird.
Das Beseitigen überschüssigen Klebstoffs in den Löchern 3 ist effektiver, wenn von einer Laserablationsvorrichtung 26 nach, vor oder gleichzeitig beim Entfernen der überschüssigen Klebstoffschicht 25c Gebrauch gemacht wird, wie in 7C dargestellt ist. In diesem Fall wird das Substrat 2 in Transportrichtung transportiert, und die Laserablationsvorrichtung 26 befindet sich oberhalb der Oberfläche des Substrats 2. Die Laserablationsvorrichtung 26 führt einen Laserstrahl 26a in einer Abtastrichtung rechtwinklig zur Transportrichtung des Substrats 2. Hierdurch erfolgt ein Laser-Abrieb des überschüssigen Klebstoffs in den Löchern 3. Auf diese Weise wird der überschüssige Klebstoff in den Löchern 3 beseitigt.
Es gibt noch weitere Verfahren zum Entfernen des überschüssigen Klebstoffs in den Löchern 3, so zum Beispiel ein Stanzverfahren unter Verwendung von Stiften, ein Temperatureinstellverfahren und dergleichen. Bei dem Temperatureinstellverfahren wird überschüssiger Klebstoff, der die Löcher 3 verschließt, weggeschmolzen.
Bei der obigen Ausführungsform erfolgt die Verarbeitung der Oberfläche mit dem Ziel, die Klebstoffschicht 25c an der Wand jedes Lochs 3 in stabilerer Weise auszubilden. Allerdings kann die Verarbeitung dann entfallen, wenn sich die Klebstoffschicht 25a kaum von der Wand der Löcher 3 abschält.
In 8A drückt eine mit einer Heizung 29 gekoppelte Andrückwalze 28 das poröse Material 4 an das von einer Stützwalze 27 gehaltene Substrat 2. Hierdurch wird das poröse Material 4 in die Löcher 3 eingebracht. Um das poröse Material 4 herzustellen, wird ein Dotierstoff auf einen Träger aufgetragen und anschließend allmählich in Wasser ausgewaschen und in Luft getrocknet, nachdem er in ein Bad eingetaucht wurde, welches ein Polymer-Lösungsmittel enthält. Nach dem Trocknen wird der Dotierstoff von dem Träger abgeschält, um das poröse Material 4 zu erhalten. Vorzugsweise besteht die Hauptkomponenten des porösen Materials 4 aus Polyamid, beispielsweise Nylon-6, Nylon-66 und dergleichen.
Es verbleibt überschüssiges poröses Material 4 auf einer Oberfläche des Substrats 2. Vorzugsweise wird gemäß 8b das überschüssige poröse Material 4 entfernt, um die Löcher auf beiden Seiten des Substrats 2 freizulegen.
Wenn die Andrückwalze 27 erhitzt wird, erweicht sich die Klebstoffschicht 25a und entwickelt Klebewirkung. Folglich fixiert die Klebstoffschicht 25a das poröse Material 4 in den Löchern 3. Es ist bevorzugt, wenn die Temperatur der Stützrolle 27 höher ist als die Glasübergangstemperatur und niedriger ist als die Schmelzpunkte der Klebstoffschicht 25a, des Substrats 2 und des porösen Materials 4. Ist die Temperatur der Stützwalze 27 niedriger als die Glasübergangstemperatur, so hat die Klebstoffschicht 25a keine Wirkung. Wenn außerdem die Temperatur der Klebstoffschicht 25a höher ist als die Schmelzpunkte der Klebstoffschicht 30, des Substrats 2 und des porösen Materials 4, verformen sich das Substrat 2 und die übrigen Teile leicht. Man beachte, daß die Heizung 29 bereits bekannt sein kann und daß nicht nur die Stützwalze 27 sondern auch die Andrückwalze 28 beheizt werden kann.
Man beachte, daß das Verfahren zum Drücken des porösen Materials 4 nicht beschränkt ist auf die obige Ausführungsform. Beispielsweise können das Substrat 2 und das poröse Material 4 von einer Druckplatte gepreßt werden, während sie intermittierend durch die Transporteinrichtung geleitet werden. Außerdem können das Substrat und das poröse Material kontinuierliche Flachstücke sein. In diesem Fall werden sie kontinuierlich durch Andrücken mit der Andrückwalze transportiert, um in effektiver Weise das poröse Material in die Löcher zu befördern, um anschließend die Spitzen abzuschneiden und auf diese Weise die biochemischen Analyseeinheiten 1 zu erhalten.
Man beachte, daß der Hohlraum-Prozentsatz des porösen Materials 4 bei 10 bis 90% liegt, während der durchschnittliche Porendurchmesser der Löcher 0,1 bis 50 μm beträgt.
Um das Eindringen der spezifischen Bindesubstanz in das poröse Material zu beschleunigen, wird die Oberfläche des porösen Materials häufig durch Bearbeitung hydrophil gemacht. Wenn das Substrat 1 beispielsweise aus einem leitenden Material besteht, beispielsweise Metall, wird das Substrat 2 geerdet. Besteht das Substrat 2 aus Isolierstoff, beispielsweise Kunststoff oder Keramik, wird das Substrat 2 auf das dann geerdete leitende Material gelegt. Dann werden mit Hochspannungs-Wechselstrom gespeiste Elektroden gegenüber dem Substrat 2 in Stellung gebracht.
Damit die Absorption der spezifischen Bindesubstanzen in dem porösen Material beschleunigt werden kann, ist es bevorzugt, wenn das poröse Material ein oberflächenaktives Mittel enthält. Als oberflächenaktive Mittel gibt es Anionen-Typen, Kationen-Typen und Fluorid-Typen, beispielsweise Kalium-dodecylbenzolsulfonat, Saponin, Kalium-ptertoctylphenoxyethoxyethylsulfonat, Nonylphenoxy-polyethoxyethanol; oberflächenaktive Mittel vom Fluorid-Typ gemäß den japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 562-170950, 563-188135 und dem US-Patent Nr. 5 380 644, außerdem Polyalkyrenoxid, und oberflächenaktive Mittel vom Anionen-Typ gemäß der japanischen Offenlegungsschrift Nr. H6-301140.
Entsprechend dem porösen Material innerhalb des porösen Werkstoffs beträgt der Wasser-Kontaktwinkel vorzugsweise weniger als 60°, insbesondere weniger als 50°.
Vorzugsweise wird das poröse Material in der Fleckzone 5 von der Oberfläche des Substrats 2 zurückgezogen. Hierdurch kann das Aufsetzen der spezifischen Bindesubstanzen auf das poröse Material einfacher ausgeführt werden. Die spezifische Bindesubstanz fließt weder auf die Oberfläche des Substrats 2 noch auf andere absorbierende Fleckzonen 5.
Als spezifische Bindesubstanz werden üblicherweise zur Bildung des Mikro-Arrays Polynucleotid und Oligonucleotid eingesetzt, beispielsweise cDNA, ein Teil von cDNA, Polynucleotid (PCR-Produkte), die nach dem PCR-Verfahren hergestellt sind (beispielsweise EST und dergleichen), außerdem synthetisierte Nucleotide. Man beachte, daß künstliches Nucleotid, das heißt Peptid-Nucleinsäuren (PNA) und deren Derivate, in denen die Phosphodiester-Bindung von DNA in eine Peptidbindung transformiert wird. Außerdem können die spezifischen Bindesubstanzen, die in die absorbierenden Zonen bei der obigen Ausführungsform eingegeben werden, sich mit der Substanz verbinden, die von einem lebenden Organismus abgeleitet sind, beispielsweise einem Hormon, einem Tumormarker, Enzym, Antikörper, Antigen, Abzym, anderes Protein, Nucleinsäure, cDNA, DNA, RNA und dergleichen, deren Sequenz, Basislänge, Zusammensetzung und dergleichen bekannt sind.
Wie weiterhin in dem US-Patent Nr. 5 807 522 beschrieben ist, werden die spezifischen Bindesubstanzen auf die absorbierenden Zonen nach dem Spotting-Verfahren oder dem Tintenstrahlverfahren aufgebracht. Beim Spotting-Verfahren werden die spezifischen Bindesubstanzen auf einen Stift aufgetragen, um auf das poröse Material übertragen zu werden. Beim Tintenstrahlverfahren wird eine die spezifischen Bindesubstanzen enthaltende Flüssigkeit auf das poröse Material gestrahlt.
Vorzugsweise werden die spezifischen Bindesubstanzen in Wärme oder bei Beleuchtung mit Ultraviolettstrahlen mit Substanzen gebunden, die von einem lebenden Organismus abgeleitet sind, der mit der Markierungssubstanz markiert ist. Als Reaktionen gibt es die Hybridisierung von cDNA, die Antigen-Antikörper-Reaktion, die Rezeptor-Liganden und dergleichen.
Die Markierungssubstanz enthält mindestens eine folgender Substanzen: eine radioaktive Markierungssubstanz, eine fluoreszierende Markierungssubstanz und eine chemilumineszierende Markierungssubstanz.
Man beachte, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere das kontinuierliche Substrat 200 nach 6 kann bei Ausführungsformen nach den 7A bis 8C eingesetzt werden. Damit kann das kontinuierliche Substrat 200 kontinuierlich in Transportrichtung befördert werden.
Wenn die von einem lebenden Organismus abgeleiteten Substanzen mit der radioaktiven Markierungssubstanz markiert werden, wird für die Analyse ein anregbares Leuchtstoffblatt 36 gemäß 9A verwendet. Dieses enthält eine anregbare Leuchtstoffschicht 34 aus einem anregbaren Leuchtstoff und eine Basis 35.
Wie in 9B gezeigt ist, ist das anregbare Leuchtstoffblatt 36 überlappt mit der biochemischen Analyseeinheit 1. Hierdurch steht das poröse Material 4 der biochemischen Analyseeinheit 1 der anregbaren Leuchtstoffschicht 34 des anregbaren Leuchtstoffblatts 37 gegenüber, und folglich ist der anregbare Leuchtstoff innerhalb der Schicht 36 für eine vorbestimmte Zeit den radioaktiven Strahlen ausgesetzt, die von der radioaktiven Markierungssubstanz emittiert werden. Hierdurch sammelt sich die Energie der radioaktiven Strahlen an.
Anschließend wird das anregbare Leuchtstoffblatt 36 in ein Analysesystem eingebracht (vergleiche 10) und mit sichtbaren Lichtstrahlen beleuchtet. Der anregbare Leuchtstoff wird angeregt und emittiert Licht mit einer Wellenlänge, die der angesammelten Energie entspricht.
9C zeigt eine weitere Ausführungsform des anregbaren Leuchtstoffblatts 39, welches verwendet wird, wenn das poröse Material in der biochemischen Analyseeinheit 1 sich von deren Oberfläche zurückgezogen hat. Das anregbare Leuchtstoffblatt 39 besteht aus einer Basis 38 und Nachweis-Vorsprüngen 37, die auf der Basis 38 ausgebildet sind. Die Nachweis-Protuberanzen 37 sind in Form einer Matrix ausgebildet und entsprechen den absorbierenden Fleckzonen der biochemischen Analyseeinheit.
Der anregbare Leuchtstoff ist beispielsweise:

1) Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. S55-12145 offenbart Leuchtstoffe aus Alkalierdmaterial-Fluorid-Halogenid (Ba_1-xM²⁺ _x)FX:yA (M²⁺ ist mindestens ein Erdalkalimaterial Mg, Ca, Sr, Zn und Cd, X ist mindestens ein Halogen der Elemente Cl, Br und I, und A ist Eu, Tb, Ce, Tm, Dy, Pr, He, Nd, Yb und Er; 0 ≤ x ≤ 0,6; 0 ≤ y ≤ 0,2;
2) Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. H2-276997 zeigt Erdalkalimaterial-Fluorid-Halogenid-Leuchtstoffe SrFX:Z (wobei X ein Halogen ist, mindestens eines der Elemente Cl, Br und I, und Z entweder Eu oder Ce ist);
3) Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. S59-56479 zeigt mittels Europium aktivierte Komplex-Halogen-Leuchtstoffe BaFX·xNaX':aEu²⁺ (X und X' ist jeweils ein Halogen, mindestens eines der Elemente Cl, Br und I; 0 < x ≤ 2; 0 < a ≤ 0,2);
4) Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 58-69281 offenbart mittels Cer aktiviertes Metall-Oxyhalogenid, MOX:xCe (M steht für mindestens eines folgender Metalle: Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Bi; X ist ein Halogen Br und/oder I; 0 < x < 0,1);
5) Die japanischen Offenlegungsschriften Nr. 60-101179 und 60-90288 zeigen mittels Cer aktiviertes Seltenerdmaterial-Oxyhalogenid-Leuchtstoffe LnOX:xCe (Ln ist min destens eines der Seltenerdelemente Y, La, Gd und Lu; X ist mindestens eines der Halogene Cl, Br und I; 0 < x ≤ 0,1); und
6) Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. S59-75200 zeigt mittels Europium aktivierten Komplex-Halogenid-Leuchtstoff, M⁽²⁾FX·aM⁽¹⁾X'·bM'⁽²⁾X''₂·cM⁽³⁾X'''₃·xA:yEu²⁺ (M⁽²⁾ ist mindestens eines der Erdalkalimaterialien Li, Na, K, Rb und Cs; M'⁽²⁾ ist mindestens eines der Elemente Be und Mg; M⁽³⁾ ist mindestens eines der Elemente Al, Ga, In und Tl; A ist mindestens ein Metalloxid, X ist mindestens eines der Halogene Cl, Br und I; X', X'' und X''' ist eines der Halogene F, Cl, Br und I; 0 ≤ a ≤ 2; 0 ≤ b ≤ 10^–2; 0 ≤ c ≤ 10^–2, a + b + c ≥ 10^–2; 0 < x ≤ 0,5 und 0 < y ≤ 0,2).

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Wenn es nicht überschüssiger Klebstoff erschwert, das poröse Material in die Löcher zu füllen, läßt sich der überschüssige Klebstoff nicht von der Substratoberfläche entfernen. Außerdem wird die verarbeitete Fläche ausgebildet, bevor der Klebstoff bei der obigen Ausführungsform aufgebracht wird. Wenn allerdings das poröse Material kaum von dem Substrat entfernbar ist, läßt sich die bearbeitete Oberfläche möglicherweise nicht ausbilden.
In 10 wird das Datenanalysiersystem 40 dazu eingesetzt, die Analyse der vom lebenden Organismus abgeleiteten Substanz durchzuführen. Wenn die biochemische Analyse durchgeführt wird, wird die vom lebenden Organismus abgeleitete Substanz, markiert mit einer Markierungssubstanz, auf jede absorbierende Fleckzone 5 getröpfelt, um die Hybridisierung vorzunehmen. Dann wird ein anregbares Leuchtstoffblatt 36 über die biochemische Analyseeinheit 1 gelegt, um das Blatt 36 eine vorbestimmte Zeit zu exponieren. Das exponierte anregbare Leuchtstoffblatt 36 wird auf eine Glasplatte 31 einer Bühne 40 gelegt.
Das Datenanalysesystem 40 enthält eine erste, eine zweite und eine dritte Laserquelle 41, 42, 43. Die erste Laserquelle 41 besteht aus einem Halbleiterlaser und emittiert einen La serstrahl 44a mit einer Wellenlänge von 640 nm. Die zweite und die dritte Laserquelle 42, 43 bestehen aus Elementen zum Erzeugen der ersten Oberwelle, emittiert werden ein Laserstrahl 44b mit einer Wellenlänge von 532 nm und ein Laserstrahl 44c mit einer Wellenlänge von 473 nm.
Der Scanner enthält einen ersten und einen zweiten dichroitischen Spiegel 47, 48, die selektiv die Laserstrahlen 44a, 44b und 44c reflektieren.
Ein von dem ersten Laser 21 emittierter Laserstrahl 44a wird von einer Kollimatorlinse 45 zu einem parallelen Strahlenbündel geformt und wird von einem Spiegel 46 reflektiert. Ein erster dichroitischer Spiegel 47 und der. zweite dichroitische Spiegel 48 lassen den Laserstrahl 44a durch. Ein von dem zweiten Laser 42 emittierter Laserstrahl 44b wird von einer Kollimatorlinse 50 zu einem parallelen Strahlenbündel geformt und wird von dem ersten dichroitischen Spiegel 47 reflektiert. Der zweite dichroitische Spiegel 48 läßt auch den Laserstrahl 44b durch. Der von dem dritten Laser 43 emittierte Laserstrahl 44c läuft durch die Kollimatorlinse 51 und wird dann zu einem parallelen Strahlenbündel, um von dem zweiten dichroitischen Spiegel 48 reflektiert zu werden.
Anschließend läuft jeder der Laserstrahlen 44a, 44b und 44c als Anregungsstrahl 44 auf einer optischen Achse L in einem Lichtweg und wird von den Spiegeln 49 und 52 reflektiert.
Stromabwärts bezüglich des Spiegels 52 befindet sich ein perforierter Spiegel 58 in dem optischen Weg. In der Mitte des perforierten Spiegels 58 befindet sich ein Loch 57, welches von dem Anregungsstrahl 44 durchsetzt wird, der dann von einem konkaven Spiegel 59 reflektiert wird, um in einen optischen Kopf 55 einzutreten.
Der optische Kopf 55 enthält einen Spiegel 56 und eine asphärische Linse 59. Nach dem Eintritt in den optischen Kopf 55 wird der Anregungsstrahl 44 von dem Spiegel 56 reflektiert und von der asphärischen Linse 59 auf das anregbare Leuchtstoffblatt 36 auf der Glasplatte 61 gebündelt. Hierdurch wird von der exponierten Fleckzone gegenüber der absorbierenden Fleckzone 5 Fluoreszenzlicht 64 abgegeben.
Das Fluoreszenzlicht 65 wird von der asphärischen Linse 59 in paralleles Licht umgewandelt und wird an dem perforierten Spiegel 58 reflektiert. Das Fluoreszenzlicht 65 reflektiert an einem konkaven Spiegel 66 und durchläuft eine Filtereinheit 68. Anschließend wird das Fluoreszenzlicht 65 von einem Photomultiplier 69 detektiert, der ein Nachweis- oder Detektorsignal erzeugt. Das Nachweissignal wird von einem A/D-Wandler 70 in Nachweisdaten umgewandelt. Die Nachweisdaten werden an eine Bildverarbeitungsvorrichtung 71 gegeben, die die Nachweisdaten verarbeitet, um auf einer (nicht gezeigten) Anzeige Bilder entsprechend den Nachweisdaten zur Anzeige zu bringen. Man beachte, daß der optische Kopf 55 von einem (nicht gezeigten) Abtastmechanismus derart bewegt wird, daß jede exponierte Fleckzone 39 des anregbaren Leuchtstoffblatts 36 vollständig abgetastet wird.
[Beispiel]
Es werden mehrere Typen von Klebstoffen zum Ankleben des porösen Materials an dem Substrat verwendet. Das Beispiel der biochemischen Analyseeinheit gilt für Situationen, in denen sich das poröse Material von dem Substrat abschält. Ein SUS 340 mit einer Dicke von 100 μm wird zu einer Größe von 90 mm × 70 mm ausgeschnitten und dient als Substrat 2. Der Radius der Löcher beträgt 0,2 mm, der Abstand zwischen benachbarten Löchern beträgt 0,4 mm. Die Gesamtanzahl der Löcher in der biochemischen Analyseeinheit beträgt 100. In der biochemischen Analyseeinheit sind 12 und 16 Blöcke in Breiten- bzw. Längsrichtung angeordnet. Jeder Block hat quadratische Form, die Länge jeder Seiten beträgt 4,5 mm. Nylon-66 mit einer Dicke von 0,16 mm dient als poröses Material 4. Der prozentuale Hohlraumanteil des porösen Materials 4 beträgt 70%.
Als Klebstoff werden drei Typen von Styrol-Butadien-Gummi (SBR) des Latexbildner verwendet. Die Glasübergangstemperatur der drei Typen von Styrol-Butadien-Gummi beträgt 20, 40 bzw. 60°C. Außerdem werden als Klebstoff vier Typen von Acrylonitril- Butadien-Gummi (NBR) mit einer Glasübergangstemperatur von –55, –30, –10 bzw. 17°C verwendet.
[Herstellung der biochemischen Analyseeinheit]
Das Substrat wird mit reinem Wasser nach Ultraschallreinigung mit neutralem chemischen Reinigungsmittel gespült. In dem Oxidationsbad 19 nach 6 fließt 5 Minuten lang ein elektrischer Strom von 0,5 A in der Elektrolytlösung 20. Anschließend wird das Substrat mit reinem Wasser gespült. Bei dem Verfahren nach 7 wird der Klebstoff auf das Substrat aufgebracht, so daß er nach dem Trocknen eine Dicke von 10 μm besitzt. Nach Aufbringen des Klebstoffs erfolgen die Kalzinierungen während 5 Minuten bei 70°C. Weiterhin wird die Druckwalze auf 150°C erhitzt, und das Substrat und das poröse Material werden bei einem Druck von 150 kp/cm² gepreßt, um eine biochemische Analyseeinheit zu erhalten.
Die biochemische Analyseeinheit wird in eine Pufferlösung für eine DNA-Hybridisierreaktion 18 Stunden lang bei 65°C eingebracht und dann für eine Stunde lang in reines kochendes Wasser gehalten. Anschließend wird die biochemische Analyseeinheit 24 Stunden lang auf –20°C gehalten. Diese Vorgänge werden zweimal durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Abschätzung der biochemischen Analyseeinheit. Man beachte, daß 100 ml der Pufferlösung folgende Stoffe enthalten:
Sterilisiertes reines Wasser: 52 ml
20 × SSC (3 M NaCl; 0,3 M Natriumcitrat, hergestellt von Nippon Gene Co., Ltd.): 30 ml
0,5 M EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure; pH 8,0) (2 ml)
50 × Denhard-Lösung: 10 ml
10% SDS-Lösung (Natrium-Dodecylsulfat-Lösung): 5 ml
Deformierte DNA von Lachsspermien (100 μg/ml): 1 ml
[Bewertung der biochemischen Analyseeinheit]
Bei der Bewertung wird die biochemische Analyseeinheit in die Pufferlösung eingebracht, die auf einer Temperatur von 65°C gehalten wird. Dabei wird untersucht, ob sich das poröse Material von dem Substrat abschält. Schält es sich nicht ab, erfolgt die Bewertung „P". Schält sich das poröse Material ab, lautet die Bewertung „L". Die Ergebnisse der Bewertung sind in der Tabelle 1 angegeben.
[Tabelle 1]
In Tabelle 1 schält sich bei der biochemischen Analyseeinheit gemäß der Erfindung das poröse Material nicht von der Wand des Lochs in dem Substrat ab.
Bei der obigen Ausführungsform bewegt die Laserablationsvorrichtung überschüssigen Klebstoff von den Löchern 3. Allerdings kann die Laserablationsvorrichtung auch dazu eingesetzt werden, den Klebstoff 25b an dem Substrat 2 und den überschüssigen Klebstoff in den Löchern 3 gleichzeitig zu entfernen.

Claims

Biochemische Analyseeinheit (1), umfassend: a) eine Basis (2) aus einem Material zum Abschirmen gegenüber radioaktiven Strahlen oder Licht; b) mehrere in der Basis (2) ausgebildete Löcher; c) ein in die Löcher (3) eingebrachtes poröses Material (4); d) eine Klebstoffschicht (25a), die in jedem der Löcher (3) ausgebildet ist, um an deren Wänden das poröse Material (4) in den Löchern zu fixieren, wobei eine Glasübergangstemperatur des Klebstoffs über –20°C und unter 50°C liegt, wobei der Klebstoff (25) Styrol-Butadien-Gummi oder Acrylnitril-Butadien-Gummi ist.
Einheit (1) nach Anspruch 1, bei der das poröse Material (4) in die Löcher (3) eingefüllt ist, nachdem eine an der Basis (2) durch Einbringen des Klebstoffs (25) in die Löcher (3) ausgebildete Klebstoffschicht (25b) entfernt ist.
Verfahren zum Herstellen einer biochemischen Analyseeinheit (1) umfassend folgende Schritte: Bilden einer Klebstoffschicht (25a) an einer Wand jedes in einer Basis (2) flachstückähnlicher Form, ausgebildeten Lochs; Überlappen eines porösen Materials (4) mit einer Oberfläche der Basis (2); Andrücken des porösen Materials (4) gegen die Basis (2) mit Hilfe eines Preßelements (27, 28), um einen Teil des porösen Materials (4) in die Löcher (3) einzubringen, und um das poröse Material (4) über die Klebstoffschicht an der Wand des Lochs (3) anzukleben, wobei der Klebstoff (25) Styrol-Butadien-Gummi oder Acrylnitril-Butadien-Gummi ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Preßelemente (27, 28) als Preßwalzenpaar (27, 28) ausgebildet sind, von dem eine erste Walze (27), welche die Basis berührt, aufgeheizt ist, wobei eine Temperatur der ersten Walze (27) oberhalb einer Glasübergangstemperatur des Klebstoffs (25) liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Temperatur der ersten Walze (27) unterhalb der Temperatur der Klebstoffschicht, des porösen Materials (4) und der Basis liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Temperatur der ersten Walze (27) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Glasübergangstemperatur –20°C bis 50°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Basis (2) aus mindestens einem folgender Werkstoffe gebildet ist: Metallwerkstoffe, Keramikwerkstoffe und Kunststoffe.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt zur Ausbildung der Klebstoffschicht (25a, 25b) folgende Schritte beinhaltet: Anbringen eines Klebstoffs (25) an der Basis (2); und Ausführen von Kalzinierungen des Klebstoffs (25) an der Basis (2).
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend einen Schritt des Durchführens einer Bearbeitung einer Oberfläche der Basis (2) mit einem Corona-Entladungsverfahren, einem Corona-Entladungsverfahren oder einem Kathodenoxidationsverfahren, bevor der Schritt zum Bilden der Klebstoffschicht (25a, 25b) ausgeführt wird, um die Klebstoffschicht (25a, 25b) mit Sicherheit auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend einen Schritt des Wegblasens, des Absaugens oder des mit einem Tuch durchgeführten Wegwischens überschüssigen Klebstoffs (25c), der an der Oberfläche der Basis (2) verbleibt, bevor die Kalzinierungen durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin umfassend einen Schritt des Durchführens einer Laserablation, des Stanzens oder des Erhitzens nach dem Durchführen der Kalzinierungen, wobei die Laserablation und das Stanzen überschüssigen Klebstoff in den Löchern (3) entfernt, und des Heißschmelzens des überschüssigen Klebstoffs innerhalb der Löcher (3).
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Klebstoffschicht (25a) gebildet wird, indem eine auf einer Oberfläche der Basis (2) nach Aufbringen eines Klebstoffs (25) auf die Basis (2) gebildete Klebstoffschicht (25b) entfernt wird.