DE69620028T2

DE69620028T2 - Reversible, nichtkovalentgebundene oberflächenbeschichtung

Info

Publication number: DE69620028T2
Application number: DE69620028T
Authority: DE
Inventors: Thomas Arnebrant; Boerje Sellergren; Aleksander Swietlow
Original assignee: Forskarpatent I SYD AB
Current assignee: Forskarpatent I SYD AB
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2016-12-03
Also published as: JP2000507345A; CA2239122C; JP3629036B2; US6444321B1; AU1047297A; SE9504347D0; IL124710A0; CA2239122A1; DE69620028D1; EP0871548A1; EP0871548B1; WO1997020639A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf beschichtete Oberflächen und insbesondere auf eine Oberflächenbeschichtung.

Hintergrund

Molekulare Erkennung und funktionelle Gruppenkomplementation sind essentiell bei der Konstruktion und Herstellung chemischer oder biologischer Sensorenl, affinitätschromatographischer Träger² oder beim Aufbau organischer supramolekularer Strukturen³. Daher besteht ein potentielles Interesse an neuen Ansätzen, molekulare Selektivität in diese Bereiche einzuführen.
In diesem Zusammenhang werden durch molekulare Selbstzusammenlagerung ("self assembly") gebildete organische Dünnfilme derzeit ausführlich untersucht&sup4;. Diese kann man mit der klassischen Langmuir- Blodgett(LB)-Technik, wobei ein an der Luft-Wasser- Grenzfläche gebildeter Tensid-Monolayer auf eine feste ebene Oberfläche übertragen wird, oder direkt aus der Lösung durch Spontansorption eines aktiven Tensids auf eine ebene feste Oberfläche herstellen. Diese Verfahren führen zu organisierten Schichten, in denen die Tenside durch starke laterale Wechselwirkungen zusammengehalten und durch terminale kovalente oder polare Bindungen stabilisiert werden.

Chemische Sensoren

Die oben erwähnten organischen Filme zeigen als Modellsysteme für chemische Sensoren eine Reihe von Vorteilen:
1) Der in solchen Systemen erreichbare hohe Ordnungsgrad erlaubt gute Kontrolle der Oberflächeneigenschaften (Polarität, Hydrophobizität, Azidität usw.), so daß die Adsorption einer bestimmten Verbindungsklasse entweder minimiert (nichtspezifische Proteinadsorption) oder maximiert werden kann&sup5;.
2) Es stehen eine Reihe von Signalweiterleitungstechniken (basierend auf u. a. optischen, elektrochemischen oder mikrogravimetrischen Meßprinzipien) zur Verfügung, die eine Echtzeitbeobachtung von Oberflächenvorgängen erlauben&sup4;.
3) Kleine Sensorelemente können mit der bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen (IC's) verfügbaren Lithographietechnologie hergestellt werden. Miniaturisierung ist ein wichtiger Faktor bei cer Sensorkonstruktion.
4) Die Oberflächen können rational konstruiert werden, wobei analytspezifische Liganden oder Wirte in die Schichten eingebaut werden. Dadurch wird eine spezifische molekulare Erkennung ermöglicht, die in Echtzeit verfolgt werden kann6,7,8.
Unter den Gesichtspunkten der Stabilität und einfachen Herstellung sind einfache chemische Strategien zur Einführung der Selektivität wünschenswert. Von Kunitake et al. 7 wurde gezeigt, daß selbstzusammengelagerte Guanidiniumamphiphile an der Luft-Wasser-Grenzfläche für die selektive Adsorption von Adenosinphosphaten verwendet werden konnten. An der ATP-Bindung waren vermutlich drei Guanidiniumgruppen beteiligt, die über Wasserstoff-verbrückte Tonenpaare an die Phosphatgruppen des ATP gebunden waren. Die Übertragung dieser Schichten auf eine feste Oberfläche durch Langmuir- Blodgett-Techniken wurde als möglicher Ansatz für die Herstellung von Sensoren für Phosphatbiomoleküle vorgeschlagen. Die begrenzte Stabilität von LB-Filmen stellt jedoch häufig ein Problem dar. Die Verwendung stabiler chemisorbierter Monolayer auf ebenen Oberflächen gewinnt daher aufgrund inhärenter Vorteile wie Stabilität, einfache Herstellung, Ordnung und Miniaturisierungsmöglichkeiten immer mehr an Bedeutung. Von diesen sind besonders die durch Chemisorption von Thiolen an Goldoberflächen&sup9; gebildeten SAM's ausführlich untersucht worden. Setzt man eine Gold(111)-Oberfläche einer verdünnten Alkylthiollösung aus, so führt dies zur schnellen Bildung einer hexagonal gepackten all-trans-Alkylschicht, die durch stabile Gold-Schwefel-Bindungen und einen Neigungswinkel von ungefähr 30º zwischen der Goldoberfläche und den Alkylketten gekennzeichnet ist. Man kann eine Reihe unterschiedlicher Funktionsweisen wählen. Bei der Herstellung analytselektiver Grenzflächen sind die Beschichtungen oftmals irreversibel an der Sensorgrenzfläche verankert, so daß eine Regenerierung der Beschichtung verhindert wird. Bei stark gebundenen Analyten kann dadurch die Wiederverwendbarkeit der Oberfläche begrenzt sein. In diesem Zusammenhang wären chemisch selektive Beschichtungen von Interesse, die sich reversibel an eine Sensoroberfläche anbinden lassen.

Multilayer-Strukturen

Multilayer mit geordneten Strukturen stehen derzeit im Brennpunkt intensiver Forschung aufgrund neu entstehender Anwendungen in der Optoelektronik (Telekommunikation), Molekularelektronik und "chemical sensing"4,10. Diese Multilayer lassen sich durch den Einbau funktioneller Einheiten (Dipole, Donor-Akzeptor- Paare, Chromophore) in den hydrophoben Teil des Amphiphils gewinnen. Wegen Stabilitätsproblemen des resultierenden Multilayers müssen neue alternative Techniken entwickelt werden. Dabei erfreut sich die Strategie der spontanen Selbstzusammenlagerung steigender Beliebtheit. Hierbei erlaubt man in der Regel zwei zueinander komplementären Biofunktionsbausteinen, sich auf einem festen Substrat wiederholt selbstzusammenzulagern. Von Decher et al. wurde für eines dieser Systeme eine Strategie für die Multilayer- Bildung beschrieben, die auf der aufeinanderfolgenden Adsorption von wechselweise geladenen Bolaamphiphilen (Amphiphilen mit zwei terminalen polaren Gruppen) und von Polyelektrolyten beruht10d. Hierdurch wird der Aufbau mehrerer Schichten mit einer Gesamtdicke bis zu einigen Tausend Å ermöglicht, so daß die Filme massenartige ("bulklike") Eigenschaften erhalten. Darüberhinaus sind diese Eigenschaften ideal in der nichtlinearen Optik, da ein solcher Film die stabile, nicht zentralsymmetrische Orientierung polarisierbarer Dipole erlauben würde. Eines der Ziele bei der Konstruktion dieser Filme ist es, den Zwischenschichtraum zu verringern und dadurch eine höhere Dichte funktioneller Einheiten zu erreichen. Unglücklicherweise hat dies einen destabilisierenden Einfluß auf die gebildeten Schichten. Die Bausteine (Amphiphile) sind daher in diesen Fällen größer als 30 Å. In Systemen, die auf starken gerichteten Kopfgruppenwechselwirkungen beruhen, könnte man kleinere Amphiphile verwenden: Decher et al. offenbaren in US 5 208 11 Oberflächenbeschichtungen, die ein Bolaamphiphil enthalten. In dieser Arbeit sind als mögliche funktionelle geladene Gruppen Ammoniumgruppen erwähnt.

Genanalyse

Eine routinemäßige Genanalyse ist auf den Nachweis spezifischer DNA- oder RNA-Sequenzen angewiesen, die in einer komplexen Mischung in winzigen Mengen vorhanden sind. Die gegenwärtigen analytischen Verfahren enthalten in der Regel zeitaufwendige Markierungs- und Trennungsschritte" und sind deshalb zu einem Engpaß in von schneller DNA-Sequenzierung abhängigen Bereichen (d. h. HUGO, forensische Analyse, Diagnostik) geworden. Daher werden alternative Verfahren für das schnelle, direkte Sequenzieren entwickelt. Diese beziehen häufig die Verwendung präsynthetisierter Oligonukleotidsonden mit ein, die in der Lage sind, spezifisch mit der gewünschten Sequenz zu hybridisieren¹². Ein attraktiver Ansatz besteht darin, das Hybridisierungsereignis direkt zu verfolgen (d. h. durch optische, elektrochemische oder gravimetrische Signalweiterleitung), indem man die an einer festen Oberfläche gebundenen Sonden verwendet (Fig. 3)13. Besonders interessant ist die Kombination dieser Verfahren mit der Mikrolithographie, wodurch Arrays unterschiedlicher Sondensequenzen, die jeweils ein separates Sensorelement darstellen würden, hergestellt werden können. In den oben erwähnten Systemen wird die Sonde jedoch in der Regel kovalent an den Träger gebunden, was zusätzliche chemische Schritte erforderlich macht. Techniken zur reversiblen Anbindung der Sonde an die Oberfläche wären attraktiv für das schnelle Scannen der Hybridisierungseigenschaften einer großen Anzahl von Sonden gegenüber einer bestimmten Target-DNA.

Proteinadsorption

Das Verhalten von Proteinen an Grenzflächen und insbesondere an der festflüssig-Grenzfläche ist von äußerster Wichtigkeit bei der Bestimmung der Vorgänge, die beim Inkontaktbringen einer Oberfläche mit einer biologischen Flüssigkeit ablaufen. Erkenntnisse über die Art der adsorbierten Proteine und ihre Struktur (Konformation) sind daher ein Gebiet intensiver Forschung in den Bereichen Implantatintegration, Blutverträglichkeit und Zahnplaquebildung. Ein entscheidender Punkt hier ist die Möglichkeit, die "richtigen Proteine" in der gewünschten Konformation/Orientierung selektiv zu adsorbieren. Neben veränderlichen Lösungsbedingungen ist das Hauptwerkzeug in diesem Verfahren die Anpassung der Oberfläche an die Funktionalität (Art der Gruppen und Dichte). Techniken für die schnelle und bequeme Kontrolle dieser Parameter wären ein sehr nützliches Instrument, um die Oberfläche in bezug auf die oben erwähnten Anwendungen zu optimieren. Ähnliche Überlegungen treffen auch auf die Oberflächenmodifikation in bezug auf die Immobilisierung von Enzymen für Sensoranwendungen zu.

Die vorliegende Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt eine Oberflächenbeschichtung zur Verfügung, die ein an ein Substrat über nichtkovalente Wechselwirkung reversibel gebundenes Bolaamphiphil umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß es sich bei dem Bolaamphiphil um ein Amidin handelt.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen:

ist das Amphiphil an das Substrat über polare Wechselwirkung zwischen kationischen Gruppen des Amphiphils und anionischen Gruppen des Substrats gebunden;
ist die polare Wechselwirkung zwischen Amphiphil und Substrat vorn pH abhängig;
wird das Amphiphil aus Bisbenzamidinen ausgewählt;
handelt es sich bei dem Amphophil um Pentamidin;
wird die Oberflächenbeschichtung in chemischer Trennung und Analyse verwendet;
wird die Oberflächenbeschichtung in der Elektronik verwendet; und
wird die Oberflächenbeschichtung in der Optoelektronik verwendet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Bolaamphiphil (ein Amphiphil mit zwei über eine nichtpolare Linkergruppe verbundenen polaren Gruppen) aus Bisbenzamidinen ausgewählt, vorzugsweise mit einer Linkergruppe mit etwa 2-14 Kohlenstoffatomen und insbesondere Pentamidin, wobei eine der positiv geladenen polaren Amidiniumgruppen reversibel an eine negativ geladene Gruppe, vorzugsweise eine Carboxylgruppe eines Substrats, über polare Wechselwirkung gebunden ist. Die Reversibilität der Bindung des Amphiphils an das Substrat ist pH-abhängig und steht in Beziehung zum pK-Wert der sauren Gruppen am Substrat. In der Regel liegt dieser pK-Wert im Bereich von etwa 2 bis etwa 6 und ist etwa 4, 5 für eine Carbonsäure. Dies bedeutet für an ein Substrat mit Carboxylgruppen gebundenes Amidin, wie z. B. Pentamidin, daß weitgehend das gesamte Amphiphil (Amidin) bei einem pH von 7-8,5 an das Substrat gebunden ist und von der Oberfläche bei einem pH von etwa 3 oder darunter freigesetzt wird.
Im allgemeinen kann die vorliegende Erfindung unter anderem in der chemischen Trennung und Analyse sowie in der Elektronik und Optoelektronik verwendet werden. Einige beispielhafte Anwendungsgebiete sind:
Selektive Adsorption biologischer Moleküle, wie z. B. Phosphatbiomoleküle. Diese selektive Adsorption kann insbesondere in chemischen Sensoren und Detektorvorrichtungen verwendet werden; Sensoren, die z. B. auf Enzymen basieren, die an die Oberfläche in einer aktiven Orientierung/Konformation gebunden sind. Hierdurch könnte die Sensitivität/Selektivität des Sensors optimiert werden. Die Auswechselbarkeit könnte für die schnelle Regenerierung oder Substitution des immobilisierten Enzymtyps mit anderen Targetmolekülen ausgenutzt werden;
Verstärkung oder Inhibierung der Verträglichkeit mit biologischen Materialien, z. B. Inhibierung der Abstoßung im Zusammenhang mit chirurgischen Eingriffen; Förderung des Einwachsens von Knochenimplantaten;
als Zahnbeschichtung zur Inhibierung des Plaquewachstums oder zur Verbesserung der Haftung von Zahnersatzmaterialien;
als Matrix zur Bindung von Phospholipiden und Bereitstellung von Modellen biologischer Membranen;
Inhibierung der Blutgerinnung durch Beschichten einer mit Blut in Kontakt stehenden Oberfläche im Sinne der Erfindung, so daß die Oberfläche blutverträglich wird;
Verabreichung von Arzneimitteln, indem die Oberfläche eines Trägers mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung versehen wird, wobei das Amphiphil das Arzneimittel bindet und die Bindung pH-abhängig ist, so daß das Arzneimittel in Abhängigkeit vom pH freigesetzt wird;
die Erfindung kann auch für die Oberflächenveränderung eines beliebigen Gefäßes, Schlauchs oder einer beliebigen Pumpe zur Verabreichung verwendet werden, um den Verlust an aktiver Substanz aufgrund von Adsorption so gering wie möglich zu halten.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Chromatographie, insbesondere Säulenchromatographie, wobei die Säule oder seine Packung mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung beschichtet wird. Die Beschichtung beinhaltet ein Amphiphil (oder eine an das Amphiphil gebundene Substanz) mit Affinität für die durch Chromatographie zu trennende Substanz. Das Chromatographieverfahren könnte z. B. eine Methode zur Reinigung von kontaminiertem Blut darstellen, wobei die kontaminierende Substanz an die Beschichtung gebunden wird. Wie oben erwähnt, ist die Beschichtungsaffinität vorzugsweise reversibel und pH-abhängig, so daß die Säule leicht regeneriert werden kann;
ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Extraktion von Substanzen aus Flüssigkeiten, wie z. B. Gold aus Meerwasser, indem das Amphiphil mit einer Affinität für die Substanz (Gold) versehen wird. Die Affinität ist wiederum vorzugsweise reversibel (z. B. abhängig vom pH), so daß die Extraktionsvorrichtung regeneriert werden kann;
noch ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Analyse von DNA-Sequenzen, die weiter unten beschrieben wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, bei denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von reversibel selbstzusammengelagerten Amphiphilen auf einer Grundoberfläche;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bereitstellung einer sauren Grundoberfläche, zur Selbstzusammenlagerung eines dibasischen Amphiphils auf der sauren Grundoberfläche und zur Bindung von ATP an das Amphiphil; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines DNA- Hybridisierungsassays repräsentiert, genauer beschrieben.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine modifizierte Oberfläche und eine auf reversibel selbstzusammemgelagerten Amphiphilen beruhende Oberflächenmodifizierungstechnik (Fig. 1). Das eine polare Kopfgruppe (A) enthaltende Amphiphil ist in der Lage, eine starke und reversible Wechselwirkung mit einer darunterliegenden Oberfläche über direkte nichtkovalente Bindungen einzugehen, was zur Ausbildung organisierter, geordneter Schichten führt. Es kann mit einer weiteren terminalen funktionellen Gruppe am entgegengesetzten Ende (B) versehen sein. Die Monolayerstabilität kann man beispielsweise durch die Wahl des pH im Medium kontrollieren. Dies erlaubt einen Wechsel in der Schichtenbildung, den man für eine schnelle Funktionalisierung einer gegebenen Oberfläche nutzen kann. Mit der Wahl eines geeigneten B kann man diesen Ansatz dazu verwenden, eine Oberfläche mit wünschenswerten Eigenschaften, beispielsweise zur molekularen Erkennung, für gerichtete Kristallisationen, Trennungen oder zum Aufbau von Multilayern, zu konstruieren. Beim Multilayer-Aufbau erlauben die starken Kopfgruppenwechselwirkungen die Verwendung kleinerer Bausteine als die bisher verwendeten. Die Verwendung unterschiedlicher Kopfgruppenregioisomeren ermöglicht es uns, den Neigungswinkel des Amphiphi.ls relativ zur Oberfläche einzustellen. Weiterhin können die Schichtdicken der Länge des Amphiphils angepaßt werden. Diese Eigenschaften sind wichtig bei den oben beschriebenen optoelektronischen Anwendungen.
Falls das Amphiphil in der Lage ist, an Nukleinsäuren zu binden, kann man diese in die Schicht einbauen. So kann sich beispielsweise ein dibasisches DNA-bindendes Arzneimittel auf einer sauren Oberfläche selbstzusammmenlagern (Fig. 2). Zu dieser transformierten Oberfläche wird dann eine einzelsträngige Oligonukleotidsonde gegeben, die reversibel an die Oberfläche gebunden wird (Fig. 3). Wird nun ein Gen mit der Targetsequenz hinzugegeben, so läßt sich eine erkennbare Veränderung in der Schichtdicke beobachten. Dieser Vorgang wird weiter dadurch verstärkt, daß solche Arzneimittel in der Lage sind, doppelsträngige DNA zu stabilisieren. Nach der Analyse wird die saure Oberfläche durch Absenken des pH-Werts regeneriert, und die nächste Analyse kann dann wiederum bei hohem pH stattfinden. Für eine gegebene Sondensequenz läßt sich diese Technik auch zur Untersuchung der Wechselwirkung (Basenspezifität) zwischen verschiedenen DNA-bindenden Arzneimitteln und ds-DNA einsetzen.
Veränderungen in der Schicht der Oberflächenbeschichtung, wie etwa in ihrer Dicke oder ihrem Gewicht lassen sich mit verschiedenen Techniken, z. B. Ellipsometrie, Oberflächen-Plasmonresonanz (SPR), Quart-Mikrowaagentechnik (QCM) oder elektrochemischen Nachweisverfahren (z. B. Impedanz) nachweisen.
Im folgenden wird die Erfindung ausführlicher beschrieben, wobei eine Reihe nicht einschränkender Beispiele gegeben werden.

Beispiel 1

Zur Herstellung von mit Mercaptoundecansäure modifizierten Goldelektroden wurde das Thiol aus einer 1 mM Mercaptoundecansäurelösung in Ethanol mindestens 12 h sorbiert, anschließend mit Ethanol gespült und dann unter einem Stickstoffstrom getrocknet. Auf diese Weise wurde eine Grundoberfläche mit Carboxylgruppen hergestellt. Dieser Vorgang wurde ellipsometrisch verfolgt (Dünnfilm-Ellipsometer 43603-200 E der Fa. Rudolfunter Verwendung eines Einfallswinkels von Ei80 und einer HeNe-Laser-Lichtquelle, X = 633 nm). Es ergab sich ein Anstieg in der Dicke von 13 Å, was auf die Bildung eines gut gepackten dichten Monolayers hindeutet. Zugabe einer 2,5 mM wäßrigen Lösung des dibasischen Arzneimittels Pentamidin (PAN) bei pH 8,5 in Gegenwart der modifizierten Elektrode ergab eine 20%ige Abnahme in der gemessenen Doppelschichtkapazität und einen Anstieg in der Dicke von ca. 21 Å. Dies deutet auf die Bildung eines zweiten gut gepackten Monolayers auf der Säureschicht hin (PAM-Oberfläche). Die Zugabe von Adenosintriphosphat (ATP) zur PAN- Oberfläche führte zu einem zusätzlichen Anstieg in der Dicke von ca. 15 Å. Die Zugabe von Adenosinmonophosphat ergab keinen Anstieg in der Filmdicke (siehe Fig. 2).

Beispiel 2

Die in Beispiel 1 beschriebene PAM-Oberfläche kann durch Erniedrigung des pH-Werts auf 3 entfernt werden, wodurch die Dicke entsprechend der PAM-Schichtdicke abnimmt. Durch erneute Erhöhung des pH-Werts steigt die Dicke auf den ursprünglichen Wert an, was auf eine reversible Schichtenbildung hindeutet. Die Zugabe von ATP oder AMP bei niedrigem pH führt zu keinem sichtbaren Anstieg in der Filmdicke.

Beispiel 3

Zur Herstellung von mit Mercaptopropionsäure modifizierten Goldelektroden wurden die Thiole aus einer Ethanollösung sorbiert (Grundoberfläche). Durch Zugabe des dibasischen Arzneimittels Pentamidin (PAM) bei pH 8,5 in Gegenwart der modifizierten Elektrode ergab sich ein Anstieg in der Dicke von 13 Å. Dies deutet auf die Bildung eines zweiten Monolayers auf der Säureschicht hin (PAM-Oberfläche). Die Zugabe von Adenosintriphosphat (ATP) zur PAM-Oberfläche führte zu einem zusätzlichen Anstieg in der Dicke von ca. 20 Å. Die Zugabe von Adenosinmonophosphat ergab keinen Anstieg in der Filmdicke.

Beispiel 4

Die beispielweise wie in den Beispielen 1 und 3 hergestellten PAM-Oberflächen können zur molekularen Erkennung anderer phosphathaltiger Moleküle (NAD- Cofaktoren, Oligonukleotide, Nukleosidtriphosphate, Inositolphosphat, Phosphoproteine, usw.) eingesetzt werden. So ergab beispielsweise die Zugabe von Inositoltetraphosphat einen zusätzlichen Anstieg in der Dicke von 20Ä, während Inositoldiphosphat nur einen Anstieg in der Dicke von ca. 10 Å ergab. Phosphorylierte Proteine lassen sich auf diese Weise analysieren.

Beispiel 5

Die Schichtdicke läßt sich an die Größe des Amphiphils anpassen. So lagen beispielsweise die gemessenen Dicken für die Reihe Ethamidin (18 Å) Pentamidin (21 Å), Octamidin (26 Å) in der Nähe der Molekülgröße.

Beispiel 6

Die PAM-Oberflächen, wie z. B. die in Beispielen 1 und 3 beschriebenen, sind in der Lage, Oligonukleotide zu binden, was zu stärkeren Anstiegen in der Dicke führt (Fig. 3). Ein Oligonukleotid mit 10 Basen führte somit zu einem Anstieg in der Dicke von bis zu 30 Å. Die Schichtdicke hier ist Null bei pH 2 und wird nach Rückkehr auf einen pH-Wert von 8,5 reproduziert.

Beispiel 7

Nach Zugabe eines Gens, das eine nachzuweisende Nukleotidbasenseguenz enthält, zu der mit der komplementären Sonde modifizierten, in Beispiel 5 beschriebenen Oberfläche wurde eine Abnahme in der Schichtdicke beobachtet (Fig. 3). Diese Abnahme wurde nur dann beobachtet, wenn die Sonde und das Gen vollständig komplementär waren. Daher wurde bei Verwendung einer Sonde, die eine oder mehrere Fehlpaarungen gegenüber der Targetsequenz enthielt, weiterhin ein Anstieg in der Schichtdicke beobachtet.

Beispiel 8

Oberfläche wie in Beispiel 1, aber mit dem aromatischen Bisamidin Ethamidin als Amphiphil. Diese Oberfläche ergab bei Zugabe eines Oligonukleotids einen geringeren Anstieg in der Dicke.

Beispiel 9

Verwendung der Technik zum Aufbau von DNA-Multilayern. Bei Verwendung von Octamidin und einem Thymidin-10-mer wurde eine Gesamtdicke von 80 Å beobachtet.

Beispiel 10

Zur Herstellung von mit Mercaptohexadecansäure (MHA) modifizierten Goldelektroden wurden die Thiole aus einer Ethanollösung adsorbiert. Die Zugabe von Decamidin (DAM) zu dieser Oberfläche ergab einen ellipsometrisch bestimmten Anstieg in der Dicke von 50 Å.
Die Adsorption von Lysozym, bei dem es sich um ein Protein mit positiver Nettoladung handelt, bei pH 7, 8 und anschließendes Spülen mit reinem Boratpuffer führten zu einem zusätzlichen Anstieg von 30 Å. Der entsprechende Anstieg in der Dicke nach Adsorption an die reine MHA-Oberfläche betrug 55-60 A.
Zum Vergleich ergab die Adsorption von Fibrinogen, bei dem es sich um ein Protein mit negativer Nettoladung handelt, bei pH 8, 8 nach Adsorption und Spülen mit Puffer Anstiege in der Dicke von 75 Å bei der MHA-DAM- Oberfläche bzw. 48 Å bei der reinen MHA-Oberfläche.
Somit ist die Affinität der obigen erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungen (im Vergleich zur unmodifizierten HHA-Oberfläche) für unterschiedliche Proteine unterschiedlich und für Fibrinogen höher als für Lysozym.
¹ Biosensors and Chemical Sensors, Hrsg. Edelman, P. G.; Wang, J., ACS Symp. Ser. 487, Washington DC, American Chemical Society, 1992.
² Highly Selective SeparatJens in Biotechnology, Hrsg. Street, W., Chapman and Hall, 1993.
³ Lehn, J.-M. Angew. Chem. Int. Ed. Eng. 1990, 29, 1304.
&sup4; Ulman, A. An Introduction to Ultrathin Organic Films from Langmuir-Blodgett to Self-assembly; Academic Press, Inc.; New York, 1991.
&sup5; Prime, K. L.; Whitesides, G. M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10714
&sup6; Sasaki, D. Y.; Kurihara, K.; Kunitake, T. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 9685-9686.
&sup7; (a) Rubinstein, I.; Steinberg, S.; Tor, Y.; Shanzer, A.; Sagiv, J. Nature 1988, 332, 426-429. (b) Kepley, L. J.; Crooks, R. M.; Ricco, A. J. Anal. Chem. 1992, 64, 3191-3193. (c) Schierbaum, K. D.; Weiss, T.; Thoden von Velzen, E. U.; Engbersen, J. F. J.; Reinhoudt, D. N.; Göpel, W. Science 1994, 265, 1413-1415.
&sup8; Müller, W.; Ringsdorf, H.; Rump, E.; Wildburg, G.; Zhang, X.; Angermaler, L.; Knoll, W.; Liley, M.; Spinke, J. Science 1993, 262, 1706-1708.
&sup9; (a) Whitesides, G. M.; Ferguson, G. S.; Allara, D.; Scherson, D.; Speaker, L.; Ulman, A. Crit. Rev. Surf. Chem. 1993, 3, 49-65 (b) Porter, M. D.; Bright, T. B.; Allara, D. L.; Chidsey, C. E. D. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 3559-3568. (c) Nuzzo, R. G.; Allara, D. L. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 4481-4483.
¹&sup0; (a) Cao, G.; Hong, H.-G.; Mallouk, T. E. Acc. Chem. Res. 1992, 25, 420-427, und darin zitierte Literaturstellen.
(b) Tillman, N.; Ulman, A.; Penner, T. L. Langmuir 1989, 5, 101. (c) Li, D.; Ratner, M. A.; Marks, T. J.; Zhang, C.; Yang, J.; Wong, G. K. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 7389-7390. (d) Decher, G.; Hong, J.-D. Macromol. Chem., Macromol. Symp. 1991, 46, 321-327. (e) Kimizuka, N.; Kawasaki, T.; Kunitake, T. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4387-4388.
¹¹ (a) Drmanac, R.; Drmanac, S.; Strezoska, Z.;
Paunesku, T.; Labat, I.; Zeremski, M.; Snoddy, J.; Funkhouser, W. K.; Koop, B.; Hood, L.; Crkvenjakov, R. Science 1993, 260, 1649 (b) News and Views, Science 1994, 265, S. 2008, 2085, 2096.
¹² Symous, R. H., Nucleic Acid Probes, CRC Press, Boca Raton, FL, 1989.
¹³ Siehe z. B.: Su, H.; Kallury, K. M. R.; Thompson, M. Anal. Chem. 1994, 66, 769, und darin zitierte Literaturstellen.

Claims

1. Oberflächenbeschichtung, umfassend ein an ein Substrat über nichtkovalente Wechselwirkung reversibel gebundenes Bolaamphiphil, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bolaamphiphil um ein Amidin handelt.

2. Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Bolaamphiphil an das Substrat über polare Wechselwirkung zwischen kationischen Gruppen des Bolaamphiphils und anionischen Gruppen des Substrats reversibel gebunden wird.

3. Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 2, wobei die polare Wechselwirkung zwischen dem Bolaamphiphil und dem Substrat pH-abhängig ist.

4. Oberflächenbeschichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Amidin um ein Bisbenzamidin handelt.

5. Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Bisbenzamidin eine Linkergruppe mit 2-14 Kohlenstoffatomen aufweist.

6. Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Bisbenzamidin aus der Gruppe bestehend aus Ethamidin, Pentamidin, Octamidin und Decamidin ausgewählt ist.

7. Oberflächenbeschichtung gemäß Anspruch 6, wobei es sich bei dem Bisbenzamidin um Pentamidin handelt.

8. Verwendung einer Oberflächenbeschichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in der chemischen Trennung und Analyse.

9. Verwendung einer Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7 in der Elektronik.

10. Verwendung einer Oberflächenbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7 in der Optoelektronik.