Biochips und ihr Einsatz in der Lebensmittelanalytik - Molekularbiologische Methoden in der Lebensmittelanalytik - page 51

5.1.3 Trägermaterialien

Als Trägermaterial werden in der Regel speziell beschichtete bzw. modifizierte
Gläser oder Kunststoffe, seltener auch Silizium verwendet. Die Beschichtung be-
steht meist aus Silanen, die reaktive Gruppen tragen. Aber auch Acrylamid- bzw.
Nitrocelluloseartige, meist gelförmige Substanzen werden verwendet. Auch ein
direktes Einbringen funktioneller Gruppen auf die Träger, wie z. B. durch Plasma-
behandlung, ist möglich. Zweck der Beschichtungen ist, das Aufbringen der Son-
den zu erleichtern, eine kovalente Kopplung der Sonden nach dem Aufbringen zu
ermöglichen und, im Falle der gelartigen Schichten, die Sondendichte und damit
die erzielbaren Signalstärken zu erhöhen (3-D-Effekt). Neuerdings sind auch mit
physikalisch fluoreszenzverstärkenden Schichten versehene Träger auf dem Markt,
womit eine Signalverstärkung um mehr als das 10fache möglich ist.

5.1.4 Herstellung von Biochips

Es gibt zwei generell unterschiedliche Herstellungsverfahren:

Spotting Die Sonden werden separat vom Träger hergestellt und mithilfe von
Maschinen in einem Mikroraster aufgebracht. Das transferierte Volumen umfasst
dabei Pico- bis wenige Nanoliter. Der Durchmesser eines Sondenpunktes liegt
meist zwischen 50-500 µm. Der Abstand zwischen zwei Sondenpunkten liegt bei
100-500 µm. Die Roboter zur Herstellung dieser Microarrays funktionieren ent-
weder nach dem Nadeldruck- oder dem Tintenstrahlverfahren, also analog zu
Techniken, die von den Computerdruckern bekannt sind. Beide Techniken sind für
größere Stückzahlen von Microarrays geeignet. Die Nadeltechnik hat Vorteile bei
mittleren (100-500) bis höheren (500-30.000) Dichten, die Tintenstrahltechnik bei
niedrigen Dichten bis zu 100 Sonden pro Microarray.

In-situ-Synthese Hierbei werden die Sonden direkt auf dem Träger (in situ) syn-
thetisiert. Dabei kommen photolitografische, elektrochemische aber auch bioche-
mische Verfahren zum Einsatz (z. B. http://affymetrix.com; http://nimblegen.com;
http://www.agilent.com; http://www.combimatrix.com; http://www.febit.com). Mit
diesen Techniken lassen sich hochdichte Microarrays (in der Regel Oligonukleotid-
Arrays, s. unten) mit Sondenzahlen bis über 1 Mio. Sonden pro Träger erzeugen.
Damit kann die Abbildung kompletter eukaryotischer Genome auf einem Chip ver-
wirklicht werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Tatsache, dass eine teure
externe Synthese von Oligonukleotiden entfällt. Nachteile sind die geringe erziel-
bare Sondenlänge, die biochemische Eingeschränktheit (nur Oligonukleotide und nur
3′-5′ Synthese) sowie das Fehlen einer möglichen Qualitätsüberprüfung der Sonden.
Während die in situ synthetisierten Microarrays Vorteile bei niedrigen Stückzahlen
mit hohen Sondendichten aufweisen, sind Spotting-Techniken bei hohen Stückzah-
len von Vorteil.