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DE10237704A1 - Method and device for the intermolecular transfer of activation energy for bond cleavage through space - Google Patents

Method and device for the intermolecular transfer of activation energy for bond cleavage through space Download PDF

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DE10237704A1
DE10237704A1 DE2002137704 DE10237704A DE10237704A1 DE 10237704 A1 DE10237704 A1 DE 10237704A1 DE 2002137704 DE2002137704 DE 2002137704 DE 10237704 A DE10237704 A DE 10237704A DE 10237704 A1 DE10237704 A1 DE 10237704A1
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DE
Germany
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carrier
molecules
activation
area
molecule
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Withdrawn
Application number
DE2002137704
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German (de)
Inventor
Klaus-Peter Stengele
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Nimblegen Systems GmbH
Original Assignee
Chemogenix GmbH
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Publication date
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Priority to AU2003255416A priority patent/AU2003255416A1/en
Priority to PCT/EP2003/008897 priority patent/WO2004016349A2/en
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spaltung chemischer Bindungen, wobei die Aktivierungsenergie zur Bindungsspaltung durch den Raum von einem Trägermolekül geliefert wird, das von seinem Grundzustand in einen angeregten Zustand wechseln kann, indem es mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird. DOLLAR A Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für den intermolekularen Transfer der Aktivierungsenergie zur Bindungsspaltung von Trägermolekülen zu Zielmolekülen, die die zu spaltende Bindung enthalten, umfassend einen Vorratsbehälter, der die Trägermoleküle enthält, Mittel (113) zum Transport der Trägermoleküle durch einen Aktivierungsbereich (104), Aktivierungsmittel (102) und einen Austauschbereich (101), der das Zielmolekül enthält. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Ausführung der lichtgesteuerten in-situ-Synthese in 5' nach 3' oder 3' nach 5' Richtung von Nukleinsäurederivaten auf festen Trägern zur Herstellung von Biochips oder Genchips.The present invention relates to a method for breaking chemical bonds, the activation energy for breaking the bond being delivered through space by a carrier molecule which can change from its ground state to an excited state by being irradiated with electromagnetic radiation. The invention further relates to a device for the intermolecular transfer of the activation energy for the bond cleavage of carrier molecules to target molecules which contain the bond to be cleaved, comprising a storage container which contains the carrier molecules, means (113) for transporting the carrier molecules through an activation region ( 104), activating agent (102) and an exchange area (101) containing the target molecule. Furthermore, the present invention relates to the use of the method according to the invention and the execution of the light-controlled in-situ synthesis in 5 'to 3' or 3 'to 5' direction of nucleic acid derivatives on solid supports for the production of biochips or gene chips.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spaltung chemischer Bindungen und eine Vorrichtung zum intermolekularen Transfer von Aktivierungsenergie zur Bindungsspaltung und insbesondere ein Verfahren zur Durchführung einer Nukleinsäuresynthese in 5' nach 3' oder 3' nach 5' Richtung. Das Verfahren kann unter anderem zur Herstellung von Arrays aus Oligomeren verwendet werden, die über ihre 5' oder 3' Enden an einen Träger gebunden sind.The present invention relates to a method for breaking chemical bonds and a device for the intermolecular transfer of activation energy for bond cleavage and in particular a method for performing nucleic acid synthesis in 5 'after 3' or 3 'after 5' direction. The procedure can be under others for the production of arrays from oligomers, which are used via their 5 'or 3' ends on a support are bound.

Verfahren zur Spaltung chemischer Bindungen sind weithin bekannt und werden in der Chemie, Biochemie und auf verwandten technologischen Gebieten verwendet. Zum Beispiel wird die Bindungsspaltung, die ebenfalls als „homolytische Dissoziation" bezeichnet wird, in Molekülen erreicht durch:

  • – Erhitzen (thermische Dissoziation). Die Energie zur Bindungsspaltung, wird durch eine externe Quelle thermischer Energie zur Verfügung gestellt.
  • – Bestrahlen (photochemische oder photolytische Dissoziation). Die Energie zur Bindungsspaltung wird in Form von Photonen zur Verfügung gestellt.
  • – Anlegen eines elektrischen Stroms in einem geeigneten Medium (elektrolytische Dissoziation).
Methods of breaking chemical bonds are well known and are used in chemistry, biochemistry and related technology fields. For example, bond cleavage, also referred to as "homolytic dissociation", is accomplished in molecules by:
  • - heating (thermal dissociation). The energy for bond breaking is provided by an external source of thermal energy.
  • - irradiation (photochemical or photolytic dissociation). The energy for bond cleavage is provided in the form of photons.
  • - Applying an electrical current in a suitable medium (electrolytic dissociation).

Die zur Bindungsspaltung notwendige Energie (die so genannte Aktivierungsenergie, umfassend die „eigentliche" Bindungsenergie oder Bindungsenthalpie Δ/H) ist für jede chemische Bindung verschieden und hängt weiterhin, sogar für identische Bindungen, ebenfalls von der spezifischen chemischen Umgebung jedes Bindungspartners ab.The one necessary for bond breaking Energy (the so-called activation energy, comprising the "actual" Binding energy or enthalpy Δ / H) is different for each chemical bond and hangs continue, even for identical bonds, also from the specific chemical Environment of each binding partner.

Die photochemische Spaltung chemischer Bindungen oder photochemisch induzierte Reaktionen erfordern im Allgemeinen einen komplizierten Geräteaufbau, insbesondere wenn sie in großem Maßstab durchgeführt werden: Damit sie mittels Bestrahlung mit den notwendigen Wellenlängen zur Reaktion gebracht werden können, müssen sich weiterhin alle beteiligten Reaktionspartner in demselben Reaktor oder Reaktorsystem befinden. Das Bestrahlungsverfahren kann oftmals auch zu ungewollten Nebenreaktionen und Nebenprodukten führen, die die Gesamtausbeute verringern und beschwerliche Reinigungsverfahren der Produkte erforderlich machen.The photochemical cleavage of chemical bonds or photochemically induced reactions generally require a complicated device structure, especially if they are carried out on a large scale: So that they can be irradiated with the necessary wavelengths Reaction can be brought have to all the reactants involved continue to be in the same reactor or reactor system. The radiation procedure can often also lead to unwanted side reactions and byproducts that the Reduce overall yield and cumbersome cleaning procedures of the products.

Dies ist insbesondere auf dem Gebiet der lichtgesteuerten in-situ-Synthese von Nukleinsäuren auf festen Trägern beschwerlich, die bei der Herstellung so genannter Biochips oder Genchips (Nukleinsäurechips) Verwendung findet. Üblicher Weise werden hauptsächlich zwei Techniken für die photolytische in-situ-Synthese von Nukleinsäurederivaten (Oligonukleotide) auf festen Trägern verwendet. Das erste Verfahren wird „photolitographisches Verfahren" genannt, das photolithographische Masken verwendet, wie es zum Beispiel im US Patent Nr. 5,510,270 offenbart ist. Dieses Verfahren verwendet die Oberfläche eines festen Trägers, um auf einer Oberfläche des festen Trägers eine Vielzahl so genannter „Spots" anzuordnen, die in der Form eines Arrays angeordnet sind. Jeder Spot enthält eine Vielzahl identischer Nukleinsäurefragmente. Diese Fragmente tragen ebenfalls photolabile Schutzgruppen. Die Bestrahlung der Spots führt zur Spaltung der chemischen Bindung, die die photolabilen Schutzgruppen mit dem Nukleinsäurederivat verbindet. Nach der Schutzgruppenentfernung ist eine Reaktion mit einem neuen geschützten Nukleinsäurederivat möglich. Die Reaktion wird so lange fortgeführt, bis die Nukleinsäureketten ihre Endlängen aufweisen. Um zu vermeiden, dass gestreutes Licht ebenfalls benachbarte Spots erreicht und folglich bei anderen Zielmolekülen Schutzgruppen, die nicht entfernt werden sollen, entfernt werden, müssen Masken mit einem Durchmesser in der Größe der Spots hergestellt werden. Dies führt zu der beschwerlichen und kostenaufwendigen Tatsache, dass für die Herstellung eines Biochips mit Zielmolekülen, die mehr als eine Länge von 25 Nukleotide umfassen, mehr als 100 dieser Masken hergestellt werden müssen. Dies führt zu zu hohen Kosten bei der vorstehend erwähnten Synthese.This is particularly difficult in the field of light-controlled in-situ synthesis of nucleic acids on solid supports, which is used in the production of so-called biochips or gene chips (nucleic acid chips). Usually two techniques are mainly used for the photolytic in-situ synthesis of nucleic acid derivatives (oligonucleotides) on solid supports. The first method is called a "photolithographic method" using photolithographic masks, such as that described in US Patent No. 5,510,270 is disclosed. This method uses the surface of a solid support to arrange a plurality of so-called “spots”, which are arranged in the form of an array, on a surface of the solid support. Each spot contains a large number of identical nucleic acid fragments. These fragments also carry photolabile protective groups Irradiation of the spots leads to the cleavage of the chemical bond which connects the photolabile protective groups to the nucleic acid derivative. After the protective group has been removed, a reaction with a new protected nucleic acid derivative is possible. The reaction is continued until the nucleic acid chains have their end lengths. In order for scattered light to also reach neighboring spots and consequently to remove protective groups from other target molecules which are not to be removed, masks with a diameter the size of the spots have to be produced, which leads to the cumbersome and costly Finally, the fact that more than 100 of these masks have to be produced in order to produce a biochip with target molecules which have a length of more than 25 nucleotides. This leads to high costs in the above-mentioned synthesis.

Ein alternatives Verfahren für die lichtgesteuerte in-situ-Synthese von Oligonukleotiden, unter Verwendung lichtempfindlicher Schutzgruppen wurde von Bogoslawski, J. (2001), Drug Discovery and Development, 3, Seite 15–16 vorgeschlagen. Die üblichen Masken mit Löchern werden durch virtuelle Masken, bestehend aus Platten und Mikrospiegel, ersetzt. Das Verfahren wurde als „maskenlose Arraysynthese" (MAS) bezeichnet. Dieses Verfahren erlaubt es, definierte Arrays auf der Chipoberfläche mit UV-Licht unter Verwendung von bis zu 480.000 Mikrospiegeln zu bestrahlen.An alternative method for light-controlled in situ synthesis of oligonucleotides using photosensitive Protection groups were developed by Bogoslawski, J. (2001), Drug Discovery and Development, 3, pages 15-16 proposed. The usual Masks with holes are created by virtual masks consisting of plates and micromirrors, replaced. The process was called "maskless array synthesis" (MAS). This procedure allows defined arrays on the chip surface with UV light using up to 480,000 micromirrors irradiate.

Das US Patent 5,472,672 beschreibt eine Vorrichtung für die Polymersynthese zur Synthese von Oligonukleotiden, in dem die Oligonukleotidkette durch aufeinanderfolgende tröpfchenweise Zugabe von Polymereinheiten in Lösung auf einen festen Träger, vorzugsweise in einer Mikrotitervertiefung einer Mikrotiterplatte, aufgebaut wird. Die Reagenzlösung wird über eine Kopfvorrichtung, die eine Vielzahl von Düsen aufweist, zugeführt. Diese Kopfvorrichtung kann ebenfalls die Form einer piezoelektrischen Pumpe, wie sie im US Patent 5,474,796 beschrieben ist, annehmen. Bei der Durchführung der vorstehend beschriebenen Standardchemie werden die Polymereinheiten in jeder Vertiefung, unter Aufbau der Oligonukleotidkette reagieren. Ein Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht in der Zugabe starker Säuren und Basen, die das Material der Kopfvorrichtung angreifen und nach Beendigung der Reaktion aus der Vertiefung weggewaschen werden müssen.The U.S. patent 5,472,672 describes a device for polymer synthesis for the synthesis of oligonucleotides, in which the oligonucleotide chain is built up by successive dropwise addition of polymer units in solution on a solid support, preferably in a microtiter well of a microtiter plate. The reagent solution is supplied via a head device, which has a plurality of nozzles. This head device can also take the form of a piezoelectric pump, as described in the US patent 5,474,796 is described. When performing the standard chemistry described above, the polymer units in each well will react to build the oligonucleotide chain. A major disadvantage of this process is the addition of strong acids and bases which attack the material of the head device and which have to be washed out of the well after the reaction has ended.

Es war daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und wirksames Verfahren zur Spaltung chemischer Bindungen, insbesondere zur Spaltung chemischer Bindungen in Molekülen während der in-situ-Synthese von Oligonukleotiden bei der Herstellung von Biochips zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wurde durch ein Verfahren zur Spaltung chemischer Bindungen gelöst, wobei die zur Bindungsspaltung einer ausgewählten Bindung notwendige Aktivierungsenergie mittels eines Trägermoleküls durch den Raum geliefert wird. Diese „räumliche Entkopplung" des Aktivierungs- und Reaktionsprozesses führt zu einer großen Abnahme an ungewollten Nebenprodukten. Weiterhin führt sie zur Beseitigung von Nebenreaktionen, die immer vorhanden sind, wenn eine Reaktionsmischung, die alle Reaktionspartner enthält, bestrahlt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren trägt nur das Trägermolekül die Aktivierungsenergie zur Bindungsspaltung, wobei das Trägermolekül an einem anderem Ort aktiviert wird und die notwendige Aktivierungsenergie zu einem Bereich überträgt, wo die photochemische Reaktion stattfinden wird, das heißt die Spaltung ausgewählter chemischer Bindungen in einem Zielmolekül.It was therefore an object of the present invention a new and effective process for breaking chemical bonds, especially for breaking chemical bonds in molecules during the in situ synthesis of oligonucleotides in the production of biochips to disposal to deliver. This task was accomplished through a split process chemical bonds released, the activation energy necessary for the bond cleavage of a selected bond by means of a carrier molecule the room is delivered. This "spatial decoupling" of the activation and reaction process leads to a big one Decrease in unwanted by-products. She continues to lead to eliminate side reactions that are always present when a reaction mixture containing all reactants is irradiated becomes. In the method according to the invention only carries the carrier molecule the activation energy for bond cleavage, the carrier molecule being activated at another location and transfers the necessary activation energy to an area where the photochemical reaction will take place, that is the cleavage selected chemical bonds in a target molecule.

Der Begriff „Trägermolekül", wie er vorliegend verwendet wird, umfasst Moleküle mit Elektronen in Energieniveaus im Grundzustand, die durch Strahlungsenergie angeregt werden können, wobei sich die angeregten Elektronen in einem Energieniveau des angeregten (oder aktivierten) Zustands, der eine höhere Energie als das Energieniveau des Grundzustands aufweist, befinden werden.The term “carrier molecule” as used in the present context includes molecules with electrons in energy levels in the ground state that can be excited by radiation energy, the excited electrons being in an energy level of the excited (or activated) state, which is a higher energy than the energy level of the ground state.

Der Begriff „angeregter Zustand", wie er vorliegend verwendet wird, bedeutet irgend einen beliebigen elektronisch angeregten Zustand eines Moleküls. Die Elektronenübergänge von den Grundzuständen zu den angeregten Zuständen werden als „vibronisch" bezeichnet, weil Elektronenübergänge von Vibrationsübergängen begleitet werden. Ein „angeregter Zustand" kann zum Beispiel der Triplettzustand sein, wenn der Grundzustand der Singulettzustand ist, oder aber der Singulettzustand sein, wenn der Grundzustand der Triplettzsutand ist. Aber auch jede anderen Grund- und angeregten Zustände von Molekülen sind von der Erfindung mitumfasst.The term "excited state" as used herein means any electronic excited state of a molecule. The electron transitions from the basic states to the excited states are called "vibronic" designated because electron transitions from Vibration transitions accompanied become. An “excited State "can be, for example, the triplet state if the ground state is the singlet state, or the singlet state if the Ground state is the triplet state. But also any other basic and excited states of molecules are included in the invention.

Weiterhin liegt ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass die Trägermoleküle durch Wechselwirken mit der elektromagnetischen Strahlung nicht zerstört oder zersetzt werden.There is also an important feature the present invention in that the carrier molecules by interacting with electromagnetic radiation is not destroyed or decomposed.

Der Begriff „Zielmolekül" bezeichnet jedes Molekül, das in der Lage ist, eine chemische Reaktion mit einem Reaktionspartner einzugehen, wenn die für die Durchführung der chemischen Reaktion notwendige Aktivierungsenergie durch die Trägermoleküle geliefert wird.The term "target molecule" refers to any molecule that in capable of a chemical reaction with a reactant to enter if the for the implementation the activation energy required by the chemical reaction Carrier molecules supplied becomes.

Es ist bevorzugt, dass sich das Trägermolekül in seinem Grundzustand befindet und bestrahlt wird, bevor es mit einem Zielmolekül mit einer zu spaltenden Bindung in Kontakt gebracht wird. Der Grundzustand eines Trägermoleküls erlaubt es, andere Energiezustände des Trägermoleküls zu erreichen, die die Aktivierungsenergie speichern können und diese Energie auf ein Zielmolekül übertragen können. Selbstverständlich umfasst der Umfang der Erfindung Moleküle, die einen Singulett- oder einen Triplettgrundzustand haben.It is preferred that the carrier molecule is in its Ground state and is irradiated before it targets a target is brought into contact to cleave bond. The basic state of a carrier molecule allowed it, other energy states of the carrier molecule to reach which can store the activation energy and this energy on can transfer a target molecule. Includes, of course the scope of the invention molecules that have a singlet or triplet ground state.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Trägermolekül nach der Bestrahlung in einem angeregten Zustand. Normalerweise hat der angeregte Zustand eine Lebensdauer des angeregten Zustands, die lang genug ist, um den Transfer durch den Raum oder über einen direkten physikalischen Kontakt des angeregten Trägermoleküls zu einem potentiellen Zielmolekül zu ermöglichen. Aus dem Vorstehenden ist es offensichtlich, dass Trägermoleküle einen angeregten Singulett- oder Triplettzustand haben. Es ist ebenfalls aus dem Vorstehenden offensichtlich, dass der Begriff „angeregter Zustand" jeden angeregten Zustand eines Trägermoleküls bezeichnet, das heißt umfassend seinen ersten, zweiten, usw. angeregten Zustand.In a preferred embodiment According to the invention, the carrier molecule is in one after the irradiation excited state. Usually the excited state has one Lifetime of the excited state that is long enough to reach the Transfer across the room or across a direct physical contact of the excited carrier molecule with one potential target molecule to enable. From the above, it is obvious that carrier molecules unite have excited singlet or triplet state. It is also from the foregoing, it is obvious that the term “more excited State "denotes any excited state of a carrier molecule, that is to say comprehensively its first, second, etc. excited state.

Es ist besonders bevorzugt, dass die Energiedifferenz zwischen dem Grundzustand und einem angeregten Zustand des Trägermoleküls mindestens gleich oder größer ist, als die Aktivierungsenergie zur Bindungsspaltung, wodurch zumindest eine minimale Energie zur Durchführung der Reaktion geliefert wird.It is particularly preferred that the energy difference between the ground state and an excited one Condition of the carrier molecule at least the same or larger, than the activation energy for bond cleavage, which at least minimal energy to carry out the reaction is delivered.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte:

  • a) Aktivieren des Trägermoleküls in einem Aktivierungsbereich durch Bestrahlen des Trägermoleküls,
  • b) Transportieren des aktivierten Trägermoleküls aus Schritt a) durch den Raum zu einem Austauschbereich, der ein Zielmolekül umfasst,
  • c) Übertragen der Aktivierungsenergie des Trägermoleküls auf ein Zielmolekül in dem Austauschbereich.
In a further particularly preferred embodiment, the method according to the invention comprises the following steps:
  • a) activating the carrier molecule in an activation region by irradiating the carrier molecule,
  • b) transporting the activated carrier molecule from step a) through the space to an exchange region which comprises a target molecule,
  • c) transferring the activation energy of the carrier molecule to a target molecule in the exchange region.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt daher den selektiven Transport der an einem anderen Ort erzeugten notwendigen Aktivierungsenergie zu einem Bereich, wo ausgewählte Zielmoleküle mit zu spaltenden Bindungen für die Reaktion aktiviert werden, das heißt für eine Bindungsspaltung. Daher geht die Aktivierungsenergie nicht verloren und das Vorhandensein ungewollter Nebenprodukte ist dramatisch verringert.The method according to the invention therefore allows the selective transport of the necessary generated at another location Activation energy to an area where selected target molecules with too cleaving bonds for the reaction can be activated, that is, for a bond cleavage. Therefore goes the activation energy is not lost and the presence of unwanted ones By-products are reduced dramatically.

Der Begriff „Übertragen" in Schritt c) umfasst jede Methode, durch die ein Energietransfer von einem Molekül zu einem anderen stattfinden kann. Typischerweise ist der direkte physikalische Kontakt von Molekül zu Molekül ausreichend. Andere Übertragungsarten sind „durch den Raum", zum Beispiel in Lösung, Dispersion, Festkörper usw. über Vibrationstransfer, wenn die Moleküle räumlich nah genug zusammen sind.The term "transfer" in step c) includes any method by which energy transfer from one molecule to another can take place. Typically, direct physical contact from molecule to molecule is sufficient. Other types of transfer are "through space", for example in solution, dispersion, solids etc. via vibration transfer if the molecules are close enough together in space.

Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der zu aktivierenden Trägermoleküle frei auswählbar ist. Dies erlaubt ebenfalls die spezifische Aktivierung von nur wenigen oder einer großen Anzahl Zielmolekülen, die zur Reaktion gebracht werden sollen.It is preferred that the number of the carrier molecules to be activated selectable is. This also allows the specific activation of only a few or a big one Number of target molecules, that are to be made to react.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Transfer des Trägermoleküls zu dem Austauschbereich räumlich gesteuert werden kann. Dies ermöglicht, dass nur wenige Moleküle in einem ausgewählten Austauschbereich aktiviert werden, ohne dass Moleküle in benachbarten Spots oder in einem zu dem ausgewählten Austauschbereich benachbarten Bereich betroffen werden.It is further preferred that the transfer of the carrier molecule to the Exchange area spatially can be controlled. This makes possible, that only a few molecules in a selected one Exchange area can be activated without molecules in neighboring Spots or in a neighboring to the selected exchange area Area to be affected.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung für den intermolekularen Transfer der Aktivierungsenergie zur Bindungsspaltung von Trägermolekülen zu Zielmolekülen, die eine zu spaltende Bindung aufweisen, gelöst, umfassend einen Vorratsbehälter, der die Trägermoleküle umfasst, Mittel, um die Trägermoleküle zum Aktivierungsbereich zu liefern; Aktivierungsinittel und einen das Zielmolekül umfassenden Austauschbereich.The basis of the present invention lying task is further achieved by a device for the intermolecular Transfer of the activation energy for the bond cleavage of carrier molecules to target molecules that have a bond to be split, solved, comprising a storage container which the Carrier molecules includes, agents, around the carrier molecules to the activation area to deliver; Activation agent and an exchange area comprising the target molecule.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt einen einfachen Geräteaufbau, der nicht sehr kompliziert ist und ermöglicht, den selektiven Transfer von Trägermolekülen, umfassend die gespeicherte Aktivierungsenergie, zu ausgewählten Spots eines Aktivierungsbereichs, ohne die Gefahr der Aktivierung anderer Bereiche in dem Austauschbereich.The method according to the invention allows one simple device construction, which is not very complicated and enables selective transfer of carrier molecules comprising the stored activation energy, to selected spots of an activation area, without the risk of activating other areas in the exchange area.

Vorteilhafterweise umfasst der Austauschbereich einen festen Träger. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Austauschbereich ein Reaktionsbehälter. Der feste Träger oder der Reaktionsbehälter ist entweder für UV/VIS Strahlung durchlässig oder undurchlässig oder er kann transluzent sein.The exchange area advantageously comprises a solid support. In another preferred embodiment, the exchange area a reaction vessel. The solid carrier or the reaction vessel is for either UV / VIS radiation permeable or impermeable or it can be translucent.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der feste Träger für UV/VIS-Licht undurchlässig. Dies ermöglicht eine Vergrößerung der Materialauswahl zur Herstellung des festen Trägers, mit dem weiteren Vorteil, dass ebenfalls Zielmoleküle auf dem Träger angebracht werden können, die sich durch Wärme bei direkter Bestrahlung zur Initiierung einer photochemischen Reaktion zersetzen würden, weil lichtundurchlässige Substrate sich bei direkter Bestrahlung erwärmen.In another preferred embodiment is the solid carrier for UV / VIS light impermeable. this makes possible an enlargement of the Material selection for the production of the solid support, with the further advantage that also target molecules on the carrier can be attached which is characterized by heat with direct irradiation to initiate a photochemical reaction would decompose because opaque Substrates heat up when exposed to direct radiation.

Es ist besonders bevorzugt, dass der feste Träger in einer Richtung beweglich ist, wodurch die genaue Auswahl einzelner Spots möglich ist, die entlang dieser Richtung auf dem festen Träger Zielmoleküle enthalten, zu denen Trägermoleküle geliefert oder zugeführt werden sollen.It is particularly preferred that the solid carrier is movable in one direction, making the precise selection of individual Spots possible which contain target molecules along this direction on the solid support, to which carrier molecules are delivered or supplied should be.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Träger ein Array räumlich getrennter Bereiche, die die Zielmoleküle umfassen, wodurch ein gleichzeitiger Aufbau großer Molekülbibliotheken ermöglicht wird.In a further preferred embodiment includes the carrier an array spatially separate regions that encompass the target molecules, creating a simultaneous Building big molecule libraries allows becomes.

Es ist vorteilhaft, dass der Aktivierungsbereich oberhalb des Austauschbereichs angeordnet ist, wodurch die Nutzung von Schwerkraft für den Transfer der aktivierten Trägermoleküle zu dem Austauschbereich ermöglicht wird.It is advantageous that the activation area is located above the exchange area, making the use of gravity for the transfer of the activated carrier molecules to the Exchange area enabled becomes.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktivierungsbereich ein elektromagnetisches Feld zur Aktivierung der Trägermoleküle, das normalerweise einfach zu erzeugen ist.In a particularly preferred embodiment the activation area comprises an electromagnetic field Activation of the carrier molecules, the is usually easy to create.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Transportmittel, die oberhalb des Aktivierungsbereichs angeordnet sind, um die Trägermoleküle zu dem Aktivierungsbereich zu liefern, wodurch ebenfalls die Schwerkraft für den Transfer der Trägermoleküle verwendet wird, ohne dass ein komplizierter Aufbau notwendig ist.In a further preferred embodiment the device comprises means of transport located above the activation area are arranged to support the carrier molecules Activation area to deliver, which also reduces gravity for the transfer of the carrier molecules used without a complicated structure.

Vorteilhafterweise sind die Transportmittel in einer Richtung beweglich, vorzugsweise senkrecht zu der Bewegungsrichtung des festen Trägers, wodurch zwei weitere Freiheitsgrade bei der Auswahl eines einzelnen Spots auf dem festen Träger hinzukommen. Da die Bewegungsrichtungen des Austauschbereichs und der Transportmittel zueinander orthogonal sind, kann jeder gewünschte einzelne Spot auf dem festen Träger ausgewählt werden und individuell mit spezifischen und ausgewählten Mengen und/oder Volumina der Trägermoleküle beliefert werden.The means of transport are advantageous movable in one direction, preferably perpendicular to the direction of movement the solid support, giving two more degrees of freedom when choosing a single one Spots on the solid support added. Because the directions of movement of the exchange area and If the means of transport are orthogonal to each other, each desired individual spot can be on the solid support selected be and individually with specific and selected quantities and / or volumes of the carrier molecules are supplied.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Ausführung der lichtgesteuerten Synthese in Richtung 5' nach 3' oder 3' nach 5' eines Nukleinsäurederivats gelöst, umfassend die Reaktion ausgewählter Nukleoside und/oder Nukleotide unter geeigneten Reaktionsbedingungen, die geeignete photolabile Schutzgruppen an ihrer 3' oder 5' O-Position aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausgewähltes Trägermolekül einen Aktivierungsbereich passiert, der ein elektromagnetisches Feld umfasst, bevor es in einen Bereich transportiert wird, der ein geeignetes Nukleosid und/oder Nukleotid mit einer photolabilen funktionellen Gruppe umfasst.The object of the present invention is further controlled by a method of executing the light Synthesis in the 5 'to 3' or 3 'to 5' direction of a nucleic acid derivative solved, comprehensively the reaction of selected Nucleosides and / or nucleotides under suitable reaction conditions, the appropriate photolabile protecting groups at their 3 'or 5' O position have, characterized in that a selected carrier molecule a Happens activation area that includes an electromagnetic field before it is transported to an area that is a suitable one Nucleoside and / or nucleotide with a photolabile functional Group includes.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die selektive Schutzgruppenentfernung von Nukleosiden und/oder Nukleotiden, in dem nur eine ausgewählte Anzahl von Trägermolekülen zu den ausgewählten Nukleosiden und/oder Nukleotiden transportiert wird, um die Kettenverlängerungsreaktionen nur in ausgewählten Bereichen durchzuführen.The inventive method allows the selective Deprotection of nucleosides and / or nucleotides, in which only a selected one Number of carrier molecules to the chosen Nucleosides and / or nucleotides is transported to the chain extension reactions only in selected Areas.

Vorteilhafterweise wird das elektromagnetische Feld, das temporär oder stationär sein kann, von einer Laserquelle erzeugt. Laserquellen sind wohlbekannt und leicht erhältlich, sie können große Energiemengen innerhalb eines ausgewählten und in der Ausdehnung begrenzten Raumes zur Verfügung stellen, sie sind leicht zu bedienen und der erfindungsgemäße Aufbau erfordert keine Hochleistungsoptik und kann daher preiswert und miniaturisierbar sein. Laserlicht stellt eine Quelle von kohärentem, nicht streuendem monochromatischem Licht zur Verfügung im Vergleich zu beispielsweise Licht, das von üblichen polychromatischen, dem Stand der Technik entsprechenden Hg-Lampen erzeugt wird, deren Licht durch einen komplizierten apparativen Aufbau kohärent gemacht werden muss.The electromagnetic field, which can be temporary or stationary, is advantageously generated by a laser source. Laser sources are well known and readily available, they can provide large amounts of energy within a selected and limited space, they are easy to use and the construction according to the invention does not require high-performance optics and can therefore be inexpensive and miniaturized. Laser light provides a source of coherent, non-scattering monochromatic light is available compared to, for example, light generated by conventional polychromatic, state-of-the-art mercury lamps, the light of which has to be made coherent by means of a complicated apparatus structure.

Es ist bevorzugt, dass das Trägermolekül von seinem Grundzustand in einen angeregten Zustand wechselt, wenn es das elektromagnetische Feld passiert und dass die Lebensdauer seines angeregten Zustands mehr als 0,5 ms beträgt, um die Aktivierungsenergie ohne irgendeinen Energieverlust von dem Aktivierungsbereich in den Austauschbereich zu transportieren. Der Wechsel kann zum Beispiel von einem Singulett-Grundzustand in einen angeregten Triplettzustand oder von einem Triplett-Grundzustand in einen angeregten Singulettzustand erfolgen.It is preferred that the carrier molecule be of its Ground state changes to an excited state when there is the electromagnetic field happens and that the lifespan of its excited state more than 0.5 ms, around the activation energy without any loss of energy from that Transport the activation area to the exchange area. The For example, a change from a singlet ground state to one excited triplet state or from a triplet ground state into an excited singlet state.

Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass der Umfang der Erfindung nicht nur die vorstehend erwähnten Merkmale umfasst, sonders ebenfalls Kombinationen davon und dass der Umfang der Erfindung ebenfalls jedes einzelne Merkmal in Bezug auf die vorliegend beschriebene Erfindung umfasst.For it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the invention not just those mentioned above Features includes, especially combinations of these and that the scope of the invention also relates to each and every feature the invention described herein comprises.

Die Erfindung wird weiterhin in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf 1 genau beschrieben.The invention will be further described in the following description of preferred embodiments with reference to FIG 1 described in detail.

1 zeigt einen schematischen Aufbau für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. 1 shows a schematic structure for a device according to the invention.

1 zeigt eine Vorrichtung 100, die einen festen Träger umfasst, der vorzugsweise in der Form eines so genannten, dem Fachmann an sich bekannten „Chips", vorliegt, dessen Material frei unter denjenigen Materialien ausgewählt werden kann, die für den beabsichtigten Zweck bekannt sind, wie zum Beispiel beschichtete Glasträger, Nylonträger, usw. 1 shows a device 100 which comprises a solid support, which is preferably in the form of a so-called "chip" known to the person skilled in the art, the material of which can be freely selected from those materials known for the intended purpose, such as for example coated glass supports, nylon supports, etc.

Der Chip 101 stellt den erfindungsgemäßen Austauschbereich dar und zeigt ein zwei- oder dreidimensionales Array von Spots 125, die die Zielmoleküle umfassen. Die Zielmoleküle können in Reinform vorliegen oder in einer Lösung oder Dispersion usw. enthalten sein. Sie können ebenfalls über Sol/Gel Synthese in-situ oder ex-situ erzeugt werden.The chip 101 represents the exchange area according to the invention and shows a two- or three-dimensional array of spots 125 that encompass the target molecules. The target molecules can be in pure form or contained in a solution or dispersion, etc. They can also be generated in situ or ex situ via sol / gel synthesis.

Typische Zielmoleküle umfassen, sind aber nicht beschränkt auf geschützte oder ungeschützte Nukleoside oder Nukleotide, die 2 bis 20 Nukleotide umfassen, Aminosäuren und ihre Derivate, Oligo- (bestehend aus 2–9 Aminosäuren), Poly- (bestehend aus 10–100 Aminosäuren) und Makropeptide (bestehend aus mehr als 100 Aminosäuren), Kohlenwasserstoffe und ihre Derivate, Proteine, usw.Typical target molecules include are not limited on protected or unprotected nucleosides or nucleotides comprising 2 to 20 nucleotides, amino acids and their derivatives, oligo- (consisting of 2-9 amino acids), poly- (consisting of 10-100 Amino acids) and macropeptides (consisting of more than 100 amino acids), hydrocarbons and their derivatives, proteins, etc.

Das Array umfasst eine frei wählbare geometrische Anordnung, üblicherweise mit zueinander orthogonal angeordneten Linien, die aus kleinen Spots oder zwei- oder dreidimensionalen Mikroobjekten bestehen. Die Punkte. können ebenfalls poröse Strukturen, wie zum Beispiel Zeolithe, Monoröhrchen, Silikone, Siloxane, usw. umfassen.The array includes a freely selectable geometric Arrangement, usually with lines arranged orthogonally to each other, consisting of small spots or two- or three-dimensional micro-objects exist. The points. can also porous Structures such as zeolites, monotubes, silicones, siloxanes, etc. include.

Ebenso liegt jede andere geometrische Anordnung im Rahmen der Erfindung.Likewise, every other geometric Arrangement within the scope of the invention.

Der Chip 101 ist auf einer in 1 nicht gezeigten hochauflösenden Steppervorrichtung befestigt. Es kann jede Steppervorrichtung verwendet werden, die in der Lage ist, den Chip 101 in der gewünschten Richtung zu bewegen und deratige Steppervorrichtungen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Der Chip 101 kann sich, wie durch den Pfeil in 1 gezeigt und mit den Buchstaben C und D angezeigt, in einer Richtung bewegen. Der Chip 101 ist zwischen einer Laserquelle 102, zum Beispiel einem Farbstofflaser, einem LED-Laser oder einem YAG-Laser angeordnet. Der Laser erzeugt ein Feld elektromagnetischer Strahlung 104, das den erfindungsgemäßen Aktivierungsbereich darstellt. Dem Laser 102 gegenüber sind reflektierende Mittel, die zum Beispiel ein Spiegel 103 oder eine Vielzahl von Spiegeln sein können, angebracht, um das Laserlicht zu reflektieren und einen großen Aktivierungsbereich 104 zu erzeugen.The chip 101 is on an in 1 attached high-resolution stepper device, not shown. Any stepper device capable of holding the chip can be used 101 to move in the desired direction and such stepper devices are basically known to those skilled in the art. The chip 101 can, as shown by the arrow in 1 shown and indicated with the letters C and D, move in one direction. The chip 101 is between a laser source 102 , for example a dye laser, an LED laser or a YAG laser. The laser generates a field of electromagnetic radiation 104 , which represents the activation region according to the invention. The laser 102 opposite are reflective means, for example a mirror 103 or a plurality of mirrors can be attached to reflect the laser light and a large activation area 104 to create.

Oberhalb des Aktivierungsbereichs 104 ist ein Druckerkopf 113 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der Druckerkopf 113 unterhalb des Aktivierungsbereichs 104 angeordnet. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn eine) Lösung/Lösungsmittel mit geringer Oberflächenspannung, wie zum Beispiel Toluol, verwendet wird, das nicht in einem oberhalb des Aktivierungsbereich 104 angebrachten Druckerkopf 113 zurückgehalten wird und daher unkontrolliert auf das Substrat spritzen würde.Above the activation area 104 is a printer head 113 arranged. In another embodiment of the invention, however, is the printer head 113 below the activation area 104 arranged. This arrangement is particularly advantageous when a low surface tension solution / solvent, such as toluene, is used that is not in a region above the activation range 104 attached printer head 113 is retained and would therefore spray onto the substrate in an uncontrolled manner.

Der Druckerkopf 113 ist in die durch die Pfeile und die Buchstaben A und B dargestellten Richtungen beweglich. Die Richtung A nach B ist in Bezug zur Richtung C nach D des Chips 101 auf der Steppervorrichtung orthogonal. Dieser Aufbau erlaubt es, die aktivierten Trägermoleküle 111, die aus dem Druckerkopf 113 gespritzt werden, auf einen oder mehrere ausgewählte Spots 125 auf der Oberfläche des Chips 101 zu fokussieren und aufzutragen. Der Druckerkopf 113 weist einen Auslass 114, vorzugsweise eine Düse auf, der einstellbar ist, um das Volumen der Tröpfchen, die auf die Oberfläche des Chips 101 gespritzt werden sollen, auszuwählen.The printer head 113 is movable in the directions represented by the arrows and the letters A and B. The direction A to B is in relation to the direction C to D of the chip 101 orthogonal on the stepper device. This structure allows the activated carrier molecules 111 that come from the printer head 113 be sprayed onto one or more selected spots 125 on the surface of the chip 101 to focus and apply. The printer head 113 has an outlet 114 , preferably a nozzle that is adjustable to the volume of the droplets that hit the surface of the chip 101 to be sprayed.

Der Druckerkopf 113 kann eine oder eine Vielzahl von Düsen umfassen. Zwei wichtige Faktoren, die die flüssige Austragung der Trägermoleküle durch die Auslässe 114, besonders durch Düsen betreffen, sind: a) wie kann ein Tröpfchen sauber ausgestoßen werden, so dass nicht ein Tröpfchen am Düsenende hängen bleibt? b) wie vermeidet man, dass die Inhalte eines Spots 125, der die Zielmoleküle umfasst, verspritzen, wenn die Tröpfchen 120, die die Trägermoleküle umfassen, auf diesen Spot 125 aufgetragen werden. Ein Fachmann wird daher die Auftragungsweise der Trägermoleküle in Abhängigkeit von der Art der Lösung, Suspension, usw. wählen, um die Tröpfchen 120, die die Trägermoleküle umfassen, in einem kontinuierlichen Strahl, einer Pulsserie oder in Tröpfchenform abzugeben.The printer head 113 may include one or a plurality of nozzles. Two important factors affecting the liquid discharge of the carrier molecules through the outlets 114 , particularly affected by nozzles, are: a) how can a droplet be expelled cleanly so that a droplet does not get stuck at the end of the nozzle? b) how to avoid the content of a spot 125 , which includes the target molecules, spatter when the droplets 120 that comprise the carrier molecules on this spot 125 be applied. A person skilled in the art will therefore choose the mode of application of the carrier molecules depending on the type of solution, suspension, etc. len to the droplets 120 which comprise the carrier molecules, in a continuous jet, in a pulse series or in droplet form.

Auch eine Vielzahl von Druckerköpfen 113 liegt im Rahmen der Erfindung. Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckerkopfes 113 umfasst eine piezoelektrische Pumpe einer Anordnung, wie sie im US Patent 5,474,796 offenbart ist.Also a variety of printer heads 113 is within the scope of the invention. Another embodiment of a printer head according to the invention 113 comprises a piezoelectric pump of an arrangement as described in the US patent 5,474,796 is disclosed.

Der Druckerkopf 113 ist mit einem Vorratsbehälter 110, der die Trägermoleküle 111 enthält, verbunden. Aus dem Vorstehenden ist es offensichtlich, dass im Falle des Vorhandenseins einer Vielzahl von Druckerköpfen 113 jeder einzelne Druckerkopf 113 mit einem Vorratsbehälter verbunden ist, wodurch es beispielsweise möglich ist, in jedem Vorratsbehälter 110 ein Reservoir von unterschiedlichen Trägermolekülen zu haben. Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass eine Vielzahl von Druckerköpfen 113 mit einem einzelnen Vorratsbehälter 110 verbunden sind. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform umfasst Bausteine für die selektive Synthese von Oligonukleotidketten in einem oder mehreren Vorratsbehältern 110, so dass Reaktionen und Kettenverlängerung gleichzeitig auf verschiedenen oder auf identischen Spots durch eine geeignete Wahl der Ausstoßreihenfolge der Trägermoleküle und Bausteine durchgeführt werden können.The printer head 113 is with a storage container 110 that the carrier molecules 111 contains, connected. From the above it is obvious that in the presence of a large number of printer heads 113 every single printer head 113 is connected to a storage container, which makes it possible, for example, in each storage container 110 to have a reservoir of different carrier molecules. It is also within the scope of the invention that a variety of printer heads 113 with a single storage container 110 are connected. A further preferred embodiment comprises building blocks for the selective synthesis of oligonucleotide chains in one or more storage containers 110 , so that reactions and chain extension can be carried out simultaneously on different or on identical spots by a suitable choice of the order of ejection of the carrier molecules and building blocks.

Die Verbindung 112 ist zum Beispiel irgendein Rohr oder Hohlkörper, der für diesen Zweck geeignet ist und dem Fachmann im Wesentlichen bekannt ist. Die Verbindung 112 ist vorzugsweise flexibel und halbelastisch, wie zum Beispiel ein TEFLON® Rohr.The connection 112 is for example any tube or hollow body which is suitable for this purpose and which is essentially known to the person skilled in the art. The connection 112 is preferably flexible and semi-elastic, such as a TEFLON ® pipe.

Die Trägermoleküle können entweder in Lösung, in Reinform oder in der Form einer Suspension oder einer Dispersion innerhalb des Vorratsbehälters 110 vorliegen.The carrier molecules can either be in solution, in pure form or in the form of a suspension or a dispersion within the storage container 110 available.

Repräsentative, nicht einschränkende Beispiele erfindungsgemäßer Trägermoleküle umfassen Acridon, Xanthon, Thioxanthon, Benzol, Naphthaline und ihre substituierten oder nicht-substituierten Derivate, beispielsweise N-Methylacridon, 2-Ethylthioxanthon, 2-Anilinonaphthalin, Naphtho-[1,2-c][1,2,5]-thiadiazol, Benzo[b]-fluoren, 5,7-Dimethoxy-3-thionylcumarin, 1,2-Cycloheptandion, 3-Acetyl-6-bromcumarin, 2-Brom-9-acridinon, 4,4'-Dibenzylbiphenyl, 2,6-Dithiocoffein, 1,4-Dibromnaphthalin, Dibenzo-[fg,op]-naphthalin, 10-Phenyl-9-acridinon, 2-Methyl-5-nitroimidazol-1-ethanol, 1-(2-Naphthoyl)-aziridin, 9-(2-Naphthoyl)-carbazol, 4,6'-Diamino-2-phenylbenzooxazol, p-Thiophenyl, 3-Acetylphenanthren, Dinaphtho-[1, 2-b:2',1'-]-thiophen, (E)-Piperylen, β-Methyl-(E)styrol, 2-Phenylbenzothiazol, Chinoxalin, 9,9'-Biphenantryl, Naphtho-[1,2-c][1,2,5]oxabiazol, Phenothiazin, 2-Ethoxynaphthalin, 9-Phenyl-9-stibafluoren, 9,10-Antrachinon, 4,4'-Dichlordiphenyl. Andere geeignete Verbindungen sind in S. L. Murov, I. Carmichael und G.L. Hug, Handbook of Photochemistry, Marcel Dekker, Inc., New York 1993 offenbart.Representative, non-limiting examples Carrier molecules according to the invention include acridone, Xanthone, thioxanthone, benzene, naphthalenes and their substituted or unsubstituted derivatives, for example N-methylacridone, 2-ethylthioxanthone, 2-anilinonaphthalene, Naphtho [1,2-c] [1,2,5] thiadiazole, benzo [b] fluorene, 5,7-dimethoxy-3-thionylcoumarin, 1,2-cycloheptanedione, 3-acetyl-6-bromo-coumarin, 2-bromo-9-acridinone, 4,4'-dibenzylbiphenyl, 2,6-dithiocaffeine, 1,4-dibromonaphthalene, dibenzo [fg, op] naphthalene, 10-phenyl-9-acridinone, 2-methyl-5-nitroimidazole-1-ethanol, 1- (2-naphthoyl) aziridine, 9- (2-naphthoyl) carbazole, 4,6'-diamino-2-phenylbenzooxazole, p-thiophenyl, 3-acetylphenanthrene, Dinaphtho- [1, 2-b: 2 ', 1' -] - thiophene, (E) -piperylene, β-methyl- (E) styrene, 2-phenylbenzothiazole, quinoxaline, 9,9'-biphenantryl, naphtho- [1,2-c] [1,2,5] oxabiazole, Phenothiazine, 2-ethoxynaphthalene, 9-phenyl-9-stibafluorene, 9,10-antrachinone, 4,4'-dichlorodiphenyl. Other suitable compounds are in S. L. Murov, I. Carmichael and G.L. Hug, Handbook of Photochemistry, Marcel Dekker, Inc., New York 1993.

Aus den Auslassmitteln 114 des Druckerkopfes 113 werden kleine Tröpfchen 120 von Trägermolekülen zu den ausgewählten Spots 125 auf dem Chip 101 hin ausgestoßen. Beim Passieren der Aktivierungszone, das heißt des Feldes elektromagnetischer Strahlung 104, wechseln die Moleküle in den Tröpfchen 120 in einen angeregten Zustand, beispielsweise vom Singulettzustand in den angeregten Triplettzustand, weil ihnen ausreichend Energie zugeführt wird, um einen Energieniveauübergang zu ermöglichen. Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass alle anderen Quellen elektromagnetischer Strahlung, die Energieniveauübergänge in Molekülen induzieren können, für den Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, zum Beispiel Quellen, die Mikrowellen, Infrarot- oder Raman-Strahlung erzeugen.From the outlet funds 114 of the printer head 113 become little droplets 120 from carrier molecules to the selected spots 125 on the chip 101 pushed out. When passing the activation zone, i.e. the field of electromagnetic radiation 104 , the molecules in the droplets change 120 into an excited state, for example from the singlet state to the excited triplet state, because they are supplied with sufficient energy to enable an energy level transition. It is also within the scope of the invention that all other sources of electromagnetic radiation that can induce energy level transitions in molecules can be used for the purpose of the present invention, for example sources that generate microwaves, infrared or Raman radiation.

Die Energie, die in dem Molekül in seinem angeregten Zustand „gespeichert" ist, zum Beispiel in seinem Triplett- oder Singulettzustand, ist mindestens gleich oder größer als die für die Bindungsspaltung in den Zielmolekülen, die in den Spots 125 auf der Oberfläche des Chips 101 enthalten sind, notwendige Aktivierungsenergie. Spezifische Zielmoleküle sind zum Beispiel typische Nukleinsäurederivate mit NPPOC-Schutzgruppen oder ähnlichen Schutzgruppen, wie sie im Wesentlichen dem Fachmann bekannt sind, jedoch nicht beschränkt darauf.The energy "stored" in the molecule in its excited state, for example in its triplet or singlet state, is at least equal to or greater than that for the bond cleavage in the target molecules, that in the spots 125 on the surface of the chip 101 necessary activation energy are included. Specific target molecules are, for example, typical nucleic acid derivatives with NPPOC protective groups or similar protective groups, as are essentially known to the person skilled in the art, but are not limited thereto.

Beim Passieren des Feldes elektromagnetischer Strahlung 104 enthalten die Tröpfchen mit Trägermolekülen 120 jetzt die Moleküle in ihrem angeregten Zustand und sind in 1 als „angeregte Tröpfchen" 121 dargestellt. Diese Tröpfchen 121 kommen nun mit definierten Spots 125 auf der Oberfläche des Chips 101, die die geschützten Nukleinsäurederivate (Zielmoleküle) enthalten, in Kontakt und reagieren mit den Nukleinsäurederivaten und entfernen deren Schutzgruppen.When passing the field of electromagnetic radiation 104 contain the droplets with carrier molecules 120 now the molecules are in their excited state and are in 1 as "excited droplets" 121 shown. These droplets 121 now come with defined spots 125 on the surface of the chip 101 , which contain the protected nucleic acid derivatives (target molecules), in contact and react with the nucleic acid derivatives and remove their protective groups.

Die Zeitdauer für das Entfernen der Schutzgruppe, das heißt für das Spalten der Bindung zwischen der Schutzgruppe und dem restlichen Nukleinsäurederivat, hängt von der Art des Trägermoleküls und des Zielmoleküls, den verwendeten Lösungsmitteln, der Länge des Transportweges des Trägermoleküls in seinem angeregten Zustand und der Reaktionsatmosphäre ab (ein Quenchen der angeregten Trägermoleküle wird recht häufig bei der Verwendung einer Sauerstoffatmosphäre beobachtet, in Abhängigkeit von der Art des Trägermoleküls, des Lösungsmittels und dem Sauerstoffgehalt). In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthalten die Zielmoleküle funktionelle Gruppen, die beim Kontakt mit den Trägermolekülen in-situ eine Säure bilden, wodurch säureempfindliche Schutzgruppen abgespalten werden, die ebenfalls in den Zielmolekülen vorhanden sein können.The amount of time to remove the protecting group, this means for the Cleaving the bond between the protecting group and the rest Nucleic acid derivative, depends on the type of carrier molecule and Target molecule, the solvents used, the length the transport path of the carrier molecule in its excited state and the reaction atmosphere (a quenching of the excited carrier molecules quite often observed when using an oxygen atmosphere, depending on the type of carrier molecule, the solvent and the oxygen content). In another embodiment of the invention, the target molecules contain functional groups that on contact with the carrier molecules in-situ an acid form, making acid sensitive Protective groups are split off, which are also present in the target molecules could be.

Das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt den Aufbau ausgewählter Oligonukleotidketten nur auf den ausgewählten Spots 125 auf der Oberfläche des Chips 101, weil in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jedes Auslassmittel 114 einzeln angesteuert werden kann. Üblicherweise sind die Zielmoleküle in Lösung. Überschüssiges Lösungsmittel kann daher abgepumpt werden, indem der Chip 101 nach der Reaktion in eine Vakuumkammer gebracht wird, was ebenfalls die Entfernung von Sauerstoff, der den Energietransfer beeinflussen könnte, erlaubt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Spots 125 in einem Array von Vertiefungen in einer Mikrotiterplatte angeordnet. Die Vorrichtung ist vorzugsweise für den Einsatz einer Mikrotiterplatte mit 96 Vertiefungen, die in 12 Reihen mit gleichem Abstand ausgerichtet sind, ausgelegt. Die Mikrotiterplatte wird vorzugsweise aus einem chemisch inerten Material, wie zum Beispiel Polypropylen oder ähnlichem, hergestellt. Aus dem Vorstehenden ist natürlich offensichtlich, dass jede Anordnung von Reihen oder Spalten im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann.The method according to the invention in combination with the device according to the invention allows the construction of selected oligonucleotide chains only on the selected spots 125 on the surface of the chip 101 , because in a preferred embodiment of the invention each outlet means 114 can be controlled individually. The target molecules are usually in solution. Excess solvent can therefore be pumped off by the chip 101 is placed in a vacuum chamber after the reaction, which also allows the removal of oxygen that could affect energy transfer. In a further preferred embodiment, the spots are 125 arranged in an array of wells in a microtiter plate. The device is preferably designed for the use of a microtiter plate with 96 wells which are aligned in 12 rows with the same spacing. The microtiter plate is preferably made of a chemically inert material, such as polypropylene or the like. From the foregoing, it is of course obvious that any arrangement of rows or columns can be used in the invention.

Im Vergleich zu einer kontrollierten Lichtzufuhr in üblichen photochemischen Vorrichtungen sind keine optischen Vorrichtungen und Anordnungen notwendig, wodurch kein durch die Optik verursachter Energieverlust auftritt. Weiterhin erfordert dieser Aufbau keine photolithographischen Masken und ist uneingeschränkt für die Massenproduktion von Chips mit einem. flexiblen und individuellen Design geeignet.Compared to a controlled one Light supply in usual photochemical devices are not optical devices and arrangements necessary, whereby none caused by the optics Loss of energy occurs. Furthermore, this structure does not require photolithographic masks and is unrestricted for the mass production of Chips with one. flexible and individual design.

Der Aufbau ist ebenfalls für das Multiplexen durch Strahlenteilung und zur Verwendung von Mehrkanal-Druckerkopfvorrichtungen geeignet. Weiterhin bietet das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination mit der Vorrichtung den Vorteil, dass es keine Kreuzkopplungen zwischen einzelnen Mikroorten, das heißt Spots 125, gibt, weil die Energiespeicherung derart ausgewählt werden kann, dass die Lebensdauer des angeregten Zustands des Trägermoleküls zu kurz ist, dass es zu entfernten Orten wandern kann, wodurch ungewollte und unkontrollierbare Fernaktivierung oder Reaktionen vermieden werden.The structure is also suitable for multiplexing by beam splitting and for using multi-channel printer head devices. Furthermore, the method according to the invention in combination with the device has the advantage that there are no cross-couplings between individual micro-locations, that is to say spots 125 , because energy storage can be selected such that the lifetime of the excited state of the carrier molecule is too short, that it can migrate to distant locations, thereby avoiding unwanted and uncontrollable remote activation or reactions.

Claims (27)

Verfahren zur Spaltung chemischer Bindungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsenergie zur Bindungsspaltung von einem Trägermolekül durch den Raum geliefert wird.Process for breaking chemical bonds, characterized in that the activation energy for breaking bonds is supplied by a carrier molecule through the space. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermolekül in seinem Grundzustand bestrahlt wird bevor es mit einem Zielmolekül, das die zu spaltende Bindung aufweist, in Kontakt gebracht wird.A method according to claim 1, characterized in that the Carrier molecule in his Ground state is irradiated before it is targeted by a target molecule bond to be cleaved is brought into contact. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach der Bestrahlung das Trägermolekül in einem angeregten Zustand befindet.A method according to claim 2, characterized in that after irradiation the carrier molecule in one excited state. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiedifferenz zwischen dem Grundzustand und dem angeregten Zustand des Trägermoleküls gleich groß oder höher ist, als die Aktivierungsenergie zur Bindungsspaltung.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the energy difference between the ground state and is equal to or higher than the excited state of the carrier molecule, than the activation energy for bond breaking. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend die folgenden Schritte: a) Aktivieren des Trägermoleküls in einem Aktivierungsbereich durch Bestrahlung des Trägermoleküls. b) Transportieren des aktivierten Trägermoleküls aus Schritt a) durch den Raum zu einem Austauschbereich, der ein Zielmolekül umfasst. c) Übertragen der Aktivierungsenergie des Trägermoleküls auf das Zielmolekül in dem Austauschbereich.A method according to claim 4, comprising the following steps: a) Activate the carrier molecule in one Activation area by irradiation of the carrier molecule. b) Transport of the activated carrier molecule from step a) through space to an exchange area that includes a target molecule. c) Transfer the activation energy of the carrier molecule on the target molecule in the exchange area. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsbereich und der Austauschbereich voneinander entfernt angeordnet sind.A method according to claim 5, characterized in that the Activation area and the exchange area apart are arranged. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zu aktivierenden Trägermoleküle auswählbar ist.A method according to claim 6, characterized in that the Number of carrier molecules to be activated can be selected. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Trägermoleküle zu dem Austauschbereich räumlich gesteuert werden kann.A method according to claim 7, characterized in that the Transport of the carrier molecules to the Exchange area spatially can be controlled. Vorrichtung (100) für den intermolekularen Transfer der Aktivierungsenergie zur Bindungsspaltung von Trägermolekülen zu Zielmolekülen mit einer zu spaltenden Bindung, umfassend einen Vorratsbehälter (110), der die Trägermoleküle umfasst, Mittel (113), um die Trägermoleküle in einen Aktivierungsbereich (104) zu liefern, Aktivierungsmittel (102) und einen das Zielmolekül umfassenden Austauschbereich (101).Contraption ( 100 ) for the intermolecular transfer of the activation energy for the bond cleavage of carrier molecules to target molecules with a bond to be cleaved, comprising a storage container ( 110 ), which comprises the carrier molecules, means ( 113 ) to move the carrier molecules into an activation area ( 104 ) to deliver activating agents ( 102 ) and an exchange area encompassing the target molecule ( 101 ). Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Austauschbereich (101) einen festen Träger umfasst.Apparatus according to claim 9, characterized in that the exchange area ( 101 ) comprises a solid support. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Träger für UV/VIS-Licht undurchlässig ist.Apparatus according to claim 10, characterized in that the solid support is impermeable to UV / VIS light. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Träger in einer Richtung beweglich ist.Device according to claim 10 or 11, characterized in that that the solid carrier is movable in one direction. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger einen Array von räumlich getrennten Bereichen (125) umfasst, die die Zielmoleküle umfassen.Device according to claim 10 or 12, characterized in that the carrier has an array of spatially separated areas ( 125 ) includes the target molecules. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsbereich (104) oberhalb des Austauschbereichs (101) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims 9 to 13, characterized in that the activation area ( 104 ) above the exchange area ( 101 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsbereich (104) unterhalb des Austauschbereichs (101) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims 9 to 13, characterized in that the activation area ( 104 ) below the exchange area ( 101 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsbereich (104) ein elektromagnetisches Feld umfasst.Device according to one of claims 9 to 15, characterized in that the activation area ( 104 ) includes an electromagnetic field. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Transportmittel (113) zur Lieferung der Trägermoleküle in den Aktivierungsbereich (104) oberhalb des Aktivierungsbereichs angeordnet sind.Device according to claim 16, characterized in that transport means ( 113 ) for delivery of the carrier molecules in the activation area ( 104 ) are arranged above the activation area. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Transportmittel (113) zur Lieferung der Trägermoleküle in den Aktivierungsbereich (104) unterhalb des Aktivierungsbereichs angeordnet sind.Device according to claim 16, characterized in that transport means ( 113 ) for delivery of the carrier molecules in the activation area ( 104 ) are located below the activation area. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel (113) in einer Richtung beweglich sind.Device according to claim 17 or 18, characterized in that the transport means ( 113 ) are movable in one direction. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtungen des Austauschbereichs (101) und der Transportmittel (113) zueinander orthogonal sind.Device according to claim 19, characterized in that the directions of movement of the exchange area ( 101 ) and the means of transport ( 113 ) are orthogonal to each other. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel (113) Auslassmittel (114) zur Steuerung des räumlich gesteuerten Transfers der Trägermoleküle in den Bereich (125) auf dem Träger aufweisen.Device according to claim 20, characterized in that the transport means ( 113 ) Outlet means ( 114 ) to control the spatially controlled transfer of the carrier molecules into the area ( 125 ) have on the carrier. Verfahren zur Durchführung der lichtgesteuerten Synthese eines Nukleinsäurederivats in 5' nach 3' oder 3' nach 5' Richtung, umfassend die Reaktion ausgewählter Nukleoside und/oder Nukleotide unter geeigneten Reaktionsbedingungen, die geeignete photolabile Schutzgruppen an ihrer 3' oder 5' O-Position aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausgewähltes Trägermolekül einen Aktivierungsbereich passiert, der ein elektromagnetisches Feld umfasst, bevor es in einen Bereich transportiert wird, der ein geeignetes Nukleosid und/oder Nukleotid mit einer photolabilen Schutzgruppe umfasst.Procedure for implementation the light-controlled synthesis of a nucleic acid derivative in 5 'to 3' or 3 'to 5' direction, comprising the reaction of selected nucleosides and / or nucleotides under suitable reaction conditions, the suitable photolabile Protecting groups at their 3 'or 5' O position, thereby characterized that a selected Carrier molecule one Happens activation area that includes an electromagnetic field before it is transported to an area that is a suitable one Nucleoside and / or nucleotide with a photolabile protecting group includes. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld ein stationäres Feld ist.A method according to claim 22, characterized in that the electromagnetic field is a stationary field. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld ein temporäres Feld ist.A method according to claim 22, characterized in that the electromagnetic field is a temporary field. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld von einer Laserquelle erzeugt wird.Method according to claim 23 or 24, characterized in that that the electromagnetic field is generated by a laser source. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermolekül aus seinem Grundzustand in einen angeregten Zustand wechselt, wenn es das elektromagnetische Feld passiert.A method according to claim 25, characterized in that the Carrier molecule from its ground state changes to an excited state when it is the electromagnetic Field happens. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermolekül eine Lebensdauer des angeregten Zustands von mehr als 0,5 ms aufweise.A method according to claim 26, characterized in that the Carrier molecule has a lifespan excited state of more than 0.5 ms.
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