EP1222031B1 - Verfahren und vorrichtung zum kontrollierten bewegen und plazieren von flüssigkeitstropfen - Google Patents

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EP1222031B1
EP1222031B1 EP00966067A EP00966067A EP1222031B1 EP 1222031 B1 EP1222031 B1 EP 1222031B1 EP 00966067 A EP00966067 A EP 00966067A EP 00966067 A EP00966067 A EP 00966067A EP 1222031 B1 EP1222031 B1 EP 1222031B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
ultraphobic
electrodes
substrate according
hydrophobic
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00966067A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1222031A1 (de
Inventor
Karsten Reihs
Burkhard KÖHLER
Dieter RÜHLE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sunyx Surface Nanotechnologies GmbH
Original Assignee
Sunyx Surface Nanotechnologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sunyx Surface Nanotechnologies GmbH filed Critical Sunyx Surface Nanotechnologies GmbH
Publication of EP1222031A1 publication Critical patent/EP1222031A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1222031B1 publication Critical patent/EP1222031B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0241—Drop counters; Drop formers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B01L3/502792—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics for moving individual droplets on a plate, e.g. by locally altering surface tension
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/089—Virtual walls for guiding liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for moving and metering liquid quantities on a microscopic scale with a volume of in particular 10 -12 to 10 -6 liters with an electric field using a carrier with an ultraphobic surface optionally in combination with an ultraphobic dosing tip ,
  • the object is achieved by providing a method for Microdosing liquid droplets solved in which the liquid droplets with an inhomogeneous electric field on a support with an ultraphobic surface be moved lossless.
  • the invention relates to a substrate according to claim 1 and a method according to claim 10 and a method according to Claim 16 and uses of the substrate according to claims 14 and 15.
  • the manipulator is an electrically charged tip or a wire, in particular a tip or a wire with an ultraphobic surface used.
  • the tension can vary greatly depending on Geometry of the arrangement.
  • a liquid drop according to the invention consists of any liquid and preferably has a volume of 10 -12 to 10 -6 liters, more preferably from 10 -9 to 10 -6 liters. According to the invention, such a drop is moved without loss with a displaceable electric field on an ultraphobic surface.
  • liquid drop by means of the electric field divided off a liquid reservoir.
  • Several drops of liquid can by means of of the electric field united on an ultraphobic surface and to be mixed. All of these process steps can also be in any Combined with each other.
  • the electric field is between a Tip, which preferably has a diameter of 0.01 to 1 mm, any Length has an ultraphobic surface, and one preferably metallic carrier. With this tip drops of liquid on the ultraphoben Surface moved. This makes the tip an ultraphobic surface have no liquid components adhere to the tip.
  • liquid reservoir of the Device on an arrangement for electrostatic charging.
  • Ultraphobic surfaces according to the invention are characterized in that the Contact angle of a water drop lying on the surface, more than 150 ° is and the roll angle does not exceed 10 °.
  • a rolling angle here is the inclination angle of a basically planar but textured surface against the horizontal understood, where a standing Drops of water of volume 10 ⁇ l due to gravity is moved when the Surface is tilted.
  • Such an ultraphobic surface is described in international patent application WO 99/10322.
  • a hydrophobic material in the context of the invention is a material that is on a even, non-textured surface a contact angle, relative to water, of greater than 90 °.
  • An oleophobic material in the context of the invention is a material which is based on a even, non-textured surface a contact angle, based on long-chain n-alkanes, such as n-decane, of greater than 90 °.
  • the ultraphobic surface is an aluminum surface that has microstructures provided, anodized, optionally gesealt, calcined, optionally with coated with a primer layer and then with a hydrophobic and / or oleophobic coating is provided, as it is in the international Patent application WO 99/10323 is described.
  • the manipulator and / or the carrier can be made entirely of aluminum or preferably has an aluminum coating, wherein the aluminum, such as treated above.
  • the ultraphobic surface is an aluminum surface that optionally anodically oxidized, with hot water or steam gesealt, optionally coated with a primer layer and then with a hydrophobic and / or oleophobic coating is provided, as in the international patent application WO 99/10324.
  • the dosing tip can be made entirely of aluminum or preferably has one Aluminum coating, wherein the aluminum treated as stated above becomes.
  • the ultraphobic surface is preferably a surface which is coated with Ni (OH) 2 particles, optionally coated with an adhesion promoter and subsequently provided with a hydrophobic and / or oleophobic coating, as described in international patent application WO 99/10111 is.
  • the Ni (OH) 2 particles have a diameter d 50 of 0.5 to 20 microns.
  • the ultraphobic surface is made Tungsten carbide structured with a laser, optionally with a coupling agent coated and then with a hydrophobic and / or oleophobic Cover is provided, as in the international patent application WO 99/10113 is described.
  • the metering tip is only with Tungsten carbide, which is then treated as indicated above.
  • the tungsten carbide has a layer thickness of 10 to 500 microns.
  • the surface is sandblasted with a blasting agent, optionally coated with a primer layer and then with a provided hydrophobic and / or oleophobic coating, as in the international Patent application WO 99/10112 is described.
  • Suitable as a hydrophobic and / or oleophobic coating of said surfaces all interface-active repellents with any molecular weights. at these compounds are cationic, anionic, amphoteric and / or non-ionic surface-active compounds, such as e.g. in the register "Surfactants Europe, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Edited by Gordon L. Hollis, Royal Socity of Chemistry, Cambridge, 1995 become.
  • anionic repellents which may be mentioned are: alkyl sulfates, Ether sulfates, ether carboxylates, phosphate esters, sulfosuccinates, sulfosuccinamides, Paraffin sulfonates, olefin sulfonates, sarcosinates, isothionates, taurates and lingnins Links.
  • cationic repellent auxiliary agents are, for example, quaternary alkylammonium compounds and to call imidazoles.
  • Amphoteric repellents are, for example, betaines, glycinates, propionates and imidazoles.
  • Nonionic repellents are, for example: alkoxylates, alkylamides, Esters, amine oxides and alkyl polyglycosides. Also suitable: reaction products of alkylene oxides with alkylatable compounds, such as. B. fatty alcohols, Fatty amines, fatty acids, phenols, alkylphenols, arylalkylphenols, such as Styrene-phenol condensates, carboxylic acid amides and resin acids.
  • repellents in which 1 to 100%, especially preferably 60 to 95% of the hydrogen atoms are substituted by fluorine atoms.
  • exemplary be perfluorinated alkyl sulfate, perfluorinated alkyl sulfonates, perfluorinated Alkyl phosphonates, perfluorinated alkyl phosphinates and perfluorinated carboxylic acids called.
  • These polymeric repellents may be nonionic, anionic, cationic or amphoteric compounds.
  • these polymeric repellents may be homo- and copolymers, graft and graft copolymers and random block polymers.
  • Particularly preferred polymeric repellents are those of the type AB-, BAB and ABC block polymers.
  • the AB or BAB block polymers is the A segment a hydrophilic homopolymer or copolymer, and the B block is a hydrophobic one Homopolymer or copolymer or a salt thereof.
  • anionic, polymeric repellents in particular Condensation products of aromatic sulfonic acids with formaldehyde and alkylnaphthalenesulfonic acids or from formaldehyde, naphthalenesulfonic acids and / or benzenesulfonic acids, condensation products of optionally substituted Phenol with formaldehyde and sodium bisulfite.
  • condensation products obtained by reaction of Naphthols with alkanols, additions of alkylene oxide and at least partial Conversion of the terminal hydroxy groups in sulfo groups or half esters of Maleic acid and phthalic acid or succinic acid are available.
  • the repellent auxiliary is selected from the group of sulfosuccinic acid esters and alkylbenzenesulfonates.
  • sulfated, alkoxylated fatty acids or salts thereof are in particular those having from 5 to 120, with 6 to 60, most preferably provided with 7 to 30 ethylene oxide C 6 -C 22 -Fettklarealkohole, which are saturated or unsaturated, in particular stearyl, understood.
  • the sulfated alkoxylated fatty acid alcohols are preferably present as salt, in particular as alkali or amine salts, preferably as diethylamine salt.
  • the inventive method is easier to perform than the conventional Microdosing with the help of pressing. Due to the minimal adhesion of the liquid drops on the ultraphobic surfaces, the manupulation is of the smallest Liquid quantities without losses possible. As a result, dosing errors can be avoided become.
  • Another object of the invention is the use of the device according to the invention for metering liquids on a microscopic scale, in particular in the range of 10 -6 to 10 -12 liters.
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention for residue-free movement of liquid drops (here aqueous solutions) on solid surfaces.
  • the device consists of a substrate 2 (here Plexiglas), on its surface round electrically conductive electrodes 3 (diameter 1 mm, spacing 5 mm) introduced are flush with the surface of the substrate. To the individual Electrodes 3 different voltages can be applied against each other.
  • the surface of the substrate 2 is coated with an approximately 5 microns thick electrically insulating provided with ultraphobic coating. This is on the substrate about 5 microns thick Layer of aluminum evaporated.
  • the Al layer is anodized, with treated with hot steam and provided with a hydrophobic coating. to Preparation of the hydrophobic coating, the substrate is 5 hours at pH 7 in a 1 wt .-% solution of Fluowet PL80 Clariant immersed, with water rinsed and dried at 60 ° C.
  • the Al layer is completely in an aluminum oxide layer by this treatment been converted.
  • One Drop 5 may be on the surface in the direction of a directly adjacent electrode be moved by facing this electrode to a potential of 800V the other electrodes is switched. Then the drop is above the relevant one Electrode.
  • the movement can be of the droplet 5 on the surface arbitrarily control within the electrode grid. In this way, also different drops 4, 5 moved to the same place and united with each other.
  • a drop 4 (diameter about 1 mm) of a solution of 4- (6-diethylamino-3-diethylimino-3H-xanthe-9-yl) -1,3-benzodisulfonic acid (Kiton Red, concentration 1 x 10 -2 mol / l in water) is located on the ultraphobic surface.
  • the drop 4 is displaced along a closed path over 8 electrodes (length of the path 40 mm). This process is repeated 10 times, so that the total distance is 400 mm. Subsequently, the drop is removed and a drop of pure water along the previously used closed path also moved 10 times.
  • This water droplet is examined spectrophotometrically. Up to the detection limit of 10 -10 mol / l (based on the drop volume) no dye can be detected. The losses due to the displacement of the droplet are thus less than 10 ppb.
  • liquid drops used which are surrounded by solid walls from all sides, e.g. in Columns or tubes. These designs thus allow lossless promotion of liquids solely by the change of electric fields, i. without mechanically moving parts.
  • FIG. 2 shows a device 6 for complete transmission of liquid drops (here aqueous solutions) by means of a mobile Tip 10.
  • the device has a support plate 7 made of aluminum with an ultraphoben Plating and a top 10 on.
  • the tip also has an ultraphobic surface on.
  • the preparation of the ultraphobic coating is carried out according to Example 1.
  • a drop 8 of a solution of 4- (6-diethylamino-3-diethylimino-2H-xanthe-9-yl) -1,3-benzodisulfonic acid (Kiton Red, concentration 1 ⁇ 10 -2 mol / l in water) is on the ultraphobic surface.
  • the drop 8 can be recorded. This is approached the tip to a distance of about 5 mm, with between 10 and the top Substrate plate 7, a voltage of 800 V is applied. The radius of the tip is approx. 0.5 mm.
  • the drop hanging on top is placed in a jar containing 65 ⁇ l of water by switching off the voltage.
  • Another example shows the metering and complete transfer of liquid drops with the aid of the device in FIG. 2.
  • a drop 8 of a solution of 4- (6-diethylamino-3-diethylimino-3H-xanthe-9-yl) -1,3-benzodisulfonic acid (Kiton Red, concentration 1 x 10 -2 mol / l in water) is on the ultraphobic surface.
  • Example 2 With the help of the tip 10 of the drop 8 is recorded as in Example 2.
  • the on the tip hanging drops is in a recess 11 of the device by switching off the voltage is stored.
  • the other drop 9 is taken up with the tip and united with the drop 8 in the well. Then be pick up both drops with the tip and place in a container with 65 ⁇ l of water according to Example 2 transferred.
  • the dye concentrations in the water were then determined spectrophotometrically.
  • the transfer was carried out 5 times in the same way, resulting in no loss of the transferred volumes V 3 and V 4 within the relative dosing error of 1.5%.
  • Fig. 3 shows an arrangement for the controlled removal of small known liquid volumes from a supply (cross-sectional drawing).
  • the arrangement consists of an electrode 12 with a round tip (diameter 1 mm) and an annular electrode 13 (inner diameter 0.5 mm). Both electrodes are provided with an ultrahydrophobic coating, the preparation of which is described in Example 1.
  • the assembly is immersed in an aqueous solution of 4- (6-diethylamino-3-diethylimino-3Hxanthe-9-yl) -1,3-benzodisulfonic acid (Kiton Red, concentration 10 -2 mol / L in water) (as shown in FIG. 3).
  • FIG. 4 instead of the annular electrode 13 of the device in FIG. 3, an arrangement as in FIG. 4 may also be used.
  • three round electrodes 16 (diameter 1 mm) are provided with an ultrahydrophobic coating, whose preparation is described in Example 1.
  • the electrodes 16 are arranged as described in Fig. 4 for forming a nearly triangular-shaped spade M, which has the same function of the ring electrode 13 in FIG.
  • a drop of liquid is removed from a supply. Reproducing the dose 30 times gives a volume of (50.0 ⁇ 0.3) ⁇ 10 -12 liters.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewegen und Dosieren von Flüssigkeitsmengen im mikroskopischen Maßstab mit einem Volumen von insbesondere 10-12 bis 10-6 Liter mit einem elektrischen Feld unter Nutzung eines Trägers mit einer ultraphoben Oberfläche gegebenenfalls in Verbindung mit einer ultraphoben Dosierspitze.
Das Manipulieren und insbesondere das Dosieren von kleinsten Flüssigkeitstropfen, die ein Volumen in der Größenordnung von 10-12 - 10-6 Liter bzw. einen Durchmesser in der Größenordnung von ca. 0,01 - 1 mm aufweisen, ist auch heute noch ein Problem, weil bei diesem auch als Mikrodosieren bezeichneten Vorgang selbst kleinste Flüssigkeitsverluste bereits zu erheblichen Abweichungen von der gewünschten Dosiermenge führen. Solche Flüssigkeitsverluste entstehen z.B., wenn der Flüssigkeitstropfen entlang einer konventionellen Oberfläche verschoben wird, weil selbst bei sehr glatten Flächen ein Teil des Flüssigkeitstropfen an der Oberfläche haftet.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe ein Verfahren zum Bewegen und Dosieren von Flüssigkeitstropfen mit einem Volumen von insbesondere kleiner als 10-6 Liter ohne nennenswerten Flüssigkeitsverlust zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Mikrodosieren von Flüssigkeitstropfen gelöst, bei dem die Flüssigkeitstropfen mit einem inhomogenen elektrischen Feld auf einem Träger mit einer ultraphoben Oberfläche verlustfrei bewegt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Substrat gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 16 und Verwendungen des Substrats gemäß den Ansprüchen 14 und 15.
Vorzugsweise wird als Manipulator eine elektrisch geladene Spitze oder ein Draht, insbesondere eine Spitze oder ein Draht mit einer ultraphoben Oberfläche verwendet.
In einer bevorzugten Ausführung wird zur Erzeugung des elektrischen Feldes zwischen dem Manipulator und dem Träger eine Spannung von 100 bis 1000 Volt, vorzugsweise von 400 bis 600 Volt angelegt. Die Spannung kann stark variieren je nach Geometrie der Anordnung.
Ein Flüssigkeitstropfen im Sinne der Erfindung besteht aus einer beliebigen Flüssigkeit und weist bevorzugt ein Volumen von 10-12 bis 10-6 Liter, insbesondere bevorzugt von 10-9 bis 10-6 Liter auf. Ein solcher Tropfen wird erfindungsgemäß mit einem verschiebbaren elektrischen Feld auf einer ultraphoben Oberfläche verlustfrei bewegt.
Weiterhin bevorzugt wird ein Flüssigkeitstropfen mittels des elektrischen Feldes aus einem Flüssigkeitsreservoir abgeteilt. Mehrere Flüssigkeitstropfen können mittels des elektrischen Feldes auf einer ultraphoben Oberfläche miteinander vereinigt und dabei vermischt werden. All diese Verfahrensschritte können auch in einer beliebigen Kombination miteinander durchgeführt werden.
Der nächstliegende Stand der Technik wird durch das Dokument US5674592 beschrieben, das ein Substrat mit den Eigenschaften einer teilweise extrem hydrophoben Oberfläche beschreibt, deren Benetzungseigenschaften durch eine Beschichtung und eine Nanostruktur kontrolliert modifiziert werden können. Tropfen können auf dieser Oberfläche mit Hilfe eines elektrostatisch geladenen Objekts, das berührungsfrei in die Nähe der Tropfen gebracht wird, gerichtet und kontrolliert bewegt werden. Jedoch beschreibt dieses Dokument keine in das Substrat eingelassenen Elektroden, an die zur kontrollierten Bewegung oder Vereinigung der Tropfen je nach Ziel und Richtung der Bewegung unterschiedliche Spannungen angelegt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das elektrische Feld zwischen einer Spitze, die vorzugsweise einen Durchmesser von 0,01 bis 1 mm hat, eine beliebige Länge aufweist, eine ultraphobe Oberfläche aufweist, und einem vorzugsweise metallischen Träger. Mit dieser Spitze werden Flüssigkeitstropfen auf der ultraphoben Oberfläche verschoben. Dadurch, dass die Spitze eine ultraphobe Oberfläche aufweist, bleiben keine Flüssigkeitsanteile an der Spitze haften.
Da die Flüssigkeitstropfen sowohl an der Spitze als auch auf der ultraphoben Oberfläche nahezu die Form einer Kugel annehmen, können deren Volumina sehr einfach aus dem, z.B. unter einem Mikroskop ermittelten Durchmesser berechnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Flüssigkeitsreservoir der Vorrichtung eine Anordnung zur elektrostatischen Aufladung auf.
Ultraphobe Oberflächen im Sinne der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass der Kontaktwinkel eines Wassertropfens, der auf der Oberfläche liegt, mehr als 150° beträgt und der Abrollwinkel 10° nicht überschreitet.
Als Abrollwinkel wird hier der Neigungswinkel einer grundsätzlich planaren aber strukturierten Oberfläche gegen die Horizontale verstanden, bei dem ein stehender Wassertropfen des Volumens 10µl aufgrund der Schwerkraft bewegt wird, wenn die Oberfläche geneigt wird.
Solche ultraphoben Oberflächen sind z.B. in den Offenlegungsschriften WO 98/23549, WO 96/04123, WO 96/21523 und WO 96/34697 offenbart, die hiermit als Referenz eingeführt werden und somit als Teil der Offenbarung gelten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie auf, bei der die Ortsfrequenz f der einzelnen Fourierkomponenten und deren Amplituden a(f) ausgedrückt durch das Integral der Funktion S(log f) = a(f) · f errechnet zwischen den Integrationsgrenzen log (f1/µm-1) = -3 und log (f1/µm-1) = 3, mindestens 0.5 beträgt und besteht aus einem hydrophoben oder insbesondere oleophoben Material oder aus einem haltbar hydrophobierten oder insbesondere haltbar oleophobierten Material. Eine solche ultraphobe Oberfläche ist in der internationalen Patentanmeldung WO 99/10322 beschrieben.
Ein hydrophobes Material im Sinne der Erfindung ist ein Material, das auf einer ebenen, nicht strukturierten Oberfläche einen Randwinkel, bezogen auf Wasser, von größer als 90° zeigt.
Ein oleophobes Material im Sinne der Erfindung ist ein Material, das auf einer ebenen, nicht strukturierten Oberfläche einen Randwinkel, bezogen auf langkettige n-Alkane, wie n-Decan, von größer als 90° zeigt.
Bevorzugt ist die ultraphobe Oberfläche eine Aluminium-Oberfläche, die mit Mikrostrukturen versehen, eloxiert, gegebenenfalls gesealt, kalziniert, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Überzug versehen wird, so wie es in der internationalen Patentanmeldung WO 99/10323 beschrieben ist.
Die Manipulator und/oder der Träger kann insgesamt aus Aluminium gefertigt sein oder weist vorzugsweise einen Aluminium-Überzug auf, wobei das Aluminium, wie oben angegeben behandelt wird.
Ebenfalls bevorzugt ist die ultraphobe Oberfläche eine Aluminium-Oberfläche, die gegebenenfalls anodisch oxidiert, mit heißem Wasser oder Wasserdampf gesealt, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Überzug versehen wird, so wie es in der internationalen Patentanmeldung WO 99/10324 beschrieben ist. Die Dosierspitze kann insgesamt aus Aluminium gefertigt sein oder weist vorzugsweise einen Aluminium-Überzug auf, wobei das Aluminium, wie oben angegeben behandelt wird.
Weiterhin bevorzugt ist die ultraphobe Oberfläche eine Oberfläche, die mit Ni(OH)2 -Partikeln beschichtet, gegebenenfalls mit einem Haftvermittler überzogen und anschließend mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Überzug versehen wird, so wie es in der internationalen Patentanmeldung WO 99/10111 beschrieben ist. Vorzugsweise haben die Ni(OH)2-Partikel einen Durchmesser d50 von 0,5 bis 20 µm.
In einer weiteren vorteilhaften Anwendungsform ist die ultraphobe Oberfläche aus Wolframcarbid, das mit einem Laser strukturiert, gegebenenfalls mit einem Haftvermittler beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Überzug versehen wird, so wie es in der internationalen Patentanmeldung WO 99/10113 beschrieben ist. Vorzugsweise wird die Dosierspitze nur mit Wolframcarbid beschichtet, das dann wie oben angegeben behandelt wird. Vorzugsweise hat das Wolframcarbid eine Schichtdicke von 10 bis 500 µm.
Außerdem bevorzugt wird die Oberfläche mit einem Strahlmittel gesandstrahlt, gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht beschichtet und anschließend mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Überzug versehen, wie es in der internationalen Patentanmeldung WO 99/10112 beschrieben ist.
Als hydrophober und/oder oleophober Überzug der genannten Oberflächen eignen sich alle grenzflächenaktiven Phobierungshilfsmittel mit beliebigen Molmassen. Bei diesen Verbindungen handelt es sich um kationische, anionische, amophotere und/oder nicht-ionische grenzflächenaktive Verbindungen, wie sie z.B. im Verzeichnis "Surfactants Europa, A Dictionary of Surface Active Agents available in Europe, Edited by Gordon L. Hollis, Royal Socity of Chemistry, Cambridge, 1995 aufgeführt werden.
Als anionische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise zu nennen: Alkylsulfate, Ethersulfate, Ethercarboxylate, Phosphatester, Sulfosucinate, Sulfosuccinatamide, Paraffinsulfonate, Olefinsulfonate, Sarcosinate, Isothionate, Taurate und Lingninische Verbindungen.
Als kationische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise quarternäre Alkylammoniumverbindungen und Imidazole zu nennen.
Amphotere Phobierungshilfsmittel sind zum Beispiel Betaine, Glycinate, Propionate und Imidazole.
Nichtionische Phobierungshilfsmittel sind beispielsweise: Alkoxylate, Alkylamide, Ester, Aminoxide und Alkylpolyglykoside. Weiterhin kommen in Frage: Umsetzungsprodukte von Alkylenoxiden mit alkylierbaren Verbindungen, wie z. B. Fettalkoholen, Fettaminen, Fettsäuren, Phenolen, Alkylphenolen, Arylalkylphenolen, wie Styrol-Phenol-Kondensate, Carbonsäureamiden und Harzsäuren.
Besonders bevorzugt sind Phobierungshilfsmittel bei denen 1 bis 100 %, besonders bevorzugt 60 bis 95 % der Wasserstoffatome durch Fluoratome substituiert sind. Beispielhaft seien perfluoriertes Alkylsulfat, perfluorierte Alkylsulfonate, perfluorierte Alkylphosphonate, perfluorierte Alkylphosphinate und perfluorierte Carbonsäuren genannt.
Bevorzugt werden als polymere Phobierungshilfsmittel zur hydrophoben Beschichtung oder als polymeres hydrophobes Material für die Oberfläche Verbindungen mit einer Molmasse Mw>500 bis 1.000.000, bevorzugt 1.000 bis 500.000 und besonders bevorzugt 1500 bis 20.000 eingesetzt. Diese polymeren Phobierungshilfsmittel können nichtionische, anionische, kationische oder amphotere Verbindungen sein. Ferner können diese polymeren Phobierungshilfsmittel Homo- und Copolymerisate, Pfropf- und Pfropfcopolymerisate sowie statistische Blockpolymere sein.
Besonders bevorzugte polymere Phobierungshilfsmittel sind solche vom Typ AB-, BAB- und ABC-Blockpolymere. In den AB- oder BAB-Blockpolymeren ist das A-Segment ein hydrophiles Homopolymer oder Copolymer, und der B-Block ein hydrophobes Homopolymer oder Copolymer oder ein Salz davon.
Besonders bevorzugt sind auch anionische, polymere Phobierungshilfsmittel, insbesondere Kondensationsprodukte von aromatischen Sulfonsäuren mit Formaldehyd und Alkylnaphthalinsulfonsäuren oder aus Formaldehyd, Naphthalinsulfonsäuren und/oder Benzolsulfonsäuren, Kondensationsprodukte aus gegebenenfalls substituiertem Phenol mit Formaldehyd und Natriumbisulfit.
Weiterhin bevorzugt sind Kondensationsprodukte, die durch Umsetzung von Naphtholen mit Alkanolen, Anlagerungen von Alkylenoxid und mindestens teilweiser Überführung der terminalen Hydroxygruppen in Sulfogruppen oder Halbester der Maleinsäure und Phthalsäure oder Bernsteinsäure erhältlich sind.
In einer anderen bevorzugten Ausführung ist das Phobierungshilfsmittel aus der Gruppe der Sulfohernsteinsäureester sowie Alkylbenzolsulfonate. Weiterhin bevorzugt sind sulfatierte, alkoxylierte Fettsäuren oder deren Salze. Als alkoxylierte Fettsäurealkohole werden insbesondere solche mit 5 bis 120, mit 6 bis 60, ganz besonders bevorzugt mit 7 bis 30 Ethylenoxideinheiten versehene C6-C22-Fettsäurealkohole, die gesättigt oder ungesättigt sind, insbesondere Stearylalkohol, verstanden. Die sulfatierten alkoxylierten Fettsäurealkohole liegen vorzugsweise als Salz, insbesondere als Alkali- oder Aminsalze, vorzugsweise als Diethylaminsalz vor.
Bevorzugte Anwendungsgebiete für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind biochemische oder chemische Verfahren, bei denen mikroskopische Flüssigkeitsvolumina bewegt, vermischt oder dosiert werden müssen. Als Beispiele seien hier erwähnt:
  • Die Polymerasekettenreaktion PCR (polymerase chain reaction), ELISA (enzyme linked immunosorbent assay) oder die Bestimmung von Enzymaktivitäten.
    • Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfacher durchzuführen als die konventionelle Mikrodosierung mit Hilfe von Drücken. Durch die minimale Adhäsion der Flüssigkeitstropfen an den ultraphoben Oberflächen ist die Manupulation von kleinsten Flüssigkeitsmengen ohne Verluste möglich. Dadurch können Dosierfehler vermieden werden.
    Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten im mikroskopischen Maßstab, insbesondere im Bereich von 10-6 bis 10-12 Liter.
    Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Figur 1 und des Beispiels 1 beispielhaft näher erläutert.
    Die Figuren 2-4 sowie die Beispiele 2-5 betreffen ähnliche Vorrichtungen und Verfahren, wobei diese Vorrichtungen und Verfahren nicht Gegenstand dieser Erfindung sind.
    Fig. 1
    zeigt eine Kunststoffplatte 2 zum Verschieben von Flüssigkeitstropfen 4,5 mit einer Vielzahl von Elektroden 3
    Fig. 2
    zeigt eine Aluminiumplatte 7 mit einer elektrisch geladenen Spitze 10 als Manipulator
    Fig. 3
    zeigt eine runde Spitze 12 mit Ringelektrode 13 zur Entnahme kleiner Flüssigkeitsvolumina 15 aus einem Vorrat 14
    (Querschnittszeichnung).
    Fig. 4
    zeigt eine Anordnung von drei Spitzen 16 zur Bildung eines nahezu dreieckförmigen Spaltes M, der anstelle der Ringelektrode 13 in Fig. 3 zur Entnahme kleiner Flüssigkeitsmengen aus einem Vorrat verwendet werden kann.
    Beispiele Beispiel 1
    Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum rückstandsfreien Bewegen von Flüssigkeitstropfen (hier wässrige Lösungen) auf festen Oberflächen.
    Die Vorrichtung besteht aus einem Substrat 2 (hier Plexiglas), an dessen Oberfläche runde elektrisch leitfähige Elektroden 3 (Durchmesser 1 mm, Abstand 5 mm) eingebracht sind, die mit der Oberfläche des Substrates bündig sind. An die einzelnen Elektroden 3 können verschiedene Spannungen gegeneinander angelegt werden.
    Die Oberfläche des Substrates 2 wird mit einem ca. 5 µm dicken elektrisch isolierenden ultraphoben Überzug versehen. Dazu wird auf das Substrat eine ca. 5 µm dicke Schicht aus Aluminium aufgedampft. Die Al-Schicht wird anodisch oxidiert, mit heißem Wasserdampf behandelt und mit einem hydrophoben Überzug versehen. Zur Herstellung des hydrophoben Überzugs wird das Substrat 5 Stunden bei pH 7 in eine 1 gew.-%ige Lösung aus Fluowet PL80 der Firma Clariant getaucht, mit Wasser gespült und bei 60°C getrocknet.
    Herstellung des ultrahydrophoben Überzugs:
  • a. Metallisierung:
  • Auf das Substrat wird eine ca. 5µm dicke Aluminiumschicht thermisch aufgedampft. Die Oberfläche wurde anschließend in destilliertem Chlorform (CHCl3) 3 min. entfettet.
  • b. Anodische Oxidation:
  • Die anodische Oxidation der Aluminiumoberfläche wurde in In Schwefelsäure unter kontinuierlicher Elektrolytbewegung bei laminaren Strömungsbedingungen durchgeführt. Die Elektrolyttemperatur von 20°C wurde durch einen Thermostat geregelt. Der Abstand des Substratmaterials zur Gegenelektrode aus AlMg3, halbhart betrug 5 cm. Die Stromdichte während der anodischen Oxidation wurde konstant auf 10 mA/cm2 geregelt. Die Oxidation wurde solange fortgeführt bis eine etwa 2-3 µm dicke Oxidschicht entstanden war.
  • c. Wasserbehandlung:
  • Nach der anodischen Oxidation wurde die Probe 5 min. in destilliertem Wasser und anschließend 1 min. in Methanol gespült. Nach dem Trocknen (Luft, Raumtemperatur) wurde die Probe in einem Becherglas, das zuvor mehrfach mit destilliertem Wasser gekocht wurde, in destilliertem Wasser bei 100°C 15min behandelt. Nach dieser Behandlung.wurde in Methanol gespült (1 min) bei 80°C im Trockenschrank 1 Stunde getrocknet.
    • Die Al-Schicht ist durch diese Behandlung vollständig in eine Aluminiumoxidschicht umgewandelt worden.
    Handhabung der Vorrichtung:
    Zunächst liegen alle Elektroden 3 auf dem gleichen elektrischen Potential. Ein Tropfen 5 kann auf der Oberfläche in die Richtung einer direkt benachbarten Elektrode bewegt werden, indem diese Elektrode auf ein Potential von 800 V gegenüber den übrigen Elektroden geschaltet wird. Anschließend liegt der Tropfen über der betreffenden Elektrode.
    Durch mehrfaches ausgeführtes Schalten der Elektroden 3 lässt sich die Bewegung des Tropfens 5 auf der Oberfläche beliebig innerhalb des Elektrodenrasters steuern. Auf diese Weise können auch verschiedene Tropfen 4, 5 an dieselbe Stelle verschoben und miteinander vereinigt werden.
    Die Bewegung der Tropfen 4, 5 erfolgt auf der ultraphoben Oberfläche rückstandsfrei, d.h. ohne Anhaften von Flüssigkeitsresten entlang der Bewegungsspur. Dies erkennt man wie folgt: Ein Tropfen 4 (Durchmesser ca. 1 mm) einer Lösung von 4-(6-Diethylamino-3-diethylimino-3H-xanthe-9-yl)-1,3-benzodisulfonsäure (Kiton Rot, Konzentration 1 x 10-2 mol/l in Wasser) befindet sich auf der ultraphoben Oberfläche. Der Tropfen 4 wird entlang eines geschlossenen Weges über 8 Elektroden (Länge des Weges 40 mm) verschoben. Dieser Vorgang wird 10 mal wiederholt, so dass der Gesamtweg 400 mm beträgt. Anschließend wird der Tropfen entfernt und ein Tropfen reines Wasser entlang des vorher verwendeten geschlossenen Weges ebenfalls 10 mal verschoben.
    Dieser Wassertropfen wird spektralphotometrisch untersucht. Bis zu der Nachweisgrenze von 10-10 mol/l (bezogen auf das Tropfenvolumen) kann kein Farbstoff nachgewiesen werden. Die Verluste durch das Verschieben des Tropfens betragen somit weniger als 10 ppb.
    Das hier gezeigte Beispiel kann in entsprechender Weise auch für Flüssigkeitstropfen verwendet werden, die von allen Seiten mit festen Wänden umgeben sind, z.B. in Spalten oder Röhren. Diese Ausführungen erlauben somit die verlustfreie Förderung von Flüssigkeiten allein durch die Änderung von elektrischen Feldern, d.h. ohne mechanisch bewegte Teile.
    Beispiel 2
    Die Figur 2 zeigt eine Vorrichtung 6 zum vollständigen Übertragen von Flüssigkeitstropfen (hier wässrige Lösungen) mit Hilfe einer beweglichen Spitze 10.
    Die Vorrichtung weist eine Trägerplatte 7 aus Aluminium mit einem ultraphoben Überzug und einer Spitze 10 auf. Die Spitze weist ebenfalls eine ultraphobe Oberfläche auf. Die Herstellung des ultraphoben Überzugs erfolgt gemäß Beispiel 1.
    Handhabung der Vorrichtung:
    Ein Tropfen 8 einer Lösung von 4-(6-Diethylamino-3-diethylimino-2H-xanthe-9-yl)-1,3-benzodisulfonsäure (Kiton Rot, Konzentration 1 x 10-2 mol/l in Wasser) befindet sich auf der ultraphoben Oberfläche. Das Volumen beträgt V = (3.00 ± 0,05) x 10-9 Liter. Die Volumenbestimmung wurde anhand des Durchmessers des kugelförmigen Tropfens mit einem Messmikroskop durchgeführt.
    Mit Hilfe der Spitze 10 kann der Tropfen 8 aufgenommen werden. Dazu nähert man die Spitze bis zu einem Abstand von ca. 5 mm, wobei zwischen Spitze 10 und der Substratplatte 7 eine Spannung von 800 V anliegt. Der Radius der Spitze beträgt ca. 0.5 mm. Der an der Spitze hängende Tropfen wird in eine Gefäß mit 65µl Wasser durch Abschalten der Spannung übertragen.
    Die Farbstoffkonzentration im Wasser wurde anschließend spektralphotometrisch zu 4.54 x 10-7 mol/l bestimmt. Dies entspricht einem durch die Spitze übertragenen Volumen von V= 2.95 nl. Die Übertragung wurde 5 mal in gleicher Weise durchgeführt, wobei sich innerhalb des relativen Dosierfehlers von 1.5 % kein Verlust des übertragenen Volumens ergibt.
    Beispiel 3
    Ein weiteres Beispiel zeigt das Dosieren und vollständige Übertragen von Flüssigkeitstropfen mit Hilfe der Vorrichtung in Figur 2.
    Ein Tropfen 8 einer Lösung von 4-(6-Diethylamino-3-diethylimino-3H-xanthe-9-yl)-1,3-benzodisulfonsäure (Kiton Rot, Konzentration 1 x 10-2 mol/l in Wasser) befindet sich auf der ultraphoben Oberfläche. Das Volumen beträgt V3=(3.00±0.05) x 10-9 Liter.
    Ein weiterer Tropfen 9 einer Lösung von 1,1'-Diethyl-4,4'-dicarbocyanin-iodid (Konzentration 1 x 10-2 mol/l in Wasser) befindet sich auf der ultraphoben Oberfläche. Das Volumen beträgt V4=(3.00±0.05) x 10-9 Liter.
    Mit Hilfe der Spitze 10 wird der Tropfen 8 wie im Beispiel 2 aufgenommen. Der an der Spitze hängende Tropfen wird in eine Vertiefung 11 der Vorrichtung durch Abschalten der Spannung abgelegt. Der andere Tropfen 9 wird mit der Spitze aufgenommen und mit dem Tropfen 8 in der Vertiefung vereint. Anschließend werden beide Tropfen mit der Spitze aufgenommen und in ein Gefäß mit 65 µl Wasser gemäß Beispiel 2 übertragen.
    Die Farbstoffkonzentrationen im Wasser wurden anschließend spektralphotometrisch bestimmt. Die Übertragung wurde 5 mal in gleicher Weise durchgeführt, wobei sich innerhalb der relativen Dosierfehler von 1.5 % kein Verlust der übertragenen Volumina V3 und V4 ergibt.
    Beispiel 4
    Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur kontrollierten Entnahme kleiner bekannter Flüssigkeitsvolumina aus einem Vorrat (Querschnittszeichnung). Die Anordnung besteht aus einer Elektrode 12 mit runder Spitze (Durchmesser 1mm) und einer ringförmigen Elektrode 13 (Innendurchmesser 0.5 mm). Beide Elektroden sind mit einem ultrahydrophoben Überzug versehen, dessen Herstellung in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Anordnung wird in eine wässrige Lösung von 4-(6-Diethylamino-3-diethylimino-3Hxanthe-9-yl)-1,3-benzodisulfonsäure (Kitonrot, Konzentration 10-2 mol/l in Wasser) getaucht (wie in Fig. 3 gezeigt). Bei Anlegen einer Spannung von 900 V zwischen dem Ring 13 und der Elektrode 12 wird ein Flüssigkeitstropfen 15 aus dem Vorrat 14 entnommen und bleibt an der Elektrode 12 haften. Durch seitliches Kippen und Ablegen des elektrischen Feldes kann der Tropfen in ein anderes Gefäß übertragen werden. Durch Messung der Fluoreszenzintensität des Farbstoffs in einem bekannten Volumen Wasser wurde das Volumen des Tropfens 15 bestimmt. Man erhält nach 30maliger Wiederholung der Entnahme ein Volumen von (65.0 ± 0.2)×10-9 Liter.
    Beispiel 5
    Anstelle der ringförmigen Elektrode 13 der Vorrichtung in Fig. 3 kann auch eine Anordnung wie in Fig. 4 verwendet werden. Hier werden drei runde Elektroden 16 (Durchmesser 1 mm) mit einem ultrahydrophoben Überzug versehen, dessen Herstellung in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Elektroden 16 werden wie in Fig. 4 beschrieben zur Bildung eines nahezu dreieck-förmigen Spates M angeordnet, der die gleiche Funktion der Ringelektrode 13 in Fig 3. hat. Mit dieser Anordnung wird wie in Beispiel 15 ein Flüssigkeitstropfen aus einem Vorrat entnommen. Man erhält bei 30-maliger Wiederholung der Dosierung ein Volumen von (50.0 ± 0.3)×10-12 Liter.
    In ähnlicher Weise können andere Strukturen (im Querschnitt bzw. in Draufsicht runde, quadratische oder beliebig geformte Spalte) anstelle des Ringes 13 in Fig. 3 zur Dosierung verwendet werden. Besonders eignen sich hierzu Strukturen, die durch bekannte Mikrostruktur-Techniken (z.B. Licht-, Röntgen- oder Elektronen-lithographische Techniken) erzeugt werden können, da kleine zu dosierende Volumina entsprechend kleine Strukturen benötigen.

    Claims (18)

    1. Substrat (2), in das mehrere Elektroden (3) eingebracht sind, an die einzeln verschiedene Spannungen gegeneinander anlegbar sind und das mit einem ultraphoben Überzug versehen ist.
    2. Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3) mit der Oberfläche des Substrates (2) bündig sind.
    3. Substrat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden in einem gleichmäßigen Raster angeordnet sind.
    4. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche eine Oberflächentopographie aufweist, bei der die Ortsfrequenz f der einzelnen Fourierkomponenten und deren Amplituden a(f) ausgedrückt durch das Integral S(log (f)) = a(f) • f errechnet zwischen den Integrationsgrenzen log (f1/µm-1) = -3 und log (f1/µm-1) = 3, mindestens 0,3 beträgt und die aus ultraphoben Polymeren oder haltbar ultraphoben Materialien besteht.
    5. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche eine strukturierte und mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Material überzogene Aluminium Oberfläche ist.
    6. Substrat nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche eine mit Wasserdampf behandelte und mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Material überzogene Aluminium Oberfläche ist.
    7. Substrat nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche eine mit Ni(OH)2-Partikeln beschichtete und mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Material überzogene Oberfläche ist.
    8. Substrat nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche gesandstrahlt und mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Material überzogene Oberfläche ist.
    9. Substrat oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraphobe Oberfläche eine laserstrukturierte und mit einem hydrophoben und/oder oleophoben Material überzogene Wolframcarbid-Oberfläche ist.
    10. Verfahren zum Bewegen oder Dosieren von einem Flüssigkeitstropfen im mikroskopischen Maßstab mit einem Substrat gemäß einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstropfen (8, 9) mit den Elektroden (3) bewegt wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an die Elektroden einzeln verschiedene Spannungen gegeneinander angelegt werden.
    12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssigkeitstropfen beliebig innerhalb eines Elektrodenrasters bewegt wird.
    13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Tropfen innerhalb des Elektrodenrasters bewegt und dabei miteinander vereint werden.
    14. Verwendung des Substrates gemäß einem der Ansprüche 1 - 9 und des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 10 - 13 zur Dosierung von Flüssigkeiten im mikroskopischen Maßstab, vorzugsweise im Bereich von 10-6 - 10-12 Liter, besonders bevorzugt im Bereich von 10-6 - 10-9 Liter.
    15. Verwendung des Substrates gemäß einem der Ansprüche 1 - 9 und des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 10 - 13 zur Durchführung von chemischen oder biochemischen Prozessen, bevorzugt bei PCR, ELISA und/oder Bestimmung der Enzymaktivitäten.
    16. Verfahren zur Herstellung eines Substrates gemäß einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden in das Substrat eingebracht und die Oberfläche des Substrates mit einem ultraphoben Überzug versehen wird.
    17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden bündig mit der Oberfläche des Substrates eingebracht werden.
    18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden gemäß einem gleichmäßigen Raster in das Substrat eingebracht werden.
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