Fabrication of nanoimprinted polymer surfaces for immobilization and signal enhancement of protein arrays

Abstract

Protein Arrays sind miniaturisierte Analysewerkzeuge, die aufgrund ihres parallelen Meßansatzes im Hochdurchsatz in den letzten Jahren die Bereiche Genomik und Proteomik revolutioniert haben. Um aber die Mikro-Arrays weg vom Forschungslabor ins Analysezentrum zu bringen, sind maßgebliche Weiterentwicklungen, vor allem im Bereich der Nachweisempfindlichkeit notwendig. Speziell in diesem Zusammenhang verspricht der Einsatz von Nanotechnologie einen entscheidenden Beitrag zu leisten. In der vorliegenden Diplomarbeit sollen daher Nanostrukturen mit Hilfe von Stempeln aus zB. PDMS und PFPE auf mit Resistmaterialien (zB. EPON 1002F, mr-NIL 6000; Amonil) beschichteten Substraten hergestellt werden.<br />Die Oberfächen wurden dann betreffend Reproduzierbarkeit des Imprints, Hydrophilie und Kapazität, Proteine zu binden, charakterisiert.<br />Verschiedene line und space Anordnungen wurden entwickelt und als optische Brechungsgitter im Bioassay getestet. Ein ausgewähltes Set an nanoimprinteten Chipoberflächen war dann als Plattform für einen Protein Biomarker Chip zum Nachweis von Sepsis eingesetzt. Dieser Array beinhaltet Sandwich- und Binding Inhibition Assays zum Nachweis von CRP.<br />Assay Parameter wie Signalstärke und Datenreproduzierbarkeit wurden als Evaluierungskriterien herangezogen. Beste Leistung wurde erreicht beim EPON 1002F Chipoberflächen, bedruckt mit 120 nm Gratingstrukturen.<br />

Providing parallel assay format and high throughput ability microarrays have revolutionized the areas of genomics and proteomics.<br />However, to move biochips from the bench to analysis laboratories significant improvements in sensitivity need to be made. Especially in this context the integration of polymeric nanostructures promises to provide a valuable solution for the current technical bottlenecks. To do so, nanostructured microarray surfaces were fabricated using stamps (e.g. PDMS; PFPE) and resists (e.g. EPON 1002F; mr-NIL 6000; amonil) of various materials. These surfaces were characterized in terms of imprint reproducibility, hydrophilicity and capability of binding proteins for the development of diagnostic assays. Different line & space arrangements was tested to evaluate their use as optical gratings. A selected set of developed nanoimprinted chip surfaces were then used as platform for a protein biomarker chip for the diagnosis of sepsis. For this purpose sandwich- and binding inhibition assays were set up targeting CRP. Assay parameters like signal strength and reproducibility of data were taken as the evaluation criteria. Best chip performance was achieved using EPON 1002F chip platforms, imprinted with 120 nm grating structures.